SU520105A1

SU520105A1 - Pneumatic arm prosthesis

Info

Publication number: SU520105A1
Application number: SU1999384A
Authority: SU
Inventors: Юрий Петрович Афанасьев; Александр Борисович Мягков; Евгений Геннадьевич Подкопаев; Анатолий Васильевич Юдин; Николай Николаевич Васильев
Original assignee: Ленинградский научно-исследовательский институт протезирования
Priority date: 1974-02-18
Filing date: 1974-02-18
Publication date: 1976-07-05

Description

(54) ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ПРОТЕЗ РУКИ(54) PNEUMATIC PROTESIS OF THE HAND

1one

Изобретение относитс к медицинской технике, а именно к протезам верхних конечностей.The invention relates to medical technology, namely to upper limb prostheses.

Известен пневматический протез руки, содержащий гильзу плеча, источник питани , пневмоприводы плеча, кисти и лучезап стого шарнира, блок управлени и т ги. Однако число активных функций протеза ограничено.A pneumatic hand prosthesis is known, comprising a sleeve for a shoulder, a power source, pneumatic actuators for the shoulder, a wrist and a ray of a hinge, a control unit and pull-rod. However, the number of active functions of the prosthesis is limited.

С делью увеличени числа активных функций, утгравл емых от одной т ги, и удобства манипул ции при схвате и переносе предметов протезом, а также дл уменьшени веса конструкции и упрошени технологии изготовлени ,протез снабжен пневмоавтоматическим переключателем с возможностью последовательного включени пневмоприводов кисти и лучезап стного шарнира по определенной программе, вьшолненным в виде установленного в корпусе на двух JTHIOTнительных элементах, например резиновых кольцах, плунжера, поджатого пружиной при помощи регулировочного винта. Пневмопривод лучезап стного шарнира вьшолнен в виде привода одностороннего дейсгВИЯ , св занного с фланцем кисти ос ми., с возможностью шарнирного соединени поршн и цилиндра с фланцем кисти.In order to increase the number of active functions adapted from one pull, and ease of manipulation during the grip and transfer of objects by the prosthesis, as well as to reduce the weight of the structure and simplify the manufacturing technology, the prosthesis is equipped with a pneumo-automatic switch with the possibility of sequential activation of the pneumatic actuators of the hand and the radial hinge according to a specific program, implemented as installed in a housing on two JTHIOTnitelnyh elements, such as rubber rings, a plunger, spring-loaded using adjustments full-time screw. The pneumatic actuator of the ray-hinge is made in the form of a one-way actuator connected to the flange of the brush axles, with the possibility of the articulated joint of the piston and cylinder with the flange of the brush.

На фиг. 1 изображен пневматический протез руки , общий вид; на фиг. 2 -блок управлени пневмопривода плеча в разрезе; на фиг. 3 - пневматический переключа1е71Ь с управл ющим рычагом пневмопривода кисти; на фиг. 4 - пневматический пере слючатель с управл ющим рычагом пневмопривода плеча; на фиг. 5 - пневмоавтоматический переключа ге t,; на фиг. 6 - кисть с лучезап стным шарниром.FIG. 1 shows a pneumatic prosthetic arm, a general view; in fig. 2 —the shoulder pneumatic actuator control unit in section; in fig. 3 - pneumatic switch with control lever for pneumatic actuator of the brush; in fig. 4 - pneumatic switch with a shoulder pneumatic actuator control lever; in fig. 5 - pneumatic automatic switching t; in fig. 6 - brush with ray hinge.

Пневматический протез руки содержит жестко св занные между собой гильзу 1 плеча (см. фиг. 1), блок питани 2, блок управ1;-.-шш 3 с зттравл ющими рьиагами 4 и 5 и т гами о и 7, пневмопривод 8 плеча с зубчатым сектором 9, к которому прикреплена скоба 10, св занна посредством соединительный втулок 11 с пневмоавтоматическим переключателем 12 и пневмоприводом 13 лучезап стного шарнира, кинематически св занного с пневмоприводом 14 кистиThe pneumatic prosthetic arm contains rigidly interconnected sleeve 1 of the shoulder (see Fig. 1), power supply unit 2, control unit 1; -.- shch 3 with matching strains 4 and 5, and pneumatic actuator 8 of the shoulder a toothed sector 9, to which a bracket 10 is attached, connected by means of connecting sleeves 11 to a pneumatic automatic switch 12 and a pneumatic actuator 13 of a radiopacter hinge, kinematically connected to a pneumatic actuator 14 of a brush

Блок 3 св зан с блоком 2 (см. фиг. 2) резьбовым соединением с упло iнительной прокладкой 15 и представл ет собой корпус 16, в котором установлены два пневматических переключател , содержашрих клапан впуска. Последний состоит из крышки 17, штока 18с пружиной 19, уплотнительного элемен т 20, штока 21, зластичного уплотнительного элемента 22 и глушител 23, представл ющего собой полость , заполненную пористым материалом. В корпусе 16 закреплены рычаг управлени 4 (см. фиг. 3) на оси 24 и рычаг 5 yin н 1ени (см. фиг. 4) на оси 25. В цилиндре 26 пневмопривода 8 локт (см. фиг. 2) перемещаетс поршень 27 с уплотнител ным элементом 28 и зубчатой рейкой 29, наход щейс в зацеплении с зубчатым колесом на оси 30, вращающейс в подщипниках 31. На оси 30 посредством щпоночного соединени неподвижно установлен зубчатый сектор с прикрепленными к нему СКОРОЙ 10 и соединительной втулкой 11, жестко св занной с пневмоавтоматическим переключателем 12 В цилиндре 26, оси 30, скобе 10 и соединительной втулке 11 вьшолнены каналы дл подвода газа к пневмоавтоматическому переключат,елю 12. Уплот нение в местах сопр жени деталей обеспечено прокладкой 32, уплотнительными кольцами 33 и прокладкой 34. В корпусе 35 пневмоавтоматического переключател 12 (см. фиг. 5) установлены уплотпительные резиновые кольца 36, плунжер 37, пружина 38, поджата винтом 39. Пневмоприводы 13 и 14 выполнены в корпусе 40 (см. фиг. 6), где установлены на ос х 41 и 42 соответственно большой палец 43 и блок 44 I1-V -го пальцев, кинематически св занные между собой рычагом 45, винтом 46 и осью 47. На последней так же установлен шток 48, конец которого вьшолнен в виде сферического щарнира и св зан с пружиной 49, поджатой гайкой 50, и с порщнем 51, установленным на уплотнительном резиновом кольце 52 в цилиндре 53. Последний жестко св зан благодар винту 54 с фланцем 55. На оси 56 установлен направл ющий цилиндр 57, в котором на уплотнительном резиновом кольце 58 установлен порщень 59, поджатый пружиной 60 через гайку 61 и сферический шарнир штока 62. Нижний конец штока 62 шарнирно св зан с осью 63, установленной в фланце 55. Пневматический протез руки работает следующим образом. Выбира т гу 6 (см. фиг. 3), инвалид поворачивает рычаг 4 вокруг оси 24 и толкает шток Последний, вход с нат гом в уплотнительный элемент 22, перекрывает клапан выпуска. При дальнейшем движении шток 21 поднимает шток 18. Открываетс клапан вауска, и сжатый газ через отверстие в крышке 17 и кольцевой зазор между штоком 18 и уплотнительным элементом 20 подаетс в полость между клапанами и далее через каналы в корпусе 16, цилиндре 26, оси 30, скобы 10 и втулки 11 (см. фиг. 2), через отверстие О. (см. фиг. 5) - в пневмоавтоматический переключатель 12 и далее через отверстие 5 в пневмопривод 14. При небольшом отпускании т ги 6 (см. фиг. 3) шток 18 под действием пружршы 19 опускаетс на элемент 20, и клапан впуска закрьшаетс . Так как клапан выпуска газа остаетс перекрытым, то газ, наход щийс в пневмоприводе, обеспечивает фиксацию пальцев кис ти. Усилие на т ге при этом соответствует силе давлени газа на шток 21 и пропор1шонально давлению газа в пневмоприводе, а следовательно, и величине раскрыти кисти. При отпускании т ги 6 шток 21 под действием давлени сжатого газа выходит из элемента 22 и газ вьшускаетс из пневмопривода в атмосферу через глушитель 23. Аналогично действует пневматический переключатель , управл ющий пневмоприводом 8 плеча. Отличие в том, что при выборке т ги 7 (см. фиг. 4) зуб рычага 5 сначала расцепл етс с зубчатым сектором 9 и только после этого начинает толкать шток 21, который, войд в уплотпительный элемент 22, перек рывает клапан выпуска газа и далее поднимает шток 18, открыва клапан впуска Газ от источника питани через кольцевой зазор между штоком 18 и элементом 20 подаетс в полость между клапанами и по каналу в корпусе 16 - в цилиндр 26. Порщень 27 перемещаетс под давлением сжатого газа, поворачива ось 30 и св занную с пей конструкцию предплечь . При небольщом отпускании т ги, когда шток 18 (см. фиг. 4) опускаетс па уплотнительный элемент 20, клапаны впуска и выпуска перекрыты . Сжатым газом в пневмоприводе обеспечиваетс фиксаци сгибани в локте, причем усилие на г ге пропорционально силе давлени газа на поршень механизма локт , а следовательно, - нагрузке на предплечье. Отпуска т гу 7 с небольшой скоростью (при этом шток 21 под действием силы давлени газа выходит из уплотнительного элемента 20), инвалид может регулировать скорость и угол разгибани локт . При быстром и полном отпускании т ги 7 зуб рычага 5 входит в зацепление с зубчатым сектором 9, и угол сгибапи фиксируетс . Пневмоавтоматический переключатель 12 (см. фиг. 5) управл ет работой лучезап стного следующим образом. Выбира т гу 6 (см.фиг 1), инвалид включает впускной клапан и подает газ через отверстие а в пневмоавтоматический переключатель 12 и далее через отверстие (5 - в пневмопривод 14. По мере нарастани давлени в системе плунжер 37 перемещаетс до тех пор, пока давление не достигнет значени , при котором пневмопривод кисти сработает полностью. При этом плупжер 37 выходит из нижнего )шлотнительного резинового кольца 36 и входит в верхнее кольцо 36. Газ из системы , питающей пневмопривод кисти через отверстие б поступает в лучезап стный шарнир. При выпуске газа из системы давление снижаетс , и плунжер 37 под действием пружины 38, сила которой регулируетс винтом 39, перемещаетс в исходное положение. В начальной стадии движени плунжер 37 входит в оба уплотнительных кольца 36, а газ, поступивший в пневмопривод 13, остаетс в нем. Таким образом, и лучезап стпый шарнир остаетс в заданном положении. При окончательном снижении давлени в системе , когда механизм кисти возвратилс в исходное положение, плунжер 37 под действием пружины 38 выходит из верхнего уплотнительного резинового кольца и газ из пневмопривода 13 вьшускаетс через отверстие t в атмосферу. При подаче газа в пневмопривод 14 нарастание давлени в полости цилиндра 53 (см. фиг. 6) приводит к перемещению поршн 51, который через сферический шарнир передает усилие на шток 48. Другой конец штока 48, шарнирно св занный осью 47 с блоком 44, перемеща сь, вращает его вокруг оси 42. Блок 44 через рычаг 45, винт 46 и ось 41 передает усилие на большой палец 43. В результате этого пальцы кисти раскрываютс . При выпуске газа из полости цилиндра 53 возврат поршн 51 в исходное положение , а следовательно, и закрытие пальцев кисти осуществл етс пружиной 49. Дл установки необходимой силы схвата на кончиках пальцев используетс гайка 50, враща которую можно сжимать или разжимать пружину 49.The block 3 is connected to the block 2 (see Fig. 2) by a threaded connection with a pressure pad 15 and is a housing 16 in which two pneumatic switches are installed that contain a double inlet valve. The latter consists of a cover 17, a stem 18c with a spring 19, a sealing element 20, a stem 21, an elastic sealing element 22 and a silencer 23, which is a cavity filled with porous material. In the housing 16, the control lever 4 (see Fig. 3) is fixed on the axis 24 and the lever 5 yin n 1eni (see Fig. 4) on the axis 25. In the cylinder 26 of the pneumatic actuator 8 an piston 27 (see Fig. 2) moves the piston 27 with the sealing element 28 and the toothed rack 29, which is engaged with the gear wheel on the axis 30, rotating in the sub-carriers 31. On the axis 30, by means of a tongue-and-pinion joint, the toothed sector is fixed with the HINGED 10 and the connecting sleeve 11 rigidly connected to it with pneumatic automatic switch 12 V to cylinder 26, axis 30, clamp 10 and connecting tulku 11 has gas channels for pneumatic-automatic switching, spruce 12. The seal in the places of interface of parts is provided with a gasket 32, sealing rings 33 and a gasket 34. In the case 35 of the pneumatic automatic switch 12 (see Fig. 5), sealing rubber rings 36 are installed , plunger 37, spring 38, pressed by screw 39. Pneumatic actuators 13 and 14 are made in housing 40 (see Fig. 6), where thumb 43 and block 44 of I1-V th fingers are mounted on axes 41 and 42, respectively, kinematically interconnected by lever 45, screw 46 and axis 47. H The latter also has a rod 48, the end of which is made in the form of a spherical joint and is connected to a spring 49, which is drawn in by a nut 50, and with a piston 51 mounted on a sealing rubber ring 52 in the cylinder 53. The latter is rigidly connected thanks to a screw 54 with a flange 55. An axle cylinder 57 is mounted on the axis 56, in which a piston 59 is mounted on the sealing rubber ring 58, which is clamped by a spring 60 through a nut 61 and a spherical hinge of the rod 62. The lower end of the rod 62 is hinged to the axis 63 installed in the flange 55. Pneumatic hand prosthesis melts as follows. Choosing 6 (see fig. 3), the invalid turns the lever 4 around the axis 24 and pushes the rod last, the entrance with a tightness to the sealing element 22 closes the release valve. Upon further movement, the rod 21 raises the rod 18. The valve of the wauska opens, and the compressed gas through the opening in the cover 17 and the annular gap between the rod 18 and the sealing element 20 is fed into the cavity between the valves and further through the channels in the housing 16, the cylinder 26, the axis 30, brackets 10 and bushings 11 (see Fig. 2), through the opening O. (see Fig. 5) - into the pneumatic-automatic switch 12 and further through the opening 5 into the pneumatic actuator 14. With a slight release of rod 6 (see Fig. 3 ) The rod 18 is lowered by the action of the spring 19 on the element 20, and the inlet valve closes. Since the gas release valve remains shut off, the gas in the pneumatic actuator ensures the fixation of fingers. The force on the tube in this case corresponds to the force of the gas pressure on the rod 21 and is proportional to the gas pressure in the pneumatic actuator, and consequently, to the opening value of the brush. When the thrust 6 is released, the rod 21 under the action of the pressure of the compressed gas exits the element 22 and the gas is released from the pneumatic drive to the atmosphere through the silencer 23. Similarly, the pneumatic switch operates that controls the pneumatic actuator 8 of the shoulder. The difference is that when picking up the gi 7 (see Fig. 4), the tooth of the lever 5 first disengages from the toothed sector 9 and only then starts to push the rod 21, which, entering the sealing element 22, intersects the gas release valve and then raises the rod 18, opening the inlet valve. Gas from the power source through the annular gap between the rod 18 and the element 20 is fed into the cavity between the valves and through the channel in the housing 16 into the cylinder 26. The piston 27 moves under pressure of compressed gas, turning the axis 30 and tied with the design of the forearm. With a slight release of the rod when the rod 18 (see FIG. 4) is lowered onto the sealing element 20, the intake and exhaust valves are closed. The compressed gas in the pneumatic actuator provides for the flexion fixation in the elbow, and the force on r is proportional to the force of the gas pressure on the piston of the elbow mechanism and, consequently, to the load on the forearm. Tempering 7 at a low speed (with the rod 21 under the action of the force of gas flowing out of the sealing element 20), the disabled person can adjust the speed and angle of extension of the elbow. With a quick and full release of the gi, the 7 tooth of the lever 5 engages with the toothed sector 9, and the angle of the bend is fixed. A pneumatically automatic switch 12 (see Fig. 5) controls the operation of the radiolumbe as follows. Selecting 6 (see Fig. 1), the disabled person turns on the inlet valve and supplies gas through the hole a to the pneumatic switch 12 and further through the hole (5 to the pneumatic actuator 14. As the pressure increases in the system, the plunger 37 moves until the pressure does not reach the value at which the pneumatic actuator of the brush works completely. At that, the plunger 37 comes out of the lower rubber ring 36 and enters the upper ring 36. Gas from the system supplying the pneumatic actuator of the brush enters the beam hinge through the hole b. When gas is released from the system, the pressure decreases, and the plunger 37 under the action of the spring 38, the force of which is regulated by the screw 39, moves to the initial position. In the initial stage of movement, the plunger 37 enters both of the sealing rings 36, and the gas entering the pneumatic actuator 13 remains in it. Thus, the beam and hinge remain in a predetermined position. With the final pressure reduction in the system, when the brush mechanism has returned to its original position, the plunger 37 under the action of the spring 38 escapes from the upper rubber sealing ring and the gas from the pneumatic actuator 13 is released through the opening t into the atmosphere. When gas is supplied to the pneumatic actuator 14, the increase in pressure in the cavity of the cylinder 53 (see Fig. 6) causes the piston 51 to move, which through a spherical hinge transmits the force to the rod 48. The other end of the rod 48, pivotally connected by the axis 47 to the block 44, moves smiling, rotates it around the axis 42. The block 44, through the lever 45, the screw 46 and the axis 41 transfers the force to the thumb 43. As a result, the fingers of the hand open. With the release of gas from the cavity of the cylinder 53, the piston 51 returns to its original position, and hence the fingers' fingers are closed by the spring 49. To install the necessary gripping force on the finger tips, a nut 50 is used, which can be rotated to compress the spring 49.

При поступлении газа в пневмопривод 13 нарастание давлени в полости цилиндра 57 приводит к перемещению поршн 59. Линейное перемещение поршн 59 преобразуетс в угловое перемещение лучезап стного шарнира благодар кинематической св зи цилиндра 57 и поршн 59 через шток 62 и оси 56 и 63 с фланцем 55. Осью вращени лучезап тстного шарнира вл етс ось 56. Возврат механизма в исходное положение осуществл етс с выпуском газа из полости цилиндра 57 при помощи пружины 60When gas enters the pneumatic actuator 13, the pressure build-up in the cavity of the cylinder 57 causes the piston 59 to move. The linear movement of the piston 59 converts to the angular movement of the radiating hinge due to the kinematic connection of the cylinder 57 and the piston 59 through the rod 62 and the axes 56 and 63 with the flange 55. The axis of rotation of the light through the hinge is the axis 56. The mechanism is returned to its original position with the release of gas from the cavity of the cylinder 57 by means of a spring 60

Claims

1. A pneumatic hand prosthesis containing a sleeve of the shoulder, a power source, pneumatic actuators of the shoulder, a wrist and a radiopathic hinge, a control unit and a pull, characterized in that, in order to increase the number of active functions of the prosthesis controlled from one pull and ease of manipulation When it grips and carries objects, it is equipped with a pneumatic-automatic switch, which has the ability to sequentially turn on the pneumatic actuators of the hand and the emergency fender according to a certain program, made in the form of itelnyh elements, for example rubber rings, the plunger is biased by a spring by means of an adjusting screw.

2 LOPTES POP.1, characterized in that, in order to reduce the weight of the structure and simplify the manufacturing technology, the pneumatic drive of the radiating arm is made in the form of a single-acting drive connected to the flange of the wrist axle, with the possibility of hinged connection of the piston and cylinder with the flange of the brush.

tpuZ.f

-sh;

56

0

FIG. five