PL225626B1 - Urządzenie wspomagające funkcje stawu kolanowego - Google Patents

Abstract

Urządzenie wspomagające funkcje stawu kolanowego składa się z części udowej (1) i goleniowej (2), połączonych ze sobą przegubem (3), wyposażone w układ napędowy (4) usytuowany na jednej z części udowej (3) względnie goleniowej (2) połączonych ze sobą wodzikiem (5), który poprzez tuleje połączony jest z układem napędowym (4) za pomocą podatnego sprzęgła, w którym elementami zazębiającymi sprzęgło są rozmieszczone promieniowo na obwodzie elementy sprężyste.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie wspomagające funkcje stawu kolanowego.

Urządzenie według wynalazku może być stosowane w układach rehabilitacyjnych.

Z polskiego opisu patentowego nr 190682 B1 jest znana klamra kolanowa z nastawianiem strzałkowym, zawierająca mankiet udowy i mankiet goleniowy, połączone ze sobą po jednej stronie klamry kolanowej poprzez część zawiasową, która jest zdolna do dostarczania siły korekcji strzałkowej do korekcji położenia stawu kolanowego w szpotawy lub koślawy poprzez mechanizm przechyłowy, przy czym mechanizm przechyłowy jest ukształtowany przez mankiety udowy i goleniowy będące w styku z odpowiednim elementem pionowym części zawiasowej i z nastawnym kątem pomiędzy mankietami udowym i goleniowym, a odpowiednim elementem pionowym części zawiasowej, charakteryzująca się tym, że mechanizm przechyłowy zawiera umieszczone naprzeciwko siebie w kształt litery „V” powierzchnie czołowe na mankietach udowym i goleniowym oraz na elementach pionowych części zawiasowej, przy czym mankiety udowy i goleniowy są w liniowym styku z odpowiednim elementem pionowym.

Z opisów patentowych nr US8114034, US4872665, US7947004, US20140171838, US 20110071452, W02008097336 i EP2238894 znane są urządzenia wspomagające funkcje kończyny dolnej, w szczególności stawu kolanowego. Urządzenia te przeważnie składają się z elementów stanowiących zewnętrzny stelaż odwzorowujący układ kinematyczny kończyny dolnej lub pojedynczego stawu, najczęściej kolanowego. Elementy te przymocowywane są do kończyny za pomocą pasów lub rzepów. W zależności od swojej funkcji, urządzenia te mogą jedynie stabilizować grupę stawów lub pojedynczy staw. Istnieją też konstrukcje, które za pomocą układów napędowych związanych z elementami stelażu wspomagają ruch kończyny dolnej. Układy napędowe opierają się najczęściej na konstrukcjach cięgnowych, siłownikach liniowych i silnikach elektrycznych. Urządzenia tego typu st osowane są w celu zwiększenia udźwigu, wytrzymałości, szybkości, lub redukcji zmęczenia u w pełni sprawnych ludzi, tego typu konstrukcje opracowywane są przede wszystkim dla wojska. Istnieje też drugi rodzaj konstrukcji opracowywanych do celów rehabilitacyjnych i wspomagania uszkodzonych stawów u ludzi, którzy utracili pewną sprawność w wyniku choroby lub wypadku. Największym problemem w tego typu urządzeniach jest układ sterowania, który musi dokładnie odtworzyć naturalny ruch kończyn. W przypadku urządzeń rehabilitacyjnych i wspomagających jest to szczególnie ważne, nawet najmniejszy błąd lub odchylenie od naturalnego dla człowieka ruchu może powodować ból lub doprowadzić do pogłębienia urazu. Układ sterowania musi uwzględniać, że każdy człowiek ma nieco inny sposób chodu, co spowodowane jest różnicami osobniczymi, chorobą bądź urazem. Istnieje kilka typów układów sterowania. Stosowane są układy sterowania wykorzystujące model ludzkiego chodu. Innym sposobem sterowania może być odczytywanie sygnałów z mięśni lub fal mózgowych. Metody te wymagają stosowania wielu czujników, co uniemożliwia zastosowanie takich urządzeń, jako osobistych narzędzi wspomagających codzienną rehabilitację i funkcjonowanie uszkodzonych stawów. Najtańszym i najprostszym sposobem w realizacji jest sterowanie nadążne, w którym sygnały sterujące są opóźnione w stosunku do fazy ruchu. W początkowej fazie ruchu człowiek najpierw musi wyk onać ruch przeciwko nienapędzanemu układowi napędowemu urządzenia, dopiero po zarejestrowaniu tego faktu następuje uruchomienie układu napędowego. Prostota tego układu powoduje znaczne problemy u osób z urazami stawów lub kończyn. Konieczność wykonania ruchu przeciwko nienapędzanemu układowi napędowemu w przypadku poważnych urazów może nie być możliwa do wykonania lub powodować ból i znaczny dyskomfort.

Celem wynalazku jest opracowanie urządzenia aktywnie wspierającego funkcje stawu kolanowego, na tyle prostego w sterowaniu, taniego, bezpiecznego i funkcjonalnego, aby mogło być wykorzystywane, na co dzień.

Według wynalazku urządzenie wspomagające funkcje stawu kolanowego składa się z części udowej i goleniowej, połączonych ze sobą przegubem, wyposażone w układ napędowy usytuowany na jednej z części udowej względnie goleniowej połączonych ze sobą wodzikiem, który poprzez tuleje połączony jest z układem napędowym za pomocą podatnego sprzęgła, w którym elementami zazębiającymi sprzęgło są rozmieszczone promieniowo na obwodzie elementy sprężyste.

Zaletą wynalazku jest zastosowanie zintegrowanego mechanizmu napędowego przenoszącego moment obrotowy poprzez układ sprzęgła podatnego umożliwiająca niewielki względny ruch między układem napędowym i elementem przekazującym ruch. Ta właściwość układu napędowego wykorzystywana jest w dwojaki sposób. Po pierwsze podatność chroni staw kolanowy i mięśnie przed urazem

PL 225 626 B1 i nadwyrężeniem. Po drugie pomiar wzajemnej różnicy położenia elementów sprzęgła umożliwia o wiele dokładniejsze i prostsze w realizacji sterowanie. Nieliniowa charakterystyka sprzęgła umożliwia rozpoznanie fazy chodu, użytkownik nie może pokonać siły bezwładności i tarcia całego układu napędowego, a jedynie niewielką siłę wynikającą z sztywności sprzęgła, która może być w łatwy sposób dobierana do indywidualnych preferencji.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie zamocowanie na stawie kolanowym człowieka w widoku perspektywicznym, fig. 2 - urządzenie w widoku perspektywicznym, fig. 3 - układ sprzęgła podatnego w przekroju, a fig. 4 - ułożenie elementów elastycznych w jednej z części sprzęgła, w widoku perspektywicznym.

Urządzenie wspomagające funkcje stawu kolanowego składa się, z części udowej 1 i goleniowej 2 połączonych z sobą dwoma przegubami 3 realizującymi ruch obrotowo przesuwny odwzorowujący kinematykę stawu kolanowego. Układ napędowy 4 połączony jest na stałe z częścią udową 1 i w sposób obrotowo przesuwny z częścią goleniową 2 za pomocą wodzika 5 i poruszającego się w nim łożyska 6 osadzonego na osi związanej z częścią goleniową 2. Pomiędzy wodzikiem 5 i układem napędowym 4 jest usytuowane elastyczne sprzęgło złożone z wału napędowego 7, osadzanej na nim obrotowo tulei 9 łożyskowanej za pomocą dwóch łożysk ślizgowych 8 oraz sześciu łączących, rozmieszczonych promieniowo wał napędowy 7 z tuleją 9 walcowatych elementów sprężystych 10. Elementy 10 te osadzone są w taki sposób, że powodują wzajemne sprzęganie wału 7 i tulei 9. Wzajemny kąt skręcenia tulei 9 i wału 7 napędowego mierzony jest za pomocą dwóch czujników magnetycznych, z których jeden umieszczony jest na osi silnika, a drugi 11 na tulei wodzika 5.

Claims (1)

1. Urządzenie wspomagające funkcje stawu kolanowego składające się z części udowej i goleniowej, znamienne tym, że część udowa (1) i goleniowa (2) są połączone ze sobą przegubem (3), wyposażone w układ napędowy (4) usytuowany na jednej z części udowej (3) względnie goleniowej (2) połączonych ze sobą wodzikiem (5), który poprzez tuleje (9) połączony jest z układem napędowym (4) za pomocą podatnego sprzęgła, w którym elementami zazębiającymi sprzęgło są rozmieszczone promieniowo na obwodzie elementy sprężyste (10).