CN108309520B - 具有活动膝关节的新型义肢装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有活动膝关节的新型义肢装置，包括上肢、下肢、膝关节主体、上连板、下连板和记忆气囊，上肢、下肢分别活动连接在膝关节主体的上下两端，上肢包括上肢体部和传动齿轮一，上肢体部连接传动齿轮一的端部，下肢包括下肢体部和传动齿轮二，下肢体部连接传动齿轮二的端部，传动齿轮一与传动齿轮二相啮合，记忆气囊连接在膝关节主体上，记忆气囊的上下两端分别活动连接上连板、下连板。能够更加有效的应用于高位截肢者的医疗当中，大大提高生活效率以及生活质量。相较于目前目前普遍应用的义肢而言，该装置实用性更高，工作原理也方便简单。人性化，新型的结构设计，使患者在行走时更加接近于人类自然行走的轨迹，行走更自然便捷。

Description

具有活动膝关节的新型义肢装置

技术领域

本发明涉及一种具有活动膝关节的新型义肢装置。

背景技术

据调查统计显示，中国目前肢体残疾2412万人占残疾人总数29.07%人数最多，其中截肢人数226万人。如今中国残疾人联合会对符合安装义肢的贫困残疾人免费安装。义肢的出现为很多截肢残疾人弥补了肢体残缺的自卑感，为截肢者的生活很大程度上提供了便利，大大提高了截肢者的生活质量。但随之也出现了一些问题。根据市场调研，一般家庭对义肢的费用感到压力，而政府残联提供的免费安装的义肢只能保障基本的站立行走与装饰作用，行动时不够自然灵活，膝关节处无法灵活弯曲，有的只能拖动行走，反而会成为行走的累赘。仅仅是这一局限性就极大程度地影响了他们的生活效率。因此如何使得义肢利用物理原理使膝关节在活动中自然灵活运动，并考虑到其经济改良成本等基础上达到预想目标。

针对现实生活中普通义肢在行走活动的过程中的灵活性不能满足残疾截肢者的需求，而不得不拖动行走，以及价格昂贵，制作繁杂等问题。以此为中心展开对义肢膝关节活动结构的重新设计，达到符合安全高效人性化等人机工程学的现代化设计主题的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有活动膝关节的新型义肢装置解决现有技术中存在的普通义肢在行走活动的过程中的灵活性不能满足残疾截肢者的需求，而不得不拖动行走，以及价格昂贵，制作繁杂等问题。

本发明的技术解决方案是：

一种具有活动膝关节的新型义肢装置，包括上肢、下肢、膝关节主体、上连板、下连板和记忆气囊，上肢、下肢分别活动连接在膝关节主体的上下两端，上肢包括上肢体部和传动齿轮一，上肢体部连接传动齿轮一的端部，下肢包括下肢体部和传动齿轮二，下肢体部连接传动齿轮二的端部，传动齿轮一与传动齿轮二相啮合，记忆气囊连接在膝关节主体上，记忆气囊的上下两端分别活动连接上连板、下连板，上连板活动连接上肢体部，下连板活动连接下肢体部。

进一步地，传动齿轮一和传动齿轮二、记忆气囊均采用扇形。

进一步地，膝关节主体包括左侧板、右侧板、端板、限位板、上安装螺栓和下安装螺栓，左侧板、右侧板分别连接在端板的两侧，左侧板、右侧板和端板共同形成U型，左侧板和右侧板间设有传动齿轮一和传动齿轮二，左侧板的上下两端分别设有左安装孔一和左安装孔二，右侧板的上下两端分别设有右安装孔一和右安装孔二，上肢设有上安装孔，下肢设有下安装孔，上安装螺栓穿过左安装孔一、上安装孔和右安装孔一，下安装螺穿过左安装孔二、下安装孔和右安装孔二，端板和限位板分别设于左侧板的两侧，限位板包括上斜面阻挡、中部板和下斜面阻挡，上斜面阻挡和下斜面阻挡分别设于中部板的两端。

进一步地，上肢体部设有内限位端面一和外限位端面一，内限位端面一和外限位端面一分别设于传动齿轮一的两侧，下肢体部设有内限位端面二和外限位端面二，内限位端面二和外限位端面二分别设于传动齿轮二的两侧，内限位端面一和内限位端面二分别设于限位板的两端，外限位端面一和外限位端面二分别设于端板的两端，外限位端面一与外限位端面二分别采用L型，端板的上下两端分别设有L形限位槽。

进一步地，左侧板的侧部设有左定位槽，左定位槽内设有左定位孔，右侧板的侧部设有右定位槽，右定位槽内设有右定位孔，记忆气囊采用横截面为U型的记忆气囊，记忆气囊包括左侧部、气囊中部和右侧部，左侧部、右侧部分别连接气囊中部的两侧，左侧部、气囊中部和右侧部共同形成U型，左侧部设有左通孔，右侧部设有右通孔，左定位孔和左通孔内穿过左定位螺栓，右定位孔和右通孔内穿过右定位螺栓。

进一步地，左侧部的两侧分别设有左外垫圈、左内垫圈，右侧部的两侧分别设有右外垫圈、右内垫圈，左外垫圈、左内垫圈、右外垫圈、右内垫圈分别设有若干加固安装孔，左定位槽与右定位槽、左侧部、右侧部分别设有与加固安装孔一一对应的加固定位孔，加固安装孔与加固定位孔内穿过有加固螺栓。

进一步地，左侧部、右侧部、左定位槽、右定位槽均采用扇形。

进一步地，上肢、下肢、膝关节主体、上连板、下连板均采用树脂由3D打印而成。

进一步地，上肢体部的内限位端面一与传动齿轮一之间的形成限位夹角，传动齿轮一带动上肢体部运转，在传动齿轮一旋转至最大角度时，上肢体部的内限位端面一受到膝关节主体的上斜面阻挡的限制，上肢体部就会停止转动，同理，当传动齿轮二带动下肢体部运转，在传动齿轮二旋转至最大角度时，下肢体部就会遇到膝关节主体的下斜面阻挡的限制，因此将上肢体部、下肢体部的之间的夹角控制在设定角度之间。

本发明的有益效果是：

一、与传统的义肢相比，该种具有活动膝关节的新型义肢装置，能够更加有效的应用于高位截肢者的医疗当中，大大提高生活效率以及生活质量。相较于目前目前普遍应用的义肢而言，该装置实用性更高，工作原理也方便简单。

二、该种具有活动膝关节的新型义肢装置，结构简单，制作简易，利用近年普及的3D打印技术，能快速且准确的制作符合患者人机的装置，既给制造商提供了方便快捷的制作工艺，同时给使用者提供了简单方便的使用感受。

三、制作成本、价格适中，材料选择上没有沉重的金属，没有繁琐的结构，利用轻便的树脂材料来3D打印，大大减少了制作成本。

四、人性化，新型的结构设计，使患者在行走时更加接近于人类自然行走的轨迹，行走更自然便捷，更能安慰他们因生理的缺陷造成的自卑感。

附图说明

图1是本发明实施例具有活动膝关节的新型义肢装置的结构示意图；

图2是实施例具有活动膝关节的新型义肢装置的分解结构示意图；

图3是实施例具有活动膝关节的新型义肢装置的另一分解结构示意图；

图4是实施例中传动齿轮一、传动齿轮二的结构示意图；

图5是实施例中传动齿轮一、传动齿轮二的另一结构示意图；

图6是实施例中上肢中传动齿轮一和上肢体部的结构示意图；

图7是实施例中上肢中传动齿轮一的运转限位的结构示意图；

其中：1-上肢，2-下肢，3-膝关节主体，4-上连板，5-下连板，6-记忆气囊； 7-上安装螺栓，8-下安装螺栓，10-左安装孔一，101-左安装孔二。

11-上肢体部，12-传动齿轮一，13-上安装孔，14-内限位端面一，15-外限位端面一；

21-下肢体部，22-传动齿轮二，23-下安装孔；

31-左侧板，32-右侧板，33-左定位槽，34-右定位槽，35-左定位孔，36-右定位孔，37-左外垫圈，38-左内垫圈，39-右外垫圈，310-右内垫圈，311-加固定位孔，312-加固螺栓，313-端板，314-上斜面阻挡，315-中部板，316-下斜面阻挡。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例

一种具有活动膝关节的新型义肢装置，如图1、图2和图3，包括上肢1、下肢2、膝关节主体3、上连板4、下连板5和记忆气囊6，上肢1、下肢2分别活动连接在膝关节主体3的上下两端，上肢1包括上肢体部11和传动齿轮一12，上肢体部11连接传动齿轮一12的端部，下肢2包括下肢体部21和传动齿轮二22，下肢体部21连接传动齿轮二22的端部，传动齿轮一12与传动齿轮二22相啮合，记忆气囊6连接在膝关节主体3上，记忆气囊6的上下两端分别活动连接上连板4、下连板5，上连板4活动连接上肢体部11，下连板5活动连接下肢体部21。

该种新型义肢膝关节活动装置，通过上肢1与下肢2间通过正切齿轮的原理，只要上肢1转动，下肢2会随之转动。通过主体3的特殊造型设计，使假肢的活动角度进行人为控制，根据人机工程学，将上下肢2的之间的夹角控制在60°之间。通过往记忆气囊6内注入气体，优选体积为90%的空气，使之在发生形变的同时产生阻力防止假肢弯曲过快，在失去压力的同时，可以使假肢恢复直立，从而使得患者在行走时更加接近于人类自然行走的轨迹，行走更自然便捷。

该种新型义肢膝关节活动装置，与传统的义肢相比，能够更加有效的应用于高位截肢者的医疗当中，大大提高生活效率以及生活质量。相较于目前目前普遍应用的义肢而言，该装置实用性更高，工作原理也方便简单。人性化，新型的结构设计，使患者在行走时更加接近于人类自然行走的轨迹，行走更自然便捷，更能安慰他们因生理的缺陷造成的自卑感。

传动齿轮一12和传动齿轮二22、记忆气囊6均采用扇形。上肢1、下肢2、膝关节主体3、上连板4、下连板5均采用树脂由3D打印而成。该种具有活动膝关节的新型义肢装置，通过物理机械原理实现弯曲，成本低。在工艺上，可采用3D打印，制作速度更加迅速，且树脂材料的耐用度和轻便度也是不二之选。在维护上，因为制作工艺用的是3D打印技术，在零部件的维护与更换上更加方便。随着3D打印的普及，通过此款膝关节的操作原理完全可以实现用户自我完成假肢的制作与组装，更加的便民。

实施例中，膝关节主体3包括左侧板31、右侧板32、端板313、限位板、上安装螺栓7和下安装螺栓8，左侧板31、右侧板32分别连接在端板313的两侧，左侧板31、右侧板32和端板313共同形成U型，左侧板31和右侧板32间设有传动齿轮一12和传动齿轮二22，左侧板31的上下两端分别设有左安装孔一10和左安装孔二101，右侧板32的上下两端分别设有右安装孔一和右安装孔二，上肢1设有上安装孔13，下肢2设有下安装孔23，上安装螺栓7穿过左安装孔一10、上安装孔13和右安装孔一，下安装螺穿过左安装孔二101、下安装孔23和右安装孔二，端板313和限位板分别设于左侧板31的两侧，限位板包括上斜面阻挡314、中部板315和下斜面阻挡316，上斜面阻挡314和下斜面阻挡316分别设于中部板315的两端，上斜面阻挡314和下斜面阻挡316分别与地垂线形成30°倾斜夹角。

通过左侧板31和右侧板32间设有传动齿轮一12和传动齿轮二22，左侧板31和右侧板32形成相对隔离的空间，从而能够对传动齿轮一12和传动齿轮二22形成保护隔离，保证传动齿轮一12和传动齿轮二22的正常传动，避免外界物体干涉。

实施例中，上肢体部11设有内限位端面一14和外限位端面一15，内限位端面一14和外限位端面一15分别设于传动齿轮一12的两侧，下肢体部21设有内限位端面二和外限位端面二，内限位端面二和外限位端面二分别设于传动齿轮二22的两侧，内限位端面一14和内限位端面二分别设于限位板的两端，外限位端面一15和外限位端面二分别设于端板313的两端。外限位端面一15与外限位端面二分别采用L型，端板313的上下两端分别设有L形限位槽，外限位端面一15与外限位端面二分别与L形限位槽配合，避免上肢体部11和下肢体部21香外侧运转。

实施例中，左侧板31的侧部设有左定位槽33，左定位槽33内设有左定位孔35，右侧板32的侧部设有右定位槽34，右定位槽34内设有右定位孔36，记忆气囊6采用横截面为U型的记忆气囊6，记忆气囊6包括左侧部、气囊中部和右侧部，左侧部、右侧部分别连接气囊中部的两侧，左侧部、气囊中部和右侧部共同形成U型，左侧部设有左通孔，右侧部设有右通孔，左定位孔35和左通孔内穿过左定位螺栓，右定位孔36和右通孔内穿过右定位螺栓。

通过左侧部、气囊中部和右侧部共同形成U型，使得记忆气囊6能够较好地固定在膝关节主体3上。并通过左定位槽33、右定位槽34对记忆气囊6进行定位，使得记忆气囊6能够较好的定位，避免记忆气囊6的移位。

实施例中，左侧部的两侧分别设有左外垫圈37、左内垫圈38，右侧部的两侧分别设有右外垫圈309、右内垫圈310，左外垫圈37、左内垫圈38、右外垫圈309、右内垫圈310分别设有若干加固安装孔，左定位槽33与右定位槽34、左侧部、右侧部分别设有与加固安装孔一一对应的加固定位孔311，加固安装孔与加固定位孔311内穿过有加固螺栓312。左侧部、右侧部、左定位槽33、右定位槽34均采用扇形。

通过设置左外垫圈37、左内垫圈38、右外垫圈309、右内垫圈310，能够进一步增强记忆气囊6与膝关节主体3的连接，有效避免在使用过程中记忆气囊6脱离膝关节主体3。

如图4和图5，该种新型义肢膝关节活动装置的使用过程为，在行走时，大腿即上肢体部抬高的同时与之相接的传动齿轮一12转动，传动齿轮一12和传动齿轮二22的最大角度为45°，如图6，上肢体部11的内限位端面一14与传动齿轮一12之间的夹角为72°。如图7，当传动齿轮一12带动上肢体部11运转到45°时，上肢体部11的内限位端面一14就会遇到膝关节主体3的上斜面阻挡314，上斜面阻挡314与地垂线形成30°夹角，加上记忆气囊6的阻力，上肢体部11就会停止转动,同理，当传动齿轮二22带动想肢体部21运转到45度时，想肢体部21就会遇到膝关节主体3的下斜面阻挡316，下斜面阻挡316与地垂线形成30°夹角，想肢体部21的转动区间也只有45°，因此将上肢体部11、想肢体部21的之间的夹角控制在90°之间，根据人机工程学，能够较好地满足残疾人基本的生活需要。随之带动连接小腿即下肢体部21的传动齿轮二22转动，使小腿形成弯曲。如图5所示，该装置的连接方式及其活动轨迹，只需简单的螺丝镶嵌拼接。再通过如图1所示的记忆气囊6在齿轮转动的同时会被挤压、释放，从而给整结构形成一种惯性，并且提供一定阻力减震，就可达到义肢膝关节自然的活动。

Claims (7)

1.一种具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：包括上肢、下肢、膝关节主体、上连板、下连板和记忆气囊，上肢、下肢分别活动连接在膝关节主体的上下两端，上肢包括上肢体部和传动齿轮一，上肢体部连接传动齿轮一的端部，下肢包括下肢体部和传动齿轮二，下肢体部连接传动齿轮二的端部，传动齿轮一与传动齿轮二相啮合，记忆气囊连接在膝关节主体上，记忆气囊的上下两端分别活动连接上连板、下连板，上连板活动连接上肢体部，下连板活动连接下肢体部；

膝关节主体包括左侧板、右侧板、端板、限位板、上安装螺栓和下安装螺栓，左侧板、右侧板分别连接在端板的两侧，左侧板、右侧板和端板共同形成U型，左侧板和右侧板间设有传动齿轮一和传动齿轮二，左侧板的上下两端分别设有左安装孔一和左安装孔二，右侧板的上下两端分别设有右安装孔一和右安装孔二，上肢设有上安装孔，下肢设有下安装孔，上安装螺栓穿过左安装孔一、上安装孔和右安装孔一，下安装螺穿过左安装孔二、下安装孔和右安装孔二，端板和限位板分别设于左侧板的两侧，限位板包括上斜面阻挡、中部板和下斜面阻挡，上斜面阻挡和下斜面阻挡分别设于中部板的两端；

上肢体部设有内限位端面一和外限位端面一，内限位端面一和外限位端面一分别设于传动齿轮一的两侧，下肢体部设有内限位端面二和外限位端面二，内限位端面二和外限位端面二分别设于传动齿轮二的两侧，内限位端面一和内限位端面二分别设于限位板的两端，外限位端面一和外限位端面二分别设于端板的两端，外限位端面一与外限位端面二分别采用L型，端板的上下两端分别设有L形限位槽。

2.如权利要求1所述的具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：传动齿轮一和传动齿轮二、记忆气囊均采用扇形。

3.如权利要求1所述的具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：左侧板的侧部设有左定位槽，左定位槽内设有左定位孔，右侧板的侧部设有右定位槽，右定位槽内设有右定位孔，记忆气囊采用横截面为U型的记忆气囊，记忆气囊包括左侧部、气囊中部和右侧部，左侧部、右侧部分别连接气囊中部的两侧，左侧部、气囊中部和右侧部共同形成U型，左侧部设有左通孔，右侧部设有右通孔，左定位孔和左通孔内穿过左定位螺栓，右定位孔和右通孔内穿过右定位螺栓。

4.如权利要求3所述的具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：左侧部的两侧分别设有左外垫圈、左内垫圈，右侧部的两侧分别设有右外垫圈、右内垫圈，左外垫圈、左内垫圈、右外垫圈、右内垫圈分别设有若干加固安装孔，左定位槽与右定位槽、左侧部、右侧部分别设有与加固安装孔一一对应的加固定位孔，加固安装孔与加固定位孔内穿过有加固螺栓。

5.如权利要求4所述的具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：左侧部、右侧部、左定位槽、右定位槽均采用扇形。

6.如权利要求5所述的具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：上肢、下肢、膝关节主体、上连板、下连板均采用树脂由3D打印而成。

7.如权利要求6所述的具有活动膝关节的新型义肢装置，其特征在于：在上肢体部的中心线与地垂线重合时，上肢体部的内限位端面与传动齿轮一之间的形成限位夹角，传动齿轮一带动上肢体部运转，在传动齿轮一旋转至最大角度时，上肢体部的内限位端面受到膝关节主体的上斜面阻挡的限制，上肢体部就会停止转动，同理，当传动齿轮二带动下肢体部运转，在传动齿轮二旋转至最大角度时，下肢体部就会遇到膝关节主体的下斜面阻挡的限制，因此将上肢体部、下肢体部的之间的夹角控制在设定角度之间。