RU2061443C1

RU2061443C1 - Kinematic hinge of the knee unit of lower extremity prosthesis

Info

Publication number: RU2061443C1
Authority: RU
Inventors: Сергей Степанович Кузенков; Виктор Николаевич Погодин; Борис Славинович Фарбер
Original assignee: Сергей Степанович Кузенков; Виктор Николаевич Погодин; Борис Славинович Фарбер
Priority date: 1992-06-19
Filing date: 1992-06-19
Publication date: 1996-06-10

Abstract

FIELD: medical engineering. SUBSTANCE: device has drum 1 with contact area surface made as revolution body, which axis coincides with rotation axle of the hinge, lever 2 having response contact surface and spring-loaded tie rod 3. The drum is mounted with its contact surface on the lever and is attached to the lever by means of the tie rod, which one end is fixed on the hinge rotation axle and the other one is attached to the lever. EFFECT: prolonged service life. 1 dwg

Description

Настоящее изобретение относится к области медицинской техники, а именно, к протезированию и протезостроению. The present invention relates to the field of medical technology, namely, prosthetics and prosthetics.

Известен кинематический шарнир коленного узла протезов и ортезов, обеспечивающий фиксацию (заклинивание) шарнира в широком диапазоне межзвенного коленного угла (1). Known kinematic hinge of the knee assembly of prostheses and orthoses, providing fixation (jamming) of the hinge in a wide range of interstitial knee angle (1).

Недостатком этого шарнира является дискретность его фиксации, позволяющая заклинивать шарнир через определенные углы поворота головок шин бедра и голени. The disadvantage of this hinge is the discreteness of its fixation, which allows jamming the hinge through certain angles of rotation of the tire heads of the thigh and lower leg.

Наиболее близким по технической сущности является кинематический шарнир коленного узла протеза нижней конечности, содержащий кольцевой барабан, внутренний и наружный зажимные элементы, обеспечивающие одностороннее бесступенчатое заклинивание и подгибание в шарнире (2). The closest in technical essence is the kinematic joint of the knee assembly of the lower limb prosthesis, containing an annular drum, internal and external clamping elements, providing one-sided stepless jamming and folding in the hinge (2).

Недостатками известного шарнира являются узкий диапазон межзвенного угла, при котором происходит заклинивание шарнира, и наличие громкого щелчка при его расклинивании, а также отсутствие подрессоренности подгибания. The disadvantages of the known hinge are the narrow range of the inter-link angle at which the hinge is jammed, and there is a loud click when it is wedged, as well as the lack of springing of the bending.

Целью предполагаемого изобретения является повышение устойчивости, симметрии и комфортности ходьбы путем обеспечения одностороннего бесступенчатого заклинивания шарнира во всех диапазоных межзвенного коленного угла, обеспечения подрессоренного под гибания в шарнире в момент опорного толчка и устранения щелчка при расклинивании шарнира. The aim of the proposed invention is to increase the stability, symmetry and comfort of walking by providing one-sided stepless jamming of the hinge in all ranges of the inter-link knee angle, providing a sprung under bending in the hinge at the moment of the support push and eliminating the click when wedging the hinge.

Указанная цель достигается тем, что кинематический шарнир содержит барабан с контактной поверхностью в форме тела вращения, ось которого является осью вращения шарнира, и содержит рычаг с ответной контактной поверхностью и подпружиненную тягу, причем барабан установлен контактной поверхностью на рычаг и соединен с рычагом при помощи тяги, один конец которой закреплен на оси вращения шарнира, а другой закреплен на рычаге. This goal is achieved by the fact that the kinematic hinge contains a drum with a contact surface in the form of a body of revolution, the axis of which is the axis of rotation of the hinge, and contains a lever with a mating contact surface and a spring-loaded rod, and the drum is mounted with a contact surface on the lever and connected to the lever using the rod , one end of which is fixed on the axis of rotation of the hinge, and the other is fixed on the lever.

Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих одностороннее бесступенчатое заклинивание кинематического шарнира во всем диапазоне межзвенного коленного угла, подрессоренное подгибание в шарнире в момент опорного толчка и устранение щелчка при раск линивании шарнира, не обнаружена в науке и технике до даты подачи заявки, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявленное техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого, авторами не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию изобретения "существенные отличия". Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежом, где схематически изображен кинематический шарнир коленного узла протеза нижней конечности. The combination of the above characteristics, providing one-sided stepless jamming of the kinematic joint in the entire range of the knee angle, sprung bending in the joint at the moment of the support push and eliminating the click when the joint is wedged, was not found in science and technology until the filing date of the application, which meets the requirement of "novelty" . Thus, the claimed technical solution meets the criterion of "positive effect". In addition, the authors have not found such solutions, therefore, the set of essential features meets the criteria of the invention "significant differences". The essence of the invention is illustrated by the drawing, which schematically shows the kinematic hinge of the knee node of the prosthesis of the lower limb.

Кинематический шарнир содержит барабан 1, рычаг 2, тягу 3, оси 4 и 5, упор 6 и упругий элемент 7. Барабан 1 и рычаг 2 соединены между собой тягой 3, один конец которой закреплен на оси 4, а другой закреплен на оси 5. Упор 6 установлен на рычаге 2, а упругий элемент 7 закреплен своими концами на рычаге 2 и тяге 3. Барабан 1 и рычаг 2 крепятся к бедренной и голеной частям протеза. Контактная поверхность барабана 1 имеет форму тела вращения, ось которого совпадает с осью 4 и является осью вращения шарнира. Место расположения оси 5 на рычаге 2 выбрано таким образом, чтобы между контактирующими поверхностями барабана 1 и рычага 2 возникли силы, обеспечивающие заклинивание шарнира. The kinematic hinge contains a drum 1, a lever 2, a rod 3, axles 4 and 5, a stop 6 and an elastic element 7. The drum 1 and the lever 2 are connected by a rod 3, one end of which is fixed on the axis 4, and the other is fixed on the axis 5. The stop 6 is mounted on the lever 2, and the elastic element 7 is fixed by its ends to the lever 2 and the rod 3. The drum 1 and the lever 2 are attached to the femoral and shin parts of the prosthesis. The contact surface of the drum 1 has the shape of a body of revolution, the axis of which coincides with the axis 4 and is the axis of rotation of the hinge. The location of the axis 5 on the lever 2 is selected so that between the contacting surfaces of the drum 1 and the lever 2 there are forces that ensure jamming of the hinge.

Кинематический шарнир коленного узла протеза нижней конечности функционирует следующим образом. The kinematic joint of the knee node of the prosthesis of the lower limb operates as follows.

При опирании инвалида на протезированную конечность происходит деформирование упругого элемента 7 и поворот тяги 3 относительно рычага 2, что приводит к сближению контактных поверхностей рычага 2 и барабана 1. В момент соприкосновения контактных поверхностей рычага 2 и барабана 1 происходит заклинивание шарнира и коленный узел начинает передавать нагрузку от опорной реакции стопы на гильзу бедра. Действие нагрузки в узле вызывает удлинение тяги 3 и деформирование барабана 1 и рычага 2. Благодаря появившимся деформациям происходит накатывание барабана 1 на рычаг 2, что приводит к уменьшению межзвенного коленного угла и подгибанию протеза. When a disabled person rests on a prosthetic limb, the elastic element 7 deforms and the thrust 3 rotates relative to the lever 2, which leads to the contact surfaces of the lever 2 and the drum 1 approaching. When the contact surfaces of the lever 2 and the drum 1 come in contact, the hinge is jammed and the knee assembly begins to transfer load from the supporting reaction of the foot to the thigh sleeve. The action of the load in the node causes the elongation of the rod 3 and the deformation of the drum 1 and the lever 2. Due to the appeared deformations, the drum 1 rolls onto the lever 2, which leads to a decrease in the knee angle and bending of the prosthesis.

При уменьшении нагрузок в завершающей фазе опоры происходит скатывание барабана 1 с рычага 2 под действием накопленных в элементах узла упругих сил и осуществляется расфиксация шарнира. When reducing the loads in the final phase of the support, the drum 1 rolls off the lever 2 under the action of elastic forces accumulated in the elements of the assembly and the joint is unlocked.

В начальной фазе переноса протезированной конечности над опорной поверхностью упругий элемент 7 осуществляет поворот тяги 3 относительно рычага 2. Благодаря этому смещению образуется свободное вращение голеностопной части протеза относительно гильзы бедра. In the initial phase of the transfer of the prosthetic limb over the supporting surface, the elastic element 7 rotates the rod 3 relative to the lever 2. Due to this displacement, free rotation of the ankle part of the prosthesis relative to the thigh sleeve is formed.

Применение кинематического шарнира в коленном узле протеза нижней конечности обеспечивает подрессоренное подгибание протеза в начальный момент опорного толчка, что является важным при ходьбе в среднем и быстром темпах. Наряду с этим, ходьба характеризуется подкосоустойчивостью при опирании как на выпрямленный, так и согнутый протез, что весьма важно при движении по неровной поверхности и лестнице. Энергозатраты ходьбы на протезе с предложенным шарниром уменьшаются в среднем на 15 а сама ходьба становится более симметричной и антропоморфной. The use of the kinematic hinge in the knee node of the lower limb prosthesis provides a sprung bending of the prosthesis at the initial moment of the support push, which is important when walking at an average and fast pace. Along with this, walking is characterized by stiffness when leaning on both a straightened and bent prosthesis, which is very important when moving on an uneven surface and stairs. The energy consumption of walking on the prosthesis with the proposed hinge is reduced by an average of 15 and the walking itself becomes more symmetrical and anthropomorphic.

Claims

The kinematic hinge of the knee assembly of the lower limb prosthesis, comprising a drum with a contact surface in the form of a body of revolution, characterized in that a lever and a rod are inserted into it, the drum being mounted on the lever by a contact surface and connected to the lever with a rod, one end of which is fixed on the axis the contact surface of the drum and the other on the lever.