Штучний колінний суглоб

Искусственный коленный сустав, содержащий каркас, включающий тазобедренный и голеностопный рычаги с элементами крепления к конечности, связанные шарнирным узлом, состоящим из муфты свободного хода с возможностью одностороннего вращательного движения, расположенной на поворотном пальце, шарнирный узел включает в себя механизм фиксации кольцевого зажима, расположенного вокруг обоймы муфты свободного хода, состоящий из двухэлементной разгибающейся детали, в состав которой входят корпус, соединенный с тазобедренным рычагом и одним концом кольцевого зажима, а также коленчатый рычаг, поворотный в направлении указанно го конца зажима и соединенный с другим концом зажима, коленчатый рычаг выпол~ нен регулируемым (по углу) относительно корпуса, поворотный палец, соединяющий указанные две части элемента с тазобедренным рычагом выполнен эксцентричным и подвижным, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что механизм фиксации кольцевого зажима дополнительно содержит на верхнем конце голеностопного рычага упор с выступом и взаимодействующие между собой кулачок, расположенный на поворотном пальце, и ползун, подвижный относительно голеностопного рычага, который взаимодействует с роликом, расположенным на нижней части тазобедренного рычага, кулачок и ползун соединены общей пружиной сжатия, каркас дополнительно содержит опорную платформу, шарнирно соединенную с нижним концом голеностопного рычага, при этом, указанный шарнирный узел выполнен с возможностью ограничения углового перемещения, а опорная платформа содержит фаланговую платформу, которая кинематически связана с кулачком. с > оо О Изобретение относится к медицинской технике, а именно, к травматологии и ортопедии. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому техническому решению является искусственный коленный сустав (прототип) содержащий каркас в виде тазобедренного и голеностоп ного рычагов, с элементами крепления к конечности, связанные шарнирным узлом, состоящим из муфты свободного хода с возможностью одностороннего вращатель- ного движения, расположенной на поворотном пальце, шарнирный узел включает в себя механизм фиксации кольцевого зажима, расположенного вокруг обоймы Г 26810 муфты свободного хода, состоящий из двухэлементной разгибающейся детали, в состав которой входят корпус, поворотный в направлении втулки, соединенный с тазобедренным рычагом, и одного конца кольцевого зажима, а также коленчатый рычаг, поворотный в направлении указанного конца зажима и соединенный с другим концом зажима; коленчатый рычаг является регулированным {по углу) относительно «корпуса; палец, соединяющий указанные две части элемента с тазобедренным рычагом, является эксцентричным и подвижным. Общими с предлагаемым техническим решением признаками являются каркас в виде тазобедренного и голеностопного рычагов, с элементами крепления к конечности, связанные шарнирным узлом, состоящим из муфты свободного хода с возможностью одностороннего вращательного движения, расположенной на поворотном пальце, шарнирный узел включает в себя механизм фиксации кольцевого зажима, расположенного вокруг обоймы муфты свободного хода, состоящий из двухэлементной разгибающейся детали,в состав которой входят корпус, поворотный в направлении втулки, соединенный с тазобедренным рычагом, и одного конца кольцевого зажима, а также рычаг, поворотный в направлении указанного конца зажима и соединенный с другим концом зажима; указанный рычаг является регулированным (по углу) относительно корпуса; поворотный папец, соединяющий указанные две части элемента с тазобедренным рычагом, является эксцентричным и подвижным. Устройство применяется в протезировании, но не предназначено для использования в экзоскелетонах, а механизм фиксации кольцевого зажима не обеспечивает подкосоустойчивость шарнирного узла при вертикальном отклонении голеностопного рычага относительно опорной платформы, кроме того, отсутствует возможность изменения порогового усилия сжатия кольцевого зажима без помощи рук пользователя. В основу изобретения поставлена задача создать такое устройство, в котором новое конструктивное выполнение механизма фиксации кольцевого зажима шарнирного узла и рычагов позволяет получить шарнирное сочленение с расширенными функциональными возможностями, а именно, обеспечить динамическое изменение усилия сжатия кольцевого зажима в зависимости от величины взаимного углового перемещения тазобедренного и голеностопного рычагов, что необходимо при приседании и фиксации его в любом положении, удерживать перпендикуляр5 ность положения голеностопного рычага относительно опорной платформы, тем самым повысить подкосоустойчивость шарнирного узла, что повышает удобство применения устройства при спуске с лестни10 цы и приседании. Поставленная задача решается тем, что в устройстве, содержащим каркас, включающий тазобедренный и голеностопный рычаги, с элементами крепления к 15 конечности, связанные шарнирным узлом, состоящим из муфты свободного хода с возможностью одностороннего зращательного движения, расположенной на поворотном пальце, шарнирный узел включает 20 в себя механизм фиксации кольцевого зажима, расположенного вокруг обоймы муфты свободного хода, состоящий из двухэлементной разгибающейся детали, в состав которой входят корпус, соединен25 ный с тазобедренным рычагом, поворотный относительно одного конца кольцевого зажима, а также рычаг, поворотный в направлении указанного конца зажима и соединенный с другим концом зажима, 30 указанный рычаг является регулированным (по углу) относительно корпуса, палец, соединяющий указанные две части элемента с тазобедренным рычагом, выполнен эксцентричным и подвижным, сог35 ласно изобретению, при этом механизм фиксации кольцевого зажима дополнительно содержит на верхнем конце голеностопного рычага упор с выступом и взаимодействующие между собой кулачок, рас40 положенный на оси шарнирного узла и ползун, подвижный относительно указанного рычага, который взаимодействует с роликом, расположенным на нижней части тазобедренного рычага, на кулачок и 45 ползун дополнительно воздействует пружина, каркас дополнительно содержит опорную платформу, шарнирно соединенную с нижним концом голеностопного рычага, при этом указанное шарнирное сое50 динение выполнено с возможностью ограничения углового перемещения, а опорная платформа содержит фаланговую платформу, которая кинематически связана с кулачком. 55 Отличительными признаками предлагаемого устройства является то, что механизм фиксации кольцевого зажима дополнительно содержит на верхнем конце голеностопного рычага упор с выступом и взаимодействующие между собой кула 26810 чок, расположенный на оси шарнирного узла и ползун, подвижный относительно указанного рычага, который взаимодействует с роликом, расположенным на нижней части тазобедренного рычага, на кулачок и ползун дополнительно воздействует пружина, каркас дополнительно содержит опорную платформу, шарнирно соединенную с нижним концом голеностопного рычага, при этом указанное шарнирное соединение выполнено с возможностью ограничения углового перемещения, а опорная платформа содержит фаланговую платформу, которая кинематически связана с кулачком, что обеспечивает динамическое изменение усилия сжатия кольцевого зажима в зависимости от величины взаимного углового перемещения тазобедренного и голеностопного рычагов, удерживание перпендикулярности положения голеностопного рычага относительно опорной платформы, тем самым повышается подкосоустойчивость шарнирного узла, удобство применения при спуске с лестницы и приседании. На фиг. 1 изображен искусственный коленный сустав, вид сбоку; на фиг. 2 голеностопный рычаг с опорной платформой, вид сбоку; на фиг. 3 - опорная платформа, вид сверху. Устройство (фиг. 2 и 3) содержит каркас, включающий опорную платформу 1, располагаемую внутри обуви, элементы крепления к конечности, тазобедренный рычаг 2, голеностопный рычаг 3, голеностопный шарнир с осью 4, выступами 5, регулировочными винтами 6 с гайками 7, трос 8, фаланговую платформу 9, шарнирно соединенную с опорной платформой осью 10, на опорной платформе расположены направляющая втулка 11, а на фаланговой платформе - крепежная втулка для конца троса 12, шарнирный узел (фиг. 1), включающий муфту свободного хода с обоймой 13 и ступицей, которая жестко закреплена на пальце 14 и расположена в верхней части 15 голеностопного рычага, на вершине которого расположены упор с выступом 16, механизм фиксации кольцевого зажима, состоящий из кольцевого зажима 17, один конец которого шарнирно соединен с корпусом 18 двухповоротной разгибающейся детали, расположенной на нижней части тазобедренного рычага 2, коленчатого рычага 19, который осыо 20 связан с другим концом кольцевого зажима, а второй осью 21 шарнирно соединен с верхним концом тазобедренного рычага, эксцентричного поворотного пальца 22 с осью 23, крепежных 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 винтов 24, 25, регулировочного винта 26 с пружиной 27, ползуна 28 с прорезями 29 и упорами 30, кулачка 31, пружины сжатия 32 с осью 33, ролика 34 с осью 35, дополнительно тазобедренный и голеностопный рычаги могут содержать резьбовое соединение с отверстиями 36 для регулирования длины этих рычагов. Работа устройства следующая. Конечности и тело пользователя с помощью элементов крепления крепятся к каркасу экзоскелетона, либо протезу. Предварительно, с помощью регулировочных винтов 6 с гайкой 7, устанавливается такая величина возможного углового перемещения голеностопного рычага 3 относительно опорной платформы 1, которая обеспечивает, при согнутой в шарнирном у эле конечности, нахождение вертикальной проекции пальца 14 на уровне носка обуви. При вертикальном расположении выправленной конечности, масса тела пользователя воздействует на тазобедренный рычаг 2, через ось 21 на кольцевой зажим 17 и коленчатый рычаг 19, который через ось 20 удерживает второй подвижный конец кольцевого зажима. Кольцевой зажим 17 упирается в жесткую конструкцию, образованную обоймой 13 муфты свободного хода, расположенной на пальце 14, верхнюю часть голеностопного рычага 15, голеностопный рычаг 3, голеностопный шарнир с осью 4, опорную платформу 1. В связи с тем, что подвижный конец кольцевого зажима 17, в исходном состоянии, под действием пружины 27 отодвигается, коленчатый рычаг 19 поворачиваясь относительно осей 20, 21 упирается своим клиновидным концом в крепежный винт 24. В результате обойма 13 не будет находиться в жестком фрикционном зацеплении с кольцевым зажимом 17 и шарнирный узел не препятствует взаимному складыванию тазобедренного и голеностопного рычагов. Поэтому при воздействии массы тела на тазобедренный рычаг 2 ролик 34 с осью 35 упирается в выступ 16 и под действием эффекта скольжениякачения перемещается по выступу вдоль фронтальной поверхности ползуна 28. От возможного взаимного складывания рычагов 2, 3 в противоположном направлении предохраняет упор, расположенный в верхней части 15 голеностопного рычага 3. Если фаланговая платформа 9 находится в одной плоскости с опорной платформой, то трос 8 не натянут и выступ кулачка 31, под действием пружины сжатия 32, выводится из контакта с тыльной стороной ползуна 28. В результате, под 26810 действием другого конца пружины 32 ползун 28 перемещается на упорах 30 вдоль прорезей 29 в сторону пальца 14, что позволяет ролику 34 вместе с тазобедренным рычагом 2 также передвинуться в сторону пальца, жестко соединенного с голеностопным рычагом и ступицей муфты свободного хода. Так как клиновидный конец коленчатого рычага 19, при нахождении ролика на выступе 16, уже упирался в крепежный винт 24, то указанное перемещение тазобедренного рычага в сторону пальца 14 приводит к угловому перемещению вместе с ним на оси 21 и коленчатого рычага 19. При этом короткое плечо коленчатого рычага также перемещается, сжимая пружину 27 и сближая концы кольцевого зажима 17. Происходит полное торможение обоймы 13 муфты свободного хода относительно тазобедренного рычага *2. В связи с заложенным свойством муфты свободного хода одностороннего вращательного движения, шарнирный узел блокирует взаимное складывание голеностопного и тазобедренного рычагов, не препятствуя их расправлению. Таким образом при вертикальном положении тела и нижних конечностей пользователя без осуществления шагового перемещения, полностью разгружается скелетно-мышечный аппарат и лишь частично используются мышечные усилия для блокирования подвижности в тазобедренных и голеностопных суставах. При этом масса пользователя и груза поддерживаются в тазобедренной и голеностопных областях на жестком каркасе, образованном тазобедренными и голеностопными рычагами с элементами крепления к конечностям Работа устройства в динамике отличается тем, что свобода перемещения нижних конечностей пользователя достигается перенесением центра тяжести на опор 5 10 15 20 25 30 35 40 45 8 ную ногу и освобождением за счет этого опорной платформы 1 не опорной конечности. Соответственно, под действием усилия пружины 27 и массы голеностопного рычага усилие прижатия кольцевого зажима к обойме 13 муфты свободного хода уменьшается и она обретает свободу вращения в противоположном направлении. Тем самым появляется возможность свободного распрямления в коленном суставе неопорной конечности. При движении вниз по лестнице, либо приседании, появляется необходимость в частичном подтормаживании кольцевым зажимом 17 муфты свободного хода. При этом предварительно с помощью винтов 24, 25 устанавливается такой угол поворота коленчатого рычага 19, который обеспечивает требуемый эффект подтормаживания, при условии перемещения ползуна 28 в сторону поворотного пальца 14. Для этого наклоняют конечность и перемещают центр тяжести на носок опорной конеччости, фаланговая платформа 9 осуществляет угловое перемещение на оси 10 относительно опорной платформы 1 и трос 8 вытягивается из направляющей втулки 11. В результате кулачок 31 поворачивается на пальце 14 в направлении против часовой стрелки и ползун 28 обретает требуемую подвижность. Дополнительно имеется возможность принудительного полного разблокирования шарнирного узла. Для этого перемещают вниз эксцентричный поворотный палец 22, чем достигается принудительное перемещение вверх до упора коленчатого рычага 19 В результате независимо от величины нагрузки на шарнирный узел он остается полностью разблокированным. Таким образом, по сравнению с известными техническими решениями, появилась возможность получить устройство с расширенными функциональными возможностями и областями применения. 26810 18 26810 11 91*. г іг Упорядник Техред М. Келемеш Коректор М.Куль Замовлення 531 Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655, ГСП, Київ-53, Львівська пл.в 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м. Ужгород, вул. Гагаріна, 101