Протез плеча

(5)5 А 61 Е 2/56 ЦЯ 1 ШЦ АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВ строеления плеча ектро 5,элекгильзу у плеча ом, элеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР КОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1(71) Украинский научно-исследовательский институт протезирования, протезостроения, экспертизы и восстановления трудоспособности инвалидов(56) Справочник по протезированию /Под ред, В.И.Филатова. Л.: Медицина, 1978, с. 156-158.(57) Изобретение относится к ме точнее к протезированию и протез нию. Цель - снижение энергопотр при пользовании протезом. Проте содержит искусственную кисть 1 с э приводом 3, электропривод ротации тропривод 8 локтевого узла, предплечья 6, локтевой узел 7, гильз 10, систему управления 14 протез менты крепления 11 и выносной блок питания 15. При этом в гильзу предплечья 6 введены управляющие рычаги 2, 9 искусственной кисти 1 и локтевого узла 7, установленные между исполнительными органами и соответствующими электроприводами, и рамка 16, на которой закреплены электроприводы 3, 8 искусственной кисти и локтевого узла соответственно. Локтевой узел 7 выполнен в виде установленных на его оси 23 упорного диска 22 с пазом 24 и кольцевой проточкой 25, зубчатого сектора 26, жестко связанного с гильзой предплечья 6 и подпружиненной защелки 29, выполненной в виде двуплечего рычага с двумя упорами на концах - фронтальным 33 и боковым 32, установленной на оси 30 гильзы плеча 10. Упорный диск 22 через управляющий рычаг 9 шарнирно связан с электроприводом 8 локтевого узла 7. На защелке 29 закреплена тяга 12 с микропереключателем 13, контакты которого соединены с реле коммутации электроприводов в системе управления 14, 8 ил.Изобретение относится к медицине, точнее к протезированию, и может быть использовано при протезировании после ампутации плеча.5Цель изобретения - снижение энергопотребления при одновременном удобствепользования протезом,На фиг,1 показан протез плеча, общийвид; на фиг,2 - локтевой узел протеза плеча; 10на фиг.3 - вид слева на фиг.2, разрез; нафиг,4, 6 - три рабочих положения локтевогоузла соответственно: жестко фиксированное положение, рабочее положение, положение свободного качания гильзы 15предплечья, исходное; на фиг,7,8 - блоксхемы системы управления протезом на двеи три пары движений соответственно,Протез плеча содержит искусственнуюкисть 1, управляющий рычаг 2 искусственной кисти 1, электропривод 3 искусственнойкисти 1, ротационное кольцо 4 пассивнойротации плеча, электропривод 5 ротации искусственной кисти 1, гильзу предплечья 6,локтевой узел 7, электропривод 8 локтевого 25узла 7, управляющий рычаг 9 локтевого. узла7, гильзу плеча 10, элементы 11 крепленияпротеза, тягу 12 с микропереключателем 13,систему 14 управления, установленную вгильзе плеча 10, и выносной источник 15 30питания (на 12 В постоянного напряжения).В гильзе предплечья 6 жестко закрепленарамка 16, на которой установлены электропривод 3 искусственной кисти 1 и электропривод 8 локтевого узла 7. Управляющийрычаг 2 искусственной кисти 1 установлен вгильзе предплечья 6 и закреплен между ползуном 17 электропривода 3 и рычажным механизмом 18 искусственной кисти 1,соединяющим блок 19 первого пальца и 40блок 20 второго пятого пальцев, Управляющий рычаг 9 локтевого узла 7 установлен вгильзе предплечья 6 и закреплен между ползуном 21 электропривода 8 и упорным диском 22 локтевого узла 7, Локтевой узел 7выполнен в виде оси 23, на которой установлены упорный диск 22 с пазом 24 для фиксации и кольцевой проточкой 25 и зубчатыйсектор 26, который с помощью рычага 27жестко зафиксирован на гильзе предплечья 506 и кинематически связан с подпружиненной посредством пружины 28 защелкой 29,установленной на оси 30 и выполненной ввиде двуплечего рычага 31,На концах плеч двуплечей защелки 29размещены боковой упор 32 для фиксацииупорного диска 22 и фронтальный упор 33для фиксации зубчатого сектора 26. На защелке 29 закреплена тяга 12, в разрыве которой установлен микропереклкчатель 13,причем контакты последнего соединены с реле 34 системы 14 управления и с одним изполюсов источника 15 питания, В зависимости от потребностей система 14 управленияможет реализовать три или две пары движений исполнительных механизмов. При реализации двух пар движений ротация кистиможет быть пассивной,Система 14 управления (фиг. 7 и 8) включает два аналогичных канала 35 и 36 предварительного усиления, выполненных ввиде последовательно соединенны электродов 37 съема биопотенциалов, усилителей 38 и детекторов 39, выполненных в видеинтеграторов, выход каждого канала 35 и 36подключен к входу балансного усилителя 40,выполненного на операционном усилителетипа КР 140 УД 12. Выходы балансного усилителя 40 через импульсные преобразователи41 и 42, выполненные в виде мультивибраторов, соединены с усилителем мощности43, выполненным по мостовой схеме, Дляреализации трех пар движений (см. фиг.8),Выходы каналов 35 и 36 предварительногоусиления подключены также к входам формирователей импульсов 44 и 45,соответственно выходы которых соединенысоответственно с элементом И 46, подключенным к триггеру 47, соединенным среле 48.При реализации двух пар движений вдиагональ мостовой схемы усилителя 43мощности через контакты реле 34 подключены электропривод 3 искусственной кисти1 и электропривод 8 локтевого узла 7 (фиг.7),При реализации трех пар движений в диагональ мостовой схемы усилителя мощности43 через контакты реле 34 и 48 подключеныэлектроприводы 3, 5 и 8 соответственно искусственной кисти,1, ротации и локтевогоузла 7,Система 14 управления в таком протеземожет быть выполнена и по другой схеме.Привод 5 ротации встроен в механизм49 ротации и представляет собой один узел, .соединенный с гильзой предплечья 6 и кольцом 4 ротации искусственной кисти 1, управляющий рычаг 2 искусственной кисти 1проведен через паз 50 привода 5 ротацииискусственной киси 1.Протез используют следующим образом.Инвалид одевает протез на культю плеча таким образом, чтобы управляющиемышцы-антагонисты располагались подэлектродами 37 съема биопотенциалов. Тяга 12 при этом размещается на плечевомпоясе. В исходном состоянии гильза предплечья 6 находится в положении свободногокачанияПри этом боковой и фронтальныйупоры 32, 33 защелки 29 локтевого узла 7находятся вне зацепления с зубчатым сектором 26. Механизм локтевого узла 7 полностью расфиксирован. Для выполнениякакого-либо движения, например схвата - 5раскрытия кисти, инвалид включает блок15 питания. При этом элементы системы 14управления устанавливаются в исходноесостояние, при котором к ней подключенэлектропривод 3 искусственной кисти 1, 10При поочередном сокращении мышц культи плеча биосигналы передаются через каналы 35 и 36 предварительного усиления,балансный усилитель 40, один из импульсных преобразователей 41 или 42 на усилитель 43 мощности. В результатеосуществляется вращение двигателя электропривода 3 искусственнОй кисти 1, который через управляющий рычаг 2 приводитв движение рычажный механизм 18 искусственной кисти 1, осуществляя схват илираскрытие пальцев, пропорциональноразностному сигналу с управляющихмышц,Для включения исполнительного механизма локтевого узла 7 при необходимостиреализации движения локтем инвалид осуществляет натяжение тяги 12; При этом микропереключатель 13 срабатывает иподключает к источнику 15 питания реле 34, 30которое срабатывает и контакты его подключают к системе 14 управления электропривод 8 локтевого узла 7. Тем женатяжением тяги 12 приводится в движениезащелка 29, которая боковым упором 32 входит в зацепление с пазом 24 упорного диска22, который фиксируется относительногильзы плеча 10. При сокращении управляющих мышц плеча разностью биопотенциалов этих мышц инвалид аналогично 40управлению искусственной кистью проводит пропорциональное управление электроприводом 8 локтевого узла 7, который,перемещая управляющий рычаг 9 локтевого узла 7, приводит в движение гильзу 45предплечья 6 относительно гильзы плеча10, т,е. инвалид осуществляет управляемые угловые движения локтевым узлом 7,пропорционально разности биосигналовмышц-антагонистов плеча. 50При достижении локтевым узлом 7 заданного положения инвалид отпускает тягу12, Микропереключатель 13 возвращается висходное положение и отключает при этомобмотку реле 34. Защелка 29 при этом также 55пружиной 28 возвращается в исходное положение, боковой упор 32 защелки 29 выходит из зацепления с пазом 24, фронтальныйупор 33 входит в зацепление с зубчатымсектором 26, жестко связанным рычагом 27 с гильзой предплечья 6, За счет этого локтевой узел 7 фиксируется, а его электропривод 8 освобождается от нагрузки. В достигнутом положении локтевого узла 7 инвалид может производить схват - раскрытие пальцев искусственной кисти 1, активную или пассивную ее ротацию и другие пассивные движения протезом. Для возврата локтевого узла 7 в рабочее положение необходимо повторно натянуть тягу 12 и подключить электропривод 8 локтевого узла 7 к системе 14 управления. Сокращая одну из мышц, соответствующую требуемому тянущему или толкающему перемещению механизма локтевого узла 7, инвалид добивается требуемого положения гильзы предплечья б относительно гильзы плеча 10 в протезе. Для достижения положения свободного качания протеза (исходного положения) необходимо резко натянуть и сразу же опустить тягу 12, При этом оба упора 32, 33 защелки 29 оказываются вне зацепления и приводят протез в расфиксированное положение,Для реализации ротации искусственной кисти 1 инвалид производит одновременное сокращение мышц-антагонистов. При этом сигнал с каналов 35 и 36 предварительного усиления поступает на формирователи импульсов 44 и 45, затем через элемент И 46 передается на вход триггера 47, который, срабатыв,ая, подключает реле 48, Контакты этого реле подключают к системе 14 управления электропривод ротации 5 искусственной кисти 1. После этого, поочередно сокращая управляющие мышцы, инвалид через систему 14 управления производит управление ротацией искусственной кистью 1 в ту или другую сторону, пропорционально разности биосигналов мышц-антагонистов, аналогично управлению схватом-раскрытием искусственной кистью 1, как описано выше.Использование микропереключателя 13 с тягой 12 упорного диска 22 с защелкой 29, имеющей два плеча с боковым 32 и фронтальным 33 упорами, позволяет с помощью зубчатого сектора 26 фиксировать локтевой узел 7 в достигнутом угловом положении и в момент фиксации отключать электропривод 8 локтевого узла 7, от исполнительного механизма этого узла, что позволяет существенно снизить энергопотребление электроприводом 8 и использовать источник 15 питания меньшей емкости, что снижает вес и габариты протеза плеча. Кроме того, такое конструктивное решение локтевого узла 7 позволяет зафиксироватьего в любом нужном для инвалида положении, т.е, функциональность протеза плеча повышается, Использование управляющихрычагов 2,9 для приведения в двихение исполнительных механизмов искусственнойкисти 1 и локтевого узла 7 позволяет электроприводы 3,8 этих механизмов жестко закрепить на рамке 16 в гильзе предплечья 6 5и сместить тем самым центр масс к оси 23локтевого узла 7, Все это позволяет в 2-3раза экономить электроэнергию источникапитания 15, т.к, силовые затраты на угловыеперемещения гильзы предплечья 6 требуются меньше из-за уменьшения плеча приложения сил сопротивления. Кроме того,смещение, центра масс улучшает удобствопользования протезом, так как из-за уменьшения упомянутого плеча уменьшается общая нагрузка на культю.Использование тяги 12 для управлениялоктевым узлом 7 облегчает перевод инвалида с тягового протеза на биоэлектрический за счет снижения нагрузки на тягу 12; 20для управления тяговым протезом необходимо усилие 10-15 кг, для управления описанным протезом - 2-3 кг, что очень важнодля инвалидов, длительно пользовавшихсятяговым протезом. 25Таким образом предлагаемый протез,обладая существенйо уменьшенным энергопотреблением, позволяет использоватьпри управлении только один источник 15питания, повысить удобство пользования 30протезом, повысить функциональность угловых движений локтевого узла 7, снизитьвес и габариты источника 15 питания, а значит и протеза. Такой протез плеча позволяетповысить уровень социально трудовой реабилитации инвалидов с высокими ампутациями верхних конечностей,Формула изобретения Протез плеча, содержащий искусственную кисть с электроприводом и рычажным механизмом, электроприводы ротации и локтевогО узла, установленные в гильзе предплечья шарнирно посредством локтевого узла с осью, соединенной с гильзой плеча, систему управления с блоком питания и элементы крепления, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения энергопотребления при одновременном удобстве пользования протезом, в него введены два управляющих рычага, реле коммутации электроприводов, установленное в системе управления, и связанная одним концом с элементами крепления тяга с микропереключателем, контакты которого соединены с реле коммутации электроприводов, при этом локтевой узел выполнен в виде подвижно размещенных на его оси упорного диска с пазом и кольцевой проточкой и зубчатого сектора, жестко связанного с гильзой предплечья, а также шарнирно установленной в гильзе плеча подпружиненной двуплечей защелки с расположенными на ее плечах фронтальным и боковым упорами, кинематически связанными соответственно с упорным диском и зубчатым сектором, причем электропривод локтевого узла посредством одного из управляющих рычагов шарнирно соединен с упорным диском, другой управляющий рычаг размещен между электроприводом искусственной кисти и ее рычажным механизмом, а второй конец тяги закреплен на плече защелки, снабженном фронтальным упором,1666104 Составитель Н,Люкшлуженко Техред М.Моргентал Корректор О.Кундрик едакт роиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аказ 2476 Тираж 376 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5