CN101081183A - 后退时可微屈膝盖的机械膝关节 - Google Patents
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Abstract
后退时可微屈膝盖的机械膝关节,属于生物医学工程技术领域。包括棘轮(1),下连接体(2),棘爪(4),槽轮(6),主屈腿弹簧(9)等;棘轮(1)与假肢大腿相连;下连接体(2)与假肢小腿相连;下连接体(2)通过碟簧(3)连接棘爪(4),棘爪(4)与棘轮(1)配合;棘爪(4)通过第一拨丝(5)带动槽轮(6)转动,槽轮(6)转动使移动销(7)带动自锁销(8)脱离在棘轮(1)上的自锁孔;棘轮(1)通过第二拨丝(10)带动槽轮(6)转动,使得移动销(7)带动自锁销(8)进入自锁孔。本发明双重自锁,保证患者的使用安全;步行时实现自动屈腿,步态自然美观,减小地面对假肢的冲击;机械结构简单,易实现,成本低。
Description
技术领域
本发明涉及一种具有假肢后退时可微屈膝的机械膝关节,属于生物医学工程技术领域。
背景技术
植入式骨整合假肢,也被称为连骨假肢、直接接骨假肢和骨植入假肢,它是借鉴人工关节技术,将一个中间连接体的上端插入截肢患者残存的骨骼腔内,中间连接体的下端穿过皮肤伸出体外,在中间连接体的下端直接安装假肢的新型假肢装配技术。植入式骨整合假肢最大的优点在于省去了传统假肢所必须的接受腔,从而避免了由此带来的一系列弊端。但是植入式骨整合假肢没有接受腔也带来一个不足,就是运动过程中所受的冲击载荷直接传递到残存的骨骼,少了接受腔和残端软组织这个缓冲环节,也就是说比传统假肢抗冲击能力差。临床试验表明,如果植入式骨整合假肢穿戴者受到强烈的外界冲击,易造成中间连接体弯曲或者断裂,导致二次手术,给患者带来很大的生理上的痛苦和经济负担。对中间连接体弯曲或者断裂原因的调查发现,这种状况多发生在不自主后退时。
目前由于没有适用于大腿假肢的高容量便携式动力源,所以还没有可以在后退时屈膝的动力假肢膝关节产品,也就是说目前假肢膝关节在后退时都无法主动屈膝。因此本发明在实用新型专利91222982.9大角度承重自锁膝关节的基础上,提出了一种在后退时可以主动微屈膝的膝关节,不仅可以提高假肢膝关节的仿生性,同时也使植入式骨整合假肢性能进一步提高。
发明内容
发明的目的为:提出了一种在后退时可以主动微屈膝的机械膝关节。
后退时可微屈膝盖的机械膝关节,该机械膝关节包括棘轮(1),下连接体(2),碟簧(3),棘爪(4),第一拨丝(5),槽轮(6),移动销(7),自锁销(8),主屈腿弹簧(9),第二拨丝(10);
棘轮(1)与假肢大腿相连;下连接体(2)与假肢小腿相连;下连接体(2)通过碟簧(3)连接棘爪(4),棘爪(4)与棘轮(1)配合;下肢不承重时,在碟簧(3)作用下,下连接体(2)带动棘爪(4)转动,使棘爪(4)与棘轮(1)脱离,解除摩擦自锁;棘爪(4)通过第一拨丝(5)带动槽轮(6)转动10度,使移动销(7)带动自锁销(8)脱离在棘轮(1)上的自锁孔,解除销钉自锁;此时,主屈腿弹簧(9)将带动棘轮(1)转动5度,实现主动屈腿;膝关节伸直过程中,棘轮(1)通过第二拨丝(10)带动槽轮(6)转动(10)度,使得移动销(7)带动自锁销(8)进入自锁孔,实现伸直情况下不承重自锁;在70度范围内,承重情况下,下连接体(2)带动棘爪(4)压紧棘轮(1),实现任意角度摩擦自锁。
本发明通过加装一弹簧曲屈机构,使假肢膝关节在不承重情况下(无论向前还是向后走)可以自动弯曲5度左右。在不改变向前特性的同时,解决了在后退时假腿不能曲屈的问题,运动姿态美观,仿生性能好,减小了不自主后退时的冲击。另外还增设了一套槽轮机构,保证了膝关节在不受力的情况下能够保持伸直状态。
弹簧曲屈机构采用分别与大小腿相固连的方式,有两个弹簧使膝关节达到所需分度。当大腿抬起时,一直处于拉伸状态的弹簧收缩,带动小腿绕膝关节旋转,达到膝关节自动曲屈一定缓冲角度的功能。当达到缓冲角度后,弹簧转为压缩状态,起到控制关节阻尼和助伸的作用。
大角度承重自锁机构采用单向摩擦制动的形式。利用小腿承重时相对大腿的变形,带动单向自锁块(即离合器的棘爪)与上关节体相连的摩擦轮(即棘轮)接触,达到任意角度自锁的功能,本方案中仅对70°以内的曲腿自锁进行设计。
不承重条件下小腿伸直自锁机构采用槽轮机构实现。不承重条件下,槽轮始终将自锁销上顶,将大腿与小腿固连。当由承重变为不承重时,利用大角度承重自锁机构中自锁块的移动来带动槽轮转一个角度,在此过程中自锁销将经历一个解锁状态,小腿便由伸直变为屈曲。
本发明的优点是:
(1)双重自锁,保证患者的使用安全;
(2)步行时实现自动屈腿,步态自然美观,减小地面对假肢的冲击;
(3)机械结构简单,易实现,成本低。
附图说明
图1是本发明机构简图。
图2是本发明槽轮机构结构示意图。
图3是本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明机构简图。图2为槽轮机构结构示意图。图3是本发明结构示意图。
如图3所示:1为棘轮,2为下连接体,3为碟簧,4为棘爪,5为拨丝,6为槽轮,7为移动销,8为自锁销,9为主屈腿弹簧,10为拨丝。棘轮1与假肢大腿相连;下连接体2与假肢小腿相连;下肢不承重时,在碟簧3作用下,下连接体2带动棘爪4转动,使棘爪4与棘轮1脱离,解除摩擦自锁;棘爪4通过拨丝5带动槽轮6转动10度,使移动销7带动自锁销8脱离在棘轮1上的自锁孔,解除销钉自锁;此时,主屈腿弹簧9将带动棘轮1转动5度,实现主动屈腿;膝关节伸直过程中,棘轮1通过拨丝10带动槽轮6转动10度,使得移动销7带动自锁销8进入自锁孔,实现伸直情况下不承重自锁;在70度范围内,承重情况下,下连接体2带动棘爪4压紧棘轮1,实现任意角度摩擦自锁。
本发明结合弹簧屈曲机构、单向摩擦制动式自锁机构与槽轮销钉自锁机构,使得假肢膝关节实现任意角度的承重自锁、伸直情况下不承重自锁,同时实现步行过程中(向前或向后)自动弯曲5度左右。其具体工作方式如下:
以单侧一个步态周期为例,设定脚趾离地为步态周期的开始。
脚趾离地,下肢不再承重,在碟簧棘爪扭簧和小腿自重作用下,棘爪逆时针转动10度,脱离棘轮,解除摩擦自锁。同时,棘爪带动槽轮同轴转动10度,使自锁销向下运动,脱离自锁孔,解除销钉自锁。自锁解除后,在主曲腿弹簧带动下,棘轮逆时针旋转5度,实现主动屈腿。整个摆动相中,在主屈腿弹簧作用下,膝关节保持弯曲,保证步态流畅。摆动相末段,在小腿惯性作用下,棘轮相对于小腿顺时针旋转直到膝关节完全伸直,同时带动槽轮旋转10度,使自锁销进入自锁孔,实现伸直情况下不承重自锁。脚跟着地进入支撑相后,下肢承重,棘爪顺时针旋转,压紧棘轮,实现摩擦自锁。整个支撑相一直保持此状态。直到下一个摆动相开始重复整个过程。
后退过程与前进过程一致。
在70度范围内的任意角度,如果下肢承重,则棘爪将压紧棘轮,实现任意角度摩擦自锁。
本发明机械结构简单,易实现;双重自锁,保证患者的使用安全;步行时实现自动屈腿,步态自然美观,减小地面对假肢的冲击;成本低。
Claims (1)
1、后退时可微屈膝盖的机械膝关节,其特征在于,该机械膝关节包括棘轮(1),下连接体(2),碟簧(3),棘爪(4),第一拨丝(5),槽轮(6),移动销(7),自锁销(8),主屈腿弹簧(9),第二拨丝(10);
棘轮(1)与假肢大腿相连;下连接体(2)与假肢小腿相连;
下连接体(2)通过碟簧(3)连接棘爪(4),棘爪(4)与棘轮(1)配合;
棘爪(4)通过第一拨丝(5)带动槽轮(6)转动,槽轮(6)转动使移动销(7)带动自锁销(8)脱离在棘轮(1)上的自锁孔;
棘轮(1)通过第二拨丝(10)带动槽轮(6)转动,使得移动销(7)带动自锁销(8)进入自锁孔。
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