Протез нижней конечности с внешним источником энергии

 

Изобретение относится к медицинской технике, в частности к протезостроению. Цель изобретения - снижение энергозатрат инвалида при ходьбе путем снижения массы подвижных частей протеза и обеспечение его надежной подкосоустойчивости. Протез содержит корсет 7, трубки бедра 5, 6 и голени 12, стопу 13, гидродемпфер 1, расположенный между верхней трубкой бедра 5 и нижней трубкой 6, гидроаккумулятор 3, закрепленный на корсете 7 и соединенный с гидродемпфером эластичными трубками 2. Гидродемпфер 1 представляет собой гидроцилиндр, внутри которого расположен поршень с двусторонним штоком. Внутри штока расположен золотник, который имеет возможность перекрывать своими поясками поперечные каналы, связывающие рабочие полости гидроцилиндра. Рабочая полость 4 при ходьбе инвалида на протезе вытесняется из рабочей полости в рабочую полость /или наоборот/ поршнем, протекая при этом по поперечным каналам. Перекрывая поперечный канал золотником можно тормозить движением подвижных частей протеза, а перекрыв поперечный канал полностью, надежно замкнуть протез. 5 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1577785 (51) 5 A 61 F 2/74

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Фиг.1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4477683/28-14 (22) 23.08.88 (46) 15.07.90. Бюл. № 26 (71) Харьковский политехнический институт им. В. И. Ленина (72) Н. Г. Бритякова и И. И. Степунин (53) 615.477.22:616-089.28 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1026802, кл. А 61 F 2/60, 1982. (54) ПРОТЕЗ НИЖНЕЙ КОНЕЧНОСТИ

С ВНЕЛНИМ ИСТОЧНИКОМ ЭНЕРГИИ (57) Изобретение относится к медицинской технике, в частности к протезостроению.

Цель изобретения — снижение энергозатрат инвалида при ходьбе путем снижения массы подвижнь х частей протеза и обеспечения его надежной подкосоустойчивости. Протез содержит корсет 7, трубки бедра 5, 6 и голени 12, стопу 13, гидродемпфер 1, расположенный между верхней трубкой бедра 5 и нижней трубкой 6, гидроаккумулятор 3, закрепленный на корсете 7 и соединенный с гидродемпфером эластичными трубками 2.

Гидродемпфер 1 представляет собой гидроцилиндр, внутри которого расположен поршень с двусторонним штоком. Внутри штока расположен золотник, который имеет возможность перекрывать своими поясками поперечные каналы, связывающие рабочие полости гидроцилиндра. Рабочая полость 4 при ходьбе инвалида на протезе вытесняется из рабочей полости в рабочую полость (или наоборот) поршнем, протекая при этом по поперечным каналам. Перекрывая поперечный канал золотником можно тормозить движением подвижных частей протеза, а перекрыв поперечный канал полностью, надежно замкнуть протез. 5 ил.

1577785

Изобретение относится к медицинской технике, а точнее к протезостроению, и может быть применено в протезах нижних конечностей с внешним источником энергии и также в системах программного управления перемещением элементов различных механизмов и машин — промышленных роботов, антропоморфных шагающих роботов.

Целью изобретения является снижение энергозатрат инвалида при ходьбе путем снижения подвижных частей протеза и обеспечения его надежной подкосоустойчивости.

На фиг. 1 изображен протез нижней конечности с гидродемпфером и внешним источником энергии, общий вид; на фиг. 2— крепление гидродемпфера на трубке бедра; на фиг. 3 — осевой разрез через гидродемпфер; на фиг. 4 — то же, при ином расположении золотника; на фиг. 5 — конструкция управляющего устройства.

Протез нижней конечности содержит гидродемпфер 1, связанный эластичными трубками 2 с гидроаккумулятором 3, имеющим запас рабочей жидкости 4. Гидродемпфер 1 установлен между верхней частью 5 трубки бедра и нижней частью 6 трубки бедра, а гидроаккумулятор 3 закреплен на корсете 7 протеза. Между гидродемпфером 1 и нижней частью 6 трубки бедра установлено управляющее устройство 8. На корсете 7 протеза, в его нижней части, расположены цилиндрические шарниры 9 и 10, один из которых (цилиндрический шарнир 9) через рычаги 11 (фиг. 2) связан с гидродемпфером 1, а второй цилиндрический шарнир 10 связан с верхней частью 5 трубки бедра. Нижняя часть 6 трубки бедра шарнирно связана с трубкой 12 голени, на дистальной оконечности которой выполнена стопа 13. Гидродемпфер 1 шарнирно связан с рычагами 11 посредством цапф 14. Гидродемпфер 1 состоит из гидроцилиндра 15, внутри которого расположен поршень 16 с двусторонним штоком 17, в гидроцилиндре 15 и поршне 16 установлены уплотнения 18 и 19.

Поршень 16 и двусторонний шток 17 разделяют внутреннюю часть гидроцилиндра 15 на рабочие полости 20 и 21, которые каналами 22 и 23 связаны с внутренней полостью 24, а каналами 25 и 26 через обратные клапаны 27 и 28 — с внутренними каналами 29 и 30 эластичных трубок 2. По оси двустороннего штока 17 выполнено отверстие 31, в котором расположен дроссельно-управляющий элемент в виде золотника 32 с хвостовиком 33, поясками 34 и 35 и шейкой 36, упорное кольцо 37 и пружина 38. Между двусторонним штоком 17 и хвостовиком 33 установлено уплотнение 39. На внутренней поверхности 40 двустороннего штока 17 выполнена канавка

41, в которой установлено эластичное кольцо 42. На обоих концах двустороннего штока 17 на резьбе установлены фланцы 43 и 44. Нижний фланец 44 фиксирует от5

50 носительно двустороннего штока 1? маслосборник 45 с впитывающим кольцом 46.

Внутри золотника 32 выполнено отверстие 47, которое через канал 48 . в хвос- . товике 33, полость 48, каналы 50 в двустороннем штоке 17 связано с маслосборником 45. Управляющее устройство 8 выполнено в виде последовательно соединенных (фиг. 5) электродви гателя 51 с редуктором 52 и преобразователем 53 — кинематической пары «винт-гайка», выходное звено преобразователя 53 — гайка 54 жестко связано с хвостовиком 33 золотника 32, а корпус электродвигателя 51 неподвижно закреплен относительно нижней части 6 трубки бедра.

На вход электродвигателя 51 подается сигнал от системы управления протезом (не показана).

В качестве управляющего устройства может быть использован серийно выпускаемый электродвигатель постоянного тока

ДПР-1, подключенный к внешнему источнику энергии — блоку питания (не показан}.

Протез нижней конечности с внешним источником энергии работает следующим образом.

В исходном положении гидродемпфер 1, его рабочие полости 20 и 21, внутренняя полость 24, каналы 22 и 23, а также каналы

25 и 26, обратные клапаны 27 и 28, каналы 29 и 30 и гидроаккумулятор 3 заполнены рабочей жидкостью 4.

При ходьбе инвалида верхняя часть 5 трубки бедра, жестко соединенная с фланцем 43 и через двусторонний шток 17 с фланцем 44, перемещается относительно корсета 7 и цилиндрических шарниров 9 и 1 О, совершая маятниковые колебательные движения вокруг оси цилиндрического шарнира

10. При этом за счет кинематической шарнирной связи — рычага 11 с гидроцилиндром 15 и с цилиндрическим шарниром 9, гидроцилиндр 15 имеет поступательное перемещение относительно поршня 16 и двустороннего штока 17, вытесняя рабочую жидкость 4 из одной рабочей. полости в другую.

Причем рабочая жидкость 4 (фиг. 4) проходит, например, из полости 21 через каналы 23, внутреннюю полость 24 в каналы 22 и затем в рабочую полость 20.

Так как эффективная площадь поршня 16 одинакова с одной и другой сторон поршня 16, то объем вытесненной жидкости из полости 21 равен объему жидкости, который попадает в полость 20.

Система управпения протезом подает сигнал на управляющее устройство 8, при этом ротор электродвигателя 51 начинает вращаться и через редуктор 52 и преобразователь 53 передает на хвостовик 33 поступатьельное движение.! 577785

Управляющее устройство 8 в конечном итоге перемещает за хвостовик 33 золотник 32 и открывает или перекрывает рабочим пояском 34 каналы 22, т. е. при перетекании рабочей жидкости 4 из рабочей полости 20 в рабочую полость 21 происходит дросселирование, а следовательно, изменяется скорость перемещения гидроцилиндра 15 относительно двустороннего штока 17 и верхней и нижней частей 5 и 6 трубки бедра.

На фиг. 4 показаны полностью откры- 1О тые каналы 22, т. е. скорость движения гидроцилиндра 15 относительно двустороннего штока 17 может быть наибольшей, а на фиг. 3 — каналы 22 полностью перекрыты рабочим пояском 34 золотника 32, да еще и внутренний торец рабочего пояска 34 упирается в эластичное кольцо 42, которое, конта кти руя с, ка на вкой 41, более на де ж но замыкает рабочие полости 20 и 21, обратные клапаны 27 и 28 при этом после- довательно закрываются. По подвижным 20 соединениям гидродемпфера 1 в процессе работы неизбежно будут утечки рабочей жидкости из рабочих полостей 20 и 21 и внутренней полости, при этом на наружной поверхности гидроцилиндра 15 и двустороннего штока 17 они будут стекать в маслосборник

45, и туда же утечки попадут по отверстию 47, каналам 48 через полость 49 и каналы 50.

Гидродемпфер обеспечивает движение протеза в пространстве по любому закону.

3а счет снижения массы подвижных частей 30 протеза уменьшаются энергозатраты инвалида при ходьбе, а конструкция .гидродемпфера 1 позволяет повысить надежность работы протеза в целом.

Формула изобретения

Протез нижней конечности с внешним з5 источником энергии, содержащий корсет с последовательно присоединенными к нему трубками бедра голени и стопой, управляющее устройство с электроприводом, а также размещенный на трубке бедра гидродемпфер, выполненный в виде шарнирно соединенного с корсетом гидроцилиндра с рабочими полостями, заполненными рабочей жидкостью, оснащенного дроссельно-управляющим элементом и поршнем со штоком, шарнирно связанным через трубку бедра с корсетом, отличающийся тем, что, с целью снижения энергозатрат инвалида при ходьбе путем снижения массы подвижных частей протеза и обеспечения его надежной подкосоустойчивости. в него введены закрепленный.на корсете гидроаккумулятор с эластичными трубками, посредством которых гидроаккумулятор связан с гидроцилиндром, эластичное и упорное кольца, размещенные в штоке, а также обратные клапаны, установленные в эластичных трубках на входах рабочих полостей гидроцилиндра, при этом шток выполнен двусторонним с внутренней полостью, поперечными каналами, которыми она соединена с рабочими полостями гидроцилиндра, и канавкой под эластичное кольцо, расположенной на боковой поверхности внутренней полости двустороннего штока между поперечными каналами, а дроссельно-управляющий элемент выполнен в виде золотника с хвостовиком, шейкой и двумя поясками, установленного во внутренней полости штока

> причем наружный торец одного из поясков подпружинен к опорному кольцу, внутренний торец этого пояска имеет возможность герметичного контакта с эластичным кольцом в одном из крайних положений золотника, а хвостовик последнего кинематически связан с электроприводом.

1577785

51

Составитель Н. Люкшин

Редактор М. Бандура Техред А. Кравчук Корректор С. Черни

Заказ 1871 Тираж 483 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и откргятиям при! K!IT СССI

113035, Москва, Ж- — 35, Ра шская наб., д. 4 5

Производственно-издательский комбинаi «Патснт», г. Ужгород, ул. 1 агари на, 101