кинематический сферический шарнир с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг двух осей

Формула изобретения

Кинематический сферический шарнир, содержащий барабан с контактной поверхностью в форме сферы, центр которой является центром вращения шарнира, отличающийся тем, что в нем барабан с контактной поверхностью в форме сферы расположен внутри разрезной обоймы второго звена шарнира, имеющей винт регулировки тугоподвижности вращения шарнира и клин с ответной контактной поверхностью, соединенный упругим элементом и второй сферической контактной поверхностью с упором, установленным с возможностью отталкивания от обоймы пружиной отжима и контактирования с расфиксатором, установленным с возможностью обеспечения постоянного контакта между сферическим барабаном и клином за счет пружины расфиксатора.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области медицинской техники, а именно к протезированию и протезостроению

Известен кинематический шарнир коленного узла протезов и ортезов, обеспечивающий фиксацию (заклинивание) шарнира в широком диапазоне межзвенного угла [1]

Недостатками этого шарнира являются дискретность его фиксации, позволяющая заклинивать шарнир через определенные углы поворота головок шин первого и второго звеньев шарнира, и то, что он плоский шарнир, а не сферический.

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 [2]

Недостатками прототипа являются зависимость заклинивания от величины опорной реакции, узкий диапазон межзвенного угла, при котором происходит заклинивание шарнира, наличие громкого щелчка при его расклинивании и то, что он плоский, а не сферический шарнир.

Целью изобретения является создание кинематического сферического шарнира с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг двух осей и регулируемой тугоподвижностью вращения вокруг трех осей для имитации суставов верхних конечностей (третий сустав большого пальца, запястье, локоть, плечо), позволяющего при проектировании протезов верхних конечностей существенно расширить их функциональные возможности при самообслуживании и при трудовой деятельности пациента за счет регулируемой тугоподвижности вращения, надежной фиксации (заклинивания) вращения сферического шарнира вокруг двух осей (вплоть до разрушения) и свободного беззвучного его расклинивания после снятия нагрузки.

Указанная цель достигается тем, что кинематический сферический шарнир содержит барабан первого звена шарнира с контактной поверхностью в виде сферы, центр которой является центром вращения шарнира, расположеннного внутри разрезной обоймы второго звена шарнира, имеющей винт регулировки тугоподвижности вращения шарнира и клин с ответной контактной поверхностью, соединенный упругим элементом и второй сферической контактной поверхностью с упором, отталкивающимся от обоймы пружиной отжима и упирающимся в расфиксатор, который за счет пружины расфиксатора обеспечивает постоянный контакт между сферическим барабаном и клином.

Совокупность приведенных признаков, обеспечивающих бесступенчатое заклинивание кинематического сферического шарнира вокруг двух осей во всем диапазоне его подвижности и свободное беззвучное расклинивание после снятия нагрузки, не обнаружена в науке и технике до даты подачи заявки, что соответствует требованию "новизна". Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию "положительный эффект". Помимо этого, авторами не обнаружено подобных решений, следовательно, совокупность существенных признаков отвечает критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 схематически изображен кинематический сферический шарнир с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг двух осей; на фиг. 2 представлено сечение А-А на фиг. 1. Кинематический сферический шарнир содержит сферический барабан первого звена шарнира 1, обойму второго звена шарнира 2, винт регулировки тугоподвижности 3, второе звено 4, клин 5, упругий элемент 6 клина, упор 7, отжимную пружину упора 8, расфиксатор 9, пружину расфиксатора 10, кнопку расфиксатора 11 и контргайку обоймы 123. Сферический барабан 1 расположен внутри обоймы 2, которая стянута винтом регулировки тугоподвижности 3 так, чтобы не было люфта между барабаном и обоймой 2 и обеспечивалась требуемая тугоподвижность барабана 1 в обойме 2. Обойма 2 навинчена на второе звено 4 и законтрена контргайкой 12 так, чтобы обеспечивался постоянный контакт между клином 5 и барабаном 1 за счет смещения расфиксатора 9 пружиной расфиксатора 10 влево и отжима упора 7 вверх с преодолением действия отжимной пружины 8, а исходное положение клина 5 обеспечивается упругим элементом клина 6. Контактная поверхность барабана 1 является сферой, центр которой является центром вращения шарнира. Величины углов и должны быть такими, чтобы коэффициенты трения контактирующих поверхностей барабана 1 и клина 5 и соответственно упора 7 и расфиксатора 9 были бы больше тангенсов углов a и соответственно.

Кинематический сферический шарнир с бесступенчатой фиксацией вращения вокруг двух осей функционирует следующим образом. При нажатии на кнопку расфиксатора силой P, превышающей силу сжатия пружины расфиксатора, расфиксатор перемещается вправо, и за счет наличия угла b упор под действием отжимной пружины перемещается вниз вместе с клином и между клином и барабаном образуется зазор, что позволяет барабану вращаться в обойме вокруг всех осей, а с помощью винта регулировки тугоподвижности можно настроить требуемую тугоповиджность первого звена шарнира относительно второго. При отсутствии силы P пружина расфиксатора перемещает расфиксатор влево, отжимает упор с клином вверх, преодолевая усилие отжимной пружины, и клин прижимается к барабану, а вращение первого звена относительно второго вокруг осей X и Z становится невозможным, так как происходит заклинивание за счет сил трения, вращение же вокруг оси Y (оси упора) ограничивается практически только тугоподвижностью в обойме и незначительным моментом, обусловленным силами трения между клином и барабаном.

Применение данного кинематического шарнира в качестве имитатора суставов верхних конечностей позволит расширить функциональные возможности пациента при самообслуживании и в процессе трудовой деятельности за счет регулируемой тугоподвижности вращения, надежного заклинивания сферического шарнира (вплоть до разрушения) и свободного беззвучного его расклинивания после снятия нагрузки.