Способ управления протезом нижней конечности и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к медицине, а именно к протезостроению нижних конечностей. Сущность изобретения: способ управления протезом нижней конечности отличается повышением симметрии ходьбы на протезе бедра, причем в начале фазы переноса включает упругий элемент, момент силы которого относительно коленного шарнира направлен навстречу его сгибания, при этом дополнительно измеряют ускорение приемной гильзы бедра и момент включения упругого элемента относительно начала фазы переноса устанавливают с учетом этого ускорения. Устройство для осуществления способа содержит последовательно соединенные цилиндр 5 и поршень 6, пневматический амортизатор, выполненный из ферромагнитного металла, зазор между поршнем и цилиндром заполнен магнитной жидкостью, выполняющий роль уплотнителя между воздушными полостями амортизатора, а на поршне расположена электрическая обмотка 11. 2 с.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезостроению.

Известен способ управления протезом нижней конечности в фазе переноса с помощью балансировочного груза, расположенного в полости приемной гильзы голени и сервомотора, приводящего к изменению частоты колебаний голени. К недостаткам этого способа следует отнести то, что конструкция протеза очень громоздкая, содержит большую массу.

Наиболее близкий способ управления протезом нижней конечности в фазе переноса заключается в создании в коленном узле момента сил упругого элемента относительно коленного шарнира.

К недостаткам способа следует отнести отсутствие возможности подстройки под тем ходьбы.

Известно также устройство для управления протезом нижней конечности, содержащее пневматический амортизатор с электроуправляемым клапаном, датчик скорости ходьбы и систему управления, обеспечивающую степень раскрытия клапанов в зависимости от скорости ходьбы. К недостаткам устройства следует отнести повышение энергозатрат при перепуске воздуха через клапан.

Целью изобретения является повышение ходьбы путем изменения темпа ходьбы на протезе бедра.

Поставленная цель достигается тем, что управление протезом бедра в фазе переноса с помощью создаваемого в коленном узле момента сил упругого элемента относительно коленного шарнира создают навстречу его сгибания в фазе переноса, при этом дополнительно измеряют ускорение приемной гильзы бедра и момент включения упругого элемента относительно начала фазы переноса устанавливают с учетом этого ускорения.

В устройстве управления протезом нижней конечности, содержащем последовательно соединенные искусственную стопу, гильзу бедра, пневматический электроуправляемый амортизатор, цилиндр и поршень, механически соединенные со звеньями коленного шарнира, датчик угла поворота голени и систему управления, цилиндр и поршень пневматического амортизатора, выполнены из ферромагнитного материала, зазор между поршнем и цилиндром заполнен магнитной жидкостью для уплотнения между воздушными полостями амортизатора, а на поршне расположена электрическая обмотка.

На фиг.1 изображен протез бедра в разогнутом положении; на фиг.2 то же, в согнутом положении.

Протез содержит искусственную стопу 1, гильзу голени 2, коленный шарнир 3, приемную гильзу 4 бедра, пневматический амортизатор с магнитной жидкостью с ферромагнитным цилиндром 5, разделенный ферромагнитным поршнем 6, с штоком 7 на две полости 8 и 9, заполненные воздухом и магнитной жидкостью 10, на поршне 6 размещена электрическая обмотка возбуждения 11, выводы 12 выведены через полый шток 7. Цилиндр 5 механически соединен гильзой голени 2, а поршень 6 через шток 7 и шарнир 13 с приемной гильзой 4. Эластичные уплотнения 14 и 15 служат для герметизации внутренних полостей амортизатора. Протез содержит также датчик 17, измеряющий угол поворота голени 2 относительно приемной гильзы 4. Датчики 16 и 17 и обмотка возбуждения 11 электрически соединены с системой управления 18. Поршень 6 перемещен в гильзе голени 2 вниз, при этом объем полости 8 увеличился, а объем полости 9 уменьшился.

Протез работает следующим образом. В фазе переноса инвалид сгибает культю, осуществляя сгибание голени с искусственной стопой, приводя к увеличению угла между бедром и голенью, при этом сигналы от датчиков ускорения 16, угла поворота 17 поступают на систему управления 18, от которой в определенный момент времени подается напряжение на обмотку возбуждения 11, причем образуется магнитный поток, который магнитную жидкость втягивает в область максимальной магнитной индукции, заполняя кольцевой зазор между поршнем 6 и цилиндром 5, образуя тем самым магнитно-жидкостное уплотнение. При этом полости 8 и 9 герметично разделены друг от друга и при дальнейшем увеличении угла сгибания голени, давление газа в полости 9 нарастает, а в полости 8 падает, причем напряжение на обмотку возбуждения обеспечивает удерживаемый перепад давления магнитной жидкости, превышающим максимальный перепад давления воздуха в полостях 8 и 9, в результате этого перепуск воздуха через магнитную жидкость невозможен и амортизатор работает как пневматическая пружина, стремящаяся вернуть протез в фазу разгибания. Момент пневматической пружины приводит к сокращению времени разгибания протеза, причем система управления 18 подает напряжение на обмотку возбуждения 11 после начала сгибания голени тем раньше, чем большее ускорение бедра в начальный период переноса. При разгибании протеза бедра напряжение отключается.

Преимущества способа и устройства перед базовым объектом: получена возможность изменять темп ходьбы инвалида на протезе бедра; время действия момента силы пневматической пружины находится в прямой зависимости от скорости разгибания голени и бедра.

Формула изобретения

1. Способ управления протезом нижней конечности, заключающийся в создании в фазе переноса в коленном узле момента сил упругости относительно коленного шарнира, отличающийся тем, что момент силы упругости относительно коленного шарнира создают навстречу его сгибания в фазе переноса, при этом дополнительно измеряют ускорение приемной гильзы бедра и момент включения упругого элемента относительно начала фазы переноса устанавливают с учетом этого ускорения.

2. Устройство для управления протезом нижней конечности, содержащее последовательно соединенные приемную гильзу бедра, пневматический электроуправляемый амортизатор, цилиндр и поршень которого механически связаны со звеньями коленного шарнира, датчик ускорения приемной гильзы, отличающееся тем, что цилиндр и поршень пневматического амортизатора выполнены из ферромагнитного материала, причем зазор между поршнем и цилиндром заполнен магнитной жидкостью для уплотнения между воздушными полостями амортизатора, а на поршне расположена электрическая обмотка.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2