RU2093113C1

RU2093113C1 - Knee module

Info

Publication number: RU2093113C1
Application number: RU9595102523A
Authority: RU
Original assignee: Товарищество с ограниченной ответственностью "Реабилитация инвалидов"
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1997-10-20
Also published as: RU95102523A

Abstract

FIELD: lower extremity prostheses. SUBSTANCE: knee module has upper and lower forms with connecting assembly members, knee axle, split yoke embracing axle and is connected by front axle with upper fork, two-link chain connecting yoke ends and engageable with regulated stop installed in upper fork. One link of chain is connected with upper fork by regulated turnbuckle. Shock absorber is installed in slot of upper fork and resting on chain link and end of split yoke. Set screw is installed in threaded hole of upper fork after screw stop. Flexible stop is installed between front parts of upper and lower forks. EFFECT: improved design. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицинской технике и может быть использовано в протезах нижних конечностей. The invention relates to medical equipment and can be used in prostheses of the lower extremities.

Для восстановления функций ходьбы и бега у инвалида после ампутации ноги на уровне бедра необходимо, чтобы коленный модуль протеза не только надежно фиксировался в фазе опоры, но и обеспечивал амортизационное подгибание на угол 10 15^o, а также беспрепятственное сгибание колена протеза в фазе переноса, причем при сгибании протез не должен удлиняться [1]
Известные конструкции модулей коленных не обеспечивают в полном объеме эту функцию. Например, наиболее близким аналогом является модуль коленный, содержащий верхнюю и нижнюю вилки с присоединительными сборочными элементами, ось колена, неподвижно фиксированную в нижней вилке, и разрезной хомут, охватывающий ось колена и соединенный передней осью вращения с верхней вилкой [2]
При опоре на протез верхняя вилка, поворачиваясь вокруг передней оси, давит на разрезной хомут, стягивает его и, благодаря этому, блокируется сгибание протеза. Известная конструкция решает задачу фиксации колена протеза при опоре, но не обеспечивает амортизационное подгибание, необходимое для естественной, плавной ходьбы с минимальными энергозатратами, а кроме того, создает эффект удлинения протеза при сгибании, так как ось колена отнесена от осевой линии модуля назад, а такая компоновка затрудняет ходьбу и увеличивает энергозатраты.To restore the walking and running functions of a disabled person after leg amputation at the hip level, it is necessary that the knee module of the prosthesis is not only securely fixed in the support phase, but also provides depreciation bending at an angle of 10 15 ^o , as well as unhindered bending of the prosthesis knee in the transfer phase, and when bent, the prosthesis should not be extended [1]
Known designs of knee modules do not fully provide this function. For example, the closest analogue is the knee module, containing the upper and lower forks with connecting assembly elements, the knee axis fixedly fixed in the lower fork, and a split clamp covering the knee axis and connected by the front rotation axis to the upper fork [2]
When resting on the prosthesis, the upper fork, turning around the front axle, presses on the split clamp, pulls it together and, due to this, bending of the prosthesis is blocked. The known design solves the problem of fixing the knee of the prosthesis while supporting, but does not provide the cushioning bending necessary for natural, smooth walking with minimal energy consumption, and in addition, it creates the effect of elongation of the prosthesis during bending, since the axis of the knee is backward from the center line of the module, and such layout makes walking difficult and increases energy costs.

Причиной, препятствующей решению всего комплекса функциональных задач в известной конструкции по патенту ФРГ N 2228391 является недостаточное усиление стягивания хомута, которое не превышает 0,5 веса инвалида (остальную нагрузку воспринимает передняя ось). Поэтому блокирующий момент мал и не обеспечит фиксацию колена, если его ось вынести на осевую линию модуля. Также может происходить задержка с расфиксацией модуля в конце фазы опоры, поскольку расфиксация осуществляется только силой упругости хомута. Кроме того, отсутствует механизм реализации амортизационного подгибания при блокированной оси вращения. The reason that impedes the solution of the whole range of functional tasks in the known design according to the FRG patent N 2228391 is the insufficient tightening of the clamp, which does not exceed 0.5 weight of the disabled person (the front axle takes up the rest of the load). Therefore, the blocking moment is small and will not ensure fixation of the knee if its axis is brought to the axial line of the module. There may also be a delay with the module unlocking at the end of the support phase, since the unlocking is carried out only by the elastic force of the clamp. In addition, there is no mechanism for the implementation of depreciation bending with a blocked axis of rotation.

Таким образом, необходимо увеличить усилие стягивания хомута при опоре на протез, вынести ось колена на осевую линию модуля, увеличить надежность расфиксации оси колена в конце фазы опоры и реализовать в модуле амортизационное подгибание при блокированной оси колена. Thus, it is necessary to increase the pulling force of the clamp when resting on the prosthesis, move the knee axis to the axial line of the module, increase the reliability of the knee axis fixation at the end of the support phase, and implement depreciation bending with the blocked knee axis in the module.

В соответствии с изобретением эти задачи могут быть решены в предлагаемой конструкции, имеющей следующие с прототипом признаки: верхнюю и нижнюю вилку с присоединительными сборочными элементами, ось колена, неподвижно фиксированную в нижней вилке, разрезной хомут, охватывающий ось колена и соединенный передней осью вращения с верхней вилкой. In accordance with the invention, these problems can be solved in the proposed design, having the following characteristics with the prototype: upper and lower forks with connecting assembly elements, an axis of the knee fixedly fixed in the lower fork, a split clamp covering the axis of the knee and connected by the front axis of rotation to the upper with a fork.

Признаками, обеспечивающими решение поставленных задач, являются следующие: разрезной хомут установлен вертикально на оси, размещенной по оси модуля, а его концы соединены двухзвенной цепью, установленной с возможностью взаимодействия ее средней частью с регулируемым винтовым упором, расположенным в верхней вилке, причем одно звено цепи, например переднее, соединено винтовой регулируемой тягой с верхней вилкой модуля, в верхней вилке в резьбовом отверстии после винтового упора установлен стопорный винт, между верхней вилкой и концом разрезного хомута размещен амортизатор подгибания, нижняя вилка снабжена упругим упором 10, ограничивающим переразгибание и устраняющим стук при смыкании модуля, верхняя и нижняя вилки выполняются с ребрами 11, образующими вертикальный желоб на ее передней стенке. The signs that provide the solution of the tasks are as follows: a split clamp is mounted vertically on an axis located along the axis of the module, and its ends are connected by a two-link chain installed with the possibility of interaction of its middle part with an adjustable screw stop located in the upper fork, and one link of the chain , for example, the front one, is connected by a screw adjustable rod to the upper fork of the module, a locking screw is installed in the upper fork in the threaded hole after the screw stop, between the upper fork and the end p zreznogo clamp placed podgibaniem shock absorber, the lower fork 10 is provided with a resilient abutment which limits hyperextension and eliminating knock when closing module, the upper and lower plugs are performed with the ribs 11 forming a vertical chute at its front wall.

На фиг. 1 изображен разрез модуля в ненагруженном состоянии; на фиг. 2 - общий вид модуля (виг спереди). In FIG. 1 shows a section of a module in an unloaded state; in FIG. 2 - general view of the module (front panel).

Модуль коленный содержит верхнюю вилку 1 и нижнюю вилку 2, в которых неподвижно закреплена ось колена 3. Ось 3 охватывает разрезной хомут 4, соединенный передней осью 5 с верхней вилкой. Концы хомута стянуты цепью, содержащей переднее звено 6 и заднее 7, шарнирно соединенные между собой и с хомутом. В верхней вилке установлен регулируемый винтовой упор 8, взаимодействующий со средней частью цепи. Нижняя вилка снабжена упругим упором 10, ограничивающим переразгибание и устраняющим стук при смыкании модуля с ребрами 11, образующими вертикальный желоб на ее передней стенке. Переднее звено цепи связано с верхней вилкой регулируемой винтовой тягой 12; в резьбовом отверстии винтового упора установлен стопорный винт 13, а в пазу верхней вилки монтируется амортизатор подгибания 14. Ось модуля установлена на шпильках 15. Присоединительные сборочные элементы, выполненные на верхних и нижних вилках, соответствуют стандартам современных модульных систем. The knee module comprises an upper fork 1 and a lower fork 2, in which the axis of the knee 3 is fixedly fixed. Axis 3 covers a split clamp 4 connected by a front axle 5 to the upper fork. The ends of the clamp are pulled together by a chain containing the front link 6 and the rear 7, pivotally connected to each other and to the clamp. An adjustable screw stop 8 is installed in the upper fork, interacting with the middle part of the chain. The lower fork is provided with an elastic stop 10, which limits overbending and eliminates knocking when the module closes with ribs 11 forming a vertical groove on its front wall. The front link of the chain is connected to the upper fork by an adjustable screw rod 12; a locking screw 13 is installed in the threaded hole of the screw stop, and a folding shock absorber is mounted in the groove of the upper fork 14. The module axis is mounted on the studs 15. The connecting assembly elements made on the upper and lower forks comply with the standards of modern modular systems.

Модуль функционирует следующим образом. При опоре на протез под действием веса тела верхняя вилка 1 поворачивается вокруг передней оси 5 и через упор 8 оказывает давление на звенья 6 и 7, связанные общей осью. В результате звенья "проседают" и стягивают концы хомута. Стягивающие усилия в результате разложения силы оказываются в 5 8 раз больше усилия, передаваемого упором. Благодаря этому, хомут 4 надежно фиксируется на оси 3, и исключается сгибание протеза в колене. Одновременно за счет вращения верхней вилки вокруг оси 5 при "проседании" звеньев реализуется амортизационное подгибание бедренной части протеза с амплитудой 10 15^o, что обеспечивает биомеханически правильную ходьбу инвалида. При этом в процессе амортизационного подгибания энергия движения накапливается амортизатором 14, который в последней фазе движения способствует выпрямлению протеза и сообщению телу инвалида импульса силы в направлении движения. В последующей фазе движения, когда вектор нагрузки перемещается вперед по траектории переката стопы протеза, усилие от упора 8 снижается, и верхняя вилка поворачивается вокруг оси 5 в противоположном направлении (вперед). При этом тяга 12, соединяющая вилку с одним из звеньев цепи, возвращает звенья цепи 6 и 7 в первоначальное положение. Таким образом к моменту завершения фазы опоры хомут 4 может свободно вращаться вокруг оси колена 3, что обеспечивает беспрепятственное сгибание протеза в последующей фазе переноса. Стопорный винт 13 предохраняет винтовой упор 8 от саморазвинчивания.The module operates as follows. When resting on the prosthesis under the influence of body weight, the upper fork 1 rotates around the front axis 5 and exerts pressure on the links 6 and 7 connected by a common axis through the stop 8. As a result, the links "sag" and pull together the ends of the clamp. The tensile forces resulting from the decomposition of the force are 5 8 times greater than the force transmitted by the stop. Due to this, the clamp 4 is securely fixed on the axis 3, and bending of the prosthesis in the knee is excluded. At the same time, due to the rotation of the upper fork around axis 5 during the "subsidence" of the links, depreciation bending of the femoral part of the prosthesis with an amplitude of 10 15 ^o is realized, which ensures the biomechanically correct walking of the disabled person. At the same time, in the process of depreciation bending, the movement energy is accumulated by the shock absorber 14, which in the last phase of the movement contributes to the straightening of the prosthesis and the message of the impulse to the body of the invalid in the direction of movement. In the subsequent phase of movement, when the load vector moves forward along the trajectory of the prosthesis foot roll, the force from the stop 8 decreases, and the upper fork rotates around axis 5 in the opposite direction (forward). In this case, the rod 12, connecting the plug with one of the links of the chain, returns the links of the chain 6 and 7 to their original position. Thus, by the time the support phase is completed, the clamp 4 can freely rotate around the axis of the knee 3, which ensures unhindered bending of the prosthesis in the subsequent transfer phase. The locking screw 13 prevents the screw stop 8 from self-loosening.

Таким образом, поставленные задачи: увеличение блокирующего момента в модуле посредством соответствующего увеличения усилия стягивания хомута, смещение, благодаря этому, оси колена на осевую линию модуля, обеспечение гарантированной расфиксации модуля при опоре на носок стопы протеза, предохранение винтового упора от саморазвинчивания и реализация в нем амортизационного подгибания обеспечены отличительными признаками заявляемой конструкции, а именно: вертикальной установкой разрезного хомута и соединением его концов двухзвенной цепью, взаимодействующей средней частью с винтовым упором, что позволило увеличить в 5-8 раз стягивающие усилия, установкой регулируемой винтовой тяги, связывающей одно из звеньев цепи с верхней вилкой, амортизатором подгибания, установленным в пазу верхней вилки, и стопорным винтом, установленным в резьбовом отверстии винтового упора. Thus, the tasks: increasing the blocking moment in the module by correspondingly increasing the clamping force of the clamp, shifting the knee axis to the center line of the module, ensuring guaranteed release of the module when resting on the toe of the prosthetic foot, protecting the screw stop from self-unscrewing and implementing it depreciation bending provided by the distinctive features of the claimed design, namely: the vertical installation of the split clamp and the connection of its ends with a two-link with a chain interacting with the middle part with a screw stop, which made it possible to increase the pulling forces by a factor of 5–8, by installing an adjustable screw rod linking one of the chain links to the upper fork, a bending damper installed in the groove of the upper fork, and a locking screw installed in the threaded screw stop holes.

Для регулирования скорости движения в модуле в фазе переноса используется резинотекстильная тянка, которую устанавливают между ребрами 11 верхней и нижней вилки и закрепляют на бедренной и голенной частях протеза. To regulate the speed of movement in the module in the transfer phase, a rubber-textile haul is used, which is installed between the ribs 11 of the upper and lower forks and is fixed on the femoral and lower leg parts of the prosthesis.

Для индивидуальной настройки и регулировки модуля используются винтовой упор 8 и винтовая тяга 12, которые позволяют регулировать кольцевой зазор между хомутом 4 и неподвижной осью 3, причем для уменьшения зазора вращают винтовой упор 8 по часовой стрелке, предварительно ослабив винтовую тягу 12, затем тягу фиксируют в подтянутом положении. Для увеличения зазора вращают винтовой упор 8 против часовой стрелки, а затем подтягивают винтовую тягу 12. В зависимости от веса тела инвалида используется амортизатор 14 разной жесткости. For individual adjustment and adjustment of the module, a screw stop 8 and a screw rod 12 are used, which allow you to adjust the annular gap between the clamp 4 and the fixed axis 3, and to reduce the gap, rotate the screw stop 8 clockwise, after loosening the screw rod 12, then fix the rod to fit position. To increase the gap, rotate the screw stop 8 counterclockwise, and then tighten the screw rod 12. Depending on the weight of the body of the disabled person, a shock absorber 14 of different stiffness is used.

Использование предлагаемого модуля коленного обеспечивает безопасную, плавную, биомеханически правильную ходьбу со сниженными энергозатратами, а также при соответствующем выполнении других функциональных узлов протеза позволяет инвалидам заниматься бегом и другими динамичными видами спорта, а также облегчает процессы индивидуальной настройки и регулировки модуля при практическом протезировании. Using the proposed knee module provides safe, smooth, biomechanically correct walking with reduced energy consumption, as well as with the corresponding implementation of other functional units of the prosthesis, it allows people with disabilities to run and other dynamic sports, as well as facilitates the processes of individual setting and adjusting the module for practical prosthetics.

Claims

1. The knee module, including the upper and lower forks with connecting assembly elements, the knee axis fixedly fixed in the lower fork, a split clamp covering the knee axis and connected by the front rotation axis with the upper fork, characterized in that the split clamp is mounted vertically on an axis placed along the axis of the module, and its ends are connected by a two-link chain, installed with the possibility of interaction of its middle part with an adjustable screw stop located in the upper fork, one of the chain links is connected with the top fork adjustable by thrust, with a shock absorber installed in the groove of the upper fork, resting on the chain link and the end of the split clamp, a locking screw is installed in the threaded hole of the upper fork after the screw stop, and an elastic stop is installed between the front parts of the upper and lower forks.

2. The module according to claim 1, characterized in that the upper and lower forks are made with ribs forming a vertical trough on the front wall of the module.