CN114206272A - 在过度伸展处具有阻力变化机构的液压假肢膝关节 - Google Patents

Abstract

一种假肢膝关节包括具有伸展液压回路和弯曲液压回路的液压阻力系统。弯曲液压回路包括具有机械开关的可切换阻力组件。机械开关具有接合位置和释放位置。可切换阻力组件在机械开关处于释放位置时提供第一液压阻力水平，并且在机械开关处于接合位置时提供第二液压阻力水平，第二水平小于第一水平。当液压阻力元件到达预定伸展位置时，机械开关移到接合位置，并且当流体流动下降到预定阈值以下时，机械开关移回到释放位置。

Description

在过度伸展处具有阻力变化机构的液压假肢膝关节

相关申请案交叉申请

本申请要求于2019年7月30日递交的申请号为62/880,233的美国临时专利申请案的优先权，其全部内容通过引用结合在本申请中。

技术领域

本发明大体涉及假肢膝关节，更具体地，涉及具有阻力变化的液压假肢膝关节。

背景技术

假肢膝关节为使用者提供支撑，并且还允许关节活动，使得使用者可以行走和摆动腿部，以及腿部弯曲坐下。通常，假肢膝关节包括阻尼，该阻尼用于控制小腿相对于大腿的运动。高活动量的使用者会受益于具有更高控制水平和性能的假肢膝关节。

发明内容

本发明提供一种假肢膝关节，其中，当膝关节到达过度伸展位置时，弯曲阻力以机械方式切换到较低水平，并且当弯曲运动下降到阈值以下时，该弯曲阻力以机械方式切换回较高水平，从而一旦弯曲停止或减慢到一定水平就会提供支撑。

假肢膝关节的第一实施例包括通过关节连接的上大腿部和下小腿部。所述关节允许所述小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在所述伸展位置中，所述大腿部和所述小腿部大致沿腿部轴线对齐，在所述弯曲位置中，所述小腿部相对于所述大腿部向后倾斜，从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展。液压阻力系统可操作为选择性地向膝关节的弯曲和伸展提供液压阻力。所述液压阻力元件具有可移动活塞，所述可移动活塞在所述活塞的第一侧上限定第一流体腔并且在所述活塞的第二侧上限定第二流体腔，在弯曲期间所述第一腔的尺寸增大并且所述第二腔的尺寸减小并且在伸展期间所述第一腔的尺寸减小并且所述第二腔的尺寸增大。伸展液压回路连接所述第一流体腔和所述第二流体腔，并且具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动并且基本上阻止从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动。所述伸展液压回路还包括阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动提供液压阻力。弯曲液压回路连接所述第一流体腔和所述第二流体腔，并且具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动并且基本上阻止从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动。可切换阻力组件包括机械开关，所述机械开关具有接合位置和释放位置。所述可切换阻力组件在所述机械开关处于所述释放位置时向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动提供第一液压阻力水平，并且在所述机械开关处于所述接合位置时向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动提供第二液压阻力水平，所述第二水平小于所述第一水平。当所述液压阻力元件到达预定伸展位置时，所述机械开关移到所述接合位置，并且当从所述第二腔到所述第一腔的流动下降到预定阈值以下时，所述机械开关移回所述释放位置。

假肢膝关节的第二实施例包括通过关节连接的上大腿部和下小腿部。所述关节允许所述小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在所述伸展位置中，所述大腿部和所述小腿部大致沿腿部轴线对齐，在所述弯曲位置中，所述小腿部相对于所述大腿部向后倾斜，从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展。液压阻力系统可操作为选择性地向膝关节的弯曲和伸展提供液压阻力。所述液压阻力元件具有可移动活塞，所述可移动活塞在所述活塞的第一侧上限定第一流体腔并且在所述活塞的第二侧上限定第二流体腔，在弯曲期间所述第一腔的尺寸增大并且所述第二腔的尺寸减小并且在伸展期间所述第一腔的尺寸减小并且所述第二腔的尺寸增大。伸展液压回路连接所述第一流体腔和所述第二流体腔，并且具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动并且基本上阻止从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动。所述伸展液压回路还包括阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动提供液压阻力。第一弯曲液压回路连接所述第一流体腔和所述第二流体腔，并且具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动并且基本上阻止从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动。所述弯曲液压回路还具有阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的所述流动提供液压阻力。第二弯曲液压回路连接所述第一流体腔和所述第二流体腔，并且包括止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动并且基本上阻止从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动。所述弯曲液压回路还具有阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的所述流动提供液压阻力。所述第一弯曲液压回路的所述阻力元件提供第一液压阻力水平，所述第二弯曲液压回路的所述阻力元件提供第二液压阻力水平，所述第二水平小于所述第一水平。机械开关具有接合位置和释放位置，所述机械开关在所述接合位置可操作为允许通过所述第二弯曲液压回路的流动，从而允许在弯曲期间通过所述第二弯曲液压回路的流动，所述机械开关在所述释放位置基本上阻止所述第二弯曲液压回路，从而限制在弯曲期间向所述第一弯曲液压回路的流动。当所述液压阻力元件到达预定伸展位置时，所述机械开关移到所述接合位置，并且当从所述第二腔到所述第一腔的流动下降到预定阈值以下时，所述机械开关移回所述释放位置。

在一些实例中，膝关节的实施例完全是机械的，没有电子控制的阀或开关。在一些实例中，所述液压阻力元件是液压缸，所述液压缸具有缸体、活塞和活塞杆，所述缸体具有限定于其上的缸膛，所述活塞具有将所述第一流体腔与所述第二流体腔分开的活塞头，以及所述活塞杆连接到所述上大腿部，所述缸体连接到所述下小腿部。

在一些实例中，所述弯曲和伸展阻力水平是可调节的。

在一些实例中，所述上大腿部包括上骨子组件。

在一些实例中，所述液压阻力元件包括活塞，并且所述机械开关包括主体和柱塞，当所述液压阻力元件到达所述预定伸展位置时，所述柱塞接触所述活塞。

在一些实例中，所述预定伸展位置是过度伸展位置。

在一些实施例中，所述膝关节还包括调节机构，所述调节机构用于调节接合所述机械开关所需的力的大小。

在一些实例中，单个止回阀是所述第一弯曲液压回路的所述止回阀，并且是所述第二弯曲液压回路的所述止回阀。

根据另一实施例，一种控制假肢膝关节的方法包括提供一种假肢膝关节，所述假肢膝关节具有上大腿部、下小腿部和连接这两者的关节。所述关节允许所述小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在所述伸展位置中，所述大腿部和所述小腿部大致沿腿部轴线对齐，在所述弯曲位置中，所述小腿部相对于所述大腿部向后倾斜，从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展。液压阻力元件可操作为选择性地向弯曲和伸展提供液压阻力。所述方法包括：当所述假肢膝关节处于站立模式且膝关节从使用者身体的前方移到所述使用者身体的后方时，向弯曲提供第一液压阻力水平；当假肢膝关节到达所述站立模式的终末位置处的伸展位置时，将所述液压阻力以机械方式切换到第二水平，所述第二水平阻力小于所述第一水平阻力，所述第二水平阻力允许弯曲，使得所述使用者能够在至少部分弯曲的位置中以摆动模式向前摆动所述膝关节；当所述膝关节停止弯曲运动时，将所述液压阻力水平以机械方式切换回所述第一水平。在一些实例中，所述方法可以利用所述膝关节的任何实施例或实例。

附图说明

图1是示出人行走时步态阶段的示意图；

图2是根据本发明实施例的假肢膝关节的侧视图；

图3是用于本发明的液压阻力系统的实施例的示意图；

图4是根据本发明实施例的假肢膝关节的前视图；

图5是用于本发明的液压缸的实施例的透视图；

图6是图5所示的液压缸的侧视图，其中去除了各部分以示出内部结构；

图7是图5所示的液压缸的横截面视图；

图8是图5所示的液压缸的另一横截面视图；

图9A是示出三个步态阶段的示意图；

图9B是示出图9A所示各阶段的流体流动的示意图；

图9C是表明流体流动的液压缸的局部剖视图；

图10A是示出三个步态阶段的示意图；

图10B是示出机械开关的柱塞被压下的示意图；

图10C是示出柱塞被压下的液压缸的一部分的横截面视图；

图11A是示出两个步态阶段的示意图；

图11B是示出图11A所示各阶段的流体流动的示意图；

图11C是示出流体流动的液压缸的横截面视图；

图11D是表明流体流动的液压缸的局部剖视图；

图12A是示出两个步态阶段的示意图；

图12B是示出图12A所示各阶段的流体流动的示意图；

图12C是液压缸的横截面视图；

图12D是表明流体流动的液压缸的局部剖视图；

图13A-13F是示出三个模式开关位置和相关流体流动的图；

图14A是示出调节机构实例的膝关节的横截面侧视图；

图14B是图14A所示膝关节的横截面前视图；以及

图15是图14A和图14B的机构的详细视图。

具体实施方式

如本领域技术人员已知的，假肢膝关节必须根据使用者的步态阶段为使用者提供不同支撑水平。假肢膝关节通常具有通过关节连接到下小腿部的上大腿部。该关节允许小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在伸展位置中，大腿部和小腿部大致沿腿部轴线对齐，在弯曲位置中，小腿部相对于大腿部向后倾斜。从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展。液压阻力系统可操作为选择性地向膝关节的弯曲和伸展提供液压阻力。

图1示出了人行走时的步态阶段。这些阶段将针对使用者的右腿进行描述，该右腿是该图中的前景腿。在该图中，右腿是包括假肢膝关节的腿。从图1的左侧开始，在10处示出使用者开始跨步，同时腿完全伸展并且处于相对于使用者身体最前面的位置。腿跟在该位置触及行走表面，可以被视为腿跟着地位置。当使用者向前移动时，在12处所示的位置处将载荷置于腿上，然后腿到达使用者身体正下方的位置，如14所示，被称为中间站立期位置。

继续向前，腿到达最后面的位置，如16所示，被称为终末站立期。腿在位置10处向前多远以及腿在位置16处向后多远取决于使用者的步幅长度，但是对于给定的步幅，这些位置被认为分别是最前和最后的位置。

然后，使用者向前移动其大腿，如在18处所示。优选地，允许膝关节弯曲，使得大腿的向前运动使腿的小腿部向上弯曲到部分弯曲的位置。当使用者继续向前摆动其大腿时，如在20处所示，膝关节继续弯曲并且脚趾抬起，称为脚趾离地。当大腿继续向身体前面移动时，大腿的移动因动量而减慢，使得小腿部向前摆动。这在22处示出，被称为中间摆动期位置。在24处，大腿已经到达其最前面的位置，并且小腿部向前摆动到完全伸展的位置，其中小腿和大腿通常沿着腿部轴线对准。这被称为终末摆动期位置，并且刚好发生在脚跟着地之前，如在位置10中所示。

当使用者到达脚跟着地位置时，腿应该对应于膝关节弯曲的高阻力水平提供高支撑量，并且当腿有负荷并且使用者通过位置12移到中间站立期位置14，然后移到终末站立期位置16时，腿应该保持高支撑量。然而，腿刚好在终末站立期位置16之后开始，不再需要支撑使用者。而是，希望膝关节具有非常低的弯曲阻力水平，使得当使用者移到预摆动位置18和脚趾离地位置20时，膝关节使小腿部可以轻松地向上摆动。在中间摆动期位置22中，膝关节允许伸展，使得小腿部可以向前摆动。通常，腿不需要在此位置提供支撑，因为腿不接触地面。当腿到达终末摆动期24时，腿需要再次准备好提供支撑。

如果使用者绊倒或突然缩短其步幅，使得使用者试图在位置18-22中的任一位置将体重置于腿上，则典型的假肢膝关节可能会塌陷，因为弯曲阻力低，使小腿很容易向大腿弯曲。

根据本发明的实施例，假肢膝关节从当膝关节稍微过度伸展时的终末站立期位置处的高弯曲阻力切换到低弯曲阻力，以使膝关节在步态的摆动阶段期间弯曲。然后，当膝关节停止弯曲或弯曲速率下降到阈值以下时，假肢膝关节切换回高弯曲阻力，允许腿承受使用者的体重。这通常发生在膝关节停止弯曲并开始伸展时的位置24处。然后，膝关节准备承受重量。然而，实施例还在其它情况下为使用者提供支撑。例如，如果使用者在位置20或位置22处绊倒和停止向前移动其大腿，当小腿部停止向上弯曲时，弯曲将会减慢或暂时停止，并且膝关节将会切换到高弯曲阻力水平。然后，如果使用者将负荷置于腿上，腿将提供高支撑水平。

图2示出了根据本发明实施例的假肢膝关节50。膝关节50具有通过关节56彼此连接的上部52和下部54。在该实施例中，关节是在上部52和下部54之间的枢轴关节。当连接到使用者的大腿或大腿假肢(通常通过大腿接合承窝)时，上部52可称为大腿部。下部54可被称为小腿部。下小腿部54的向后移动使其在关节56处枢转并向使用者的大腿移动。这种情况被称为弯曲。沿相反方向移动被称为伸展。

膝关节还具有液压阻力系统60，其提供对弯曲和伸展的阻力。水平或阻力取决于许多因素，并且可以进一步调节。在所示实施例中，液压阻力系统采用液压缸的形式，该液压缸具有缸体62、缸膛、活塞和活塞杆64，其中缸膛限定在缸体(未示出)中，活塞具有活塞头，该活塞头位于在缸膛中。在该实施例中，缸体62连接到下部54，并且活塞杆64连接到上部52，使得弯曲运动将活塞杆64移到缸体62中，并且伸展运动使活塞杆64从缸体62伸出。该系统可以倒置，其中缸体62连接到上部52，活塞杆64连接到下部54，或者使得由于弯曲和伸展而引起的运动被倒置。如本领域技术人员所清楚的，可以使用其它类型的液压阻力系统，例如弯曲的液压缸和旋转的液压阻尼器。在每种情况下，阻尼器或阻力系统具有彼此相对移动的两个部分，从而使液压流体在腔室之间流动。这种流动的阻力或阻止会阻止或停止运动。

图3是用于本发明的液压阻力系统70的实施例的示意图。系统70包括液压阻力元件72，其内部区域被活塞78的头分成第一流体腔74和第二流体腔76。在所示实施例中，第一腔74位于活塞78的上侧，第二腔76位于活塞78的下侧。液压回路系统在两个腔之间延伸，使得当活塞移动时流体可以在各腔之间流动。如果阻力元件72是如图2所示的液压缸，则膝关节的弯曲移动导致活塞78向下移动，从而减小第二腔76的尺寸并增大第一腔74的尺寸。膝关节的伸展则导致相反操作；活塞78向上移动，从而减小第一腔74的尺寸并增加第二腔76的尺寸。通常在流体腔中设置用于与液压回路进行流体连通的端口。液压回路可以共用流路的端口和部件，也可以是完全独立的，例如具有不同的端口。

伸展液压回路80连接第一腔和第二腔，并且具有止回阀82，止回阀82可操作为阻止从第二腔76到第一腔74的流动，并允许从第一腔74到第二腔76的流动。这意味着当膝关节伸展时流体流过伸展液压回路80。伸展液压回路80具有可阻止流体流动的阻力元件84。阻力元件84可以采取阀的形式，并且可以是可调节的，例如由使用者或技术人员设置膝关节伸展的阻力量。对于该元件，阻力通常是低的。在跨步期间，阻力通常是不调节的或不可调节的；阻力是不主动调节的。而是，阻力在使用开始时或之前设置，然后阻力设置在较长时间内保持不变。

在该实施例中，弯曲液压回路采用两个回路的形式。第一弯曲液压回路90连接第一腔和第二腔并具有止回阀92，止回阀92可操作为阻止从第一腔74到第二腔76的流动并允许从第二腔76到第一腔74的流动。这意味着当膝关节弯曲时流体流过第一弯曲液压回路90。第一弯曲液压回路90具有可阻止流体流动的阻力元件94。阻力元件94可以采取阀的形式，并且可以是可调节的，但不是主动调节的，例如在跨步期间。

第二弯曲液压回路100还连接第一腔和第二腔，并且在该实施例中，与第一弯曲液压回路共用止回阀92。或者，可以使用单独的止回阀。第二弯曲液压回路具有抵抗流动的阻力元件104。与第一弯曲液压回路90不同，第二弯曲液压回路100包括机械开关106，其可选择地允许或阻止流体流动。在所示实施例中，机械开关具有主体108和柱塞110，其中柱塞从主体伸出。当柱塞110压入主体108中时，机械开关处于接合位置，这允许通过第二弯曲液压回路的流动。当柱塞110伸出时，开关处于释放位置，并且基本上阻止通过第二弯曲液压回路100的流动。当该流动被阻止时，在弯曲期间的流体流动限制到第一弯曲液压回路90。第一弯曲液压回路90中的流动阻力高于第二弯曲液压回路100中的流动阻力。这样，当机械开关106接合，从而允许通过第二弯曲液压回路100的流动，与机械开关被释放并且弯曲流动限制到更高阻力的第一弯曲液压回路90时相比，弯曲阻力低得多。从图3中可以清楚地看出，当机械开关接合并且允许通过第二弯曲液压回路100的流动时，流体也可以通过第一弯曲液压回路90。然而，大部分流体将通过更低阻力的第二弯曲液压回路100。

在该实施例中，当活塞78到达上部位置并接触柱塞110时，柱塞110被压下。该系统被设计成活塞78在腿和膝关节处于完全伸展位置时与柱塞110接触，并且膝关节过度伸展会使活塞78压下柱塞110。这种过度伸展可能发生在终末站立期位置16处，这取决于使用者如何给腿施加负荷。机械开关106被设计成机械开关被压下后，只要存在通过开关的弯曲流体流动并且该流体流动高于阈值，它就保持压下。一旦流动下降到阈值以下，只要活塞不接触，柱塞10就延伸。返回参考图1，当小腿开始向前伸展时，通过开关的弯曲流动将下降或停止，并且膝关节在位置22或位置24中伸展。这种流动减小将导致开关返回到阻止第二弯曲液压回路100中的流动的释放位置，而弯曲阻力返回到允许膝关节充分支撑使用者体重的水平。

需注意的是，本发明的某些实施例提供一种全机械膝关节，这种全机械膝关节具有完全机械的弯曲和伸展阻力系统。在这些特定实施例中，使用机械系统调节弯曲阻力的水平，并且不提供电子控制或调节。还需注意的是，任何回路的阻力元件都可以由孔或提供一些流动阻力的通道形成。可调整的阻力元件可以用于全部或部分。在一些形式中可以组合止回阀和阻力元件。机械开关106可以提供元件104的阻力，例如通过设定开关中的孔的尺寸。

现在参考图4-8，将更详细地描述液压阻力系统。图4示出了图2的假肢膝关节，但是从前面看，更好地示出了液压缸，其限定阻力系统60。图5示出了液压缸60，其具有缸体62和活塞杆64。在该实施例中，主体62的前部包括调节配件，该调节配件可以与工具接合并且用于调节由阻力元件提供的阻力。调节配件120用于调节图3的伸展液压回路80中的阻力元件84。调节配件122用于调节图3的第一弯曲液压回路90中的阻力元件94。调节配件124用于调节第二弯曲液压回路100中的阻力元件104。液压缸60的某些实施例还可以包括模式选择开关或旋钮126。在所示实施例中，模式选择开关包围缸体62的上端处的活塞杆64并围绕活塞杆的轴线转动以选择模式。下面将讨论这些模式。

图6提供了液压缸60的侧视图，其中内部结构的一些特征是可见的。活塞包括活塞头65，该活塞头可在缸膛63中移动，其中第一流体腔位于活塞头上方，第二流体腔位于活塞头下方。第一流体腔被标记为74以对应于图3，而第二流体腔被标记为76以对应于图3。弹簧或其它偏压件可设置在一个或两个腔中以偏压活塞。如关于图3所述，伸展液压回路包括止回阀82。在图6中，该止回阀82位于缸体下端处的缸膛63附近，并与第二流体腔76流体连通。流体通道83向上延伸到阻力元件84，该阻力元件通过另一通道85连接到第一流体腔74。为了弯曲阻力，另一个止回阀92设置在缸体的下端并且与第二流体腔76流体连通。如图3所示，流体通道93将止回阀92连接到阻力元件94，并且另一通道95与第一流体腔74流体连通。相同的通道93也连接到阻力元件104，并且另一通道105从阻力元件延伸到机械开关(图6中未示出)。

图7和图8是液压缸60和机械开关106的横截面视图。开关106具有主体108和从主体108向下伸展的柱塞110，柱塞的下端设置在缸膛63的上端。在图7中，活塞头65与缸膛63的上端间隔距离很小，并且柱塞延伸使得开关106处于释放位置，并且通过通道105的流动被阻止。在图8中，活塞头65位于缸膛63的上端处或其附近，并与柱塞110接触使得柱塞被压下，从而将开关置于接合位置。然后，在柱塞下面限定了流动开口112。可以提供允许类似功能的其它布置。

图9A-C示出了当膝关节处于具有高弯曲阻力的站立模式时阻力系统的实施例的操作。图9A示出了需要高弯曲阻力的位置10、12和14。图9B示出了相应的液压阻力系统的示意图，其中突出了第一弯曲液压回路90。还示出了流体流动和活塞头移动的方向。图9C类似于图6，其中箭头表示在站立模式下流体流动的路径。

图10A示出了终末站立期位置16，图10B示出了机械开关106，其中柱塞沿箭头方向被压下。造成这种情况的原因是活塞头65到达对应于膝关节过度伸展的位置。图10C是类似于图8的视图，示出了被活塞头65压下以露出通道112的柱塞110。需注意的是，本文中使用的术语“过度伸展”，当涉及膝关节或腿时，是指超出膝关节或腿“完全伸展”位置的位置。“完全伸展”位置处于腿通常支撑使用者处于站立位置的位置，并且通常对应于大腿和小腿彼此成一条直线。然而，整个伸展位置可以与彼此成一条直线的大腿和小腿稍微不同。这样，“过度伸展”是至少稍微超出“完全伸展”位置的位置，并且不一定是超出上部和下部处于一条线上的位置的位置。过度伸展位置也可以被称为预定伸展位置。当腿处于完全伸展位置时，活塞到达其可以或可以不接触开关的位置，并且当腿或膝关节处于过度伸展位置时，活塞压下柱塞。

图11A-D示出了当使用者移动到弯曲模式并且膝关节弯曲时机械开关106被接合的结果。图11A示出了使用者处于位置18和位置20，其中发生低阻力膝弯曲。图11B示出了机械开关106被接合的示意图，箭头表示活塞向下移动并且低阻力流体流动通过第二弯曲液压回路100。图11C和图11D提供了在这种模式下流体流动的箭头。

如上所述，一旦弯曲下降到阈值以下，开关106便返回到释放位置。图12A示出了处于位置22和位置24的使用者，其中弯曲已经停止，开关已经释放，并且发生膝关节伸展。图12B示出了伸展流体流过伸展回路80的示意图。图12C示出开关106被释放，而图12D示出通过回路80的伸展流体流动。需注意的是，由于开关被释放，如果使用者在膝关节上施加负荷，膝关节将提供高阻力水平。然后，从图9重复该循环

图13示出了可以与本发明的一些实施例一起提供的各种操作模式。图13A和图13B示出了处于锁定位置的液压阻力系统，其中模式选择开关已经顺时针转动。在这种模式中，流体通道被阻止，从而将膝关节锁定在适当的位置。图13C和图13D示出了“正常”操作，其中膝关节如上所述地操作。模式选择开关处于中间位置。图13E和图13F示出了逆时针转动的模式选择开关，其将膝关节置于自由摆动模式。在该位置中，打开附加的流体通道，允许流体在第一液压腔和第二液压腔之间自由流动，而不被引导通过任何阻力元件。这可以被称为旁路位置。

对于本发明的一些实施例，可以提供调节机构，用于调节接合机械开关所需的力的大小。这种调节机构的一个实例在图14A、14B和15中示出。图14A提供膝关节组件50的侧视图，其中205表示上骨子组件，210表示实体止动件，例如止动销，其通过接合可调节的止动机构200来限制上骨子组件205的旋转移动。图14B示出了膝关节组件50的前视图，该膝关节组件具有可调节的止动机构200和止动销210。

图15示出了由可调节止动组件200构成的上骨子组件205。在可调节的止动组件内是与缓冲器230接合的楔形件220。然后，缓冲器接合止动销210，该止动销限制膝关节的旋转移动。如本领域的技术人员所清楚的，通过利用楔形系统，如果楔形件220横向移动，缓冲器230将沿着垂直面移动，该垂直面将接合或脱离止动销210。该机构的使用允许使用者调节触发过度伸展所需的力。如图10所示，触发过度伸展就是允许膝关节在脚趾离地处弯曲。

假肢膝关节的其它方面也可以是可调节的。例如，压下机械开关的柱塞所需的力的大小可以调节，也可以调节切换到第二阻力水平所需的行程大小。

如本领域技术人员所清楚的，在不脱离本发明的范围下，本文描述的本发明的实施例可以以各种方式改变。所描述的与任何实施例一起使用的任何特征也可以与其它实施例一起使用，这对于本领域技术人员而言是显而易见的。以下权利要求包括限定本发明范围的所有等效物。

Claims (12)

1.一种假肢膝关节，包括：

上大腿部；

下小腿部；

连接所述上部和所述下部的关节，所述关节允许所述小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在所述伸展位置中，所述大腿部和所述小腿部大致沿腿部轴线对齐，在所述弯曲位置中，所述小腿部相对于所述大腿部向后倾斜，从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展；以及

液压阻力系统，所述液压阻力系统可操作为选择性地向所述膝关节的弯曲和伸展提供液压阻力，所述液压阻力系统包括：

液压阻力元件，所述液压阻力元件具有可移动活塞，所述可移动活塞在所述活塞的第一侧上限定第一流体腔并且在所述活塞的第二侧上限定第二流体腔，在弯曲期间所述第一腔的尺寸增大并且所述第二腔的尺寸减小并且在伸展期间所述第一腔的尺寸减小并且所述第二腔的尺寸增大；

连接所述第一流体腔和所述第二流体腔的伸展液压回路，所述伸展液压回路具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动并且基本上阻止从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动，所述伸展液压回路还具有阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第一流体腔到所述第二流体腔的所述流动提供液压阻力；

连接所述第一流体腔和所述第二流体腔的弯曲液压回路，所述弯曲液压回路具有；

止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动并且基本上阻止从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动；以及

可切换阻力组件，所述可切换阻力组件包括机械开关，所述机械开关具有接合位置和释放位置，所述可切换阻力组件在所述机械开关处于所述释放位置时向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动提供第一液压阻力水平，并且在所述机械开关处于所述接合位置时向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动提供第二液压阻力水平，所述第二水平小于所述第一水平；

当所述液压阻力元件到达预定伸展位置时，所述机械开关移到所述接合位置，并且当从所述第二腔到所述第一腔的流动下降到预定阈值以下时，所述机械开关移回所述释放位置。

2.一种假肢膝关节，包括：

上大腿部；

下小腿部；

连接所述上部和所述下部的关节，所述关节允许所述小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在所述伸展位置中，所述大腿部和所述小腿部大致沿腿部轴线对齐，在所述弯曲位置中，所述小腿部相对于所述大腿部向后倾斜，从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展；以及

液压阻力系统，所述液压阻力系统可操作为选择性地向所述膝关节的弯曲和伸展提供液压阻力，所述液压阻力系统包括：

液压阻力元件，所述液压阻力元件具有可移动活塞，所述可移动活塞在所述活塞的第一侧上限定第一流体腔并且在所述活塞的第二侧上限定第二流体腔，在弯曲期间所述第一腔的尺寸增大并且所述第二腔的尺寸减小并且在伸展期间所述第一腔的尺寸减小并且所述第二腔的尺寸增大；

连接所述第一流体腔和所述第二流体腔的伸展液压回路，所述伸展液压回路具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动并且基本上阻止从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动，所述伸展液压回路还具有阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第一流体腔到所述第二流体腔的所述流动提供液压阻力；

连接所述第一流体腔和所述第二流体腔的第一弯曲液压回路，所述第一伸展液压回路具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动并且基本上阻止从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动，所述第一弯曲液压回路还具有阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的所述流动提供液压阻力；

连接所述第二流体腔和所述第二流体腔的第一弯曲液压回路，所述第二伸展液压回路具有止回阀，所述止回阀可操作为允许从所述第二流体腔到所述第一流体腔的流动并且基本上阻止从所述第一流体腔到所述第二流体腔的流动，所述第二弯曲液压回路还具有阻力元件，所述阻力元件可操作为向从所述第二流体腔到所述第一流体腔的所述流动提供液压阻力；

所述第一弯曲液压回路的所述阻力元件提供第一液压阻力水平，所述第二弯曲液压回路的所述阻力元件提供第二液压阻力水平，所述第二水平小于所述第一水平；以及

具有接合位置和释放位置的机械开关，所述机械开关在所述接合位置可操作为允许通过所述第二弯曲液压回路的流动，从而允许在弯曲期间通过所述第二弯曲液压回路的流动，所述机械开关在所述释放位置基本上阻止所述第二弯曲液压回路，从而限制在弯曲期间向所述第一弯曲液压回路的流动，当所述液压阻力元件到达预定伸展位置时，所述机械开关移到所述接合位置，并且当从所述第二腔到所述第一腔的流动下降到预定阈值以下时，所述机械开关移回所述释放位置。

3.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，其中，所述膝关节完全是机械的，没有电子控制的阀或开关。

4.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，其中，所述液压阻力元件包括液压缸，所述液压缸具有缸体、活塞和活塞杆，所述缸体具有限定于其上的缸膛，所述活塞具有将所述第一流体腔与所述第二流体腔分开的活塞头，以及所述活塞杆连接到所述上大腿部，所述缸体连接到所述下小腿部。

5.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，其中，所述弯曲和伸展阻力水平是可调节的。

6.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，其中，所述上大腿部包括上骨子组件。

7.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，其中，所述液压阻力元件包括活塞，并且所述机械开关包括主体和柱塞，当所述液压阻力元件到达所述预定伸展位置时，所述柱塞接触所述活塞。

8.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，其中，所述预定伸展位置是过度伸展位置。

9.根据权利要求1或2所述的假肢膝关节，所述假肢膝关节还包括调节机构，所述调节机构用于调节接合所述机械开关所需的力的大小。

10.根据权利要求2所述的假肢膝关节，其中，单个止回阀是所述第一弯曲液压回路的所述止回阀，并且是所述第二弯曲液压回路的所述止回阀。

11.一种控制假肢膝关节的方法，包括：

提供一种假肢膝关节，所述假肢膝关节包括：

上大腿部；

下小腿部；

连接所述上部和所述下部的关节，所述关节允许所述小腿部在伸展位置和弯曲位置之间铰接，在所述伸展位置中，所述大腿部和所述小腿部大致沿腿部轴线对齐，在所述弯曲位置中，所述小腿部相对于所述大腿部向后倾斜，从所述伸展位置向所述弯曲位置的运动被限定为弯曲，从所述弯曲位置向所述伸展位置的运动被限定为伸展；以及

液压阻力元件，所述液压阻力元件可操作为选择性地向弯曲和伸展提供液压阻力；

当所述假肢膝关节处于站立模式且膝关节从使用者身体的前方移到所述使用者身体的后方时，向弯曲提供第一液压阻力水平；

当假肢膝关节到达所述站立模式的终末位置处的伸展位置时，将所述液压阻力以机械方式切换到第二水平，所述第二水平阻力小于所述第一水平阻力，所述第二水平阻力允许弯曲，使得所述使用者能够在至少部分弯曲的位置中以摆动模式向前摆动所述膝关节；

当所述膝关节停止弯曲运动时，将所述液压阻力水平以机械方式切换回所述第一水平。

12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述假肢膝关节包括权利要求1-10中任一项所述的所述假肢膝关节。

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