Тормозное коленное сочленение для протеза ноги

Тормозное коленное сочленение для протеза ноги

Реферат

 

Изобретение относится к медицинской технике и предназначено для протезирования инвалидов. Тормозное коленное сочленение для протеза ноги содержит верхнюю часть сочленения, нижнюю часть сочленения. шарнирную ось, жестко соединенную с одной частью сочленения. Образующий среднюю часть сочленения качающийся рычаг установлен своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси качания, лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси, и охватывающий шарнирную ось своим концом, находящимся со стороны сгибания, а также тормозное устройство управляемое нагружением стопы. Оно снабжено закрытой, концентрично охватывающей по меньшей мере частично шарнирную ось по ее периметру и заполненной предпочтительно гидравлическим маслом вытеснительной камерой, которая установлена в сопряженном конце средней части сочленения и разделена шарнирной осью, выполненной в виде вращающегося поршня и жестко соединенной с верхней частью сочленения. Камера разгибания и камера сгибания сообщены между собой маслопроводом, полностью или частично запираемым золотником, который установлен в средней части сочленения с возможностью перемещения навстречу действию золотниковой пружины, отжимающей его в открытое положение. При повороте средней части сочленения в направлении сгибания вокруг установленной в нижней части сочленения оси качания отжимается в свое закрытое положение предусмотренным в нижней части сочленения перестановочным устройством. Технический результат заключается в создании тормозного устройства, управляемого нагрузкой на сгибку, при сохранении естественной фазы ходьбы. 15 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение касается тормозного коленного сочленения, нижнюю часть сочленения, шарнирную ось, жестко соединенную с одной частью сочленения, и образующий центральную часть сочленения качающийся рычаг, установленный своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси качания, лежащей параллельно, центрально и дистально по отношению к шарнирной оси, и охватывающий шарнирную ось своим концом, находящимся со стороны сгибания, а также тормозное устройство, управляемое нагружением стопы.

Такая форма выполнения описана, например, в патенте США 3015825. Зависящее от нагрузки автоматическое проведение в действие механизмов для создания сопротивления движению с целью удержания коленных сочленений протезов от сгибания под нагрузкой требует технических мер, позволяющих осуществлять относительное движение бедренной и голенной части протеза ноги, причем в направлении, поддерживаемом реальными режимами нагрузки протеза ноги во время фазы стояния при ходьбе. Техническим решением для такого относительного движения в известном тормозном коленном сочленении служит качающийся рычаг, образующий среднюю часть сочленения. Ось качания в этой известной конструкции соединена с верхней частью сочленения, а шарнирная ось установлена в нижней части сочленения. Продольная ось качающегося рычага проходит к продольной оси выпрямленного протеза ноги, исходя из центра оси колена, вперед книзу, то есть антеро-дистально. Этот наклон приводит к тому, что тормозное действие на коленное сочленение, которое создается тормозной лентой, натягиваемой вокруг тормозного барабана за счет обусловленного нагрузкой относительного движения между бедренной и голенной частью протеза ноги, непрерывно снижается от своего максимального значения при наступлении на пятку в начале фазы стояния при ходьбе до опирания на плюсну в конце этой фазы, поскольку продольная ось качающегося рычага занимает все более параллельное положение к направлению основной нагрузки, в результате чего количество относительного движения ограничивается. Такое положение, показанное на фигурах 6 и 7 описания к указанному патенту, служит для улучшения перехода из фазы стояния в фазу маха при ходьбе, так как это положение позволяет инвалиду начать сгибание колена уже к моменту времени, когда плюсна протеза ноги еще находится под малой нагрузкой.

В основу изобретения положена задача усовершенствовать в описанном тормозном коленном сочленении конструкцию тормозного устройства, управляемого нагрузкой на стопу, при сохранении естественной фазы ходьбы.

Эта задача решается, согласно изобретению с помощью закрытой, концентрично охватывающей по меньшей мере частично шарнирную ось по ее периметру и заполненной предпочтительно гидравлическим маслом вытеснительной камеры, которая установлена в сопряженном конце средней части сочленения и разделена шарнирной осью, выполненной в виде вращающегося поршня и жестко соединенной с верхней частью сочленения, на камеру разгибания и камеру, сообщенные между собой маслопроводом, полностью или частично запираемым золотником, который установлен в средней части сочленении с возможностью перемещения навстречу действию золотниковой пружины, отжимающей его в открытое положение, и который при повороте средней части сочленения в направлении сгибания вокруг установленной в нижней части сочленения оси качания отжимается в свое закрытое положение предусмотренным в нижней части сочленения перестановочным устройством.

При этом целесообразно для управления фазой маха последовательно включить в маслопровод, соединяющий камеру разгибания с камерой сгибания, два обратных дроссельных клапана противоположного действия.

Предпочтительно предусмотреть, далее, служащий выдвигающим элементом поводок, одним своим концом шарнирно соединенный с верхней частью сочленения, а дистальным своим концом шарнирно связанный с размещенным в нижней части сочленения пружинным зажимом, нагруженным выдвигающей пружиной.

Для предотвращения жесткого удара при разгибании можно, согласно изобретению, предусмотреть амортизацию в конечных положениях. Для создания амортизации в конечных положениях при разгибании целесообразно маслопровод, связывающий камеру разгибания с камерой сгибания, соединить через присоединительный элемент с камерой разгибания таким образом, чтобы вращающийся поршень в последней зоне своего вращательного движения все в большей степени перекрывал этот присоединительный элемент в направлении разгибания. Упомянутая последняя зона вращательного движения может составлять предпочтительно от 10^o до 15^o. По мере разгибания вращательный поршень нагнетает масло из камеры разгибания через соединительный трубопровод в камеру сгибания. Благодаря возрастающему перекрыванию этого выпускного маслопровода вращающимся поршнем вызывается дросселирующий эффект, способствующий амортизации при разгибании. При этом характер амортизации может определяться проходящим мимо присоединительного элемента внешним контуром вращающегося поршня.

Чтобы избежать гидравлического сопротивления, вызываемого дросселем конечных положений при реверсе вращения поршня из положения разгибания в положение сгибания, можно согласно изобретению в присоединительном элементе для соединения маслопровода с камерой сгибания предусмотреть обратный клапан, который в начале сгибания открывается маслом, вытесняемым из камеры сгибания.

Другие признаки изобретения являются предметом зависимых пунктов формулы и более подробно поясняется на примерах выполнения в связи с прочими преимуществами изобретения. Некоторые варианты осуществления изобретения, служащие в качестве примеров, изображены на чертежах, на которых: фиг. 1 показывает коленное сочленение с протезом голени, вид сбоку; фиг. 2 - тормозное коленное сочленение с гидравлическим управлением, находящееся в положении разгибания, вид сбоку; фиг. 3 - тормозное сочленение согласно фигуре 2 в положении сгибания; фиг. 4 - изобретение согласно фигуре 2 в продольном разрезе; фиг. 5 - изображение согласно фигуре 3 в продольном разрезе; фиг. 6 - гидродинамическая схема; фиг. 7 - схематическое детальное изображение регулируемых обратных клапанов для управления фазой маха тормозного коленного сочленения; фиг. 8 - вариант выполнения согласно изображению на фигуре 4; фиг. 9 - тормозное коленное сочленение согласно фигуре 8 в положении сгибания.

На фиг. 1 показано тормозное коленное сочленение 1, на дистальном конце которого через клеммовое соединение 2 закреплена образующая голень протеза трубки 3, соединенная на своем нижнем конце со стопой 4 протеза.

Тормозное коленное сочленение 1 состоит из верхней части 5, нижней части 6, шарнирной оси 7, а также из воспринимающего нагрузку на стопу и образующего среднюю часть 8 сочленения качающегося рычага, поворачиваемого вокруг оси качания 9, параллельной шарнирной оси 7.

На фиг. 1 видно, что ось качания 9 установлена вентрально и дистально относительно шарнирной оси 7.

На фиг. 1 показана силовая линия F, символизирующая нагружение пятки, а также силовая линия V, символизирующая нагружение плюсны, причем обе линии проходят через шарнирную ось 7. Тормозной момент, оказываемый на шарнирную ось 7 качающимся рычагом 8, поворотным вокруг оси качания 9, определяется соответствующим плечом силы, вытекающим из положения соответствующей нагрузочной линии по отношению к оси качания 9. На фиг. 1 видно, что плечо силы "а" для нагрузочной линии F на пятку больше плеча силы "в" для нагрузочной линии V на плюсну - это является следствием более низкого расположения оси качания 9 относительно шарнирной оси 7 и приводит к тому, что при нагружении пятки создается максимальный тормозной момент, в то время как при нагружении плюсны этот тормозной момент значительно меньше и позволяет благодаря этому осуществлять соответствующее сгибание на фазе ходьбы. Если бы обе оси 7, 9 лежали в одной и той же горизонтальной плоскости, то при нагружении пятки и плюсны возникали бы примерно одинаковые по величине тормозные моменты, что осложняло бы начало сгибания на фазе ходьбы.

На фигурах 2-5 показано гидравлически управляемое тормозное коленное сочленение. Здесь тормозная ось 7 по своему периметру по меньшей мере частично охвачена заполненной предпочтительно гидравлическим маслом вытеснительной камерой, которая установлена в качающемся рычаге 8, образующим среднюю часть сочленения, и разделена шарнирной осью 7, выполненной в виде вращающегося поршня 19 и жестко соединенной с верхней частью 5 сочленения, на камеру разгибания 20 и камеру сгибания 21, сообщенные друг с другом маслопроводом 22. Последний полностью или частично запирается золотником 23, который установлен в средней части 8 сочленения с возможностью перемещения навстречу действию золотниковой пружины 24, отжимающей его в открытое положение, и который при повороте средней части 8 сочленения в направлении сгибания отжимается в свое закрытое положение перестановочным устройством, предусмотренным в нижней части 6 сочленения. Это перестановочное устройство представляет собой размещенный в нижней части 6 сочленения вращаемый от руки юстировочной винт 25, воздействующий на дистальный конец золотника 23.

На средней части 8 сочленения предусмотрен разгибательный упор 26 для верхней части 5 сочленения. Вращательное движение установленной на оси качания 9 средней части 8 сочленения в ее положение разгибания ограничивается разгибательным упором 27, сидящем на нижней части 6 сочленения, а в ее положение сгибания - упругим, также установленным на нижней части 6 сочленения сгибательным упором 28, который образован резиновой втулкой, частично охватывающей золотник 23 и его юстировочный винт 25. Этот упругий сгибательный упор 28 служит для переключения фазы маха в фазу стояния и может посредством юстировочной гайки 29, взаимодействующей с дистальным концом резиновой втулки и перемещаемой по юстировочному винту 25, устанавливаться на предварительный натяг, учитывающий индивидуальность пациента.

В маслопроводе 22, связывающем обе камеры 20, 21 между собой, предусмотрен обратный клапан 30, обходящий образованное золотником 23 место дросселирования, который открывается при разгибании сочленения и вызванном им перетекании масла из камеры разгибания в камеру сгибания (см. также фиг. 6). Этим предотвращается влияние золотника 23 на гидравлическое масло, вытесняемое при разгибании сочленения.

Для обеспечения возможности управления фазой маха в указанный выше маслопровод 22 последовательно включены два обратных дроссельных клапана 31, 32 противоположного действия (см. фигуры 6 и 7), на каждый из которых воздействует продольно перемещаемый вручную извне юстировочный штифт 33. На фиг. 7 показано, что оба обратных клапана 31, 32 имеют общий шарик 34, перемещаемый между обоими юстировочными штифтами 33 при соответствующем нагружении давлением. Нагружение шарика 34 давлением осуществляется за счет обтекания его маслом. При увеличении потока масла давление на шарик 34 возрастает, в результате чего шарик 34, преодолевая действие пружины 35, смещается ближе к соответствующему седлу 36 клапана. Вследствие этого дросселирование потока масла увеличивается. Тем самым возрастает сопротивление (амортизация) при ускоренном движении колена.

К вытеснительной камере 20, 21 подключен гидроаккумулятор 37, компенсирующий изменения объема гидравлического масла.

Далее предусмотрен служащий выдвижным элементом проводок 38, одним своим концом шарнирно соединенный с верхней частью 5 сочленения, а своим дистальным концом - с пружинным зажимом 39, размещенным в нижней части 6 сочленения и нагруженным выдвигающей пружиной 40.

В варианте выполнения, изображенном на фигурах 8 и 9, предусмотрена амортизация в конечных положениях при разгибании. Маслопровод 22, связывающий камеру разгибания 20 с камерой сгибания 21, через присоединительный элемент 41 соединен с камерой разгибания 20 таким образом, что вращающийся поршень 19 все в большей степени перекрывает этот присоединительный элемент 41 в последней зоне своего вращательного движения против часовой стрелки в направлении разгибания. Этим создается дросселирующее действие, вызывающее амортизацию при разгибании. Характер амортизации зависит при этом от проходящего мимо присоединительного элемента 41 внешнего контура вращающегося поршня 19. В присоединительный элемент 42, соединяющий маслопровод 22 с камерой сгибания 21, вмонтирован обратный клапан 43, который в начале сгибания открывается маслом, вытесняемым из камеры сгибания 21.

Формула изобретения

1. Тормозное коленное сочленение для протеза ноги, содержащее верхнюю часть (5) сочленения, нижнюю часть (6) сочленения, шарнирную ось (7), жестко соединенную с одной частью сочленения и образующей среднюю часть (8) сочленения, качающийся рычаг, установленный своим концом, находящимся со стороны разгибания, на оси качания (9), лежащей параллельно, вентрально и дистально по отношению к шарнирной оси (7) и охватывающий шарнирную ось (7) своим концом, находящимся со стороны сгибания, а также тормозное устройство, управляемое нагружением стопы, отличающееся тем, что оно снабжено закрытой, концентрично охватывающей по меньшей мере частично шарнирную ось (7) по ее периметру и заполненной предпочтительно гидравлическим маслом вытеснительной камерой (20, 21), которая установлена в сопряженном конце средней части (8) сочленения и разделена шарнирной осью (7), выполненной в виде вращающегося поршня (19) и жестко соединенной с верхней частью (5) сочленения, на камеру разгибания (20) и камеру сгибания (21), сообщенные между собой маслопроводом (22), полностью или частично запираемым золотником (23), который установлен в средней части (8) сочленения с возможностью перемещения навстречу действию золотниковой пружины (24), отжимающей его в открытое положение, и который при повороте средней части (8) сочленения в направлении сгибания вокруг установленной в нижней части (6) сочленения оси качания (9) отжимается в свое закрытое положение предусмотренным в нижней части (6) сочленения перестановочным устройством.

2. Тормозное коленное сочленение по п.1, отличающееся тем, что указанное перестановочное устройство представляет собой вращаемый от руки юстировочный винт (25), воздействующий на дистальный конец золотника (23).

3. Тормозное коленное сочленение по п.1 или 2, отличающееся тем, что на средней части (8) сочленения предусмотрен разгибательный упор (26) для верхней части (5) сочленения.

4. Тормозное коленное сочленение по пп.1, 2 или 3, отличающееся тем, что вращательное движение установленной на оси качания (9) средней части (8) сочленения в ее положение разгибания ограничивается разгибательным упором (27), сидящим на нижней части (6) сочленения, а в ее положение сгибания - упругим, также установленным на нижней части (6) сочленения сгибательным упором (28).

5. Тормозное коленное сочленение по п.4, отличающееся тем, что упругий сгибательный упор (28) имеет предварительный натяг посредством приводимого вручную юстировочного устройства.

6. Тормозное коленное сочленение по пп.2 и 5, отличающееся тем, что упругий сгибательный упор (28) представляет собой резиновую втулку, частично охватывающую золотник (23) и его юстировочный винт (25).

7. Тормозное коленное сочленение по п.6, отличающееся тем, что юстировочное устройство для сгибательного упора (28) представляет собой юстировочную ленту (29), перемещаемую по указанному юстировочному винту (25) и взаимодействующую с дистальным концом сгибательного упора (28).

8. Тормозное коленное сочленение по одному из пп.1 - 7, отличающееся тем, что в маслопроводе (22) установлен обратный клапан (30), обходящий образованное золотником (23) место дросселирования, который открывается при разгибании сочленения и вызванном им перетекании масла из камеры разгибания (29) в камеру сгибания (21).

9. Тормозное коленное сочленение по одному из пп.1 - 8, отличающееся тем, что в маслопровод (22), связывающий камеру разгибания (20) с камерой сгибания (21), последовательно включены два обратных дроссельных клапана (31, 32) противоположного действия для управления фазой маха.

10. Тормозное коленное сочленение по п.9, отличающееся тем, что для ручной регулировки управления фазой маха на обратные клапаны (31, 32) воздействует через соответствующий юстировочный штифт (33).

11. Тормозное коленное сочленение по п.10, отличающееся тем, что оба обратных клапана (31, 32) имеют общий шарик (34), перемещаемый между обоими юстировочными штифтами (33).

12. Тормозное коленное сочленение по п.11, отличающееся тем, что по меньшей мере один из юстировочных штифтов (33) при соответствующем давлении указанного шарика (34) перемещается в сторону седла (36) клапана, преодолевая действие пружины (35).

13. Тормозное коленное сочленение по одному из пп.1 - 12, отличающееся тем, что к вытеснительной камере (20, 21) подключен гидроаккумулятор (37), компенсирующий изменения объема гидравлического масла.

14. Тормозное коленное сочленение по одному из пп.1 - 13, отличающееся тем, что оно снабжено служащим в качестве выдвижного элемента поводком (38), который одним своим концом шарнирно соединен с верхней частью (5) сочленения, а своим дистальным концом шарнирно связан с пружинным зажимом (39), размещенным в нижней части (6) сочленения и нагруженным выдвигающей пружиной (40).

15. Тормозное коленное сочленение по одному из пп.1 - 14, отличающееся тем, что для создания амортизации в конечных положениях при разгибании маслопровод (22), связывающий камеру разгибания (20) с камерой сгибания (21), соединен через присоединительный элемент (41) с камерой разгибания (20) таким образом, чтобы вращающийся поршень (19) в последней зоне своего вращательного движения все в большей степени перекрывал присоединительный элемент (41) в направлении разгибания.

16. Тормозное коленное сочленение по п.15, отличающееся тем, что в присоединительный элемент (42), соединяющий маслопровод (22) с камерой сгибания (21), вмонтирован обратный клапан (43), который в начале сгибания открывается маслом, вытесняемым из камеры сгибания (21).

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9