Ротатор протеза кисти руки
ROTATOR OF A HAND PROSTHESIS

Группа изобретений относится к области медицинской техники в сфере протезирования, а именно к устройствам быстроразъемного соединения модуля кисти руки с модулем предплечья или культеприемной гильзой пользователя, в частности к устройству ротатора протеза кисти руки, и может быть использована в медицинской промышленности.
Известен ротатор протеза кисти руки, содержащий статичный и подвижный узлы, расположенные на одной оси вращения, и имеющие элементы для их быстроразъемного соединения, выполненные в виде двустороннего фиксатора [CN 109646157 A, дата публикации: 19.04.2019 г., МПК: A61F 2/58; A61F 2/76; A61F 2/78].
Недостатком известного технического решения является высокая сложность осуществления разъединения статичного и подвижного узлов пользователем с двусторонней ампутацией ввиду необходимости зажатия двустороннего фиксатора второй рукой.
Известен ротатор протеза кисти руки, который содержит статичный и подвижный узлы, расположенные на одной оси вращения, и имеющие элементы для их байонетного соединения при этом подвижный узел состоит из элемента для крепления протеза кисти руки, а статичный узел состоит из ротора протеза кисти руки, закрепленного в обойме-фиксаторе, которая имеет подпружиненные штифты для фиксации положения байонетного соединения [CN106667627A, дата публикации: 17.05.2017 г., МПК: A61F 2/54; A61F 2/58; A61F 2/78].
В качестве прототипа выбран ротатор протеза кисти руки, содержащий статичный и подвижный узлы, расположенные на одной оси вращения, и имеющие элементы для их быстроразъемного байонетного соединения, при этом подвижный узел состоит из ротора протеза кисти руки, подвижно закреплённого в обойме-фиксаторе, которая в свою очередь неподвижно закреплена относительно статичного узла, а статичный узел выполнен в виде гильзы, внутри которой установлен подпружиненный столик, обеспечивающий фиксацию положения байонетного соединения [CN 110731841 A, дата публикации: 31.01.2020 г., МПК: A61F 2/58; A61F 2/68].
Преимуществом прототипа и известного технического решения является возможность разъединения байонетного соединения пользователем с двусторонней ампутацией. Однако общим недостатком известных из уровня техники технических решений является недостаточно широкая номенклатура имеющихся ротаторов протезов кисти руки, обеспечивающих удобство в эксплуатации для пользователей с односторонней или двусторонней ампутацией, вследствие чего требуется разработка нового решения, способствующего расширению вариативности таких устройств.
Техническая проблема, на решение которой направлена группа изобретений, заключается в необходимости расширения арсенала ротаторов протезов кисти руки.
Технический результат, на достижение которого направлена группа изобретений, заключается в обеспечении возможности быстроразъемного соединения ротатора протеза кисти руки и осуществления поворота протеза кисти руки пользователем.
Сущность первого изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Ротатор протеза кисти руки содержит статичный и подвижный узлы, расположенные на одной оси вращения, и имеющие элементы для их быстроразъемного соединения при этом подвижный узел состоит из ротора, подвижно закреплённого в обойме-фиксаторе, которая в свою очередь неподвижно закреплена относительно статичного узла. В отличие от прототипа обойма-фиксатор состоит из направляющего и упорного колец, расположенных на одной оси вращения с ротором при этом направляющее кольцо имеет элемент для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла, а упорное кольцо имеет элемент для быстроразъемного соединения статичного и подвижного узлов и элемент, обеспечивающий взаимодействие с ротором в одном из его крайних положений вращения.
Сущность второго изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Подвижный узел ротатора протеза кисти руки состоит из расположенных на одной оси вращения ротора и обоймы-фиксатора, в которой подвижно закреплен ротор. В отличие от прототипа обойма-фиксатор состоит из направляющего и упорного колец, расположенных на одной оси вращения с ротором, при этом направляющее кольцо имеет элемент для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла, а упорное кольцо имеет элемент для быстроразъемного соединения статичного и подвижного узлов, при этом упорное кольцо имеет выступ, обеспечивающий взаимодействие с ответным выступом ротора в одном из крайних положений вращения ротора.
Сущность третьего изобретения из группы изобретений заключается в следующем.
Обойма-фиксатор подвижного узла ротатора протеза кисти руки выполнена с возможностью подвижного закрепления ротора и неподвижного закрепления относительно статичного узла ротатора протеза кисти руки. В отличие от прототипа обойма-фиксатор состоит из направляющего и упорного колец, расположенных на одной оси вращения с ротором, при этом направляющее кольцо имеет выступ для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла ротатора протеза кисти руки, а упорное кольцо имеет выступ для быстроразъемного соединения статичного и подвижного узлов и упорный выступ, обеспечивающий взаимодействие с ротором в одном из его крайних положений вращения.
Ротатор протеза кисти руки содержит статичный и подвижный узлы, расположенные на одной оси вращения, что обеспечивает возможность поворота модуля кисти руки относительно модуля предплечья пользователя.
Подвижный узел обеспечивает возможность осуществления вращательного движения вокруг оси ротатора и может являться опорной точкой для протеза кисти руки или для статичного узла в случае, если последний является опорной точкой для протеза кисти руки и обеспечивает ее вращательное движение.
Подвижный узел состоит из ротора, подвижно закреплённого в обойме-фиксаторе. Ротор образует со статичным узлом кинематическую пару качения, преимущественно имеет цилиндрическую форму и обеспечивает возможность выполнения вращательного движения протезом кисти руки относительно обоймы-фиксатора.
Ротор может содержать средства для закрепления протеза кисти руки пользователя, либо средства для закрепления на протезе предплечья пользователя. Ротор может состоять из двух разъемно-соединенных частей - основания, которое может быть расположено внутри подвижного узла и иметь одну опорную поверхность для создания пары качения со статичным узлом, и столика, имеющего вторую опорную поверхность для создания пары качения со статичным узлом. При этом столик имеет поверхность для средств закрепления протеза кисти руки пользователя, либо для средств закрепления на протезе предплечья пользователя.
Обойма-фиксатор может быть закреплена на роторе, обеспечивая возможность его вращения и фиксации в соединенном со статичным узлом состоянии. Обойма-фиксатор преимущественно закреплена между основанием и столиком ротора, что снижает риск его перекоса. Обойма-фиксатор состоит из направляющего и упорного колец, расположенных на одной оси вращения с ротором. При этом наружный диаметр колец для обеспечения возможности разъемного соединения подвижного и статичного узлов может обеспечивать его посадку в статичном узле с зазором.
Направляющее кольцо обеспечивает возможность выполнения ротором радиального движения для регулирования угла поворота протеза кисти руки и представляет с ним кинематическую пару скольжения, которая может содержать элементы качения. При этом для фиксации выбранного угла поворота протеза кисти руки направляющее кольцо может содержать стопорный элемент, представленный, к примеру штифтом или выступом, расположенным на поверхности направляющего кольца, обращенной к ротору. Для упрощения конструкции обоймы-фиксатора направляющее кольцо на этой поверхности может иметь фрикционные элементы, обеспечивающие фиксацию выбранного угла поворота ротора, расположенные на взаимодействующей с ротором поверхности (как правило на внутренней боковой) и выполненные в виде фрикционных накладок.
Для повышения долговечности и надежности обоймы-фиксатора, в качестве фрикционных элементов могут быть представлены выступы, расположенные на поверхности, обращенной к ротору, и находящиеся в контакте с его боковой поверхностью. При этом для снижения риска самопроизвольного изменения угла поворота протеза кисти руки выступы могут иметь волнообразную форму, а ротор может иметь ответные углубления волнообразной формы на боковой поверхности, при этом выступы могут быть выполнены с торцевым перекрытием, обеспечивающим возможность фиксации пространственного положения ротора и направляющего кольца.
Для снижения риска заклинивания ротора в направляющем кольце ротор и/или направляющее кольцо могут быть выполнены из упруго-деформируемого полимерного материала, например из фторопласта полипропилена или поливинилхлорида. Однако наиболее целесообразным с точки зрения технологичности является выполнение из этого материала именно направляющего кольца. При этом наиболее предпочтительным полимерным материалом является полипропилен, который обеспечивает наиболее высокую износостойкость направляющего кольца.
Направляющее кольцо также препятствует радиальному перемещению обоймы-фиксатора относительно статичного узла в процессе вращения ротора. Для этого оно может иметь элемент для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла, препятствующий радиальному перемещению относительно статичного узла, представленного пазом или шпонкой, при этом статичный узел может содержать ответный выступ или шпоночный паз. При этом в случае выполнения направляющего кольца из упруго-деформируемого полимерного материала, имеющего выступы на внутренней боковой поверхности, наиболее предпочтительным является выполнение такого элемента в виде выступа на наружной боковой поверхности направляющего кольца, что снижает изгибающие нагрузки, воздействующие на направляющее кольцо, снижая риск его выхода из строя и повышая надежность.
Упорное кольцо обеспечивает возможность фиксации быстроразъемного соединения со статичным узлом имеющимся элементом быстроразъемного соединения. Этот элемент может быть представлен в виде паза или выступа и выполнен ответным элементу быстроразъемного соединения, расположенном на статичном узле. В наиболее предпочтительном варианте элемент быстроразъемного соединения представлен в виде венца с наружным или внутренним зацеплением, расположенным на наружной боковой поверхности упорного кольца, что обеспечивает наиболее эффективное распределение нагрузки в быстросъемном соединении и снижает риск заклинивания подвижного узла в статичном узле. При этом для дополнительного снижения риска заклинивания подвижного узла в статичном узле элемент быстроразъемного соединения может быть выполнен в виде зубчатого венца с наружным зацеплением, каждый из зубьев при этом в поперечном сечении может иметь трапециевидную форму. При этом ответный элемент статичного узла, выполненный в виде венца с внутренним зацеплением, может иметь пазы с вырезами, при этом передняя стенка выреза для упрощения установки подвижного узла в статичный узел может иметь наклон относительно оси вращения статичного узла.
Упорное кольцо имеет элемент, обеспечивающий взаимодействие с ротором в одном из его крайних положений вращения, что позволяет при достижении ротором определенной точки на окружности его вращения создать кинематическую пару с упорным кольцом и привести в движение элемент быстроразъемного соединения. Этот элемент может быть представлен радиальным вырезом или углублением на поверхности упорного кольца, выполненным ответным выступу или форме поверхности ротора в месте соприкосновения с ним.
Упорное кольцо может быть расположено между направляющим кольцом и столиком ротора, выполненным из двух частей, что снижает риск заклинивания упорного кольца. При этом оно может быть подвижно закреплено на основании ротора и зафиксировано внутренней поверхностью столика и поверхностью направляющего кольца от осевого смещения. В таком случае элемент, обеспечивающий взаимодействие с ротором в одном из его крайних положений вращения представлен выступом, расположенным на поверхности упорного кольца, обращенной к внутренней поверхности столика, при этом на внутренней стороне столика также расположен выступ. При этом выступы могут быть расположены на одной окружности, либо могут находиться на разных окружностях упорного кольца и столика, и при этом иметь точку пересечения, находящуюся на одной общей окружности, что обеспечивает возможность передачи углового перемещения ротором упорному кольцу и вывода из зацепления элемента быстроразъемного соединения. При этом для снижения риска зацепления и заклинивания механизма выступы могут иметь цилиндрическую форму. Упорное кольцо может быть выполнено из любого конструкционного материала, однако для снижения риска его выхода из строя оно преимущественно выполнено из металла.
Упорное и направляющее кольцо в обойме-фиксаторе могут быть расположены рядом друг с другом и соприкасаться торцевыми поверхностями, что повышает компактность обоймы-фиксатора. При этом для обеспечения автоматической фиксации быстроразъемного соединения упорное и направляющее кольцо могут быть соединены между собой упруго-деформируемым элементом, обеспечивающим воздействие на упорное кольцо в направлении обеспечения им фиксации элемента быстроразъемного соединения в ответном элементе статичного узла при вращении упорного кольца относительно направляющего кольца. Для этого упруго-деформируемый элемент может быть расположен относительно элемента быстроразъемного соединения упорного кольца таким образом, чтобы в нормальном (недеформированном) или приближенном к этому состоянии обеспечивалась фиксация элемента быстроразъемного соединения упорного кольца в ответном элементе статичного узла. В наиболее предпочтительном варианте он расположен на одной стороне с элементом быстроразъемного соединения, что снижает изгибающие моменты, воздействующие на упорное кольцо. При этом элемент для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла на направляющем кольце также должен быть расположен таким образом, чтобы при установке подвижного узла в неподвижный узел элемент быстроразъемного соединения устанавливался в ответный элемент быстроразъемного соединения статичного узла без заклинивания.
Упруго-деформируемый элемент может быть выполнен из резины и может быть представлен в виде стержня или вставки, закрепленной в отверстиях или вырезах на поверхности направляющего и упорного колец соосно с осью вращения обоймы-фиксатора. Однако наибольшую надежность и простоту конструкции обеспечивает радиальная пружина, установленная с торцевым перекрытием в смежные пазы, выполненные на поверхности направляющего и упорного колец. При этом для снижения риска заклинивания быстроразъемного соединения обойма-фиксатор может содержать дополнительные пружины, способствующие более равномерному распределению нагрузки при фиксации быстроразъемного соединения.
Статичный узел может являться опорной точкой для протеза предплечья или пользователя, либо он может являться опорной точкой для протеза кисти руки пользователя. Статичный узел может содержать цилиндрический полый корпус, который может содержать любые известные средства для закрепления на протезе предплечья пользователя и/или средства для закрепления протеза кисти руки пользователя или сам может являться таким средством, в том числе средством, обеспечивающим посадку на протез предплечья с натягом. В качестве элемента для быстроразъемного соединения может быть представлен венец с внутренним или наружным зацеплением, ответный элементу на упорном кольце.
Дополнительно для обеспечения самоцентрирования упорного кольца подвижного узла и статичного узла при их соединении полый цилиндрический корпус может иметь внутреннюю фаску, выполненную под наклоном в направлении оси статичного узла. При этом в случае, если элемент для быстроразъемного соединения представлен в виде венца с внутренним зацеплением, то с наружной стороны этот венец может также иметь фаску, выполненную под тем же углом, что и фаска на корпусе. Статичный узел может иметь одну или две опорных поверхности для создания пары качения с ротором, что снижает риск перекоса подвижного узла в статичном узле и повышает долговечность ротатора. Элементы ротатора могут быть выполнены из любых известных конструкционных материалов, в том числе из алюминиевого сплава.
Группа изобретений может быть выполнена из известных материалов с помощью известных средств, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «промышленная применимость».
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, отличающейся тем, что обойма-фиксатор состоит из направляющего и упорного колец, расположенных на одной оси вращения с ротором при этом направляющее кольцо имеет элемент для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла, а упорное кольцо имеет элемент для быстроразъемного соединения статичного и подвижного узлов и элемент, обеспечивающий взаимодействие с ротором в одном из его крайних положений вращения, благодаря чему за счет новой конструкции обоймы-фиксатора обеспечивается реализация иного способа быстроразъемного соединения статичного и подвижного узлов ротатора протеза кисти руки и отсоединения узлов друг от друга посредством вращения ротора подвижного узла до упора, обеспечивающего возможность приведения в действие элемента быстроразъемного соединения на подвижном узле. Благодаря этому достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности быстроразъемного соединения ротатора протеза кисти руки и осуществления поворота протеза кисти руки пользователем, тем самым расширяется арсенал ротаторов протезов кисти руки.
Группа изобретений характеризуется ранее неизвестной из уровня техники совокупностью существенных признаков, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «новизна».
Из уровня техники не известны существенные признакигруппы изобретений, что свидетельствует о ее соответствии критерию патентоспособности «изобретательский уровень».
Изобретения из группы изобретений связаны между собой и образуют единый изобретательский замысел, который заключается в том, что обойма-фиксатор и подвижный узел являются составными частями ротатора протеза кисти руки, что свидетельствует о соответствии группы изобретений критерию патентоспособности «единство изобретения».
Группа изобретений поясняется следующими фигурами.
Фиг.1 - Обойма-фиксатор подвижного узла ротатора протеза кисти руки, на внутренней боковой поверхности направляющего кольца выполнены волнообразные выступы, элемент быстроразъемного соединения статичного и подвижного узлов представлен в виде венца с наружным зацеплением, содержащего трапециевидные выступы, изометрия.
Фиг. 2 - Подвижный узел ротатора протеза кисти руки, ротор состоит из двух частей, между которыми закреплена обойма-фиксатор, изометрия.
Фиг. 3 - Кинематическая пара, образованная упорным кольцом и столиком ротора, изометрия и их упорными штифтами, имеющими точку контакта на общей окружности, изометрия.
Фиг. 4 - Ротатор протеза кисти руки, состоящий из подвижного и статичного узлов, изометрия.
Для иллюстрации возможности реализации и более полного понимания сути группы изобретений ниже представлен вариант ее осуществления, который может быть любым образом изменен или дополнен, при этом настоящая группа изобретений ни в коем случае не ограничивается представленным вариантом.
Подвижный узел ротатора протеза кисти руки состоит из расположенных на одной оси вращения обоймы-фиксатора и ротора протеза кисти руки.
Обойма-фиксатор подвижного узла ротатора протеза кисти руки состоит из направляющего кольца 1 из полиамида с волнообразными выступами на внутренней боковой поверхности и выступом для неподвижного закрепления обоймы-фиксатора относительно статичного узла на наружной боковой поверхности, упорного кольца 2 с трапециевидными выступами 3 быстроразъемного соединения, упорным штифтом 4, и демпферных пружин 5, расположенных в пазах колец 1 и 2 с торцевым перекрытием.
Ротор состоит из основания 6 с зубчатым венцом 7 наружного зацепления который соединен винтами (не указаны на фигурах) с со столиком 8 для закрепления протеза кисти руки, которая содержит ответный упорный штифт 9. Неподвижный узел состоит из гильзы 10 с венцом внутреннего зацепления трапециевидных выступов быстроразъемного соединения.
Направляющее кольцо 1 и упорное кольцо 2 подвижно закреплены друг относительно друга и взаимодействуют через демпферные пружины 5. Обойма-фиксатор подвижно закреплена между основанием 6 и столиком 8 ротора посредством зубчатого венца внутреннего зацепления кольца 1 и зубчатого венца 7 наружного зацепления основания 6 ротора. Обойма-фиксатор неподвижно закреплена в гильзе 10 за счет выступа направляющего кольца 1, а подвижный узел закреплён в статичном узле за счет трапециевидных выступов быстроразъемного соединения, находящихся в зацеплении с венцом внутреннего зацепления гильзы 10.
Группа изобретений работает следующим образом.
Гильза 10 монтируется на протез предплечья (не показан на фигурах), а на столике 8 закрепляется протез кисти руки (не показан на фигурах).
Для соединения ротатора подвижный узел поступательным движением устанавливается в гильзу 10, при этом выступ направляющего кольца 1 располагается в углублении гильзы 10. Также одновременно с этим происходит взаимодействие трапециевидных выступов быстроразъемного соединения упорного кольца 2, с венцом внутреннего зацепления гильзы 10, в процессе чего происходит поворот упорного кольца 2 относительно кольца 1, а за счет демпферных пружин 5 происходит возвратное перемещение упорного кольца 2 и фиксация трапециевидных выступов в углублениях венца с внутренним зацеплением гильзы 10. После закрепления протеза кисти руки на протезе предплечья производится установка положения протеза кисти руки в необходимое положение за счет вращения ротора по часовой стрелке путем воздействия на протез кисти и таким образом превышения порогового момента вращения приводящего к проворачиванию зубчатого венца 7 наружного зацепления относительно зубчатого венца внутреннего зацепления направляющего кольца 1 за счет упругого деформирования полиамида, из которого изготовлено кольцо.
Для отсоединения протеза кисти руки от протеза предплечья производится поворот протеза кисти руки против часовой стрелки, до соприкосновения упорных штифтов 9 и 4, за счет чего вращательное движение передается от ротора к упорному кольцу 2, вследствие чего трапециевидные выступы быстроразъемного соединения перемещаются относительно гильзы 10 и выходят из контакта с его венцом внутреннего зацепления.
Таким образом, достигается технический результат, заключающийся в обеспечении возможности быстроразъемного соединения ротатора протеза кисти руки, тем самым расширяется арсенал ротаторов протезов кисти руки.