МЕХАНИЗМ КОЛЕННОГО ШАРНИРА Российский патент 1997 года по МПК A61F2/64 

Изобретение относится к машиностроению в области медицинской техники, а именно к протезированию нижних конечностей.

Известны протезы бедра, в которых одноосные коленные шарниры выполнены с механизмами бесступенчатой фиксации, содержащие верхнюю опорную площадку, нижний кронштейн с тормозным барабаном, соединенные между собой зажимным элементом, охватывающим барабан. Зажимные элементы выполнены в виде упругого бандажа, разрезной охватывающей барабан скобы, клемного зажима и т.д. [1] [2] [3]
Недостатком данных устройство является недостаточный срок эксплуатации из-за быстрой потери жесткости зажимных элементов, износа, приводящих к потере фиксирующих свойств.

Наиболее близким по технической сущности и простоте является механизм коленного шарнира, содержащий верхнюю опорную площадку, нижний кронштейн с тормозным барабаном, соединенные между собой зажимным элементом, охватывающим барабан нижнего кронштейна и крепящийся к верхней опорной площадке с помощью оси с ограниченным поворотом [4]
Недостатком указанного механизма коленного шарнира является недостаточный срок эксплуатации. Зажимной элемент в месте охвата тормозного барабана с целью возможности фиксации выполнен разрезным. При действии максимальных нагрузок в фазе опоры на протез зажимной элемент работает на разгибание, и будучи выполненным с разрезом быстро теряет свою жесткость и работоспособность.

Увеличение геометрических и жесткостных параметров такого зажимного элемента приводит к понижению чувствительности и снижению надежности процесса фиксации-расфиксации.

Сущность изобретения заключается в том, что в механизме коленного шарнира с бесступенчатой фиксацией, содержащем верхнюю опорную площадку для крепления гильзы бедра, нижний кронштейн с жестко связанным тормозным барабаном для крепления трубки голени, соединенных между собой зажимным элементом, охватывающим барабан, зажимной элемент выполнен из переднего и заднего рычагов, установленных на тормозном барабане нижнего кронштейна и соединенных между собой осью вращения, при этом верхняя опорная площадка закреплена посредством оси к противоположной стороне переднего рычага и снабжена выступом с упорной площадкой для одностороннего взаимодействия с упорной площадкой переднего звена, к противоположной стороне заднего рычага опорная площадка прикреплена шарнирно через передаточное кинематическое звено, нижний кронштейн и передний рычаг снабжены упорными площадками для взаимодействия между собой через демпфирующий элемент.

Техническим результатом данного изобретения является устранение указанных недостатком, а именно создание механизма коленного шарнира с бесступенчатой фиксацией протеза бедра увеличенного ресурса работы при действии максимальных нагрузок в фазе опирания на протез, повышенной чувствительности в случаях фиксации, увеличенной надежности при переходе от фиксированного положения к движению сгибание-разгибание. Предлагаемое устройство увеличивает безопасность ходьбы по грязи, гололеду, высокой траве и разного рода неровностям.

На фиг. 1 изображен предлагаемый механизм коленного шарнира в сагиттальной плоскости; на фиг. 2 изображен механизм в фронтальной плоскости (вид справа); на фиг. 3 изображен передний и задний рычаги механизма, находящиеся в равновесии от действия внешних и внутренних сил (сил реакции), показывающие природу возникновения сил давления на тормозной барабан.

Механизм коленного шарнира с бесступенчатой фиксацией состоит из верхней опорной площадки 1, соединяемой с гильзой бедра с помощью пирамидки 2, нижнего кронштейна 3 жестко связанного винтами 5 с тормозным барабаном 4 и крепящегося к трубке голени с помощью клемного зажима 6. Верхняя опорная площадка 1 и нижний кронштейн 3 соединены между собой передним 7 и задним 8 рычагами, насаженными на тормозной барабан 4 и передаточным кинематическим звеном 9 с помощью осей 10, 11, 12. Передний 7 и задний 8 рычаги соединены между собой осью 13. Верхняя опорная площадка 1 своим выступом 14 с регулировочным упорным винтом 15 односторонне взаимодействует с упорной площадкой 16 переднего рычага 7.

На нижнем кронштейне 3 расположена упорная площадка 17 для взаимодействия с площадкой 18 переднего рычага 7. Эластичный элемент 19 закреплен на нижнем кронштейне 3 и служит для исключения стука и демпфирования при динамичном соприкосновении упорных площадок 17 и 18 в процессе ходьбы.

Пружина 20 служит для исключения люфтов в соединении переднего 7 и заднего 8 рычагов осью 13, а также увеличивает надежность обратного разведения рычагов после их тормозного воздействия на барабан. Упором 23 регулируется усилие пружины 20. Декоративная крышка 21 крепится винтом 22 и служит для придания внешних обводов и косметичности. Взаимный разворот верхней опорной площадки 1 и нижнего кронштейна 3 происходит относительно оси тормозного барабана 4.

В фазе опирания на протез упорные площадки 17 и 18 механизма находятся в соприкосновении, образуя замкнутую силовую цепь, проходящую через верхнюю опорную площадку 1, упорный винт 15, передний рычаг 7 и тормозной барабан 4.

Подкосоустойчивость протеза с данным механизмом коленного шарнира обеспечивается за счет тормозящего воздействия рычагов 7 и 8 на тормозной барабан 4, а также смещения оси вращения (оси тормозного барабана) назад относительно линии действия силы тяжести.

В фазе проноса протезированной конечности (протеза) от действия пружины 20 (расталкивающей рычаги 7 и 8 в обратном направлению относительно оси барабана 4) упорный винт 15 взаимодействует с упорной площадкой 16, исключая воздействие опорной площадки 1 на задний рычаг 8. Таким образом осуществляется свободное вращение протеза в коленном шарнире и исключается его случайное торможение.

Данный механизм коленного шарнира позволяет пациенту опираться на протез в частично сложенном состоянии (до 45^o), при этом возникает реакция опоры, вызванная массой человека, которая приводит к фиксации коленного шарнира. Возникающий момент от реакции опоры уравновешивается тормозным моментом возникающим от сил давления на барабан 4. Опорная площадка 1 под действием этого момента стремится развернуться относительно оси 11 и через передаточное звено 9 с усилением воздействует на передний 7 и задний 8 рычаги, которые, стремясь развернуться между собой относительно оси 13, обжимают с разных сторон барабан 4, создавая тормозящий момент, приводящий к фиксации коленного шарнира.

От действия внешних сил N, изображенных на фиг. 3, возникают силы F_n (действующая на верхнее плечо переднего рычага 7) и F₃ (действующая на верхнее плечо заднего рычага 8), которые приводят к возникновению соответствующих удельных давлений q_n и q₃ на тормозной барабан 4.

Таким образом замена зажимных элементов коленного шарнира с бесступенчатой фиксацией, выполненных в виде упругих разрезных бандажей, скоб, клемных зажимов и т.д. охватывающих тормозной барабан, на сплошные передний и задний рычаги, нанизанные на тормозной барабан и соединенные осью вращения (типа клещей), позволяет увеличить ресурс работы (срок эксплуатации протеза), повысить надежность его действия при переходе от застопоренного положения к свободному разгибанию-сгибанию, а также поднять чувствительность механизма к внешнем стопорящим нагрузкам.

Использование: изобретение относится к машиностроению в области медицинской техники, а именно к протезированию нижних конечностей. Механизм коленного шарнира с бесступенчатой фиксацией для протеза бедра позволяет увеличить ресурс работы, повысить надежность его действия при переходе от застопоренного положения к свободному разгибанию-сгибанию, а также поднять чувствительность механизма к внешним стопорящим нагрузкам. Существо изобретения: механизм содержит опорную площадку для крепления к гильзе бедра, кронштейн с тормозным барабаном для крепления к трубке голени, соединенные между собой зажимным элементом, выполненным в виде переднего и заднего рычагов, насаженных на тормозной барабан нижнего кронштейна и соединенных осью вращения. Опорная площадка крепится посредством оси к противоположной стороне переднего рычага и снабжены упорными площадками для одностороннего взаимодействия, к противоположной стороне заднего рычага площадка крепится шарнирно через передаточное кинематическое звено, нижний кронштейн и передний рычаг снабжены упорными площадками для взаимодействия между собой через демпфирующий элемент. 3 ил.

Механизм коленного шарнира, содержащий верхнюю опорную площадку для крепления к гильзе бедра, нижний кронштейн с тормозным барабаном для крепления к трубке голени, соединенных между собой зажимным элементом, охватывающим барабан, отличающийся тем, что зажимной элемент выполнен в виде переднего и заднего рычагов, установленных на тормозном барабане нижнего кронштейна и соединенных между собой осью вращения, при этом верхняя опорная площадка закреплена посредством оси к противоположной стороне переднего рычага и снабжена выступом с упорной площадкой для одностороннего взаимодействия с упорной площадкой переднего рычага, к противоположной стороне заднего рычага площадка закреплена шарнирно через передаточное кинематическое звено, нижний кронштейн и передний рычаг снабжены упорными площадками для взаимодействия между собой через демпфирующий элемент.