Устройство для определения опорных реакций Советский патент 1993 года по МПК A61B5/103 G01N1/18 

Изобретение относится к медицинской и силоиэмёрительной технике, в частности к устройствам для измерения опорных реакций при ходьбе, и может быть использовано для биомеханических исследований, в том числе в ортопедии и протезировании при определении качества подгонки протезов нижних конечностей. ;

Целью изобретения является повышение точности измерений опорных реакций, реализуемых при ходьбе, за счет снижения взаимного влияния измеряемых компонентов нагрузки и уменьшения величин изгибающих моментов.

На фиг. изображено предлагаемое устройство: вид сбоку (фиг. 1). сверху (фиг. 2). укрупненные виды и разрезы динамометра (фиг. 3-6) и электрические схемы соединения твнзопреобразоватвлей(фиг. 7-9). На фиг. 1, 2 также показано обозначение осей системы координат.

Предложенное устройство содержит прямоугольную платформу 1 для взаимодействия с опорным органом 2 (протезом или нижней конечностью), основание 3 и размещенные ло углам платформы и основания динамометры 4, обозначенные соответственно буквами А, 6, В, Г и посредством фланцев 5 прикрепленные к платформе и основанию. Верхние фланцы динамометров размещены в выемках 6, выполненных с внутренней стороны платформы 1. Каждый из динамометров 4 содержит по две пары 7 и 8 жестких вертикально расположенных, симметричных относительно оси и крестообразно ориентированных в поперечном сечении элементов, и две пары 9 и 10 упругих, вертикальных элементов, размещенных по периферии (относительно той) от жестких элементов 7 и 8 и параллельных им. Каждый из элементов пар 9 и 10 одним концом соединен с фланцем 5 (элементы пары 7 с одР° КЭ

и ч

31821139 . 4

ним фланцем, а пары 8- с другим), а другой. Полную величину сил X, Y, Z можно най- через жесткую перемычку 11 - с прилежа-ти из соотношений: щим жестким элементом пар 7 и 8. Торцы

жестких элементов 7,8 в двух поясах соеди-Х ХА + ХБ + ХВ + ХГ; нены между собой посредством дугообраз- 5. Y YA + УБ + VB + Yr; ных горизонтальных дополнительныхZ ZA + Ze + Ze + Zr; упругих элементов 12. образующих совме- --.-, стно с торцами элементов 7 и 8 два кольце-Величина силы F - ТХ + Y2+ Z , вых пояса - верхний и нижний.Величины моментов можно найти из со- Вертикальные и горизонтальные упругие Юотношений: элементы 12, 9, 10 вблизи мест их соединения с жесткими элементами 7,8 и фланцами .Мх Ь(Хд + ХБ - Хв - Хг); 5 выполнены с поперечными пазами 13, на-My а(- Хд + ХБ + Хв -Хг); против которых размещены тензопреобра-М b{- XA - ХБ + Хв + Хг) + зователиР (где .2,3...). которые в каждом 15+ a(YA - YB - YB + Yr). динамометре соединены в мостовые электрические схемы (в соответствии с фиг. 7-9).Для определения координат точки при- электрически связанные с регистрирующейложения силы F можно воспользоваться вы- аппаратурой (не показана).ражениями

При работе устройство устанавливают 20

на полу и инвалид в процессе ходьбы насту- My . MX пает протезом или ногой на поверхностьа Z у Z .платформы 1, нагружая платформу пространственной нагрузкой F, компоненты ко-Таким образом, устройство позволяет торой (в соответствии с фиг. 1, 2) 25определить все компоненты опорной реак- обозначены: вертикальная сила - Z, гори-ции: величину, направление, точку приложе- зонтальная поперечная сила - X, горизон-ния. При этом измерения могут тальная продольная сила - Y. Координатыосуществляться и в статике, ив динамике точки приложения пространственной силы(при ходьбе). Зарегистрированный характер к поверхности платформы обозначим ах vi by, 30изменения нагрузок X. Y, Z может быть ис- а моменты, создаваемые компонентами X,пользован для оценки особенностей поход- Y, Z, обозначим соответственно MX, My, Mz.ки испытуемого, в частности При этом расстояния между вершинамисвидетельствующей, например, о качестве прямоугольника АБВГ (проекции осей дина-подгонки протеза.

мометров на поверхность платформы) при- 35Конструктивные особенности предломем равными АБ ВГ а; БВ АГ Ь.женного технического решения по сравнеПриложенная сила вызывает соотеетст-нию с известным (базовым) объектом

. вующие реакции на динамометрах верти-обеспечивают повышенную точность измекальные ZA...ZP; и горизонтальные ХА...ХГ;рений опорных реакций. Это связано с

YA...Yr. Под действием вертикальной силы Z 40уменьшением взаимных влияний измеряепроисходит плоско-параллельное относи-мых компонентов нагрузки X, Y, Z. поскольтельное смещение элементов 7 и 8 и соот-ку для измерения каждого из них

ветствующий изгиб (преимущественно виспользуется независимая упругая система,

местах пазов 13) горизонтальных упругихимеющая повышенную жесткость в направэлементов 12 с сжатием - растяжением тен- 45лении неизмеряемых компонентов нагрузки

зопреобразователей R9...R16. В результате,и хорошую податливость (в том числе и из-за

мостовая схема - фиг. 7 - выделяет сигнал,пазов) в направлении измеряемых компопропорциональный силе Z, приходящейсянентов. Кроме того, динамометры имеют

на конкретный динамометр. Силы X и Y вы-компактную конструкцию с параллельным

зывают относительное плоско-параллель- 50расположением тенэопреобразователей (в

ное смещение фланцев 5, соответствующийто время как у известного устройства тениэгиб (преимущественно, в местах пазов 13)эопреобразователи расположены последопар упругих вертикальных элементов 9 и 10вательно по высоте). И, наконец, это

с сжатием-растяжением тензопреобразова-достигнуто за счет снижения величины изгителей R5...R8 или R1...R4. В результате мое- 55бающего момента (при приближении повертовые схемы фиг. 9 или фиг. 8 выделяютхности платформы к каждому динамометру

сигнал, пропорциональный силе X или Y,за счет размещения динамометров в выемприходящейся на соответствующий дина-ках платформы), мометр.

Предложенное устройство, помимо использования в медицине, может быть также применено в спорте (для биомеханических исследований).

Формул а изобретения Устройство для определения опорных реакций, содержащее прямоугольную платформу для взаимодействия с опорным органом, основание и установленные между основанием и платформой по углам последней трехкомпонентные динамометры, содержащие каждый вертикально расположенные упругие элементы, на которых размещены тензопреобразователи. и фланцы, один из которых связан с упругими элементами и платформой, а другой - с упругими элементами и основанием, о т л и ч а ю щ е- е с я тем, что, с целью повышения точности измерений при ходьбе за счет снижения взаимного влияния измеряемых компонентов нагрузки и уменьшения величин изгибающих моментов, в платформе с ее стороны, обращенной к основанию, выполнены гнез0

5

0

да, каждый динамометр размещен в одном из гнезд, устройство снабжено размещенными в каждом динамометре двумя парами жестких элементов, расположенных вертикально и диаметрально противоположно в каждой паре, и четырьмя парами дополнительных упругих элементов, выполненных дугообразными, размещенных горизонтально, связывающих в каждой паре взаим- но обращенные торцы соседних жестких элементов и расположенных в каждой паре один над другим, упругие элементы выполнены в виде двух пар, каждый элемент одной из которых связан с одним из жестких элементов одной пары и одним из фланцев, каждый элемент другой связан с одним из жестких элементов другой пары и другим фланцем, в каждом упругом элементе на участке, прилежащем к участку, соединяющему этот элемент с другим элементом динамометра, выполнен паз, поперечный по отношению к упругому элементу, а каждый тензопреобрэзователь размещен напротив паза.

25

Использование: в устройствах для биомеханических исследований. Сущность изобретения: устройство содержит основание и платформу. В них по углам выполнены гнезда. В гнездах расположены динамометры. Каждый динамометр выполнен в виде двух вертикально и диаметрально расположенных жестких элементов, связывающих их между собой дугообразных упругих элементов, фланцев и связывающих фланцы и жесткие элементы двух пар упругих элементов. Жесткие элементы каждой пары связаны с разными фланцами. В упругих элементах выполнены поперечные пазы. Напротив пазов установлены тенэопреобраэователи, При воздействии на платформу нагрузка передается на динамометры. Упругие элементы деформируются и эта деформация преобразуется тензопреобраэователямя для регистрации. 9 ил.V

,ч

TV

У7/У////Л

±

Т

// /у

фе/г

1

S

-Jfc

-te

1

Ж457///А

фе/г.1

(

Јpt/&3

/И -А

фн/&5

люл

1Г9Л

фе/г:7

/

13

Г

13

ф&е.б

R2

#7

фе/&9