CN108431440B - 具有可切换旋转约束离合器的机械关节 - Google Patents

Abstract

本文档涉及一种双向可旁路超越离合器，其结合在提供与生物膝盖类似的功能的机械假体膝盖内或者结合在另一个铰接装置如机器人或矫形铰接装置或构件中。目前公开的双向可旁路超越离合器允许在禁用时双向自由旋转，但是在启用时防止一个方向上的旋转同时允许另一个方向上的自由旋转。在机械假肢膝盖中，该双向可旁路超越离合器通过施加机械力而启用并且通过除去该机械力而被禁用。

Description

具有可切换旋转约束离合器的机械关节

相关申请案的交叉参考

本申请要求本申请要求于2016年10月26日提交的PCT申请第PCT/US2016/058948号的优先权，该PCT申请要求于2015年10月26日提交的临时申请第62/246,485号的权益。

技术领域

本发明涉及用于假体、外骨骼、矫形和/或机器人装置中的人造关节，并且具体涉及一种双向可旁路超越离合器，该双向可旁路超越离合器结合到假体关节中以对旋转提供可切换约束。

背景技术

假肢和关节的设计和制造是大型且重要的行业。假肢用于解决由于军事冲突、交通事故以及许多不同类型的疾病和病理(包括目前不断上升的糖尿病发病率)导致的肢缺损损伤。目前，大量设计和开发工作是针对由一个或多个微处理器控制的精密机电假体，其中一些设计旨在通过感测和响应于患者体内的神经活动来至少部分地控制假肢的运动和操作。这些复杂和昂贵的假体中的许多提供了模拟的自然运动和类生物肢体操作特性，但是它们与许多缺点相关。第一个缺点是成本。对于很多人来说，即使在发达国家，耗费数万美元至数十万美元的人造肢体也是买不起的。在许多发展中国家，包括遭受军事冲突和残余危险(诸如地雷和未检测到的的未爆炸的炸弹)的贫穷国家，即使对于相对富裕的居民来说，现代精密的机电假体也太过昂贵。精密的机电假体也具有显著缺点，包括难以提供可靠的电源、陡峭的学习曲线、体能要求以及与使用这种假体相关联的训练开销、通常伴随着复杂设计和实施的许多类型的故障模式，包括缺乏耐水性和易受破坏性环境因素的损伤，以及频繁的维护和修理开销。由于这些原因，开发制造简单、相对便宜、坚固和可靠的新型机械假体仍然受到极大的关注。

发明内容

本文档涉及一种双向可旁路超越离合器，其结合在提供与生物膝盖类似的功能的机械假体膝盖内或者结合在另一个铰接装置如机器人或矫形铰接装置或构件中。目前公开的双向可旁路超越离合器允许在禁用时双向自由旋转，但是在启用时防止一个方向上的旋转同时允许另一个方向上的自由旋转。在机械假肢膝关节中，该双向可旁路超越离合器通过施加机械力而启用并且通过除去该机械力而被禁用。

附图说明

图1示出了人类的步态周期。

图2提供了目前公开的双向可旁路超越机械离合器的分解图，该双向可旁路超越机械离合器包括双重卷绕弹簧离合器元件并且结合在机械假体膝关节中。

图3A至图3D夸大地示出了双重卷绕弹簧离合器元件的离合操作。

图4示出了目前公开的假体膝盖的组装的双向可旁路超越离合器机构。

图5示出了结合上述双向可旁路超越离合器的假腿。

图6A至图6C示出了图5中所示的假腿的操作。

图7示出了矫形外骨骼状装置，其可被穿戴以促进伤腿的愈合或者为受损肢体提供增加的功能。

图8A至图8B示出了可结合到更复杂的假体关节和机器人组件中的双重机械离合器组件。

具体实施方式

图1示出了人类的步态周期。图1示出了沿着水平表面102从左到右方向向前行走的人的右腿的步态周期。在图1中，右腿由旋转髋关节104、大腿轴106、旋转膝关节108、小腿轴110、旋转踝关节112以及脚部114理论上地表示。在图1中所示的第一位置116中，腿部已在行走期间被前推，其中脚部114的跟部刚好与水平表面102接触。当人继续在向前方向上行走时，人主要通过随着人的质心向前移位在另一条腿中的肌肉用力来将人向前推进，其中膝关节旋转以允许人的身体向前行进同时脚部通过摩擦而保持牢固地定位在水平表面上。这在图1中所示的第二位置118中示出。在位置120中，人的身体已进一步向前移动，从而拉直腿部。在位置122中，膝关节继续旋转，从而允许人的身体的质心继续向前越过脚部和膝盖。膝关节继续进一步旋转至位置124，在该位置中踝关节和膝关节这两者均旋转以允许人的跟部升高到水平表面上方并且允许腿部的肌肉力量将人向前推进。在位置126中，人的左腿从位置116移动至118，从而允许所显示的右腿减轻负重，并且将脚部升高至其不接触水平表面的位置。这允许膝盖在位置128至130中以相反方向旋转，使得小腿向前摆动以便与地面接触。需注意，位置130与位置116等效，从而完成步态周期。

因此，步态周期一般可被描述为具有站立阶段132和挥摆动阶段134。在站立期中，膝关节需要允许小腿以从图1的角度来看的顺时针方向旋转，以便从位置118拉直至位置120。然而，由于人身体的质心位于膝盖位置的后面，膝盖必须抵抗逆时针方向旋转以防止腿部屈曲，并且防止由此导致的下降。相比之下，在摆动期134期间，膝盖继续允许小腿以顺时针方向旋转，但是然后允许小腿以逆时针方向旋转以便促进将腿部向前推以开始下一个站立期。通常，在站立期期间，腿部由于人身体的重力向下推动通过腿部结构，而被加重负重，而在摆动期134，腿部被减轻负重。

对于大腿截肢者，通常使用假体膝关节来允许行走和其它类型的运动和移动。假体膝关节通常试图在站立期期间提供旋转约束，以防止膝盖屈曲，同时允许膝盖在摆动期期间相对自由地摆动。虽然摆动期期间的一定水平的旋转约束可由被截肢者通过改变步态周期(诸如被称为“微屈行走(peg-leg walking)”的修改后步态周期)来克服，但是假体膝盖在站立期期间仅提供单向旋转的故障会使假体膝盖不适合并且有危险。

如上文所讨论，假体膝盖可广泛地分类为受微处理器控制的机电假体膝盖，或者被分类为没有微处理器且通常没有数字电子设备的纯机械膝盖。各种不同类型的机械膝盖使用液压、气动、摩擦制动和/或连杆的几何干涉，以便防止在站立期当腿部被加重负重时不受约束的膝盖旋转。机电膝盖可使用类似的机械部件，但是通常采用受软件控制的微处理器和其它数字电子部件来控制假体膝盖的操作。

在常规的、目前可用的机械膝盖的情况下，被截肢者学习用他/她的剩余肌肉来控制膝盖并且在步态期间执行某些技术以使膝盖在站立期间稳定。除非用户将膝盖置于正确的位置，否则膝盖不稳定。这需要大量的训练和专业知识，并且向被截肢者施加额外的脑力负荷，这进而又意味着在行走期间要消耗更多的注意力和精力。然而，常规的机械膝盖仍然广泛使用，这是因为它们通常比微处理器膝盖更耐用且更便宜。

另一方面，受微处理器控制的膝盖监视各种传感器，确定用户在步态周期中的位置，并且自动地控制用户对稳定性控制的参与。事实上，这种膝盖大多数时间保持处于稳定模式下。这导致更高的步态效率和减少的脑力负荷。然而，受微处理器控制的膝盖要昂贵得多，需要电源(通常是电池)，并且通常涉及大量的调整和维护才能正常工作。

当前文档公开了一种新型机械假体膝关节，其在站立期期间当腿部被加重负重时对小腿和大腿的相对旋转提供期望约束，而且还在摆动期期间当腿部被减轻负重时提供小腿相对于大腿在两个方向上的相对自由旋转。在所描述的具体实施中，目前公开的机械假体膝关节是完全机械的、非基于微处理器的膝盖假体。然而，在替代具体实施中，包括状态机和微处理器中的任一者或两者的电子设备和控制逻辑可结合至假体机械膝关节中，该假体机械膝关节采用目前公开的机械假体膝盖的机械部件。换句话说，虽然目前公开的机械假肢膝关节适用于纯机械实施方案，但是目前公开的机械部件另外也可用于更复杂的机电假肢膝关节。

目前公开的假体膝盖中使用的机械约束旋转机构是一种类型的双向可旁路超越机械离合器。这种机械离合器是基于单片双重卷绕弹簧离合器元件(“WSC”)。图2提供了目前公开的双向可旁路超越机械离合器的分解图，该双向可旁路超越机械离合器包括双重卷绕弹簧离合器元件并且结合在机械假体膝关节中。如图2中所示，机械假体膝关节包括WSC202、两个心轴204和206、两个心轴套筒208和210、两个离合销212和214、轭216、凸轮状力调节器和尺寸约束件218、扭矩传输销220、扭矩传输销弹簧222、两个柔性连杆224和226，以及小腿块228。

在图2中，如果机械假体膝盖包括膝盖骨，则它会向外面向箭头230的方向。膝盖的后部将面向箭头232的方向。小腿块228刚性地附连至小腿假体组件，并且扭矩传输销220将小腿块228旋转地联接至WSC，而轭216以及心轴204和206刚性地附连至大腿假体组件。WSC202与扭矩传输销220和小腿块228一起相对于心轴204和206以及轭216旋转。双向可旁路超越离合器机构操作以防止在站立期中当腿部被加重负重时小腿块228和扭矩传输销220相对于轭216以及心轴204和206以逆时针方向(从观看附图的观察者的角度来看)旋转，但是允许小腿块228和扭矩传输销以顺时针方向旋转。在摆动期中，当腿部被减轻负重时，小腿块228和扭矩传输销220可相对于轭216以及心轴204和206在逆时针方向和顺时针方向上均自由旋转。

WSC提供基于摩擦的离合。WSC 202包括两个向外盘旋的螺旋线圈234和236，其具有扁平线圈以提供与主轴互补的圆柱形表面，如下文所讨论。当通过WSC中心带238的下部中的孔附连的小腿块228和扭矩传输销220在箭头230的方向上以相对于轭216以及心轴204和206的顺时针方向向外旋转时，向外盘旋的线圈在圆柱形主轴240和242的表面上自由旋转。当WSC相对于心轴204和206旋转时，向外盘旋的螺旋表现为水平向内朝着中心WSC带238行进，如螺丝的螺纹一样。然而，当小腿块228和扭矩传输销220被从前向后沿箭头232的方向推动以试图使小腿块228和扭矩传输销220相对于轭216和心轴204和206逆时针旋转时，向外盘旋的螺旋234和236向下压紧在主轴240和242的表面上，从而防止旋转。如果这些向外盘旋的螺旋能够沿着逆时针方向与小腿块和扭矩传输销一起旋转，则螺旋将表现为在水平方向上向外朝向心轴204和206的远端行进。

心轴套筒208和210配合在心轴204和206上，以便坐落在WSC的向外盘旋的螺旋上方，其中WSC的六角螺母状端部244和246配合在心轴套筒208和210的互补六角形端部配件248内。柔性连杆224和226经由穿过孔250至253的销附连至小腿块228，并且经由孔254至257附连至心轴套筒208和210。当腿部被加重负重时，轭216、心轴套筒208和210、心轴204和206、以及WSC 202被迫朝向小腿块228向下抵靠扭矩传输销弹簧222。轭216、心轴套筒208和210、以及心轴204和206的这种向下平移导致向上的力通过柔性连杆234和226传输至心轴套筒210和208，从而导致心轴套筒相对于心轴206和204以及轭216以顺时针方向旋转。这使WSC 244和246的端部以顺时针方向旋转，此可以拧紧向外盘旋的螺旋到主轴240和242上，从而允许离合动作并且防止小腿块228和扭矩传输销220相对于轭216和心轴204和206以逆时针方向旋转。当腿部被减轻负重时，扭矩传输销弹簧222将WSC 220相对于小腿块向上推动，从而导致由柔性连杆224和226施加向下的力至心轴套筒208和210。这导致心轴套筒相对于心轴204和轭216的逆时针旋转，该逆时针旋转会将逆时针旋转施加至向外盘旋的WSC螺旋234和236，从而导致向外盘旋的螺旋圆柱体的直径扩大并允许螺旋圆柱体相对于主轴旋转。

尖叉260、262、264和266(在轭216的每一侧上有两个尖叉)在完成的组件中向下配合在心轴204和206的垂直端杆270和272上，并且经由离合器销212和214附连至心轴，所述离合器销还穿过凸轮状力调节器和尺寸约束件218的端部处的孔274和276。因此，凸轮状力调节器和尺寸约束件将心轴保持彼此相距固定的水平距离，以抵抗来自向外盘旋的螺旋线圈234和236的向外压力。另外，圆柱形凸轮278包括部分轴孔280，扭矩传输销在该部分轴孔中滑动。当假体膝关节拉直时，附加的摩擦力通过凸轮状力调节器和尺寸约束件被施加至扭矩传输销，这进而增加了施加至腿部的重量对启用双向可旁路超越离合器机构的影响。在坐位位置中，被截肢者可比在站立位置中更容易地克服离合器操作，从而允许从坐位位置转变至站立位置。

双向可旁路超越机械离合器是机械对称且容错的。一旦发生机械故障，单个卷绕弹簧可能导致事故。通过使用两个卷绕弹簧，单线圈故障不会导致旋转约束故障，但是对被截肢者来说是显而易见的，从而提醒被截肢者需要修复。另外，双重卷绕弹簧配置通过双向可旁路超越机械离合器提供加载力的对称分布，从而减轻不平衡应力和潜在故障模式。

图3A至图3D夸大地示出了双重卷绕弹簧离合器元件的离合操作。图3A至图3B示出了处于打开、脱离配置中的WSC。在该配置中，扁平的向外盘旋的螺旋线圈234和236的直径从中心WSC带238向外朝向端部302和304增加。图3B提供了脱离的WSC离合器配置的不同视角。如上文所讨论，当腿部被加重负重时，柔性连杆(图2中的224和226)向心轴套筒208和210施加顺时针旋转，从而将WSC的螺旋线圈拧紧在主轴上，如图3C和图3D中夸大地所示。向外盘旋的螺旋线圈234和236的直径从中心WSC带238朝向端部302和304减小。图3D从一不同角度示出了拧紧的螺旋线圈。然而，在实际操作中，沿着WSC的向外盘旋的螺旋线圈的长度的直径变化在视觉上是不可察觉的。

图4示出了目前公开的假体膝盖的组装的双向可旁路超越离合器机构。在该视图中，轭216被牢固地安装在心轴206的垂直杆272上，图4中仅可看到其中一个垂直杆。两个柔性连杆224和226被示出为经由销402至405安装至小腿块228和心轴套筒208和210。离合器销214、408的端部在轭216的边缘处可见，并且图2中的凸轮状力调节器和尺寸约束件218的端部406在心轴206的垂直杆272的外表面上可见。

图5示出了结合上述双向可旁路超越离合器的假腿。双向可旁路超越机械离合器502被示出为附接至小腿柄部504和大腿截肢套筒506。图6A至图6C示出了图5中所示的假腿的操作。当被截肢者坐着时，截肢套筒506近似正交于小腿轴504定向。双向可旁路超越离合器机构502被减轻负重，且因此禁用离合器机构。如图6B中所示，当被截肢者开始站立时，双向可旁路超越离合器502被部分地加重负重，从而导致离合器的启用和对截肢套筒506向下旋转回到图6A中所示的位置的阻力。在在图6C中，被截肢者站立在假肢上，因此启用双向可旁路超越离合器502，从而防止截肢套筒506相对于小腿柄部504向后旋转，但是允许小腿柄部504相对于截肢套筒506以逆时针方向自由旋转。

图7示出了矫形外骨骼状装置，其可被穿戴以促进伤腿的愈合或者为受损肢体提供增加的功能。矫形器702结合若干双向可旁路超越机械离合器机构704和706，以在矫形器被减轻负重时提供矫形器708的小腿部分相对于矫形器710的上部的自由旋转，而在矫形器被加重负重时防止小腿部分708相对于大腿部分710以顺时针方向向后旋转。

图8A至图8B示出了可结合到更复杂的假体关节和机器人组件中的双重机械离合器组件。在图8A中所示的双重机械离合器组件802中，两个双向可旁路超越离合器机构804至805通过固定构件806接合在一起，该固定构件接合至或结合两个双向可旁路机械离合器机构804至805内的两个WSC的中心带。图8B示出了替代的双离合器机构，在所述替代的双离合器机构中两个双向可旁路超越离合器机构810和812通过连接构件814彼此正交设置。

虽然已经根据特定实施例描述了本发明，但是并非旨在将本发明限于这些实施例。本发明的精神内的修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。例如，双向可旁路超越离合器机构的各种部件可由各种不同的材料制成，所述材料包括金属、复合物、塑料和其它材料。它们可经模制、铸造、机械加工或者甚至通过3D打印进行打印。上述柔性连杆可如所述为柔性的并且在任一端处固定，或者可以替代地为刚性的并绕它们的附接点枢转。WSC中心体与柄部之间的界面可为抵抗或防止这两者之间的相对旋转但允许相对纵向平移的任何形式。示例包括但不限于萨鲁斯连杆(Sarrus linkage)、多个直线轴、不同横截面的轴、或柔性梁。控制方法可颠倒，其中大腿相对于WSC的移动控制WSC的制动动作。控制套筒可通过如前所述的机械装置或通过感应的电磁场、气动系统或液压系统旋转。气动、液压或电磁系统可在WSC与柄部之间提供可调弹簧力。非微处理器机械假体膝关节可与相同或相似类型的附加WSC单元联接以形成图6A中具有多个旋转轴线的关节系统(例如，多中心膝盖)。另外，旋转轴线可位于任何的任意平面中，因此提供不同方向(例如，肩关节、髋关节等)上的运动。目前公开的双向可旁路超越离合器可用作机器人肢体中的关节。具体地，膝关节系统使得行走机器人能够更有效地行走、具有更高的稳定性，并且具有增加的从跌倒恢复的能力。非微处理器机械假体膝关节可通过WSC中心体分成两部分。这使得关节系统安装在完整的膝盖或其它关节的任一侧上，以充当外骨骼或矫形系统的组成部件。在这种情况下，用户不需要是被截肢者，而是替代地可使用非微处理器机械假体膝关节来增加或补充他们现有的力量、步态、姿势和/或运动范围。如上所述，双向可旁路超越离合器机构可另外结合在各种机电和更高端的假体中。

应理解的是，提供对所公开的实施例的先前描述是为了使得本领域的任何技术人员能够制作或使用本公开。对于本领域的技术人员来说对这些实施例的各种修改将是显而易见的，并且在不脱离本公开的精神或范围的情况下可将本文定义的一般原理应用于其它实施例。因此，本发明并非旨在限于本文中所示的实施例，而是应被赋予与本文中所揭示的原理和新颖特征一致的最广泛范围。

Claims (9)

1.一种机械关节，其包括：

小腿块；

轭组件；以及

离合器元件，其是所述轭组件的构件并且在所述机械关节被加重负重时机械地防止所述小腿块相对于所述轭组件在一个旋转方向上旋转，并且在所述机械关节被减轻负重时机械地允许所述小腿块相对于所述轭组件自由旋转，所述离合器元件具有：

中央圆柱形带，

第一线圈，其附接至所述中央圆柱形带的第一边缘并且远离所述中央圆柱形带盘旋，以及

第二线圈，其附接至所述中央圆柱形带的第二边缘并且远离所述中央圆柱形带在与所述第一线圈相反的方向上盘旋。

2.根据权利要求1所述的机械关节，其中所述轭组件进一步包括：

轭-心轴子组件，其包括具有第一心轴安装座和第二心轴安装座的轭；

第一心轴，其具有第一圆柱形轴，所述第一心轴安装至所述第一心轴安装座；

第二心轴，其具有第二圆柱形轴，所述第二心轴安装至所述第二心轴安装座，并且其中：

所述离合器元件的第一线圈可旋转地安装至所述第一心轴；

所述离合器元件的第二线圈可旋转地安装至所述第二心轴；并且

当所述机械关节被加重负重以防止所述小腿块相对于所述轭组件在所述一个旋转方向上旋转时，所述第一线圈和所述第二线圈分别向下夹持至所述第一心轴的所述第一圆柱形轴和所述第二心轴的所述第二圆柱形轴上。

3.根据权利要求2所述的机械关节，

其中所述轭包括所述第一心轴安装座和所述第二心轴安装座；

其中所述第一心轴包括与所述第一心轴安装座互补的安装构件，并且所述第二心轴包括与所述第二心轴安装座互补的安装构件；

其中，当所述第一心轴的所述安装构件配合至所述第一心轴安装座并且通过第一固定构件另外固定至所述第一心轴安装座时，所述第一心轴刚性地安装至所述轭；并且

其中，当所述第二心轴的所述安装构件配合至所述第二心轴安装座并且通过第二固定构件另外固定至所述第二心轴安装座时，所述第二心轴刚性地安装至所述轭。

4.根据权利要求2所述的机械关节，其中所述轭组件进一步包括：

第一圆柱形心轴套筒，其可旋转地安装至所述第一心轴的所述第一圆柱形轴，其中所述第一线圈位于所述第一圆柱形心轴套筒的内表面与所述第一圆柱形轴的表面之间，所述第一线圈的端部构件配合至所述第一圆柱形心轴套筒的互补构件；

第二圆柱形心轴套筒，其可旋转地安装至所述第二心轴的所述第二圆柱形轴，其中所述第二线圈位于所述第二圆柱形心轴套筒的内表面与所述第二圆柱形轴的表面之间，所述第二线圈的端部构件配合至所述第二圆柱形心轴套筒的互补构件；并且

其中，当所述机械关节被减轻负重时，所述第一圆柱形心轴套筒和所述第二圆柱形心轴套筒分别相对于所述第一心轴和所述第二心轴旋转，以分别向所述第一线圈和所述第二线圈施加扭转力，此导致所述第一线圈与所述第一心轴及所述第二线圈与所述第二心轴之间的相互作用松开，从而允许所述小腿块相对于所述轭组件自由旋转。

5.根据权利要求4所述的机械关节，

其中，当所述小腿块移动远离所述离合器元件时，将所述小腿块联接至所述第一圆柱形心轴套筒和所述第二圆柱形心轴套筒的联接构件提供旋转力至所述第一圆柱形心轴套筒和所述第二圆柱形心轴套筒；

其中所述第一线圈和所述第二线圈的所述端部构件是规则棱柱的横截面，所述横截面配合到所述第一圆柱形心轴套筒和第二圆柱形心轴套筒的所述互补构件中；

其中扭矩传输销弹簧安装至所述小腿块并且穿过所述中央圆柱形带中的孔；

其中所述轭组件进一步包括圆柱形凸轮，所述圆柱形凸轮包括部分轴孔，所述扭矩传输销在所述部分轴孔中滑动；

其中所述扭矩传输销将所述小腿块旋转地联接至所述离合器元件；并且

其中所述圆柱形凸轮固定至所述轭，使得随着所述扭矩传输销和小腿块相对于所述轭组件旋转，所述轴孔的深度变化。

6.根据权利要求1所述的机械关节，

其中所述小腿块刚性地附连至下部假腿；并且

其中所述轭组件刚性地附连至上部假腿。

7.一种将上部假腿机械地互连至下部假腿以允许所述上部假腿相对于所述下部假腿受限旋转的方法，所述方法包括：

将所述下部假腿连接至机械关节的小腿块，所述机械关节另外包括轭组件和离合器元件，所述离合器元件是所述轭组件的构件，所述离合器元件构件在所述机械关节被加重负重时机械地防止所述小腿块相对于所述轭组件在一个旋转方向上旋转，并且在所述机械关节被减轻负重时机械地允许所述小腿块相对于所述轭组件自由旋转，所述离合器元件具有：

中央圆柱形带，

第一线圈，其附接至所述中央圆柱形带的第一边缘并且远离所述中央圆柱形带盘旋，以及

第二线圈，其附接至所述中央圆柱形带的第二边缘并且远离所述中央圆柱形带在与所述第一线圈相反的方向上盘旋；以及

将所述上部假腿连接至所述轭组件。

8.根据权利要求7所述的方法，其中所述轭组件进一步包括：

轭-心轴子组件，其包括具有第一心轴安装座和第二心轴安装座的轭；

第一心轴，其具有第一圆柱形轴，所述第一心轴安装至所述第一心轴安装座；

第二心轴，其具有第二圆柱形轴，所述第二心轴安装至所述第二心轴安装座；并且

其中：

所述第一线圈可旋转地安装至所述第一心轴；以及

所述第二线圈可旋转地安装至所述第二心轴，并且

当所述机械关节被加重负重以防止所述小腿块相对于所述轭组件在所述一个旋转方向上旋转时，所述第一线圈和所述第二线圈分别向下夹持至所述第一心轴的所述第一圆柱形轴和所述第二心轴的所述第二圆柱形轴上。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述轭组件进一步包括：

第一圆柱形心轴套筒，其可旋转地安装至所述第一心轴的所述第一圆柱形轴，其中所述第一线圈位于所述第一圆柱形心轴套筒的内表面与所述第一圆柱形轴的表面之间，所述第一线圈的端部构件配合至所述第一圆柱形心轴套筒的互补构件；

第二圆柱形心轴套筒，其可旋转地安装至所述第二心轴的所述第二圆柱形轴，其中所述第二线圈位于所述第二圆柱形心轴套筒的内表面与所述第二圆柱形轴的表面之间，所述第二线圈的端部构件配合至所述第二圆柱形心轴套筒的互补构件；并且

其中，当所述机械关节被减轻负重时，所述第一圆柱形心轴套筒和第二圆柱形心轴套筒分别相对于所述第一心轴和第二心轴旋转，以分别向所述第一线圈和第二线圈施加扭转力，此导致所述第一线圈与所述第一心轴及所述第二线圈与所述第二心轴之间的相互作用松开，从而允许所述小腿块相对于所述轭组件自由旋转。

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