Устройство для определения опорных реакций

 

Использование: в устройствах для биомеханических исследований. Сущность изобретения: устройство содержит основание и платформу. В них по углам выполнены гнезда . В гнездах расположены динамометры. Каждый динамометр выполнен в виде двух вертикально и диаметрально расположенных жестких элементов, связывающих их между собой дугообразных упругих элементов , фланцев и связывающих фланцы и жесткие элементы двух пар упругих элементов. Жесткие элементы каждой пары связаны с разными фланцами. В упругих элементах выполнены поперечные пазы. Напротив пазов установлены тенэопреобраэователи, При воздействии на платформу нагрузка передается на динамометры. Упругие элементы деформируются и эта деформация преобразуется тензопреобраэователямя для регистрации. 9 ил.V

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕН..ЮЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ЙЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4952888/27. (22) 05.06,91 (46) 15.06.93. Ьюл. Е 22, (71) Центральный научно-исследовательский институт машиностроения (72) В.И,Лагутин . (56) Патент США М 4493220. кл. G 01 1 1/18, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЙ ОПОРНЫХ РЕАКЦИЙ (57) Использование; в устройствах для биомеханичвских исследований. Сущность изобретения: устройство содержит основание и платформу. В них по углам выполнены гнезда, В гнездах расположены динамометры.

Изобретение относится к медицинской и.силоиэмерительной технике, в частности к устройствам для измерению рпорных реакций при ходьбе, и может быть использовано для биомеханических исследований, в том числе в ортопедии и протезировании.при .определении качества подгонки протезов нижних конечностей. . Целью изобретения является повыше. ние точности измерений опорных реакций, реализуемых при ходьбе, эа счет снижения взаимного влияния измеряемых. Компонентов нагрузки и уменьшения величин изгибающих моментов.

На фиг.. 19 изображено предлагаемое устройство: вид сбоку (фиг. 1), eieyxy (фиг, 2); укрупненные виды и раэреэыдинамомет.ра (фиг. 3-6) и электрические схемы соединения твнэопрвобразователвй(фиг. 7-9). На фиг. 1, 2 также показано обозначение осей системы координат.

„„5Q(„) 1821139 А1 (st)s А 61 В 5/103,G 01 И 1/18

Каждый динамоме гр выполнен в виде двух вертикально и диаметрально расположенных жестких элементов, связывающих их между собой дугообразных упругих элементов, фланцев и связывающих фланца и жесткие элементы двух пар упругих элементов.

Жесткие элементы каждой пары связаны с разными:фланцами. В упругих элементах выполнены поперечные пазы. Напротив паэов установлены"тензопреобразователи.

При воздействии нв платформу нагрузка передается на динамометры. Упругие элементы деформируются и эта деформация преобразуется тейэопреобраэователями для регистрации; 9 ил.

Предложенное устройство содержит прямоугольную платформу.1 для взаимодействия с опорным органом 2 (протезом или нижней конечностью), основание 3 и размещенные tto:углам платформы и основания динамомвтры 4,.обозначенные соответственно буквами А, В, В, Г и посредством флвнцвв 5 йрикрепленные. к платформе и основанию. Верхние фланца динамометров размещены в.выемках 6. выполненных с внутренней стороны платформы 1. Каждый из динамометров 4 содержит по две пары 7 и 8 жестких вертикально расположенных, симметричных относительно оси и «рестообреэно ориентйрованйых в поперечном сечении элементов,.идее пари 9 и 10 упругих. вертикальных элементов, размещенных по периферии (относительно. оси) от жестких элементов 7 и 8 и параллельных им, Каждый из элементов пар Э и 16 одним концом соединен с фланцем 5 (элементы пары 7 с од1821139 ним фланцем, а пары 8- с другим), а другой — через жесткую перемычку 11 — с прилежащим жестким элементом пар 7 и 8, Торцы жестких элементов 7,.8 в двух поясах соединены между собой посредством дугообразных горизонтальных дополнительных упругих элементов 12, образующих совместно с торцами элементов 7 и 8 два кольцевых пояса — верхний и нижний.

Вертикальные и горизонтальные упругие элементы 12, 9, 10 вблизи мест их соединения с жесткими элементами 7, 8 и фланцами

5 выполнены с поперечными пазами 13, напротив которых размещены тенэопреобразователи R> (где i=1.2,3„.), которые в каждом динамометре соединены в мостовые электрические схемы (в соответствии с фиг; 7 — 9), электрически связанные с регистрирующей аппаратурой (не показана).

При работе устройство устанавливают на полу и инвалид в процессе ходьбы. наступает протезом или ногой на поверхность .платформы 1, нагружая платформу пространственной нагрузкой F, компоненты которой (в соответствии с фиг. 1, 2) обозначены: вертикальная .сила — Z, гори. зонтальная поперечная сила — Х, горизонтапьная продольная сила — У. Координаты точки приложения пространственной силы к поверхности платформы обозначим ахи by, а моменты, создаваемые компонентами Х, . Y, Z, обозначим соответственно Mx, My, М .

При этом расстояния между вершинами прямоугольника АБВГ (проекции осей динамометров на поверхность платформы) примем равными АБ = ВГ- а; БВ =АГ = b.

Приложенная сила вызывает соответствующие реакции на динамометрах вертикальные 2д...Zr; и горизонтальные Хд...Xr;

YA...Yr. Под действием вертикальной силы Z происходит плоско-параллельное отнрсительное смещение элементов 7 и 8 и соответствующий изгиб (преимущественно в местах пазов 13) горизонтальных упругих элементов 12 с сжатием — растяжением тензопреобразователей R9...816. В результате, мостовая схема — фиг. 7 — выделяет сигнал, пропорциональный силе Z, приходящейся на конкретный динамометр. Силы Х и Y вызывают относительное плоско-параллельное смещение фланцев 5, соответствующий изгиб (преимущественно, в местах пазов 13) пар упругих вертикальных элементов 9 и 10 с сжатием-растяжением тензопреобразователей R5...R8 или R1„.R4, В результате мостовые схемы фиг. 9 или фиг. 8 выделяют сигнал, пропорциональный силе Х или У, приходящейся на соответствующий динамометр.

Полную величину сил Х, Ч, Z можно найти из соотношений:

Х *Хд+ХБ+Хв+Хг;

Y - YA+ Уь+ Ув+ Уг;

Z- ZA+ Zs+ Zs+ Zr;

ВепииинасипЫ F X+ и"+ Е .

Величины моментов можно найти иэ со10 отношений.

Mx - Ь(Хд + Хь - Хв - Хг);

My = а(- XA+ Хь+ Хв-Xr);

M - Ь(- Хд - Xs + Xs+ Xr) +

15 + а(УА-Ув-Ув+ Yr).

Для определения координат точки приложения силы F можно воспользоваться выражениями

Таким образом. устройство позволяет

25 определить все компоненты опорной реакции:величину,направление,точкуприложения. При этом измерения могут осуществляться и в статике, и. в динамике (при ходьбе). Зарегистрированный характер

З0 изменения нагрузок Х, Y, Z может быть использован для оценки особенностей походки испытуемого, в частности свидетельствующей, например, о качестве подгонки протеза.

Конструктивные особенности предложенного технического решения по сравнению с известным (базовым) объектом обеспечивают повышенную точность измерений опорных реакций. Это связано с

40 уменьшением взаимных влияний измеряемых компонентов нагрузки Х, Y, Z, поскольку для измерения каждого из них используется независимая упругая система, имеющая повышенную жесткость в направ45 лении неизмеряемых компонентов нагрузки и хорошую податливость(s том числе и из-за пазов) в направлении измеряемых компонентов. Кроме того, динамометры имеют компактную. конструкцию с параллельным

5î .расположением тенэопреобразователвй (в то время как у известного устройства тенэопреобразователи расположены последовательно по высоте). И, наконец. это достигнуто эа счет снижения величины изги55 бающего момента(при приближении поверхности платформы к каждому динамометру за счет размещения динамометров в выемках платформы).

1821139

F-F

Предложенное устройство, помимо использования в медицине. может быть также применено в спорте (для биомеханических исследований).

Формула изобретения

Устройство для определения опорных

- реакций, содержащее прямоугольную платформу для взаимодействия с опорным органом, основание и установленные между основанием и платформой по углам последней трехкомпонентные динамометры, содержащие каждый вертикально расположенные упругие элементы, на которых размещены тензопреобразователи, и фланцы, один иэ которых связан с упругими элементами и платформой, а другой — с упругими элементами и основанием, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышения точности измерений при ходьбе эа счет снижения взаимного влияния измеряемых компонентов нагрузки и уменьшения величин изгибающих моментов, в платформе с ее стороны, обращенной к основанию, выйолнены гнеэда, каждый динамометр размещен в одном из гнезд, устройство снабжено размещенными в каждом динамометре двумя парами жестких элементов, расположенных верти5 кально и диаметрально противоположно в каждой паре, и четырьмя парами дополнительных упругих элементов, выполненных дугообразными, размещенных горизонтально, связывающих в каждой паре взаим10 но обращенные торцы соседних жестких элементов и расположенных в каждой паре один над другим, упругие элементы выполнены в виде двух пар, каждый элемент одной иэ которых связан с одним из жестких

15 элементов одной пары и одним из фланцев, каждый элемент другой связан с одним иэ. жестких элементов другой пары и другим фланцем, в каждом упругом элементе на участке, прилежащем к участку, соединяю20 щему этот элемент с другим элементом динамометра. выполнен паз, поперечный по отношению к упругому элементу, а каждый тензопреобразователь размещен напротив паза.

1821339

1821139

Составитель В.Лагутин

Техред М. Моргентал Корректор М.Шароши

Редактор . B, Tðóá÷åíêî

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 2075 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., 4/S