CN101282695A - 可利用弹性变形锁定的关节及使用该关节的膝盖假体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种关节，其能够使两个可绕Δ轴而相对于彼此转动的部件之间以受约束的方式运动，该关节包括：轴套(6)，其设有以Δ轴为中心的圆柱形孔(7)并且该孔固定至第一部件；以及轴(10)，其接合于轴套(6)的圆柱形孔内以便能够绕Δ轴相对于该轴套转动，并且该轴固定至第二部件。本发明的特征在于：轴套(6)和轴(10)具有弹性，并能够在垂直于Δ轴且大于给定值的应力(F3、F4)的作用下变形，以使绕Δ轴的转动被锁定或制动。

Description

可利用弹性变形锁定的关节及使用该关节的膝盖假体
技术领域
本发明涉及用于制造使两个可绕Δ轴而相对于彼此转动的部件之间的运动受约束的关节的技术领域。
在优选但非限制性的应用中，本发明涉及受约束的运动关节(controlledmovement articulation)，其用于假腿(leg prosthesis)中以形成人工膝盖，保证安装于大腿残肢上的适配部件(adaptation element)与末端具有人工足的、称之为胫骨(tibial)的部件之间的关节联接。
背景技术
于是，这种假肢的关节或人工膝盖必须能够保证与假肢使用者的不同步行状态相对应的两种功能。
首先，受约束的运动关节必须能够在被称为步行支撑的状态下被阻止，在该步行支撑状态期间，使用者的体重支撑在假肢上。其次，在行走状态期间，该关节必须能够被解锁以便实现胫骨部的摆动运动，在该行走状态期间，假肢使用者将自身的重量转移至其健康的腿上。
为保证这种双重功能，受约束的运动关节必须包括阻止装置和解锁装置，从而允许进行自由转动和锁定转动这两种操作模式。
为此目的，法国专利FR 2 261 742提出使用这样一种关节，该关节包括枢轴和受约束的气动插件(pneumatic jack)，用于阻止或允许胫骨部的摆动运动。
对于关节的阻止转动和解锁转动的功能，这种关节是令人满意的，但是其也具有一些缺点，如组件较重，特别是气动插件的控制系统的结构较复杂且体积庞大，使得整个假肢既具有相对大的重量，又具有表面上看来昂贵的操作成本。对于假肢的重量，必须指出的是，其实际特征使得老年人难以使用这种假肢。
为了简化锁定机构，特别是德国文献DE 1030508、DE 841193和法国文献FR 1099570已经提出了使用这样一种关节，该关节的轴或壳体具有弹性，以便能够在约束的作用下实现两个可动部件的相对移动并使得能使转动制动的部件或摩擦表面相接触。因此，在放松(at least)且无约束的情况下，摩擦表面彼此分离；而在约束的作用下，摩擦表面相接触。
尤其是，这种实施例的缺点在于需要配备会增加关节重量的摩擦表面或摩擦件。该实施例的缺点还在于不能始终保证关节的有效锁定。因此，需要一种新颖的关节，该关节在能够提供对自身转动的锁定与阻止的可能性的同时，具有限制乃至消除其阻止转动所需的附件和装置的简化设计，以便能够降低关节本身和用于保证关节的临时阻止转动的控制装置的重量，并同时保证锁定效果。
发明内容
为实现这些目的，本发明涉及一种使两个可绕Δ轴而相对于彼此转动的部件之间的运动受约束的关节，该关节包括：
轴套，其设有以Δ轴为中心的圆柱形孔并固定至第一部件，以及
轴，其接合在轴套的孔内以便可相对于Δ轴转动。该轴与第二部件形成为一体。
根据本发明，该关节的特征在于：轴套和轴可弹性变形，以便在垂直于Δ轴且大于给定值的约束的作用下变形，以保证对绕Δ轴的转动的锁定或几何制动。
因此，根据本发明的特点，该孔的内表面和该轴的外表面相接触并具有互补的形状，并且轴套和轴可弹性变形以便：
在放松状态下，该孔的内表面和该轴的外表面呈以Δ轴为中心能够绕Δ轴转动的圆柱形旋转体的形状；
在受到垂直于Δ轴的、大于给定值的约束的作用下，该孔的内表面和该轴的外表面共同变形，这种可逆的共同变形使绕Δ轴的转动被锁定或制动。
根据本发明，使绕Δ轴的转动被锁定的、轴套和轴的共同变形在变形可逆的程度内可采取不同的形式，以便在约束中止时轴套和轴恢复其能够绕Δ轴转动的初始形态。这种共同变形必须允许轴套和轴的相接触或引导的表面从能够转动的旋转体的形式可逆地转变(passage)至不再是旋转体并导致对转动的制动或几何锁定的形式。
根据本发明的特征，轴套和轴被制成为：使圆柱形孔的内表面和轴的外表面在垂直于Δ轴的约束的作用下，通过保持互补形状而形成椭圆形。
类似地，该轴套和该轴能够在以下程度内被有差别地制造：其中轴套的孔的内表面和轴的外表面可以实现可逆地共同变形以锁定绕Δ轴的转动，并且与关节作用相关的轴套的内表面和轴的外表面的形状互补。
根据本发明的关节的优选但非限制性的实施例，轴套包括设置在其外表面的位置处的圆柱形套筒(sleeve)，该套筒具有用于第一部件的固定装置，而轴包括与轴套的套筒同心、且可被调节至轴套的套筒内部的圆柱形套筒。该中空的轴在其内表面的适当位置包括第二部件的固定装置。
根据本发明，圆柱形套筒可由任何具有所需的机械特性的材料制成。
根据本发明的特征，轴套的套筒的内表面和/或轴的套筒的外表面覆盖有低摩擦系数的材料或由这种低摩擦系数的材料构成。
根据本发明，还能够设想在轴套与轴之间插入由低摩擦系数的材料制成的环。
根据本发明的另一特征，该关节包括止动装置，其用于抑制轴套和轴的、绕Δ轴的移动(translation)。
本发明还涉及一种假腿或人造假腿，其包括：至少一个适配部件，其安装于大腿残肢上；人造胫骨部件；以及连接装置，其关节式地连接于适配部件与胫骨部之间。该关节式连接装置包括至少一个根据本发明的关节，其用于连接适配部件和胫骨部件。
当然，上述本发明的不同特征在互不相斥的情况下，可以按不同的组合相互在一起应用。
附图说明
另外，通过阅读以下参照附图的描述中将会使本发明的多个其他特征变得明显，所述附图利用非限制性的实例示出了本发明目的的实施例。
图1是根据本发明的整个假腿的局部分解侧视图。
图2是根据本发明的、用于如图1所示的假腿的受约束的运动关节的轴向截面图。
图3是沿图2的线III-III的横截面图，其示出处于能够使关节自由转动的非变形状态的、根据本发明的受约束的运动关节。
图4是类似于图3的横截面图，其示出处于在载荷作用下锁定关节绕Δ轴的所有转动的变形状态的、根据本发明的关节。
具体实施方式
在优选的应用中，如图1和图2所示且整体上以附图标记1标示的、受约束的运动关节为用于保证如图1中示意性所示的假腿2的关节。这种假腿2首先包括适配部件3，其用于固定至使用者大腿的残肢(未图示)。假腿2还包括胫骨部4，其通过关节1连接至适配部件3并在与关节1相反的一端设有人工足5。适配部件3、胫骨部4和人工足5可以按本领域技术人员所公知的任何适当方式制造。此外，本发明特别涉及受约束的运动关节1，人工足5、胫骨部4和适配部件3的实施例并不属于本发明的范围内，因此在此无需对其进一步描述。
关节1用于形成能够绕适配部件3和胫骨部件4的Δ轴相对转动的人工膝盖。此外，受约束的关节1被设计为允许阻止绕Δ轴的转动，以便容许支撑使用者的重量，或将假腿2上的使用者的重量传递到人工足5。
为了能够锁定或约束适配部件3与胫骨部件4之间绕Δ轴的转动，受约束的运动关节1首先包括轴套(hub)6，该轴套6设有以Δ轴为中心的圆柱形孔7。轴套6用于固定至适配部件3上。根据所示的实例，轴套6包括管状套筒8，在放松且无外部应力的情况下，该管状套筒8至少在其孔或内壁7的适当位置(level)处呈以Δ轴为中心的圆柱形旋转体的形状。圆柱形套筒8在其外表面的适当位置处利用固定装置9而被装设至适配部件3。
然后，关节1包括轴10，该轴10接合于轴套6的孔7内以便可相对于该轴套绕Δ轴转动。轴10用于固定至胫骨部件4。根据所示的实例，轴10包括管状套筒11，在放松且无外部应力的情况下，该管状套筒11至少在其外壁的适当位置处呈以Δ轴为中心的圆柱形旋转体的形状。从图2中可特别明显地看出，管状套筒11具有与管状套筒8互补的形状，以使套筒11的外壁与套筒8的限定孔7的内壁相接触。最后，管状套筒11包括位于胫骨部件4上的固定装置12，该固定装置12在其内表面的适当位置处连接至套筒11。
从下文中将会清楚，圆柱形套筒8和11由可恢复弹性变形的材料制成。
根据本发明所得到的关节1的功能如下：
当对关节1施加任何垂直于Δ轴的约束时，或当垂直于Δ轴的约束不足以使套筒8和套筒11变形时，套筒8与套筒11之间的引导面或接触面呈以Δ轴为中心的圆柱形旋转体的形状，其能够沿一个方向或另一个方向，如箭头F1或F2所示，绕Δ轴转动。假腿2的这一放松状态与使用者的体重转移到健康的腿的时刻相对应，随后，髋部假肢(hip prosthesis)的胫骨部能够进行摆动运动。当然，可以与关节1的止动装置(未图示)一起使用，用以限定胫骨部4相对于适配部件3的转动的可能幅度。类似地，为便于两个套筒之间的转动，相接触的套筒表面中的一个或另一个表面可覆盖有低摩擦系数的材料，如特氟纶
Figure A20068003600500081
基的材料。还可以在轴套与轴之间插入厚度微小的、由特氟纶或其它低摩擦系数的材料制成的环。
然而，当垂直于Δ轴施加如箭头F3、F4所示的约束，其强度足以使套筒8和10变形时，根据所示的实例，相接触的套筒表面就失去圆柱形旋转体形状而形成为如图4所示的椭圆形。于是，这产生了与仅由摩擦产生的锁定或制动不同的锁定或几何制动。这样，绕Δ轴的所有转动均被阻止或制动。假腿2的这种情况与使用者使其体重支撑在假肢上的时刻相对应。
显然，根据本发明的关节1产生了对转动的简单的锁定或制动，并且其具有最少的组件以使根据本发明的关节重量轻且体积不庞大。
此外，根据所示的实例，关节1包括用于阻止轴套和轴沿Δ轴的所有相对移动的止动装置15。
应当理解，在不脱离本发明范围的情况下，可以对本发明作出各种改型。

Claims (8)

1.一种关节，其能够使两个可绕Δ轴而相对于彼此转动的部件(3和4)之间的运动受约束，包括：
轴套(6)，其设有以Δ轴为中心的圆柱形孔(7)并固定至第一部件(3)；以及
轴(10)，其接合在该轴套(6)的圆柱形孔内以便能够绕该Δ轴相对于该轴套转动，并且该轴固定至第二部件(4)，其特征在于，
该轴套(6)和该轴(10)具有弹性以使它们能够在垂直于该Δ轴的、大于给定值的约束(F3、F4)的作用下变形，从而保证锁止或几何制动绕该Δ轴的转动。
2.如权利要求1所述的关节，其特征在于，该孔(7)的内表面与该轴(10)的外表面相接触并具有互补的形状，并且该轴套(6)和该轴(10)能够弹性变形，以便：
在放松状态下，该孔(7)的内表面和该轴(10)的外表面呈以该Δ轴为中心能够绕该Δ轴转动的圆柱形旋转体的形状；
在垂直于该Δ轴的、大于给定值的约束(F3、F4)的作用下，该孔(7)的内表面与该轴(10)的外表面共同变形，可逆的这种共同变形使绕该Δ轴的转动被锁定或制动。
3.如权利要求1或2所述的关节，其特征在于，该轴套(6)和该轴(10)被制成为，使圆柱形的该孔(7)的内表面和该轴(10)的外表面在垂直于该Δ轴的约束的作用下通过保持互补形状而形成椭圆形。
4.如权利要求1、2或3所述的关节，其特征在于，
该轴套(6)包括设置在其外表面的适当位置处的圆柱形套筒(8)，该轴套的套筒(8)具有用于该第一部件(3)的固定装置(9)；
该轴(10)包括形状与该轴套的套筒(8)的形状互补的圆柱形套筒(11)，该轴的套筒(11)在其内表面的适当位置处包括用于该第二部件的固定装置(12)。
5.如权利要求4所述的关节，其特征在于，该轴套的套筒(8)的内表面和该轴的套筒(11)的外表面覆盖有低摩擦系数的材料或由低摩擦系数的材料构成。
6.如权利要求4所述的关节，其特征在于，该关节包括插入到该轴套与该轴之间的、低摩擦系数的环。
7.如权利要求1-6中任一项所述的关节，其特征在于，该关节包括止动装置(15)，其用于抑制该轴套与该轴之间的、沿该Δ轴的任何相对移动。
8.一种膝盖假体，包括：至少一个适配部件(3)，其安装在大腿残肢上；人造胫骨部件(4)；以及连接装置(1)，其关节式地连接于该适配部件与该胫骨部件之间，其特征在于，该连接装置包括至少一个如权利要求1-7中任一项所述的关节。
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