CN113116609B - 一种三功能轴可调的膝关节假肢 - Google Patents
一种三功能轴可调的膝关节假肢 Download PDFInfo
- Publication number
- CN113116609B CN113116609B CN202110417310.3A CN202110417310A CN113116609B CN 113116609 B CN113116609 B CN 113116609B CN 202110417310 A CN202110417310 A CN 202110417310A CN 113116609 B CN113116609 B CN 113116609B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fixedly connected
- seat
- screw
- hole
- frame
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 title claims abstract description 65
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 34
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims description 8
- 101000623895 Bos taurus Mucin-15 Proteins 0.000 claims 3
- 238000005452 bending Methods 0.000 abstract description 46
- 210000003414 extremity Anatomy 0.000 abstract description 18
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 13
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 6
- 238000002266 amputation Methods 0.000 abstract description 3
- 210000002683 foot Anatomy 0.000 description 7
- SUDBRAWXUGTELR-HPFNVAMJSA-N 5-[[(2r,3r,4s,5s,6r)-3,4,5-trihydroxy-6-(hydroxymethyl)oxan-2-yl]oxymethyl]-1h-pyrimidine-2,4-dione Chemical compound O[C@@H]1[C@@H](O)[C@H](O)[C@@H](CO)O[C@H]1OCC1=CNC(=O)NC1=O SUDBRAWXUGTELR-HPFNVAMJSA-N 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 6
- 230000005021 gait Effects 0.000 description 5
- 238000013016 damping Methods 0.000 description 4
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 description 3
- 210000003371 toe Anatomy 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 230000005484 gravity Effects 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 206010024769 Local reaction Diseases 0.000 description 1
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 description 1
- 230000036544 posture Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
- A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
- A61F2/50—Prostheses not implantable in the body
- A61F2/60—Artificial legs or feet or parts thereof
- A61F2/64—Knee joints
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Transplantation (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Cardiology (AREA)
- Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Vascular Medicine (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
一种三功能轴可调的膝关节假肢属医疗康复器械技术领域，本发明由小腿部件、连接件、大腿部件和液压缸四个主体部分组成，拥有触地弯曲轴、虚拟锁定轴和膝关节主轴三个功能轴。其中虚拟锁定轴结构保证触地初期自锁以保持身体稳定和摆动期解锁以使膝关节顺利弯曲；触地弯曲轴结构减小地反力对膝关节的冲击；膝关节主轴配合液压缸完成人体行走运动膝关节的屈曲和伸展。三个功能轴相互配合，使膝关节假肢更加贴合正常人体的运动状态；根据不同的截肢患者拥有不同的运动特征，调节触地弯曲轴和虚拟锁定轴的位置，可以更好地适应每个患者的运动习惯，从而实现更稳定更舒适的运动效果。
Description
技术领域
本发明属医疗康复器械技术领域，具体涉及一种三功能轴可调的膝关节假肢。
背景技术
人体平地行走步态周期大概分为五个子阶段：触地弯曲期、触地伸展期、预摆动期、摆动屈曲期、摆动伸展期。在触地弯曲阶段，此时足跟与地面接触，地反力的方向会对膝关节产生一个力矩，若此力矩造成膝关节屈曲，则会造成膝关节假肢的折弯，导致摔倒。所以须在使膝关节假肢触地弯曲阶段不能过度弯曲，以保持稳定。现有单中心膝主轴功能结构包含手动解锁型、承重自锁型和过度伸展控制型三种主要结构。手动解锁型使膝关节假肢一直处于伸直锁紧状态，其保证了触地弯曲阶段的稳定性，但是使得预摆动期的膝关节无法弯曲，增加绊倒的风险性。承重自锁型在触地弯曲阶段利用患者自重，产生较大的摩擦力阻碍膝关节假肢弯曲以达到自锁的效果；在摆动阶段，假肢不承受患者自重，不产生摩擦从而达到解锁的效果。但制动元件会随着运动次数而磨损。磨损使得摩擦元件不能产生足够的制动力矩，导致膝关节产生不必要屈曲，且仅依靠自身重力不能保证每次都能够达到足够的摩擦力实现自锁。过度伸展控制型在前几个步态子阶段都是处于弯曲锁定状态，直至产生一个过度伸展的运动才可以解锁弯曲，因此解锁膝关节时间会有延迟，使用者需要多次训练，逐渐适应过度伸展解锁结构的运动方式和解锁时间点。针对以上这些问题，本发明设计了一种新型的可调三功能轴膝关节假肢结构，既能在触地初期实现弯曲自锁，保持稳定，又不影响伸展时的运动效果。
发明内容
本发明的目的是为了提高截肢患者运动稳定性和运动自然性，设计了一款可调的“三功能轴”膝关节假肢，能够实现触地期承重弯曲自锁，保持关节稳定性，并且推动身体向前运动；在触地期弯曲期吸收足跟触地产生的冲击，减少全身重心竖直位移；在预摆动期弯曲产生足够的足底与地面的间隙；在摆动期弯曲和伸展使小腿和足部向前平稳地摆动，为下一次足跟触地做好准备。且设计可以调节功能轴位置，能够根据截肢者运动特征进行选择合适功能轴的位置，以达到最佳的运动效果。
本发明的一种三功能轴可调膝关节假肢，由大腿部件A、连接件B、小腿部件C、假脚部件D和液压缸1组成，其中连接件B的后销轴35穿过大腿部件A的横孔Ⅱ17，使大腿部件A和连接件B转动连接；连接件B的弹簧组件Ⅰ32下端的螺丝固接于小腿部件C中孔对42的右孔；连接件B的弹簧组件Ⅱ33下端的螺丝固接于小腿部件C中孔对42的左孔；连接件B的右销轴30穿过小腿部件C的弹簧Ⅰ49固接于连接件B中基板28的右下端；连接件B的左销轴29穿过小腿部件C的弹簧Ⅱ55固接于连接件B中基板28的左下端；液压缸1下端由小腿部件C的螺钉对36穿过小腿部件C的孔对41固接；液压缸1上端的活塞杆经销轴与大腿部件A的横孔Ⅲ18活动连接；假脚部件D上端固接于小腿部件C中基板28的下端。
所述的大腿部件A由上部E、调节器ⅠF、下部G、弹簧组件ⅠH、弹簧组件ⅡI和螺钉对2组成，其中上部E由顶板3、立板4、后叉板Ⅰ8和后叉板Ⅱ9组成，立板4固接于顶板3的中部下面，后叉板Ⅰ8固接于立板4后面右侧，后叉板Ⅱ9固接于立板4后面左侧；立板4下部设有横孔对5，立板4右下端设有纵孔Ⅰ6，立板4左下端设有纵孔Ⅱ7；调节器ⅠF由后座10、丝杠11、滑块12和旋钮13组成，丝杠11后端与后座10活动连接，丝杠11中部与滑块12中心螺纹连接，丝杠11前端与旋钮13固接；下部G由框架Ⅰ14、右光杆15、左光杆16、孔座Ⅰ19、孔座Ⅱ20和后板21组成，框架Ⅰ14近下端中部设有横孔Ⅱ17；框架Ⅰ14近下端后部设有横孔Ⅲ18；右光杆15固接于框架Ⅰ14右侧中部；左光杆16固接于框架Ⅰ14左侧中部；孔座Ⅰ19固接于框架Ⅰ14右后下端；孔座Ⅱ20固接于框架Ⅰ14左后下端；后板21固接于框架Ⅰ14后上部；弹簧组件ⅠH由上螺钉Ⅰ22、左弹簧23和下螺钉Ⅰ24组成，左弹簧23上端固接于上螺钉Ⅰ22下端，左弹簧23下端固接于下螺钉Ⅰ24上端；弹簧组件ⅡI由上螺钉Ⅱ25、右弹簧26和下螺钉Ⅱ27组成，右弹簧26上端固接于上螺钉Ⅱ25下端，右弹簧26下端固接于下螺钉Ⅱ27上端；调节器ⅠF的后座10固接于下部G的后板21前面，调节器ⅠF的旋钮13位于下部G的框架Ⅰ14前面；螺钉对2经上部E中立板4的横孔对5固接；调节器ⅠF的滑块12通过螺丝固连在纵孔Ⅰ6纵孔Ⅱ7所在框架的后侧；弹簧组件ⅠH上端经上螺钉Ⅰ22与上部E的后叉板Ⅰ8固接，弹簧组件ⅠH下端经下螺钉Ⅰ24与下部G的孔座Ⅰ19固接；弹簧组件ⅡI上端经上螺钉Ⅱ25与上部E的后叉板Ⅱ9固接，弹簧组件ⅡI下端经下螺钉Ⅱ27与下部G的孔座Ⅱ20固接。
所述的连接件B由基板28、左销轴29、右销轴30、孔座Ⅲ31、弹簧组件Ⅰ32、弹簧组件Ⅱ33、孔座Ⅳ34、后销轴35组成，孔座Ⅲ31固接于基板28的后下端，弹簧组件Ⅰ32上端经螺母与孔座Ⅲ31连接；孔座Ⅳ34固接于基板28的后下端，弹簧组件Ⅱ33上端经螺母与孔座Ⅳ34连接；左销轴29固接于基板28的左下端；右销轴30固接于基板28的右下端；后销轴35固接于基板28的后上端。
所述的小腿部件C由基座J、调节器ⅡK、调节器ⅢL和螺钉对36组成，其中，基座J由框架Ⅱ38和中座对43组成，其中中座对43由左中座和右中座组成；框架Ⅱ38上端设有卡扣37，框架Ⅱ38前面中部设有左座39和右座40；中座对43的左中座固接于框架Ⅱ38中部左侧，中座对43的右中座固接于框架Ⅱ38中部右侧；框架Ⅱ38左右侧近下端设有孔对41的两个孔，框架Ⅱ38左右侧下部靠后设有孔对42的两个孔；调节器ⅡK由旋钮Ⅰ44、前套Ⅰ45、丝杠Ⅰ46、滑块Ⅰ47、后座Ⅰ48和弹簧Ⅰ49组成，丝杠Ⅰ46前端固接旋钮Ⅰ44，前套Ⅰ45与丝杠Ⅰ46近前端活动连接；丝杠Ⅰ46后端与后座Ⅰ48活动连接；丝杠Ⅰ46中部与滑块Ⅰ47中心螺纹连接；滑块Ⅰ47上端与弹簧Ⅰ49前端固接；调节器ⅢL由旋钮Ⅱ50、前套Ⅱ51、丝杠Ⅱ52、滑块Ⅱ53、后座Ⅱ54和弹簧Ⅱ55组成，丝杠Ⅱ52前端固接旋钮Ⅱ50，前套Ⅱ51与丝杠Ⅱ52近前端活动连接；丝杠Ⅱ52后端与后座Ⅱ54活动连接；丝杠Ⅱ52中部与滑块Ⅱ53中心螺纹连接；滑块Ⅱ53上端与弹簧Ⅱ55前端固接；调节器ⅡK的后座Ⅰ48与框架Ⅱ38中中座对43的左中座固接，调节器ⅡK的前套Ⅰ45外圈与框架Ⅱ38中左座39的孔固接；调节器ⅢL的后座Ⅱ54与框架Ⅱ38中中座对43的右中座固接，调节器ⅢL的前套Ⅱ51与外圈框架Ⅱ38中右座40的孔固接；螺钉对36的两个螺钉与框架Ⅱ38中孔对41的两个孔螺纹连接。
本发明通过使用三功能轴结构使膝关节假肢的摆动更趋向正常人的行走的步态特征。在站立屈曲期，由于足跟触地产生的地反力产生的弯矩使得虚拟锁定轴旋转，闩锁结构紧紧贴合，膝关节主轴无法大角度转动，避免假肢弯折，同时此地反力使触地弯曲轴产生弯曲，由于触地弯曲轴结构处的弹簧刚度很大，所以弯曲角度只有15°左右，可以减缓触地的冲击。到站立伸展阶段，施加在假肢上的重量转移至对侧腿或者地反力前移，触地弯曲轴结构的弹簧等复位元件产生力矩使膝关节伸展。在预摆动期，需对接下来的摆动相做准备，则需利用脚尖离地产生的地反力产生的弯矩使得虚拟锁定轴旋转，闩锁结构打开，解锁膝关节主轴，使膝关节顺利地完成转动。在摆动相阶段，膝关节主轴开始旋转,配合液压缸被动输出的阻尼力，使得膝关节假肢贴合健康人体行走弯曲的运动状态。
本发明的触地弯曲轴结构和虚拟锁定轴结构设计为可调节其旋转中心的结构，可适应不同截肢患者的运动特征。
本发明的有益效果在于：
本发明的功能轴之间相互配合能实现最佳的运动效果，虚拟锁定轴结构能保证触地初期自锁，保持身体稳定；触地弯曲轴结构能减小地反力对膝关节的冲击；膝关节主轴配合液压缸能完成人体行走运动膝关节的屈曲和伸展，并且可通过调节“三功能轴”的位置，适应不同截肢患者的运动特征。
附图说明
图1为包括三功能轴膝关节和脚板的完整下肢假肢图；
图2为本发明的结构分解图；
图3为本发明的外观立体图；
图4为本发明的主视图；
图5为本发明的左视图；
图6为大腿部件的结构分解图；
图7为大腿部件中上部的外观立体图；
图8为触地弯曲轴转动中心的调节器外观立体图；
图9为大腿部件中下部的外观立体图；
图10为触地弯曲轴结构中的弹簧组件；
图11为触地弯曲轴结构中的弹簧组件；
图12为连接件的结构分解图；
图13为小腿部件的结构分解图；
图14为小腿部件中的基座结构图；
图15为虚拟锁定轴旋转中心的调节器结构图；
图16为虚拟锁定轴旋转中心的调节器结构图；
图17为步态行走周期阶段示意图；
图18为单个稳定性功能轴和双稳定功能轴不稳定区域对比图；
图19为图1中a-a’足跟触地使虚拟锁定轴结构锁定状态图；
图20为足跟触地使虚拟锁定轴结构锁定状态局部放大图；
图21为虚拟锁定轴锁定过程结构示意图；
图22为触地弯曲轴未工作状态下结构示意图；
图23为触地弯曲轴工作状态下结构示意图；
图24为图1中a-a’脚尖离地使虚拟锁定轴结构解锁状态图；
图25为脚尖离地使虚拟锁定轴解锁结构状态局部放大图；
图26为虚拟锁定轴解锁过程结构示意图；
图27为液压缸对膝关节主轴作用示意图；
图28为本发明触地弯曲轴的旋转中心调节示意图；
图29为本发明虚拟锁定轴的旋转中心调节示意图；
其中：A.大腿部件 B.连接件 C.小腿部件 D.假脚部件 E.上部 F.调节器Ⅰ G.下部 H.弹簧组件Ⅰ I.弹簧组件Ⅱ J.基座 K.调节器Ⅱ L.调节器Ⅲ 1.液压缸 2.螺钉对 3.顶板 4.立板 5.横孔对 6.纵孔Ⅰ 7.纵孔Ⅱ 8.后叉板Ⅰ 9.后叉板Ⅱ 10.后座 11.丝杠12.滑块 13.旋钮 14.框架Ⅰ 15.右光杆 16.左光杆 17.横孔Ⅱ 18.横孔Ⅲ 19.孔座Ⅰ 20.孔座Ⅱ 21.后板 22.上螺钉Ⅰ 23.左弹簧 24.下螺钉Ⅰ 25.上螺钉Ⅱ 26.右弹簧 27.下螺钉Ⅱ 28.基板 29.左销轴 30.右销轴 31.孔座Ⅲ 32.弹簧组件Ⅰ 33.弹簧组件Ⅱ 34.孔座Ⅳ 35.后销轴 36.螺钉对 37.卡扣 38.框架Ⅱ 39.左座 40.右座 41.孔对 42.孔对 43.中座对 44.旋钮Ⅰ 45.前套Ⅰ 46.丝杠Ⅰ 47.滑块Ⅰ 48.后座Ⅰ 49.弹簧Ⅰ 50.旋钮Ⅱ 51.前套Ⅱ 52.丝杠Ⅱ 53.滑块Ⅱ 54.后座Ⅱ 55.弹簧Ⅱ。
具体实施方式
下面结合附图描述本发明。
如图1至图5所示，本发明的一种三功能轴可调膝关节假肢，由大腿部件A、连接件B、小腿部件C、假脚部件D和液压缸1组成，其中连接件B的后销轴35穿过大腿部件A的横孔Ⅱ17，使大腿部件A和连接件B转动连接；连接件B的弹簧组件Ⅰ32下端的螺丝固接于小腿部件C中孔对42的右孔；连接件B的弹簧组件Ⅱ33下端的螺丝固接于小腿部件C中孔对42的左孔；连接件B的右销轴30穿过小腿部件C的弹簧Ⅰ49固接于连接件B中基板28的右下端；连接件B的左销轴29穿过小腿部件C的弹簧Ⅱ55固接于连接件B中基板28的左下端；液压缸1下端由小腿部件C的螺钉对36穿过小腿部件C的孔对41固接；液压缸1上端的活塞杆经销轴与大腿部件A的横孔Ⅲ18活动连接；假脚部件D上端固接于小腿部件C中基板28的下端。
如图6至图11所示，所述的大腿部件A由上部E、调节器ⅠF、下部G、弹簧组件ⅠH、弹簧组件ⅡI和螺钉对2组成，其中上部E由顶板3、立板4、后叉板Ⅰ8和后叉板Ⅱ9组成，立板4固接于顶板3的中部下面，后叉板Ⅰ8固接于立板4后面右侧，后叉板Ⅱ9固接于立板4后面左侧；立板4下部设有横孔对5，立板4右下端设有纵孔Ⅰ6，立板4左下端设有纵孔Ⅱ7；调节器ⅠF由后座10、丝杠11、滑块12和旋钮13组成，丝杠11后端与后座10活动连接，丝杠11中部与滑块12中心螺纹连接，丝杠11前端与旋钮13固接；下部G由框架Ⅰ14、右光杆15、左光杆16、孔座Ⅰ19、孔座Ⅱ20和后板21组成，框架Ⅰ14近下端中部设有横孔Ⅱ17；框架Ⅰ14近下端后部设有横孔Ⅲ18；右光杆15固接于框架Ⅰ14右侧中部；左光杆16固接于框架Ⅰ14左侧中部；孔座Ⅰ19固接于框架Ⅰ14右后下端；孔座Ⅱ20固接于框架Ⅰ14左后下端；后板21固接于框架Ⅰ14后上部；弹簧组件ⅠH由上螺钉Ⅰ22、左弹簧23和下螺钉Ⅰ24组成，左弹簧23上端固接于上螺钉Ⅰ22下端，左弹簧23下端固接于下螺钉Ⅰ24上端；弹簧组件ⅡI由上螺钉Ⅱ25、右弹簧26和下螺钉Ⅱ27组成，右弹簧26上端固接于上螺钉Ⅱ25下端，右弹簧26下端固接于下螺钉Ⅱ27上端；调节器ⅠF的后座10固接于下部G的后板21前面，调节器ⅠF的旋钮13位于下部G的框架Ⅰ14前面；螺钉对2经上部E中立板4的横孔对5固接；调节器ⅠF的滑块12通过螺丝固连在纵孔Ⅰ6纵孔Ⅱ7所在框架的后侧；弹簧组件ⅠH上端经上螺钉Ⅰ22与上部E的后叉板Ⅰ8固接，弹簧组件ⅠH下端经下螺钉Ⅰ24与下部G的孔座Ⅰ19固接；弹簧组件ⅡI上端经上螺钉Ⅱ25与上部E的后叉板Ⅱ9固接，弹簧组件ⅡI下端经下螺钉Ⅱ27与下部G的孔座Ⅱ20固接。螺钉对2为触地弯曲轴的旋转中心，大腿部件A的上部E可绕螺钉对2做轻微旋转运动，约15°左右。
如图12所示，所述的连接件B由基板28、左销轴29、右销轴30、孔座Ⅲ31、弹簧组件Ⅰ32、弹簧组件Ⅱ33、孔座Ⅳ34、后销轴35组成，孔座Ⅲ31固接于基板28的后下端，弹簧组件Ⅰ32上端经螺母与孔座Ⅲ31连接；孔座Ⅳ34固接于基板28的后下端，弹簧组件Ⅱ33上端经螺母与孔座Ⅳ34连接；左销轴29固接于基板28的左下端；右销轴30固接于基板28的右下端；后销轴35固接于基板28的后上端。后销轴35为膝关节主轴的旋转中心，配合液压缸1被动输出的阻尼力实现假肢的自然弯曲和伸展。
如图13至图16所示，所述的小腿部件C由基座J、调节器ⅡK、调节器ⅢL和螺钉对36组成，其中，基座J由框架Ⅱ38和中座对43组成，其中中座对43由左中座和右中座组成；框架Ⅱ38上端设有卡扣37，框架Ⅱ38前面中部设有左座39和右座40；中座对43的左中座固接于框架Ⅱ38中部左侧，中座对43的右中座固接于框架Ⅱ38中部右侧；框架Ⅱ38左右侧近下端设有孔对41的两个孔，框架Ⅱ38左右侧下部靠后设有孔对42的两个孔；调节器ⅡK由旋钮Ⅰ44、前套Ⅰ45、丝杠Ⅰ46、滑块Ⅰ47、后座Ⅰ48和弹簧Ⅰ49组成，丝杠Ⅰ46前端固接旋钮Ⅰ44，前套Ⅰ45与丝杠Ⅰ46近前端活动连接；丝杠Ⅰ46后端与后座Ⅰ48活动连接；丝杠Ⅰ46中部与滑块Ⅰ47中心螺纹连接；滑块Ⅰ47上端与弹簧Ⅰ49前端固接；调节器ⅢL由旋钮Ⅱ50、前套Ⅱ51、丝杠Ⅱ52、滑块Ⅱ53、后座Ⅱ54和弹簧Ⅱ55组成，丝杠Ⅱ52前端固接旋钮Ⅱ50，前套Ⅱ51与丝杠Ⅱ52近前端活动连接；丝杠Ⅱ52后端与后座Ⅱ54活动连接；丝杠Ⅱ52中部与滑块Ⅱ53中心螺纹连接；滑块Ⅱ53上端与弹簧Ⅱ55前端固接；调节器ⅡK的后座Ⅰ48与框架Ⅱ38中中座对43的左中座固接，调节器ⅡK的前套Ⅰ45外圈与框架Ⅱ38中左座39的孔固接；调节器ⅢL的后座Ⅱ54与框架Ⅱ38中中座对43的右中座固接，调节器ⅢL的前套Ⅱ51与外圈框架Ⅱ38中右座40的孔固接；螺钉对36的两个螺钉与框架Ⅱ38中孔对41的两个孔螺纹连接。
膝关节主轴运动的解锁和锁定状态由连接件B相对于小腿部件C的位置决定。虚拟锁定轴的旋转中心为弹簧组件的延长线和调节器中丝杆滑块的垂直线的交点。本发明的虚拟锁定轴结构是基于摇杆滑块的可调锁定轴结构，弹簧组件Ⅰ32和弹簧组件Ⅱ33作为摇杆，调节滑块Ⅰ47和滑块Ⅱ53的位置改变虚拟锁定轴旋转中心。
如图17所示，展示完整步态周期的示意图，分为站立相和摆动相两个阶段。在站立相中分为站立屈曲期，站立伸展期和预摆动期。在站立屈曲阶段，为减小足跟触地的冲击，膝关节转动一个较小的角度(15°)，主要为触地弯曲轴弯曲来达到所需角度，同时保证膝关节主轴处于锁紧状态，防止膝关节弯曲角度过大产生折弯而使患者跌倒。在站立伸展期，施加在假肢上的重量转移至对侧腿或者地反力前移，触地弯曲轴结构的弹簧等复位元件产生力矩使膝关节伸展。在预摆动期，需对接下来的摆动相做准备，则需利用脚尖离地产生的地反力解锁膝关节主轴，使膝关节顺利地完成转动。在摆动相阶段，膝关节主轴开始旋转,配合液压缸被动输出的阻尼力，使得膝关节假肢贴合健康人体行走弯曲的运动状态。
如图18所示，展示了单个稳定性功能轴和双稳定功能轴不稳定区域，当为单个稳定性功能轴假肢时，分别求取膝关节假肢的脚趾、足跟和初始转动中心三个边界位置的不稳定力域；再将三个位置的不稳定力域叠加，得到该膝关节假肢的不稳定区域图(a4)；当为双稳定性功能轴假肢时，分别以脚趾、膝主轴初始转动中心和锁定轴为边界位置，求取其不稳定力域。将上述三个边界位置的不稳定力域叠加，得到具有膝主轴和锁定轴假肢的不稳定区域图(b4)。对比可得双稳定功能轴假肢的不稳定区域大大地减少，因此本发明设计触地弯曲轴和膝关节主轴来减小不稳定区域。
如图19至图21所示，展示了足跟触地时，虚拟锁定轴使闩锁结构锁紧的结构图。本发明采用闩锁结构作为虚拟锁定轴的锁合作用机构。由大腿部件A的下部G的大腿闩锁和小腿部件C内基座J上方的卡扣37闩锁组成。当足跟触地时会产生一个位于虚拟锁定轴的旋转中心后方的地反力，即对虚拟锁定轴产生一个顺时针的扭矩使连接件B后移，锁定膝关节主轴运动。当两个闩锁相互锁合时，大腿部件A的运动被小腿连接部闩锁限制，此时关节无法绕膝主轴转动，膝关节处于锁定状态。
如图22至图23所示，展示了触地弯曲轴工作的结构示意图。当地反力的方向指向螺钉对2前侧，则给锁定轴形成一个顺时针方向的伸展力矩。由于大腿部件A的上部E进行了限位，无法绕触地弯曲轴的旋转中心做过度伸展运动，此时膝关节处于伸直状态。在触地弯曲阶段，地反力方向指向触地弯曲轴旋转中心的后侧，则给大腿部件A的上部E造成一个逆时针方向的弯曲力矩。该弯曲力矩克服了弹簧23和弹簧26提供的伸展力矩，使得大腿部件A的上部E相对下部G屈曲转动。由于选用的弹簧23和弹簧26的刚度系数较大，其转动最大角度约为15°左右。在站立伸展阶段，施加在假肢上的重量转移至对侧腿或者地反力前移时，弹簧23和弹簧26提供的伸展力矩将大于地反力形成的弯曲力矩。此时，大腿部件A的上部E相对下部G做伸展运动，膝关节将回到伸直的位置。
如图24至图26所示，展示了在预摆动阶段，脚尖离地进入摆动时，虚拟锁定轴使闩锁结构锁紧的结构图。当脚尖蹬地时会产生一个位于虚拟锁定轴的旋转中心前方的地反力，即对虚拟锁定轴产生一个逆时针的扭矩使连接件C前移，大腿部件A的下部G的大腿闩锁随之往前移动，并且与小腿部件C内基座J上方的卡扣37闩锁脱离，此时关节可绕膝主轴转动，膝关节处于解锁状态，为摆动相阶段的膝关节自然转动做准备。
如图27所示，展示了液压缸1对膝关节主轴作用示意图。在虚拟锁定轴结构解锁膝关节主轴的运动之后，假肢的大腿部件A绕膝关节主轴做相对于连接件B和小腿部件C屈曲的旋转运动，液压缸1的活塞杆受压向下运行而产生阻尼力。其旋转角度约从0°到65°。液压缸1被动输出的贴合健康人体行走的力矩曲线，实现稳定平滑的摆动期弯曲和伸展运动，有助于行走时稳定的步速和步长，减少摆动末期的冲击，保证膝关节平稳地过渡到下一次足跟触地阶段。
如图28所示，展示了调节触地弯曲轴的旋转中心的示意图。通过旋转触地弯曲轴调节器ⅠF旋钮13，使滚珠丝杠11带动滑块12前后移动，滑块12固连在大腿部件A的上部E上，则大腿部件A的上部E的螺钉对2(触地弯曲轴旋转中心)的位置因而也随滑块12改变。可调的触地弯曲轴旋转中心可适应不同截肢患者触地运动姿态，使其减小地反力的冲击同时产生合适的弯曲角度。
如图29所示，展示了调节虚拟锁定轴的旋转中心的示意图。通过同时旋转虚拟锁定轴调节器L和调节器K的旋钮Ⅰ44和旋钮Ⅱ50，使滚珠丝杠带动滑块前后移动，则滑块的垂直线可前后改变，因而与弹簧组件32和弹簧组件33的延长线的交点位置改变，即改变了初始虚拟锁定轴旋转中心的位置。可调的虚拟锁定轴的旋转中心可以适应不同截肢患者所需膝关节解锁和固定的运动特征，给患者带来更安全流畅的运动感受。
Claims (4)
1.一种三功能轴可调膝关节假肢，其特征在于：由大腿部件(A)、连接件(B)、小腿部件(C)、假脚部件(D)和液压缸(1)组成，其中所述的大腿部件(A)由上部(E)、调节器Ⅰ(F)、下部(G)、弹簧组件Ⅰ(H)、 弹簧组件Ⅱ(I)和螺钉对(2)组成，所述的小腿部件(C)由基座(J)、调节器Ⅱ(K)、调节器Ⅲ(L)和螺钉对(36)组成，大腿部件(A)中调节器Ⅰ(F)由后座(10)、丝杠(11)、滑块(12)和旋钮(13)组成，丝杠(11)后端与后座(10)活动连接，丝杠(11)中部与滑块(12)中心螺纹连接，丝杠(11)前端与旋钮(13)固接；连接件(B)的后销轴(35)穿过大腿部件(A)的横孔Ⅱ(17)，使大腿部件(A)和连接件(B)转动连接；连接件(B)的弹簧组件Ⅰ(32)下端的螺丝固接于小腿部件(C)中孔对(42)的右孔； 连接件(B)的弹簧组件Ⅱ(33)下端的螺丝固接于小腿部件(C)中孔对(42)的左孔； 连接件(B)的右销轴(30)穿过小腿部件(C) 中调节器Ⅱ(K)的弹簧Ⅰ(49)固接于连接件(B)中基板(28)的右下端，其中调节器Ⅱ(K)由旋钮Ⅰ(44)、前套Ⅰ(45)、丝杠Ⅰ(46)、滑块Ⅰ(47)、后座Ⅰ(48)和弹簧Ⅰ(49)组成，丝杠Ⅰ(46)前端固接旋钮Ⅰ(44)， 前套Ⅰ(45)与丝杠Ⅰ(46) 近前端活动连接； 丝杠Ⅰ(46)后端与后座Ⅰ(48)活动连接；丝杠Ⅰ(46)中部与滑块Ⅰ(47)中心螺纹连接；滑块Ⅰ(47)上端与弹簧Ⅰ(49)前端固接；连接件(B)的左销轴(29)穿过小腿部件(C)中调节器Ⅲ(L)的弹簧Ⅱ(55)固接于连接件(B)中基板(28)的左下端，其中调节器Ⅲ(L)由旋钮Ⅱ(50)、前套Ⅱ(51)、丝杠Ⅱ(52)、滑块Ⅱ(53)、后座Ⅱ(54)和弹簧Ⅱ(55)组成，丝杠Ⅱ(52)前端固接旋钮Ⅱ(50)，前套Ⅱ(51)与丝杠Ⅱ(52)近前端活动连接；丝杠Ⅱ(52)后端与后座Ⅱ(54)活动连接；丝杠Ⅱ(52)中部与滑块Ⅱ(53)中心螺纹连接；滑块Ⅱ(53) 上端与弹簧Ⅱ(55)前端固接；小腿部件(C)中基座(J)的卡扣(37)与大腿部件(A)中下部(G)形成闩锁配合；液压缸(1)下端由小腿部件(C)的螺钉对(36) 穿过小腿部件(C) 的孔对(41)固接；液压缸(1)上端的活塞杆经销轴与大腿部件(A)的横孔Ⅲ(18)活动连接；假脚部件(D)上端固接于小腿部件(C)中基板(28)的下端。
2.根据权利要求1所述的三功能轴可调膝关节假肢，其特征在于：所述的大腿部件(A)中上部(E)由顶板(3)、立板(4)、后叉板Ⅰ(8)和后叉板Ⅱ(9)组成，立板(4)固接于顶板(3)的中部下面，后叉板Ⅰ(8)固接于立板(4)后面右侧，后叉板Ⅱ(9)固接于立板(4)后面左侧；立板(4)下部设有横孔对(5)，立板(4)右下端设有纵孔Ⅰ(6)，立板(4)左下端设有纵孔Ⅱ(7)；下部(G)由框架Ⅰ(14)、右光杆(15)、左光杆(16)、孔座Ⅰ(19)、孔座Ⅱ(20)和后板(21)组成，框架Ⅰ(14)近下端中部设有横孔Ⅱ(17)；框架Ⅰ(14)近下端后部设有横孔Ⅲ(18)；右光杆(15)固接于框架Ⅰ(14)右侧中部；左光杆(16)固接于框架Ⅰ(14)左侧中部；孔座Ⅰ(19)固接于框架Ⅰ(14)右后下端；孔座Ⅱ(20)固接于框架Ⅰ(14)左后下端；后板(21)固接于框架Ⅰ(14)后上部；弹簧组件Ⅰ(H)由上螺钉Ⅰ(22)、左弹簧(23)和下螺钉Ⅰ(24)组成，左弹簧(23)上端固接于上螺钉Ⅰ(22)下端，左弹簧(23)下端固接于下螺钉Ⅰ(24)上端； 弹簧组件Ⅱ(I)由上螺钉Ⅱ(25)、右弹簧(26)和下螺钉Ⅱ(27)组成，右弹簧(26)上端固接于上螺钉Ⅱ(25)下端，右弹簧(26)下端固接于下螺钉Ⅱ(27)上端；调节器Ⅰ(F)的后座(10)固接于下部(G)的后板(21)前面，调节器Ⅰ(F)的旋钮(13)位于下部(G)的框架Ⅰ(14)前面；螺钉对(2)经上部(E)中立板(4)的横孔对(5)固接；调节器Ⅰ(F)的滑块(12)通过螺丝固连在纵孔Ⅰ(6)纵孔Ⅱ(7)所在框架的后侧；弹簧组件Ⅰ(H)上端经上螺钉Ⅰ(22)与上部(E)的后叉板Ⅰ(8)固接，弹簧组件Ⅰ(H)下端经下螺钉Ⅰ(24) 与下部(G)的孔座Ⅰ(19)固接； 弹簧组件Ⅱ(I)上端经上螺钉Ⅱ(25)与上部(E)的后叉板Ⅱ(9)固接，弹簧组件Ⅱ(I)下端经下螺钉Ⅱ(27)与下部(G)的孔座Ⅱ(20)固接。
3.根据权利要求1所述的三功能轴可调膝关节假肢，其特征在于：所述的连接件(B)由基板(28)、左销轴(29)、右销轴(30)、孔座Ⅲ(31)、弹簧组件Ⅰ(32)、弹簧组件Ⅱ(33)、孔座Ⅳ(34)、后销轴(35)组成，其中孔座Ⅲ(31)固接于基板(28)的后下端，弹簧组件Ⅰ(32)上端经螺母与孔座Ⅲ(31)连接；孔座Ⅳ(34)固接于基板(28)的后下端，弹簧组件Ⅱ(33)上端经螺母与孔座Ⅳ(34)连接；左销轴(29)固接于基板(28)的左下端；右销轴(30)固接于基板(28)的右下端；后销轴(35)固接于基板(28)的后上端。
4.根据权利要求1所述的三功能轴可调膝关节假肢，其特征在于：所述的小腿部件(C)中，基座(J)由框架Ⅱ(38)和中座对(43)组成，其中中座对(43)由左中座和右中座组成；框架Ⅱ(38)上端设有卡扣(37)，框架Ⅱ(38)前面中部设有左座(39)和右座(40)；中座对(43)的左中座固接于框架Ⅱ(38)中部左侧， 中座对(43)的右中座固接于框架Ⅱ(38)中部右侧；框架Ⅱ(38)左右侧近下端设有孔对(41)的两个孔，框架Ⅱ(38)左右侧下部靠后设有孔对(42)的两个孔；调节器Ⅱ(K)的后座Ⅰ(48)与框架Ⅱ(38)的中座对(43)的左中座固接，调节器Ⅱ(K)的前套Ⅰ(45)外圈与框架Ⅱ(38)中左座(39)的孔固接；调节器Ⅲ(L)的后座Ⅱ(54)与框架Ⅱ(38)中中座对(43)的右中座固接，调节器Ⅲ(L)的前套Ⅱ(51)与外圈框架Ⅱ(38)中右座(40)的孔固接；螺钉对(36)的两个螺钉与框架Ⅱ(38)中孔对(41)的两个孔螺纹连接。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110417310.3A CN113116609B (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种三功能轴可调的膝关节假肢 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202110417310.3A CN113116609B (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种三功能轴可调的膝关节假肢 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN113116609A CN113116609A (zh) | 2021-07-16 |
| CN113116609B true CN113116609B (zh) | 2022-03-25 |
Family
ID=76777517
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202110417310.3A Active CN113116609B (zh) | 2021-04-19 | 2021-04-19 | 一种三功能轴可调的膝关节假肢 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN113116609B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113616394B (zh) * | 2021-07-23 | 2024-09-20 | 吉林大学 | 一种三功能轴可调的膝关节假肢 |
| CN114191152B (zh) * | 2021-12-14 | 2024-04-26 | 吉林大学 | 一种可变传动比的假肢膝关节 |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB9804611D0 (en) * | 1998-03-04 | 1998-04-29 | Blatchford & Sons Ltd | Lower limb prosthesis and control unit |
| CN102065799B (zh) * | 2008-06-16 | 2015-03-04 | 伯克利仿生技术公司 | 半驱动式大腿假肢膝关节 |
| GB201121437D0 (en) * | 2011-12-13 | 2012-01-25 | Blatchford & Sons Ltd | A lower limb prothesis |
| CN103271783B (zh) * | 2013-05-16 | 2015-04-15 | 清华大学 | 一种具有助力功能的假肢膝关节 |
| US10314723B2 (en) * | 2013-05-23 | 2019-06-11 | Rehabilitation Institute Of Chicago | Effective shape controller for lower limb |
| CN106974750A (zh) * | 2017-05-03 | 2017-07-25 | 哈尔滨理工大学 | 一种动力型膝关节假肢 |
| DE102018112724B3 (de) * | 2018-05-28 | 2019-08-29 | Johannes Klopf | Oberschenkelprothesenpassteil |
-
2021
- 2021-04-19 CN CN202110417310.3A patent/CN113116609B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN113116609A (zh) | 2021-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN113116609B (zh) | 一种三功能轴可调的膝关节假肢 | |
| RU2113192C1 (ru) | Устройство для осуществления взаимно поворотного сочленения частей ортопедического аппарата | |
| US4064569A (en) | Artificial polycentric knee joint | |
| CA2688458C (en) | Artificial joint with locking mechanism | |
| US5746774A (en) | Knee joint mechanism for knee disarticulation prosthesis | |
| US10864091B2 (en) | Biomimetic transfemoral knee with gear mesh locking mechanism | |
| JPH05146A (ja) | 回動可能な結合体 | |
| CN112399838B (zh) | 具有脚件、小腿件和大腿件的矫形技术装置 | |
| US6808540B1 (en) | Device at a knee joint prosthesis | |
| US10531966B2 (en) | Prosthetic joints | |
| US10772742B2 (en) | Polycentric powered ankle prosthesis | |
| Ramakrishnan et al. | Evaluation of 3D printed anatomically scalable transfemoral prosthetic knee | |
| CN106333772B (zh) | 弹性屈膝型下肢膝关节假肢 | |
| US20160287423A1 (en) | Artificial knee joint | |
| US5728164A (en) | Hip joint for orthopedic orthesis | |
| CN113616394A (zh) | 一种三功能轴可调的膝关节假肢 | |
| US3801990A (en) | Artificial limb with a joint that simulates a bicondylar joint movement | |
| Siddikali et al. | Modeling of pneumatic controlled bio mimetic articulated passive prosthetic spring loaded knee mechanism for transfemoral amputees | |
| US20230126674A1 (en) | Prosthetic Foot/Ankle System with Automatic Alignment | |
| Romo | Prosthetic knees | |
| CN209548333U (zh) | 一种无动力髋关节储能助行外骨骼 | |
| Ramakrishnan et al. | Biomimetic transfemoral knee with gear mesh locking mechanism | |
| CN114869548B (zh) | 仿生被动多自由度踝关节假肢 | |
| GB2511319A (en) | Lower limb prosthesis | |
| US20230225884A1 (en) | Transfemoral prosthesis for walking, sitting-standing, stair climbing |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240123 Address after: Room 108-1, No. 555 East Chaoyang Road, Chaoyang District, Changchun City, Jilin Province, 130012 Patentee after: Jilin Runbang Technology Development Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: 130012 No.2699 Qianjin Street, Changchun hi tech Industrial Development Zone, Changchun City, Jilin Province Patentee before: Jilin University Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20240204 Address after: Room 678, 6th Floor, Unit 1, Building 1, Courtyard 1, Longyu Middle Street, Huilongguan Town, Changping District, Beijing, 102206 Patentee after: Beijing Daqi Yuequan Biomimetic Technology Co.,Ltd. Country or region after: China Address before: Room 108-1, No. 555 East Chaoyang Road, Chaoyang District, Changchun City, Jilin Province, 130012 Patentee before: Jilin Runbang Technology Development Co.,Ltd. Country or region before: China |
|
| TR01 | Transfer of patent right |