RU2200513C2

RU2200513C2 - Artificial foot

Info

Publication number: RU2200513C2
Application number: RU99106501A
Authority: RU
Inventors: В.В. Чекалин; Я.С. Якобсон
Original assignee: Чекалин Валерий Валерьевич; Якобсон Яков Савельевич
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 1999-03-31
Publication date: 2003-03-20

Abstract

FIELD: medical equipment. SUBSTANCE: artificial foot has rear foot region, front foot region connected to rear foot region through spherical pivot joint, and flexible member, such as pack of plate springs, mounted between rear and front foot regions. Foot has pusher with flexible member mounted thereon. Pusher is connected with rear and front regions through spherical pivot joints so that foot may be arranged in different inclined positions in space during walking. EFFECT: reduced weight of foot, reduced friction energy losses and increased positive energy accumulated during foot rolling. 1 dwg

Description

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезам нижних конечностей. The invention relates to the field of medical equipment, namely to lower limb prostheses.

Наиболее близким прототипом предлагаемого изобретения является искусственная стопа, включающая щиколотку, соединенную голеностопным шарниром с задним отделом, передний отдел стопы, связанный с задним отделом посредством шарового подшипника, задний буфер, а также упругий элемент в виде комплекта тарельчатых пружин, установленных на толкателе для накопления потенциальной энергии при перекате относительно переднего отдела стопы (патент РФ 20921355, А 61 F 2/66, 1997 - прототип). The closest prototype of the present invention is an artificial foot, including an ankle connected by an ankle joint with the rear section, the front section of the foot, connected to the rear section by means of a ball bearing, the rear buffer, as well as an elastic element in the form of a set of Belleville springs mounted on the plunger to accumulate potential energy when rolling relative to the forefoot (RF patent 20921355, A 61 F 2/66, 1997 - prototype).

К недостаткам конструкции следует отнести ее сложность, приводящую к повышенному весу, привязку конструкции стопы к одному единственному виду щиколотки, а также существенная потеря энергии при сжатии тарельчатых пружин в положении приведения-отведения (или пронации-супинации) переднего отдела стопы, поскольку в этом случае в результате разложения сил нагружение на упругий элемент снижается, соответственно уменьшая запас накапливаемой потенциальной энергии. The disadvantages of the design include its complexity, which leads to increased weight, the binding of the foot structure to a single type of ankle, as well as a significant loss of energy during the compression of Belleville springs in the lead-abduction (or pronation-supination) position of the forefoot, since in this case as a result of the decomposition of forces, the loading on the elastic element decreases, respectively, reducing the stock of potential energy accumulated.

Кроме того, постоянное точечное скольжение дистального конца толкателя относительно упорной плоской площадки переднего отдела стопы вызывает износ площадки и дополнительные потери энергии на трение. In addition, the constant point glide of the distal end of the pusher relative to the persistent flat platform of the forefoot causes wear on the site and additional energy loss due to friction.

Целью изобретения является упрощение конструкции стопы, снижение массы механизмов стопы, снижение потерь энергии на трение, увеличение накапливаемой при перекате на стопе потенциальной энергии, возможность стыковки стопы с различными конструкциями щиколоток, использование переката относительно переднего отдела стопы для активной ротации протеза. The aim of the invention is to simplify the construction of the foot, reducing the mass of the mechanisms of the foot, reducing energy loss due to friction, increasing the potential energy accumulated during a roll on the foot, the possibility of joining the foot with various designs of the ankles, using a roll relative to the forefoot for active rotation of the prosthesis.

Поставленная цель достигается за счет того, что в искусственной стопе, содержащей задний отдел стопы, передний отдел стопы, связанный с задним отделом с помощью шарового шарнира, и упругий элемент, например пакет тарельчатых пружин, размещенный между передним и задним отделами, толкатель с установленным на нем упругим элементом соединен с задним и передним отделами стопы с помощью шаровых шарниров с возможностью принимать при ходьбе различное наклонное положение в пространстве. This goal is achieved due to the fact that in an artificial foot containing the back of the foot, the front of the foot connected to the back with a ball joint and an elastic element, such as a cup spring plate, located between the front and rear sections, the pusher mounted on it is connected by an elastic element to the back and front sections of the foot with the help of ball joints with the ability to take a different inclined position in space when walking.

Кроме того, элементы стопы, сопрягаемые со щиколоткой и голеностопным шарниром, выполнены с возможностью стыковки с различными стандартными конструкциями щиколоток. Наряду с этим толкатель с упругим элементом установлен наклонно к сагиттальной, фронтальной и трансверсальной плоскостям стопы. In addition, the elements of the foot, mating with the ankle and ankle joint, made with the possibility of docking with various standard designs of the ankles. In addition, the pusher with an elastic element is installed obliquely to the sagittal, frontal and transverse planes of the foot.

Сравнение заявляемого технического решения с прототипом позволило установить соответствие его критерию "новизна". При изучении других известных технических решений в данной области медицинской техники признаки, отличающие заявляемое изобретение от прототипа, не были выявлены, и поэтому они обеспечивают заявляемому техническому решению соответствие критерию "существенные отличия". Comparison of the claimed technical solution with the prototype made it possible to establish compliance with its criterion of "novelty." In the study of other well-known technical solutions in this field of medical technology, signs that distinguish the claimed invention from the prototype were not identified, and therefore they provide the claimed technical solution with the criterion of "significant differences".

На чертеже изображена искусственная стопа. The drawing shows an artificial foot.

Стопа включает задний отдел 1, передний отдел 2, в котором закреплена площадка 3, надавливающая на качающийся толкатель 4 с установленным на нем пакетом тарельчатых пружин 5, шаровой подшипник 6 с тремя степенями упругой подвижности, посаженный на ось 7 и связывающий передний и задний отделы стопы, каркас оболочки 8, упругую пластину 9, ремень 10, поворотную сферическую пяту 11, контактирующую с коническим отверстием в заднем отделе 1, защитную пластину 12 и оболочку 13. Стопа присоединяется к той или иной стандартной щиколотке 14 с голеностопным шарниром, серьгой и гайкой. Искусственная стопа функционирует следующим образом. В начале опоры передний толчок амортизируется за счет упругости пятки. Подвижность заднего отдела стопы относительно щиколотки 14 осуществляется только в сагиттальной плоскости, что обеспечивает надежную устойчивость в наиболее опасный начальный период опоры на протез. При дальнейшем перекате на всей стопе и затем относительно ее переднего отдела достигается плавность и естественность движения благодаря тому, что передний отдел стопы имеет три степени упругой подвижности относительно заднего отдела. Это достигается применением шарового подшипника 6, расположенного в области, которая в естественной стопе соответствует вершине продольного свода. Таким образом, шаровой подшипник воспроизводит функции суставов предплюсны естественной стопы, в частности поперечного сустава предплюсны. Наличие трех степеней подвижности переднего отдела стопы обеспечивает возможность передвигаться по бугристым и наклонным поверхностям без затраты излишних усилий и дополнительных наклонов туловища, а также воспринимать значительные динамические нагрузки в вертикальном направлении за счет "распластывания" стопы. The foot includes a back section 1, a front section 2, in which a platform 3 is fixed, pressing on a swinging pusher 4 with a set of Belleville springs 5 mounted on it, a ball bearing 6 with three degrees of elastic mobility, mounted on an axis 7 and connecting the front and rear sections of the foot , the shell frame 8, the elastic plate 9, the belt 10, the rotary spherical heel 11 in contact with the conical hole in the rear section 1, the protective plate 12 and the sheath 13. The foot is attached to one or another standard ankle 14 with an ankle joint irom, earring and nut. Artificial foot operates as follows. At the beginning of the support, the front push is absorbed due to the elasticity of the heel. The mobility of the hindfoot relative to the ankle 14 is carried out only in the sagittal plane, which provides reliable stability in the most dangerous initial period of support on the prosthesis. With a further roll over the entire foot and then relative to its forefoot, smoothness and naturalness of movement are achieved due to the fact that the forefoot has three degrees of elastic mobility relative to the back. This is achieved by using a ball bearing 6, located in the area, which in a natural foot corresponds to the top of the longitudinal arch. Thus, the ball bearing reproduces the function of the joints of the tarsus of the natural foot, in particular the transverse joint of the tarsus. The presence of three degrees of mobility of the forefoot provides the ability to move on hilly and inclined surfaces without the expense of unnecessary effort and additional tilting of the body, as well as to perceive significant dynamic loads in the vertical direction due to the "flattening" of the foot.

При перекате относительно переднего отдела стопы установленный на качающемся толкателе 4 пакет тарельчатых пружин 5 накапливает потенциальную энергию, которая в заключительную фазу отталкивания протезом от опоры значительно усиливает "задний толчок". Благодаря установке качающегося толкателя отсутствует потеря энергии при сжатии тарельчатых пружин в положении приведения-отведения (или пронации-супинации) переднего отдела стопы, связанная с разложением сил нагружения на упругий элемент 5, а также отсутствует износ площадки 3, связанный с точечным скольжением по этой площадке дистального конца толкателя 4. When rolling relative to the forefoot, the package of Belleville springs 5 mounted on the swinging pusher 4 accumulates potential energy, which significantly enhances the “back push” in the final phase of repulsion of the prosthesis from the support. Thanks to the installation of the swinging plunger, there is no energy loss during the compression of the Belleville springs in the lead-abduction (or pronation-supination) position of the forefoot associated with the decomposition of the loading forces into the elastic element 5, and there is no wear of the pad 3 associated with point sliding along this pad distal end of the pusher 4.

Элементы стопы, сопрягаемые со щиколоткой и голеностопным шарниром (задний отдел 1, оболочка 13, каркас 8 оболочки, защитная пластинка 12), выполнены с возможностью стыковки с различными стандартными конструкциями щиколоток. Elements of the foot, mating with the ankle and ankle hinge (rear section 1, shell 13, shell frame 8, protective plate 12), are made with the possibility of docking with various standard designs of the ankles.

При нагружении переднего отдела стопы проекция линии действия силы, приложенной к толкателю, проходит на определенном расстоянии от центра шарового шарнира, что создает силовой момент относительно шарнира, который поворачивает заднюю часть стопы вместе со всей проксимальной частью протезированной конечности кнутри. Таким образом, образуется активный ротатор, управляемый вертикальной составляющей опорной реакции. When loading the forefoot, the projection of the line of action of the force applied to the pusher passes at a certain distance from the center of the ball joint, which creates a force moment relative to the joint, which rotates the back of the foot along with the entire proximal part of the prosthetic limb inwards. Thus, an active rotator is formed, controlled by the vertical component of the support reaction.

Преимущества предлагаемой искусственной стопы перед базовым объектом следующие:
- упрощение конструкции стопы, позволяющее существенно уменьшить ее массу,
- замена толкателя с установленным на нем упругим элементом, подвижного лишь вдоль своей оси, на толкатель, соединенный с задним и передним отделами стопы с помощью шаровых шарниров с возможностью принимать при ходьбе различное наклонное положение в пространстве,
- возможность стыковки стопы с различными стандартными щиколотками,
- использование вертикальной составляющей опорной реакции в качестве активного ротатора протезированной конечности благодаря соответствующей наклонной установке толкателя.The advantages of the proposed artificial foot over the base object are as follows:
- simplification of the design of the foot, which can significantly reduce its mass,
- replacing the pusher with an elastic element mounted on it, movable only along its axis, with a pusher connected to the rear and forefoot using ball joints with the ability to take a different inclined position in space when walking,
- the ability to dock the foot with various standard ankles,
- the use of the vertical component of the support reaction as an active rotator of the prosthetic limb due to the corresponding inclined installation of the pusher.

Техническое решение конструкции искусственной стопы позволяет упростить ее, повысить надежность, снизить вес и значительно расширить ее использование в практике протезирования инвалидов с культями бедра и голени. The technical solution of the artificial foot design allows us to simplify it, increase reliability, reduce weight and significantly expand its use in the practice of prosthetics for disabled people with stumps of the thigh and lower leg.

Claims

An artificial foot comprising the hindfoot, the forefoot connected to the back with a ball joint, and an elastic element, such as a Belleville spring package located between the front and rear sections, characterized in that the pusher with the elastic element mounted on it is connected to the rear and front sections of the foot with the help of ball joints with the ability to take when walking a different inclined position in space, and the ball joint connecting the departments of the foot is located in the region of the apex of the longitudinal Wow.