Коленный механизм протеза бедра Советский патент 1988 года по МПК A61F2/60 

иг

и

ю

tamA О9

СО СО

виде мультипликатора 4, гильзы голени 5 и упругого элемента, состоящего из пружины 6, стакана 7, гибкой тяги 8 и болта 9 с гайкой 10, а также датчика 11 управления. На профилированном шкиве закреплен конец гибкой тяги 8, расположенной вдоль оси гильзы голени 5 с помощью направляющего ролика 31, Профилирование внутренней поверхности Фрикционного барабана с помощью остроугольной проточки уменьшает его деформацию в ради- альном направлении. Профилирование поперечного сечения рабочей поверхности кулачков по окружности повышает надежность работы кулачковой муфты при наличии перекосов контактирующих поверхностей. 5 ил.

Изобретение относится к медицинской технике. Цель изобретения - снижение ударных нагрузок на культю и стопорный механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшение энергозатрат и асимметрии при ходьбе. Коленный механизм протеза бедра состоит из гильзы бедра 1 со стыковочным узлом 2 и зубчатым сектором 3, являющимся входньм элементом зубчатого стопорного механизма, вьтолненного в

1

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к протезам нижних конечностей для инвалидов, имекнцих после ампутации культю бедрам

Целью изобретения является сниже- ние ударных нагрузок на культю и сто- Порный механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшение энергозатрат и асимметрии при ходьбе.

На фиг.1 показан коленный меха- низм, общий вид; на фиг.2 - мультипликатор, разрез по осям; на фиг.З - сечение А-А на фиг.2; на фиг.4 - фрик ционный барабан, разрез по оси сагиттальной плоскостью; на фиг.З - кулачковая муфта, разрез плоскостью, проходящей через оси вращения кулачка и самой муфты.

Коленный механизм протеза бедра состоит из гильзы бедра 1 со стыке- ночным узлом 2 и зубчатым сектором 3 жестко связанным с гильзой бедра 1 И являющимся входным элементом зубчатого стопорного механизма, выполненного в виде мультипликатора 4, гильзы голени 5 и упругого элемента, состоящего из пружины 6, стакана 7, гибкой тяги 8 и болта 9 с гайкой 10, а также датчика 11 управления.

Мультипликатор 4 содержит тестер- ню 12, вьтрлненную как одно целое с зубчатым колесом 13, шестерню 14, являкщуюся осью вращения для гильзы бедра 1 и жестко соединенную с фрик- ционньм барабаном 15, имеющим остро- угольный профиль внутренней поверхности (проточки), Подвижное соединение шестерни 14 с гильзой бедра 1 образует коленньй шарнир. Шестерня 1 с фрикционным барабаном 15 имеет возможность свободно вращаться вок

0 5

0

0 5 40

5

руг гладкого вала 16, концы которого закреплены в корпусе мультипликатора 4. Гладкий вал 17 установлен в корпусе мультипликатора 4 и обеспечивает свободное вращение вокруг него шестерни 12 с зубчатым колесом 13.

Внутри фрикционного барабана 15 установлена кулачковая муфта в виде водила 18, на оси 19 которого надеты кулачки 20 с пружинами 21. Рабочие поверхности кулачков 20 спрофилированы по окружности. Боковая поверхность водила 18 выполнена цилиндрической и на ней может свободно проворачи- ваться кольцо 22, штифты 23 которого упираются в кулачки 20. Кольцо 22 проворачивается относительно водила 18 под действием усилия электромагнита 24, которое передается через систему рычагов 25-27. Водило 18 жестко связано с зубчатым колесом 28, зубья которого входят в зацепление с шестерней 29, выполненной как одно целое с профилированным шкивом 30 переменной кривизны. На профилированном шкиве 30 закреплен конец гибкой тяги 8, .расположенной вдоль оси гильзы голени 5 с помощью направляющего ролика 31. Вращение шестерни 29 ограничивается с помощью упора 32, установлен- ного на корпусе мультипликатора 4, и рычага 33, жестко связанного с шестерней 29. Упор 32 и рычаг 33 образуют ограничитель поворота. Система управления коленным механизмом включает кроме датчика 11 управления также датчик касания пяткой .искусственной стопы опорной поверхности и блок управления (не показаны). Наклон кулачков 20 к линии, соединяющей оси 19, подбивается таким образом, чтобы момент сил трения, который возникает между кулачками 20 и внутренней поверхностью фрикционного барабана 15, уравновешивал момент, передаваемый к фрикционному барабану 15 от шестерни 14, Относительно водила 18 кулачки 20 устанавливаются так, чтобы приложение к гильзе бедра 1 сгибающего момента приводршо к их разведению при отключенном электромагните 24.

Коленный механизм работает следу- .ющим образом.

В фазу переноса конечности электромагнит 24 включен, вследствие чего сердечник электромагнита через систему рычагов 25-27 провернул кольцо 22. При этом рабочие поверхности кулачков 20 отведены от фрикционного барабана 15, так как движение кольца 22 благодаря штифтам 23 преобразовано в поворот кулачков 20 относительно осей 19, Таким образом, связь между гильзой бедра 1 и упругим элементом разорвана и гильза голени 5 свободно вращается относительно гильзы бедра 1.

По сигналу датчика касания (не показан), установленного на пятке искусственной стопы, блок управления (не показан) отключает питание электромагнита 24. Под действием пружин 21 кулачки 20 прижимаются к фрикционному барабану 15, Таким образом, в начале фазы опоры гильза.бедра 1 мультипликатора 4 соединена с упругим элементом: вращательное движение гильзы бедра 1 с помощью зубчатого сектора 3 передается на шестерню 12 и колесо 13, находящееся в зацеплении со свободно вращающимися относительно гильзы голени 5 на гладком валу 16 шестерней 14 и фрикционным барабаном 15, которьм благодаря кулачкам 20, водилу 18 и колесу 28 передает движение через шестерню 29, профилированный шкив 30 и гибкую тягу 8 на пружину 6.

Происходит подгибание протеза в коленном шарнире, сменяющееся разги- банием на последующем этапе фазы опоры. По сигналу датчика 11 управления, фиксирующего положение пружины 6 при максимальном ходе на распрямпение, на электромагнит 24 подается питание. Включение электромагнита 24 подготавливает условия, необходимые для размыкания кулачковой муфты. Размыкание

ее происходит в тот момент времени, когда рычаг 33 садится на упор 32, обеспечив тем самым разгрузку кулачковой муфты от действия упругого эле-

мента независимо от начальной подтяжки пружины 6, На последующих этапах движение на протезе с описанным ко- ленным механизмом осуществляется так же, как на обычном одноосном протезе, вплоть до окончания фазы переноса.

Так как включение кулачковой муфты осуществляется по факту касания пяткой искусственной стопы опорной поc верхности с отключением питания электромагнита 24, то подкосоустойчивость протеза бедра с коленным механизмом описанной конструкции не зависит от угла в коленном шарнире в момент поQ становки протеза на опору, от исправности источника питания, а также от соотношения вертикальной и горизонтальной составляющих реакций опоры. Благодаря этому данньш протез позво5 ляет ходить по неровной поверхности с меньшими затратами энергии.

Введение в коленный механизм про-. филированного шкива 30 переменной кривизны дает возможность приблизить

0 к норме силовое взаимодействие гильзы бедра 1 с гильзой голени 5 за счет формирования нелинейной зависимости между моментом, создаваемым упругим элементом в коленном шарнире, и углом подгибания. Профиль шкива

30 и жесткость упругого элемента выбираются таким образом, чтобы сгибание протеза в коленном шарнире в начале фазы опоры происходило естественным путем, без приложения инвали- дом дополнительных усилий, а также чтобы максимальный угол подгибания в коленном шарнире был близок к норме для здоровой конечности. Применение мультипликатора 4 позволяет технически реализовать требуемый профиль профилированного шкива 30, так как угол поворота последнего при подгибании . протеза значительно больше межзвенно- го угла в коленном шарнире.

Профилирование внутренней поверх-, ности фрикционного барабана 15 с помощью остроугольной проточки уменьшает наиболее опасную его деформацию в радиальном направлении, возникающую при нагружении кулачковой муфты и сообщающую исходной окружности эллипсность. Это может привести к заклиниванию кулачков 20, которое хо0

5

0

5

тя и ликвидируется приложением между фрикционным барабаном 15 и кулачками 20 усилия обратного знака за счет ограничителя поворота шестерни 29, но все же является нежелательным. Момент силы трения между кулачками 20 и фрикционным барабаном 15, ком- пенсирукиций внешний момент, при заданном коэффициенте трения определяется только величиной реакции между ними. Выполнение внутреннего профиля фрикционного барабана 15 остроугольной проточки уменьшает силы, деиству- нлще в радиальном направлении, и, следовательно, деформацию фрикционного барабана 15, так как при этом в указанном направлении действует не вся сила реакции, а ее проекция, пропорциональная синусу половины профильного угла,

Профилирование поперечного сечения рабочей поверхности кулачков 20 по окружности повьппает надежность работ кулачковой муфты при наличии перекосов контактирующих поверхностей, которые возникают при изготовлении.

Применение описанного коленного механизма позволяет осуществить подгибание протеза в фазу опоры уменьшить асимметрию и энергозатраты при ходьбе, улучшить трудовую и бытовую реабилитацию инвалида.

1333

Фор мул а: И

6

3 о

бретения

Коленньй механизм протеза бедра, содержащий шарнирно соединенные гиль- ы бедра и голени, кинематт-г-гески свя-. занные с зубчатым стопорным механизмом, оснащенным фрикционным барабаном с электромагнитом и датчиком управления, а также установленный в гильзе голени упругий элемент посредством гибкой тяги кинематически соединенный с фрикционным барабаном, отличающийся тем, что, с целью снижения ударных нагрузок на культю и стопорньй механизм в начальной фазе опоры, а также уменьшения энергозатрат и асимметрии при ходьбе, стопорный механизм вьшолнен в виде

мультипликатора, вход которого соединен с гильзой бедра, а на выходе установлены ограничитель поворота и профилированньш шкив, при этом внутренняя поверхность фрикционного барабана выполнена с остроугольной проточкой, гибкая тяга закреплена на профилированном шкиве, а внутри фрикционного барабана -установлена кулачковая муфта, связанная с одним из

зубчатых колес мультипликатор а ..рабочие поверхности кулачков которой v- . спрофилированы в поперечном сечении по окружности,

Фиг.2

20

Фиг.