CN103445891B - 快速离合式肘关节装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种快速离合式肘关节装置，输出传动齿轮套接在离合器外镶轮上，离合器外镶轮与中心杆配合连接，中心杆上套接有套筒，套筒前端上设有离合器内嵌轮，离合器内嵌轮前端面与离合器外镶轮的内轮内端面之间连接有弹簧，中心杆上套有副开关，副开关与主开关固定连接，中心杆与套筒配合处设有相间分布的有卡槽和无卡槽，套筒内孔中设有连接键，且连接键与卡槽相配。本发明在上肢假肢处于电机工作状态时由电机带动前臂摆动，非电机工作状态时，前臂和手部分实现自由摆动，使患者行走时姿态更自然，平衡感与舒适感更强，同时维护了患者的自尊心，这种工作时主从传动轴啮合，非工作时主从传动轴分离的肘关节设计将大大提升上肢假肢的功能性。

Description

快速离合式肘关节装置

技术领域

本发明涉及一种截瘫、伤残等肢残患属康用的肘关节装置，尤其是一种可简便地实现电机驱动和自由摆动两种模式的假肢肘关节机构。

背景技术

截瘫、伤残等肢残患者是社会上具有特殊困难的弱势群体。根据2006年第二次残疾人抽样调查的结果，我国残疾人总数为8296万，占人口总数的6.34%，涉及2.6亿家庭人口。其中，肢残人已占总残疾人数的最大比重，有226万的截肢者。近年来，因车祸、工伤事故、糖尿病、心血管病造成截肢，特别是因“5·12”四川大地震使我国伤残人数骤然上升，因此对肢残患者特别是截肢者的康复工作是摆在我国政府和社会面前的一项重要和紧迫的任务。发展康复事业，服务残障者，是社会进步以及落实以人为本的科学发展观的直接体现，同时也是我国民生科技的一个重要组成部分。发展康复辅具技术和产品，利用科技的力量来减轻家庭护理的负担，将是我国很长一段时间内的发展趋势。

肘关节是上肢假肢的关键部件之一，肘关节屈伸的灵活性和能耗是使上肢假肢执行预设功能的重要条件。肘关节屈伸的灵活性表现在患者操纵的有效性，肘关节的能耗表现在上肢假肢产品的实效性。由于假肢供电电池的尺寸与容量的限制，具有高实效的肘关节假肢产品具有很大的市场前景。

目前国内外上肢假肢肘关节的设计，大多都是通过多级齿轮减速实现关节驱动，以便患者在需要时电动抬起前臂，但在一般情况下，例如患者正常步行不用假肢时，肘关节需要自由屈伸以实现自由摆动，但这种肘关节由于无离合装置，不能实现像正常人手那样自由摆动。实际上，上肢假肢处于非工作状态时，前臂和手部分可以与上臂分离而自由摆动，以便使患者行走时姿态更自然，平衡感与舒适感更强。如果能这种工作时主从传动轴啮合，非工作时主从传动轴分离的肘关节设计将大大提升上肢假肢的功能。 本发明通过快速离合式肘关节假肢的研究，可填补此类产品的空白。

发明内容

本发明是要解决肘关节主从传动轴的快速离合的技术问题，而提供一种快速离合式肘关节装置，该装置在上肢假肢处于电机工作状态时由电机带动前臂摆动，非电机工作状态时，前臂和手部分实现自由摆动，使患者行走时姿态更自然，平衡感与舒适感更强，同时维护了患者的自尊心，这种工作时主从传动轴啮合，非工作时主从传动轴分离的肘关节设计将大大提升上肢假肢的功能性。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种快速离合式肘关节装置，包括固定在电机控制机构的电机台上的外壳、安装在外壳上端的中心杆、固定在中心杆两端的连杆、安装在外壳内的电机控制机构的最后一级输出传动齿轮，其特点是：电机控制机构的最后一级输出传动齿轮套接在离合器外镶轮上，离合器外镶轮与中心杆配合连接，位于离合器外镶轮的内轮处的中心杆上套接有套筒，套筒前端上设有离合器内嵌轮，离合器内嵌轮前端面与离合器外镶轮的内轮内端面之间连接有弹簧，位于套筒后端的中心杆上套有副开关，副开关通过连接杆与主开关固定连接，中心杆与套筒配合处设有相间分布的有卡槽和无卡槽，套筒内孔中设有连接键，且连接键与卡槽相配。

离合器外镶轮与外壳之间加装用以在电机控制模式下提供恢复力从而减少电机功耗的卷簧。

电机控制前臂模式时，患者手动推动主开关，使副开关沿中心杆移动，套筒在弹簧作用下滑入有卡槽，套筒的连接键卡在中心杆的有卡槽内，套筒上的离合器内嵌轮与离合器外镶轮完全啮合。

自由摆动前臂模式时，患者手动推动主开关，使副开关及套筒在中心杆上水平移动，套筒的连接键滑入中心杆的无卡槽，离合器外镶轮与内嵌轮不完全啮合，内嵌轮相对于外镶轮有30°的自由转动幅度。

电机控制机构包括电机台、电机、齿轮、减速齿轮，电机输出轴上的齿轮与减速齿轮啮合连接，减速齿轮与传动齿轮同轴连接，传动齿轮与离合器外镶轮上的最后一级输出传动齿轮啮合连接，组成三级传动减速机构。

本发明的有益效果是：

1、 轻巧便捷的按动式开关设计，通过改变内嵌轮在中心杆上设置的有卡槽和无卡槽的水平位置，实现了电机模式和自由摆动模式之间的快速转换，使其为患者带来最大程度的舒适与方便；

2、 自主研发的离合器结构，通过其特制结构和开关控制，实现肘关节自由摆动功能与电机控制快速高效转换，在保证假肢功能代偿的同时，使患者行走时姿态更自然，平衡感与舒适感更强；

3、 配置多级齿轮减速来实现关节控制的，通过一定传动比设定从而达到三级传动减速的目的，从而提高电机控制假肢的效率和实用性；

4、 本发明改善主从传动轴啮合，非工作时主从传动轴分离的肘关节设计将大大提升上肢假肢的功能，结构设计轻巧实用，工作稳定性和控制性更强，患者易于操作，省电节能，集电机控制和自由摆动双重功能于一身，适应现代社会残疾人士的使用要求。

附图说明

图1是本发明的结构立体示意图；

图2是本发明的内部结构立体示意图；

图3是本发明的开关结构立体示意图；

图4是本发明的电机控制模式立体示意图；

图5是本发明的自由摆动模式立体示意图；

图6是本发明的电机控制与自由摆动模式转换过程示意图；

图7是本发明的中心杆及其卡槽的结构立体示意图；

图8 是本发明的肘关节与假肢前臂、上臂的连接示意图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例，详细介绍本发明的具体内容。

如图1至图8所示，本发明快速离合式肘关节装置，包括电机台1、电机2、齿轮3、减速齿轮4、外壳5、中心杆6、连杆7、主开关8、套环9、离合器外镶轮10、卷簧11、副开关12、套筒13、离合器内嵌轮14、传动齿轮15、弹簧16、输出传动齿轮17。

如图8所示，在使用时，上肢假肢的上臂接受腔18与上述部件的外壳5通过螺钉连接，而假肢的前臂套筒19则与连杆7通过螺钉连接，从而上臂与前臂之间通过本发明的肘关节实现转动，。

本发明分为两种模式：电机控制模式和自由摆动模式，通过开关的控制可完成两种模式之间的快速转换。为达到上述目的，本发明的主从传动快速离合式肘关节主要分为以下三个部分：

（1）     电机控制部分：此部分是通过多级齿轮减速来实现关节控制的。齿轮之               间通过一定传动比设定从而达到三级传动减速的目的，以完成电机的控制；

（2）     自由摆动部分：人的前臂在自由摆动时只有大约30°的幅度，所以本肘关节设计了一种特殊的离合器结构，此离合器机构有2种闭合模式，模式1内嵌轮和外镶轮完全啮合，此时为电机控制模式，电机开启时前臂部分可绕齿轮转动；模式2内嵌轮和外镶轮不完全啮合，内嵌轮相对于外镶轮有大概30°的自由转动幅度，此时为自由摆动模式，电机关闭，各齿轮相对固定，前臂部分相对于内嵌轮、中心杆和连杆一体的上臂部分有大概30°的自由摆动幅度。

（3）     开关控制部分：由于本发明有两种工作模式（电机控制模式和自由摆动模式），由以上两部分可知这两种模式的切换是通过离合器（内嵌轮和外镶轮）改变其啮合程度来实现的，所以开关控制部分只要完成内嵌轮在水平方向上的移动和固定就可以控制模式之间的快速切换。用弹簧提供回复力，而在中心杆上设置卡槽，患者可通过按动开关带动副开关推动套筒与内嵌轮移动，当套筒的连接键移出键槽时，在弹簧作用下，套筒和副开关相对滑动，此时松开开关，套筒滑动换槽，因为不同槽的有卡槽和无卡槽的差别，使套筒处于有卡槽位置时离合器完全啮合为电机控制模式，套筒处于无卡槽位置时离合器不完全啮合为自由摆动模式。

通过以上三部分的相互配合，本发明实现了设计初衷，患者可以手动按动开关切换所需工作模式，轻松简便。

如图2所示，电机控制机构由电机台1、电机2、齿轮3、减速齿轮4、输出传动齿轮17组成，电机2输出轴上的齿轮3与减速齿轮4啮合连接，减速齿轮4与传动齿轮15同轴连接，传动齿轮15与离合器外镶轮10上的最后一级输出传动齿轮17啮合连接，组成三级传动减速机构。

如图1所示，外壳5固定在电机控制机构的电机台1上，在外壳5上端安装中心杆6，在中心杆6两端固定连杆7（前臂部分），在外壳（5）内安装电机控制机构的最后一级输出传动齿轮17，电机控制机构的最后一级输出传动齿轮17套接在离合器外镶轮10上，离合器外镶轮10与中心杆6配合连接，位于离合器外镶轮10的内轮处的中心杆6上套接有套筒13，套筒13前端上设有离合器内嵌轮14，离合器内嵌轮14前端面与离合器外镶轮10的内轮内端面之间连接有弹簧16，位于套筒13后端的中心杆6上套有副开关12，副开关12通过连接杆与主开关8固定连接，中心杆6与套筒13配合处设有相间分布的有卡槽A和无卡槽B，套筒13内孔中设有连接键，且连接键与卡槽A相配。离合器外镶轮10与外壳5之间加装用以在电机控制模式下提供恢复力从而减少电机2功耗的卷簧11。

本发明的主要功能：电机控制模式、自由摆动模式及其两者之间的快速转换等。具体实施方式如下：

（1）电机控制部分：

参见图2、图3，此部分是通过多级齿轮减速来实现关节控制的。齿轮3与减速齿轮4啮合，传动齿轮（15）与离合器外镶轮10的齿轮啮合，通过一定传动比设定从而达到三级传动减速的目的，完成电机的控制；

1）              电机控制模式开关结构的位置：

参见图4，主开关8、副开关12、套筒13与离合器内嵌轮14依次环套在中心杆6上，通过患者手动推动主开关8，继而推动副开关12移动，副开关12在中心杆6水平推动套筒13，套筒13被推动并在弹簧16作用下滑动到有卡槽A，卡在中心杆6上，而离合器内嵌轮14被套筒13推动至与离合器外镶轮10完全啮合；

2）              电机控制模式离合器结构的位置：

参见图2、图4，离合器内嵌轮14与离合器外镶轮10完全啮合，由于离合器外镶轮10与中心杆6被连杆7固定，所以当电机开启时，电机2带动前臂部分可绕离合器外镶轮10上的齿轮转动。同时本发明设计在离合器外镶轮10和外壳5之间加了卷簧11，用以在电机控制模式下提供恢复力从而减少电机2的功耗。

（2）自由摆动部分：

人的前臂在自由摆动时只有大约30°的幅度，参见图5本发明设计通过开关的设置使离合器内嵌轮14和离合器外镶轮10不完全啮合，此时离合器内嵌轮14相对于离合器外镶轮10有大概30°的自由转动幅度，电机2关闭，各齿轮相对固定，前臂部分相对于离合器内嵌轮14、中心杆6和连杆7一体的上臂部分有大概30°的自由摆动幅度，可实现前臂的自由摆动。

1）              自由摆动模式开关结构的位置：

参见图6，当套筒13处于中心杆6的有卡槽A里，此时为电机控制模式，当患者再次按动主开关8，主开关8推动副开关12及套筒13在中心杆6上水平移动。由于附图3中弹簧16的回复力，套筒13可滑动进入无卡槽，实现离合器外镶轮10与内嵌轮14的不完全啮合，切换为自由摆动模式，如附图5所示；

2）              自由摆动模式离合器结构的位置：

参见图5，离合器内嵌轮14与离合器外镶轮10不完全啮合，此时电机停止工作，前臂可实现大约30°的自由摆动。

（3）开关控制部分：

参见图3、图4、图5、图6由于本设计有两种工作模式（电机控制模式和自由摆动模式），由以上两部分可知这两种模式的切换是通过离合器内嵌轮14和离合器外镶轮10啮合程度的改变来实现的，所以开关控制部分只要完成离合器内嵌轮14在中心杆6水平方向上的移动和固定就可以控制两种模式之间的快速切换。

参见图3、图6，本发明设计用弹簧16提供回复力，在中心杆6上设置有卡槽A与无有卡槽B，患者可通过按动主开关8带动副开关12推动套筒13与离合器内嵌轮14移动，当套筒13的连接键移出键槽时，在弹簧作用下套筒13和副开关12相对滑动，此时松开主开关8，在弹簧16作用下套筒13滑动换槽。因为有卡槽A和无卡槽B的相间排布，使套筒13处于有卡槽A位置时离合器完全契合为电机控制模式（参见图4），套筒13处于无卡槽B位置时离合器不完全啮合则为自由摆动模式（参见图5）。

Claims (5)

1.一种快速离合式肘关节装置，包括固定在电机控制机构的电机台（1）上的外壳（5）、安装在外壳（5）上端的中心杆（6）、固定在中心杆（6）两端的连杆（7）、安装在外壳（5）内的电机控制机构的最后一级输出传动齿轮（17），其特征在于：所述电机控制机构的最后一级输出传动齿轮（17）套接在离合器外镶轮（10）上，离合器外镶轮（10）与中心杆（6）配合连接，位于离合器外镶轮（10）的内轮处的中心杆（6）上套接有套筒（13），套筒（13）前端上设有离合器内嵌轮（14），离合器内嵌轮（14）前端面与离合器外镶轮（10）的内轮内端面之间连接有弹簧（16），位于套筒（13）后端的中心杆（6）上套有副开关（12），副开关（12）通过连接杆与主开关（8）固定连接，中心杆（6）与套筒（13）配合处设有相间分布的有卡槽（A）和无卡槽（B），套筒（13）内孔中设有连接键，且连接键与有卡槽（A）相配。

2.根据权利要求1所述的快速离合式肘关节装置，其特征在于：所述离合器外镶轮（10）与外壳（5）之间加装用以在电机控制模式下提供恢复力从而减少电机（2）功耗的卷簧（11）。

3.根据权利要求1所述的快速离合式肘关节装置，其特征在于：电机控制前臂模式时，患者手动推动所述主开关（8），使所述副开关（12）沿中心杆（6）移动，所述套筒（13）在弹簧（16）作用下滑入有卡槽（A），套筒（13）的连接键卡在中心杆（6）的有卡槽（A）内，套筒（13）上的离合器内嵌轮（14）与离合器外镶轮（10）完全啮合。

4.根据权利要求1所述的快速离合式肘关节装置，其特征在于：自由摆动前臂模式时，患者手动推动所述主开关（8），使所述副开关（12）及套筒（13）在中心杆（6）上水平移动，所述套筒（13）的连接键滑入中心杆（6）的无卡槽（B），离合器外镶轮（10）与内嵌轮（14）不完全啮合，内嵌轮（14）相对于外镶轮（10）有30°的自由转动幅度。

5.根据权利要求1所述的快速离合式肘关节装置，其特征在于：所述电机控制机构包括电机台（1）、电机（2）、输入齿轮（3）、减速齿轮（4），电机（2）输出轴上的输入齿轮（3）与减速齿轮（4）啮合连接，减速齿轮（4）与第一传动齿轮（15）同轴连接，第一传动齿轮（15）与离合器外镶轮（10）上的最后一级输出传动齿轮（17）啮合连接，组成三级传动减速机构。