[go: up one dir, main page]

RU2032434C1 - Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same - Google Patents

Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same Download PDF

Info

Publication number
RU2032434C1
RU2032434C1 SU5045017A RU2032434C1 RU 2032434 C1 RU2032434 C1 RU 2032434C1 SU 5045017 A SU5045017 A SU 5045017A RU 2032434 C1 RU2032434 C1 RU 2032434C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
piston
shock absorber
cylinder
prosthesis
moment
Prior art date
Application number
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Славинович Фарбер
Владимир Аврамович Богуславский
Original Assignee
Борис Славинович Фарбер
Владимир Аврамович Богуславский
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Славинович Фарбер, Владимир Аврамович Богуславский filed Critical Борис Славинович Фарбер
Priority to SU5045017 priority Critical patent/RU2032434C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2032434C1 publication Critical patent/RU2032434C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Prostheses (AREA)

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: this method is characterized by more accurate walking symmetry by varying tempo of walking with femur prosthesis which engages flexible member in beginning of transfer phase. Moment of force of this flexible member is directed towards point of flexure of genicular articulation. Disclosed method further prescribes measuring acceleration of receiving femur sleeve and selecting instant of actuating flexible member relative to instant of initiation of transfer phase with regard to measured acceleration. Apparatus for effecting disclosed method includes successively connected cylinder 5, piston 6 and pneumatic shock absorber made of ferromagnetic metal. Gap between piston and cylinder is filled up by magnetic liquid which functions as packer sandwiched in between shock absorber air spaces. Piston carries electric winding 11. EFFECT: excellent results. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к медицине, а именно к протезированию и протезостроению. The invention relates to medicine, namely to prosthetics and prosthetics.

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. A known method of controlling the prosthesis of the lower limb in the phase of transfer using a balancing weight located in the cavity of the receiving sleeve of the lower leg and servomotor, leading to a change in the frequency of vibration of the lower leg. The disadvantages of this method include the fact that the design of the prosthesis is very bulky, contains a large mass.

Наиболее близкий способ управления протезом нижней конечности в фазе переноса заключается в создании в коленном узле момента сил упругого элемента относительно коленного шарнира. The closest way to control the lower limb prosthesis in the transfer phase is to create a moment of elastic element forces relative to the knee joint in the knee node.

К недостаткам способа следует отнести отсутствие возможности подстройки под тем ходьбы. The disadvantages of the method include the lack of adjustment for that walk.

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. A device for controlling a lower limb prosthesis is also known, comprising a pneumatic shock absorber with an electrically controlled valve, a walking speed sensor and a control system providing a degree of valve opening depending on the walking speed. The disadvantages of the device include an increase in energy consumption bypassing air through the valve.

Целью изобретения является повышение ходьбы путем изменения темпа ходьбы на протезе бедра. The aim of the invention is to increase walking by changing the pace of walking on the hip prosthesis.

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. This goal is achieved in that the control of the hip prosthesis in the phase of transfer using the moment of elastic element forces relative to the knee hinge created in the knee assembly creates it towards bending in the phase of transfer, while the acceleration of the femoral sleeve and the moment the elastic element is turned on relative to the start of the phase of transfer are additionally measured set taking into account this acceleration.

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. In the control device of the prosthesis of the lower limb, which contains a series-connected artificial foot, a thigh sleeve, an electrically controlled pneumatic shock absorber, a cylinder and a piston mechanically connected to the knee joints, a tibia angle sensor and a control system, a cylinder and a pneumatic shock absorber piston, are made of ferromagnetic material, the gap between the piston and the cylinder is filled with magnetic fluid to seal between the air cavities of the shock absorber, and on the piston there is an electric Skye winding.

На фиг.1 изображен протез бедра в разогнутом положении; на фиг.2 то же, в согнутом положении. Figure 1 shows the hip prosthesis in an extended position; figure 2 is the same in a bent position.

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. The prosthesis comprises an artificial foot 1, a lower leg sleeve 2, a knee joint 3, a receiving sleeve 4 of the thigh, a pneumatic shock absorber with magnetic fluid with a ferromagnetic cylinder 5, separated by a ferromagnetic piston 6, with a rod 7 into two cavities 8 and 9, filled with air and magnetic fluid 10 , an electric field winding 11 is placed on the piston 6, the leads 12 are led out through the hollow rod 7. The cylinder 5 is mechanically connected by the lower leg 2, and the piston 6 through the rod 7 and the hinge 13 with the receiving sleeve 4. The elastic seals 14 and 15 serve to seal the inner lower cavities of the shock absorber. The prosthesis also includes a sensor 17 measuring the angle of rotation of the lower leg 2 relative to the receiving sleeve 4. The sensors 16 and 17 and the field coil 11 are electrically connected to the control system 18. The piston 6 is moved down in the lower leg 2, while the volume of the cavity 8 has increased and the volume of the cavity 9 decreased.

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. The prosthesis works as follows. In the transfer phase, the disabled person bends the stump, bending the lower leg with an artificial foot, leading to an increase in the angle between the thigh and lower leg, while the signals from the acceleration sensors 16, rotation angle 17 are fed to the control system 18, from which voltage is applied to the winding at a certain point in time excitation 11, and a magnetic flux is formed, which draws the magnetic fluid into the region of maximum magnetic induction, filling the annular gap between the piston 6 and the cylinder 5, thereby forming a magnetic fluid seal. In this case, the cavities 8 and 9 are hermetically separated from each other and with a further increase in the bending angle of the lower leg, the gas pressure in the cavity 9 increases and in the cavity 8 decreases, and the voltage on the field winding provides a sustained pressure drop of the magnetic fluid in excess of the maximum air pressure drop in cavities 8 and 9, as a result of this, air bypass through the magnetic fluid is impossible and the shock absorber works like a pneumatic spring, seeking to return the prosthesis to the extension phase. The moment of the pneumatic spring leads to a reduction in the extension time of the prosthesis, and the control system 18 supplies voltage to the excitation winding 11 after the start of flexion of the lower leg, the earlier the greater the acceleration of the thigh in the initial period of transfer. When the hip prosthesis is extended, the voltage is turned off.

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. Advantages of the method and device over the base object: it was possible to change the pace of walking of a disabled person on a hip prosthesis; the duration of the moment of force of the air spring is directly dependent on the extension speed of the lower leg and thigh.

Claims (2)

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. 1. The way to control the prosthesis of the lower limb, which consists in creating in the phase of the transfer in the knee node a moment of elastic forces relative to the knee joint, characterized in that the moment of elastic force relative to the knee joint creates towards its bending in the transfer phase, while the acceleration of the receiving sleeve of the thigh is additionally measured and the moment of inclusion of the elastic element relative to the beginning of the transfer phase is set taking into account this acceleration. 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. 2. A device for controlling the prosthesis of the lower limb, comprising a thigh receiving sleeve in series, an electrically controlled pneumatic shock absorber, the cylinder and piston of which are mechanically connected to the knee joints, a receiving sleeve acceleration sensor, characterized in that the cylinder and the pneumatic shock absorber piston are made of ferromagnetic material, moreover, the gap between the piston and the cylinder is filled with magnetic fluid to seal between the air cavities of the shock absorber, and located on the piston The electrical winding.
SU5045017 1992-01-30 1992-01-30 Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same RU2032434C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5045017 RU2032434C1 (en) 1992-01-30 1992-01-30 Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU5045017 RU2032434C1 (en) 1992-01-30 1992-01-30 Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2032434C1 true RU2032434C1 (en) 1995-04-10

Family

ID=21605630

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU5045017 RU2032434C1 (en) 1992-01-30 1992-01-30 Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2032434C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102658553A (en) * 2012-05-14 2012-09-12 重庆绿色智能技术研究院 Robot and robot arm vibration control and accurate positioning mechanism
RU2661000C2 (en) * 2013-08-22 2018-07-11 Отто Бок Хелткэр Продактс Гмбх Method for controlling artificial orthotic or prosthetic knee joint
RU229342U1 (en) * 2024-07-10 2024-10-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Ankle prosthesis

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР N 633524, кл. A 61F 2/60, 1976. *
Заявка Великобритании N 2216426, кл. A 61F 2/68, 1990. *
Заявка Японии N 52-47638, кл. A 61F 2/60, 1973. *

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102658553A (en) * 2012-05-14 2012-09-12 重庆绿色智能技术研究院 Robot and robot arm vibration control and accurate positioning mechanism
CN102658553B (en) * 2012-05-14 2014-09-17 重庆绿色智能技术研究院 Robot and robot arm vibration control and accurate positioning mechanism
RU2661000C2 (en) * 2013-08-22 2018-07-11 Отто Бок Хелткэр Продактс Гмбх Method for controlling artificial orthotic or prosthetic knee joint
US10945863B2 (en) 2013-08-22 2021-03-16 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Method for controlling an artificial orthotic or prosthetic knee joint
US11931273B2 (en) 2013-08-22 2024-03-19 Otto Bock Healthcare Products Gmbh Method for controlling an artificial orthotic or prosthetic knee joint
RU229342U1 (en) * 2024-07-10 2024-10-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кемеровский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации Ankle prosthesis

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP1267756B1 (en) Speed-adaptive and patient-adaptive prosthetic knee
USRE39961E1 (en) Computer controlled hydraulic resistance device for a prosthesis and other apparatus
US11273060B2 (en) Artificial ankle-foot system with spring, variable-damping, and series-elastic actuator components
US5948021A (en) Hydraulic cylinders for limb gait control
Sup et al. Self-contained powered knee and ankle prosthesis: Initial evaluation on a transfemoral amputee
RU2089138C1 (en) Method and apparatus for controlling knee joint of leg prosthesis
GB2244006A (en) Artificial limb joint control device containing an electrorheological fluid
RU92004581A (en) METHOD FOR CONTROL OF KNEE JOINT FOR PROSTHESIS OF THE FOOT, DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION AND DUMP OF KNEE JOINT
AU2001249759A1 (en) Speed-adaptive and patient-adaptive prosthetic knee
DE69814871D1 (en) LEG PROSTHESIS
WO2001017466A3 (en) A lower limb prosthesis
US20050015156A1 (en) Above-knee prosthesis with variable resistance knee joint
WO2000027318A1 (en) Computer controlled hydraulic resistance device for a prosthesis and other apparatus
US20090259320A1 (en) Generator for prosthesis and orthosis
SU1821177A1 (en) Femur prosthesis with active stroke function
RU2032434C1 (en) Method for controlling lower extremity prosthesis and apparatus for carrying out same
Ochoa-Diaz et al. An above-knee prosthesis with magnetorheological variable-damping
Lee et al. Swing-assist for enhancing stair ambulation in a primarily-passive knee prosthesis
Arteaga et al. Prototype of robotic ankle-foot prosthesis with active damping using magnetorheological fluids
Sup et al. Design of a pneumatically actuated transfemoral prosthesis
Durfee et al. Preliminary design and simulation of a pneumatic, stored-energy, hybrid orthosis for gait restoration
Wallach et al. Control mechanism performance criteria for an above-knee leg prosthesis
US20230390085A1 (en) 3 degrees of freedom ankle prosthesis
CN212650955U (en) A magnetorheological damping lower limb prosthesis
Liu et al. Simulation and analysis of a full-active electro-hydrostatic powered ankle prosthesis