專利名稱：后退時(shí)可微屈膝蓋的機(jī)械膝關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種具有假肢后退時(shí)可微屈膝的機(jī)械膝關(guān)節(jié)，屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
植入式骨整合假肢，也被稱為連骨假肢、直接接骨假肢和骨植入假肢，它是借鑒人工關(guān)節(jié)技術(shù)，將一個(gè)中間連接體的上端插入截肢患者殘存的骨骼腔內(nèi)，中間連接體的下端穿過皮膚伸出體外，在中間連接體的下端直接安裝假肢的新型假肢裝配技術(shù)。植入式骨整合假肢最大的優(yōu)點(diǎn)在于省去了傳統(tǒng)假肢所必須的接受腔，從而避免了由此帶來的一系列弊端。但是植入式骨整合假肢沒有接受腔也帶來一個(gè)不足，就是運(yùn)動(dòng)過程中所受的沖擊載荷直接傳遞到殘存的骨骼，少了接受腔和殘端軟組織這個(gè)緩沖環(huán)節(jié)，也就是說比傳統(tǒng)假肢抗沖擊能力差。臨床試驗(yàn)表明，如果植入式骨整合假肢穿戴者受到強(qiáng)烈的外界沖擊，易造成中間連接體彎曲或者斷裂，導(dǎo)致二次手術(shù)，給患者帶來很大的生理上的痛苦和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。對中間連接體彎曲或者斷裂原因的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，這種狀況多發(fā)生在不自主后退時(shí)。
目前由于沒有適用于大腿假肢的高容量便攜式動(dòng)力源，所以還沒有可以在后退時(shí)屈膝的動(dòng)力假肢膝關(guān)節(jié)產(chǎn)品，也就是說目前假肢膝關(guān)節(jié)在后退時(shí)都無法主動(dòng)屈膝。因此本發(fā)明在實(shí)用新型專利91222982.9大角度承重自鎖膝關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)上，提出了一種在后退時(shí)可以主動(dòng)微屈膝的膝關(guān)節(jié)，不僅可以提高假肢膝關(guān)節(jié)的仿生性，同時(shí)也使植入式骨整合假肢性能進(jìn)一步提高。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目的為提出了一種在后退時(shí)可以主動(dòng)微屈膝的機(jī)械膝關(guān)節(jié)。
后退時(shí)可微屈膝蓋的機(jī)械膝關(guān)節(jié)，該機(jī)械膝關(guān)節(jié)包括棘輪(1)，下連接體(2)，碟簧(3)，棘爪(4)，第一撥絲(5)，槽輪(6)，移動(dòng)銷(7)，自鎖銷(8)，主屈腿彈簧(9)，第二撥絲(10)；棘輪(1)與假肢大腿相連；下連接體(2)與假肢小腿相連；下連接體(2)通過碟簧(3)連接棘爪(4)，棘爪(4)與棘輪(1)配合；下肢不承重時(shí)，在碟簧(3)作用下，下連接體(2)帶動(dòng)棘爪(4)轉(zhuǎn)動(dòng)，使棘爪(4)與棘輪(1)脫離，解除摩擦自鎖；棘爪(4)通過第一撥絲(5)帶動(dòng)槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)10度，使移動(dòng)銷(7)帶動(dòng)自鎖銷(8)脫離在棘輪(1)上的自鎖孔，解除銷釘自鎖；此時(shí)，主屈腿彈簧(9)將帶動(dòng)棘輪(1)轉(zhuǎn)動(dòng)5度，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)屈腿；膝關(guān)節(jié)伸直過程中，棘輪(1)通過第二撥絲(10)帶動(dòng)槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)(10)度，使得移動(dòng)銷(7)帶動(dòng)自鎖銷(8)進(jìn)入自鎖孔，實(shí)現(xiàn)伸直情況下不承重自鎖；在70度范圍內(nèi)，承重情況下，下連接體(2)帶動(dòng)棘爪(4)壓緊棘輪(1)，實(shí)現(xiàn)任意角度摩擦自鎖。
本發(fā)明通過加裝一彈簧曲屈機(jī)構(gòu)，使假肢膝關(guān)節(jié)在不承重情況下(無論向前還是向后走)可以自動(dòng)彎曲5度左右。在不改變向前特性的同時(shí)，解決了在后退時(shí)假腿不能曲屈的問題，運(yùn)動(dòng)姿態(tài)美觀，仿生性能好，減小了不自主后退時(shí)的沖擊。另外還增設(shè)了一套槽輪機(jī)構(gòu)，保證了膝關(guān)節(jié)在不受力的情況下能夠保持伸直狀態(tài)。
彈簧曲屈機(jī)構(gòu)采用分別與大小腿相固連的方式，有兩個(gè)彈簧使膝關(guān)節(jié)達(dá)到所需分度。當(dāng)大腿抬起時(shí)，一直處于拉伸狀態(tài)的彈簧收縮，帶動(dòng)小腿繞膝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)，達(dá)到膝關(guān)節(jié)自動(dòng)曲屈一定緩沖角度的功能。當(dāng)達(dá)到緩沖角度后，彈簧轉(zhuǎn)為壓縮狀態(tài)，起到控制關(guān)節(jié)阻尼和助伸的作用。
大角度承重自鎖機(jī)構(gòu)采用單向摩擦制動(dòng)的形式。利用小腿承重時(shí)相對大腿的變形，帶動(dòng)單向自鎖塊(即離合器的棘爪)與上關(guān)節(jié)體相連的摩擦輪(即棘輪)接觸，達(dá)到任意角度自鎖的功能，本方案中僅對70°以內(nèi)的曲腿自鎖進(jìn)行設(shè)計(jì)。
不承重條件下小腿伸直自鎖機(jī)構(gòu)采用槽輪機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)。不承重條件下，槽輪始終將自鎖銷上頂，將大腿與小腿固連。當(dāng)由承重變?yōu)椴怀兄貢r(shí)，利用大角度承重自鎖機(jī)構(gòu)中自鎖塊的移動(dòng)來帶動(dòng)槽輪轉(zhuǎn)一個(gè)角度，在此過程中自鎖銷將經(jīng)歷一個(gè)解鎖狀態(tài)，小腿便由伸直變?yōu)榍?br> 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是(1)雙重自鎖，保證患者的使用安全；(2)步行時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)屈腿，步態(tài)自然美觀，減小地面對假肢的沖擊；(3)機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)，成本低。


圖1是本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡圖。
圖2是本發(fā)明槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明機(jī)構(gòu)簡圖。圖2為槽輪機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖。
如圖3所示1為棘輪，2為下連接體，3為碟簧，4為棘爪，5為撥絲，6為槽輪，7為移動(dòng)銷，8為自鎖銷，9為主屈腿彈簧，10為撥絲。棘輪1與假肢大腿相連；下連接體2與假肢小腿相連；下肢不承重時(shí)，在碟簧3作用下，下連接體2帶動(dòng)棘爪4轉(zhuǎn)動(dòng)，使棘爪4與棘輪1脫離，解除摩擦自鎖；棘爪4通過撥絲5帶動(dòng)槽輪6轉(zhuǎn)動(dòng)10度，使移動(dòng)銷7帶動(dòng)自鎖銷8脫離在棘輪1上的自鎖孔，解除銷釘自鎖；此時(shí)，主屈腿彈簧9將帶動(dòng)棘輪1轉(zhuǎn)動(dòng)5度，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)屈腿；膝關(guān)節(jié)伸直過程中，棘輪1通過撥絲10帶動(dòng)槽輪6轉(zhuǎn)動(dòng)10度，使得移動(dòng)銷7帶動(dòng)自鎖銷8進(jìn)入自鎖孔，實(shí)現(xiàn)伸直情況下不承重自鎖；在70度范圍內(nèi)，承重情況下，下連接體2帶動(dòng)棘爪4壓緊棘輪1，實(shí)現(xiàn)任意角度摩擦自鎖。
本發(fā)明結(jié)合彈簧屈曲機(jī)構(gòu)、單向摩擦制動(dòng)式自鎖機(jī)構(gòu)與槽輪銷釘自鎖機(jī)構(gòu)，使得假肢膝關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)任意角度的承重自鎖、伸直情況下不承重自鎖，同時(shí)實(shí)現(xiàn)步行過程中(向前或向后)自動(dòng)彎曲5度左右。其具體工作方式如下以單側(cè)一個(gè)步態(tài)周期為例，設(shè)定腳趾離地為步態(tài)周期的開始。
腳趾離地，下肢不再承重，在碟簧棘爪扭簧和小腿自重作用下，棘爪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)10度，脫離棘輪，解除摩擦自鎖。同時(shí)，棘爪帶動(dòng)槽輪同軸轉(zhuǎn)動(dòng)10度，使自鎖銷向下運(yùn)動(dòng)，脫離自鎖孔，解除銷釘自鎖。自鎖解除后，在主曲腿彈簧帶動(dòng)下，棘輪逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)5度，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)屈腿。整個(gè)擺動(dòng)相中，在主屈腿彈簧作用下，膝關(guān)節(jié)保持彎曲，保證步態(tài)流暢。擺動(dòng)相末段，在小腿慣性作用下，棘輪相對于小腿順時(shí)針旋轉(zhuǎn)直到膝關(guān)節(jié)完全伸直，同時(shí)帶動(dòng)槽輪旋轉(zhuǎn)10度，使自鎖銷進(jìn)入自鎖孔，實(shí)現(xiàn)伸直情況下不承重自鎖。腳跟著地進(jìn)入支撐相后，下肢承重，棘爪順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，壓緊棘輪，實(shí)現(xiàn)摩擦自鎖。整個(gè)支撐相一直保持此狀態(tài)。直到下一個(gè)擺動(dòng)相開始重復(fù)整個(gè)過程。
后退過程與前進(jìn)過程一致。
在70度范圍內(nèi)的任意角度，如果下肢承重，則棘爪將壓緊棘輪，實(shí)現(xiàn)任意角度摩擦自鎖。
本發(fā)明機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)；雙重自鎖，保證患者的使用安全；步行時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)屈腿，步態(tài)自然美觀，減小地面對假肢的沖擊；成本低。
權(quán)利要求
1.后退時(shí)可微屈膝蓋的機(jī)械膝關(guān)節(jié)，其特征在于，該機(jī)械膝關(guān)節(jié)包括棘輪(1)，下連接體(2)，碟簧(3)，棘爪(4)，第一撥絲(5)，槽輪(6)，移動(dòng)銷(7)，自鎖銷(8)，主屈腿彈簧(9)，第二撥絲(10)；棘輪(1)與假肢大腿相連；下連接體(2)與假肢小腿相連；下連接體(2)通過碟簧(3)連接棘爪(4)，棘爪(4)與棘輪(1)配合；棘爪(4)通過第一撥絲(5)帶動(dòng)槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)使移動(dòng)銷(7)帶動(dòng)自鎖銷(8)脫離在棘輪(1)上的自鎖孔；棘輪(1)通過第二撥絲(10)帶動(dòng)槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得移動(dòng)銷(7)帶動(dòng)自鎖銷(8)進(jìn)入自鎖孔。
全文摘要
后退時(shí)可微屈膝蓋的機(jī)械膝關(guān)節(jié)，屬于生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域。包括棘輪(1)，下連接體(2)，棘爪(4)，槽輪(6)，主屈腿彈簧(9)等；棘輪(1)與假肢大腿相連；下連接體(2)與假肢小腿相連；下連接體(2)通過碟簧(3)連接棘爪(4)，棘爪(4)與棘輪(1)配合；棘爪(4)通過第一撥絲(5)帶動(dòng)槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)，槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)使移動(dòng)銷(7)帶動(dòng)自鎖銷(8)脫離在棘輪(1)上的自鎖孔；棘輪(1)通過第二撥絲(10)帶動(dòng)槽輪(6)轉(zhuǎn)動(dòng)，使得移動(dòng)銷(7)帶動(dòng)自鎖銷(8)進(jìn)入自鎖孔。本發(fā)明雙重自鎖，保證患者的使用安全；步行時(shí)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)屈腿，步態(tài)自然美觀，減小地面對假肢的沖擊；機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單，易實(shí)現(xiàn)，成本低。
文檔編號(hào)A61F2/64GK101081183SQ20071011926
公開日2007年12月5日 申請日期2007年7月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月19日
發(fā)明者王人成, 胡曉, 楊義勇, 張濟(jì)川, 金德聞, 王瑞, 蔣丹杰 申請人:清華大學(xué)