CN115243648A - 智能护带及其铰链组件 - Google Patents

Abstract

一种智能护带(100)，该智能护带被配置成佩戴在肢体上并覆盖关节，并且该智能护带包括收集与运动相关的数据的传感器。传感器可以被包含在智能护带(100)的铰链组件(200)中。铰链组件200)可以包括第一齿轮(232)和第一杆(202)以及第二齿轮(234)和第二杆(204)。第一齿轮(232)可以与第二齿轮(234)以啮合的方式接合，以使得一个齿轮的旋转致使另一齿轮的相应旋转。第一杆(202)和第二杆(204)的尺寸和形状被配置成在额状面中是柔性的并且在矢状面中是刚性的。第一杆(202)的端部和第二杆(204)的端部可以被接收在第一齿轮(232)和第二齿轮(234)的相应的凹部内。

Description

智能护带及其铰链组件

优先权申请

本申请要求于2020年1月22日提交的美国临时申请No.62/964,325的优先权，其通过引用并入本文。

背景技术

本申请涉及护带(brace)和用于护带的铰链组件。特别地，本申请涉及能够被配置成收集与佩戴智能护带的肢体和/或关节的运动相关的数据的智能护带和用于该智能护带的铰链组件。

矫形护带是通常在外部应用于肢体、关节或其他身体部分，以提供对肢体、关节或身体部分的支撑、加强、运动限制、或提供其它功能的医疗设备。

发明内容

现在将概述本公开的某些方面。根据下列详细描述、附图和所附权利要求，本公开的这些和其它方面将变得显而易见。本发明内容不应被解释为限制本公开。

在第一方面，一种智能护带，该智能护带包括柔性压缩外套，该柔性压缩外套被配置成佩戴在肢体上且覆盖关节，以及智能铰链，该智能铰链以可移除的方式连接到外套。智能铰链可以包括：第一杆，该第一杆连接到外套的在关节上方的上部，第一杆被配置成随着关节的弯曲或伸展而围绕第一轴线旋转；第二杆，该第二杆连接到外套的在关节下方的下部，第二杆被配置成随着关节的弯曲或伸展而围绕第二轴线旋转；以及至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成收集与关节的运动相关的数据。第一杆和第二杆在额状面中是柔性的，并且在矢状面中是刚性的。

智能护带可以以任何组合的方式包括下列特征中的一个或多个：(a)其中，第一杆和第二杆中的每一者包括在额状面中提供柔性的、小于或等于约1.0mm、小于或等于约0.75mm、或者小于或等于约0.5mm的厚度；以及在矢状面中提供刚性的、大于或等于约5.0mm、大于或等于约7.5mm、或者大于或等于约10mm的宽度；(b)其中，第一杆和第二杆中的每一者包括弹簧钢；(c)其中，第一杆的第一端部埋头在第一齿轮内，并且第二杆的第一端部埋头在第二齿轮内，第二齿轮与第一齿轮以啮合的方式接合，以使得第一杆围绕第一轴线的旋转致使第二杆围绕第二轴线的相应旋转；(d)其中，外套包括：上部接收部，该上部接收部以固定的方式附接到外套的上部，上部接收部包括槽，该槽以可移除的方式接收第一杆的第二端部，以将第一杆连接到上部；以及下部接收部，该下部接收部以固定的方式附接到外套的下部，下部接收部包括槽，该槽以可移除的方式接收第二杆的第二端部，以将第二杆连接到第二部分；(e)其中，第一杆包括在第一端部和第二端部之间包覆模制在第一杆上的第一插入件，第一插入件被配置成与上部接收部的槽接合，以及第二杆包括在第一端部与第二端部之间包覆模制在第二杆上的第二插入件，第二插入件被配置成与下部接收部的槽接合；(f)其中，智能铰链组件在外侧连接到外套，并且智能护带还包括虚设铰链组件，该虚设铰链组件在内侧连接到外套；(g)其中，虚设铰链组件包括：第一杆，该第一杆连接到外套的在关节上方的上部，该第一杆被配置成随着关节的弯曲或伸展而围绕第一轴线旋转，以及第二杆，该第二杆连接到外套的在关节下方的下部，该第二杆被配置成随着关节的弯曲或伸展而围绕第二轴线旋转，其中第一杆和第二杆在额状面中是柔性的，并且在矢状面中是刚性的；和/或(h)其中关节包括膝关节。

在另一方面，描述了一种用于智能护带的铰链组件，该铰链组件包括：第一齿轮连接式臂组件，该第一齿轮连接式臂组件包括第一齿轮和第一杆，第一杆的端部被接收在第一齿轮的凹部内；第二齿轮连接式臂组件，该第二齿轮连接式臂组件包括第二齿轮和第二杆，第二杆的端部被接收在第二齿轮的凹部内；以及铰接板，第一齿轮连接式臂组件连接到铰接板以围绕第一轴线旋转，并且第二齿轮连接式臂组件连接到铰接板以围绕第二轴线旋转，并且第一齿轮与第二齿轮以啮合的方式接合，以使得第一齿轮连接式臂组件的旋转致使第二齿轮连接式臂组件的相应旋转。第一杆和第二杆在额状面中是柔性的，并且在矢状面中是刚性的。

铰链组件可以以任何组合的方式包括下列特征中的一个或多个：(a)其中，第一杆和第二杆中的每一者包括：在额状面中提供柔性的、小于或等于约1.0mm的厚度，以及在矢状面中提供刚性的、大于或等于约5.0mm的宽度；(b)其中，第一杆和第二杆中的每一者包括：在额状面中提供柔性的、小于或等于约0.75mm的厚度，以及在矢状面中提供刚性的大于或等于约7.5mm的宽度；(c)其中，第一杆和第二杆中的每一者包括：在额状面中提供柔性的、小于或等于约0.5mm的厚度，以及在矢状面中提供刚性的、大于或等于约10mm的宽度；(d)其中，第一杆和第二杆中的每一者包括弹簧钢；(e)其中，第一齿轮和第二齿轮中的每一者的凹部包括与相应的第一杆和第二杆的端部的形状相对应的形状，以使得第一杆和第二杆中的每一者的所述端部被紧密地接收在相应的第一齿轮和第二齿轮的凹部内；(f)其中，第一齿轮和第二齿轮中的每一者的凹部被配置成使得相应的第一杆和第二杆埋头在相应的第一齿轮和第二齿轮的凹部内；(g)至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成收集与第一齿轮连接式臂组件和第二齿轮连接式臂组件中的至少一者的运动相关的数据；以及电源，该电源电连接到所述至少一个传感器；(h)其中，所述至少一个传感器包括电位计，第一杆或第二杆中的一者的所述端部包括键孔，并且与键孔接合的驱动键将电位计连接到第一杆或第二杆中的所述一者的所述端部，以使得第一杆或第二杆中的所述一者围绕相应的第一轴线或第二轴线的旋转调节电位计的输出；(i)其中，所述至少一个传感器和电源被定位在印刷电路板上，并且铰链组件还包括：垫圈，该垫圈至少部分地接收印刷电路板，以及盖，该盖覆盖垫圈和印刷电路板，其中垫圈和盖限定一防水凹部，印刷电路板被定位在该防水凹部中；和/或(j)其中，铰链板、垫圈、印刷电路板和盖被定位在第一齿轮连接式臂和第二齿轮连接式臂的第一侧，髁部被定位在第一齿轮连接式臂和第二齿轮连接式臂的第二侧，并且在包括铰链组件的智能护带的使用期间，第一侧被定位成远离佩戴者，并且第二侧被定位成朝向佩戴者。

附图说明

结合附图，根据以下描述和所附权利要求，本文描述的智能护带和铰链组件的特征和优点将变得更加显而易见。这些附图仅描述根据本公开的几个实施例，并且不被认为是对本公开范围的限制。在附图中，除非上下文另有说明，否则类似的附图标记或符号通常标识类似的部件。在一些情况下，附图可能未按比例绘制。

图1示出了包括智能铰链组件的实施例的智能护带的实施例的侧视图。

图2A是图1的智能铰链组件的第一侧的立体图。

图2B是智能铰链组件的第二侧的立体图。

图2C是智能铰链组件的第一分解立体图。

图2D是智能铰链组件的第二分解立体图。

图2E是穿过矢状面截取的智能铰链组件的剖视图。

图3A是用于诸如智能铰链组件或其他(非智能)铰链组件的铰链组件的包括齿轮和杆的齿轮连接式臂组件的实施例的第一立体图。

图3B是齿轮连接式臂组件的第二立体图。

图3C是示出杆的端部可以接收在齿轮的相应凹部内的齿轮连接式臂组件的详细示图。

图3D是齿轮连接式臂组件的杆的实施例的侧视图，其示出齿轮连接式臂组件的杆的示例性尺寸。

图3E是杆的俯视图，其示出杆的示例性尺寸。

图3F是齿轮连接式臂组件的齿轮的实施例的俯视图，其示出齿轮连接式臂组件的齿轮的示例性尺寸。

图3G是齿轮的侧视图，其示出了齿轮的示例性尺寸。

图4A是图1的智能铰链组件的侧视图，其示出了齿轮连接式臂组件的杆在额状面中是柔性的。

图4B是图1的智能铰链组件的俯视图，其示出了齿轮连接式臂组件的杆在矢状面中是刚性的。

图5A是另一铰链组件的实施例的立体图。

图5B是图5A的铰链组件的第一分解立体图。

图5C是图5A的铰链组件的第二分解立体图。

图5D是穿过矢状面截取的图5A的铰链组件的剖视图。

具体实施方式

下列讨论呈现了与图中所示相同的智能护带和铰链组件的若干实施例的详细描述。尽管下面公开了若干实施例、示例和说明，但是本领域普通技术人员将理解，本文描述的本发明扩展到具体公开的实施例、示例和说明之外，并且包括本发明的其他用途以及其显而易见的修改和等同方案。本文中所给出的说明中所使用的术语并不被旨在由于它仅仅被用于与本发明某些特定实施例的详细说明相结合而解释为任何限制或限定方式。另外，本发明的实施例可以包括若干新颖特征，并且没有单个特征单独地用于其期望的属性或者对于实践本文描述的发明是必不可少的。

本文公开的各种实施例涉及智能护带及其铰链组件。智能护带可以被配置成收集与佩戴护带的肢体和/或关节的运动相关的数据。例如，智能护带可以包括各种类型的传感器技术，根据该传感器技术可以测量或以其他方式确定与肢体和/或关节的运动相关的数据。在一些实施例中，传感器技术被结合到智能护带的铰链组件中。在这种情况下，铰链组件可以被认为是智能铰链组件。

在一些但不是所有实施例中，智能护带可以被配置成使得智能护带的主要功能或目的是收集与肢体和/或关节的运动相关的数据。也就是说，与主要目的旨在为关节提供附加结构强度或限制关节的运动的许多护带不同，在一些实施例中，本文描述的智能护带的主要目的主要针对数据收集。因此，本文所描述的许多智能护带被配置成提供优异的贴合性(fit)和舒适性，同时保持准确地收集与肢体和/或关节的运动相关的数据的能力。在一些实施例中，智能护带可以被配置成向佩戴它们的肢体和/或关节提供支撑和/或压缩感。

在一些实施例中，用于本文所描述的智能护带的铰链组件可以被配置成使得铰链组件的总厚度减小。这种铰链组件可以被认为具有低的轮廓(low profile)。在一些实施例中，这种低轮廓的铰链组件可以在保持其低的轮廓的同时，包括用于收集与肢体和/或关节的运动相关的数据的传感器技术。

在一些实施例中，本文所述的用于智能护带的铰链组件(无论是智能的还是其他方式的)可以被配置成：(1)提供优异的贴合性和舒适性，同时保持收集与肢体和/或关节的运动相关的准确数据的能力，和/或(2)通过包括下列特征中的一个或多个来保持低的轮廓：

杆，该杆在额状面中非常柔性以便提供合身性、舒适性和/

或低的轮廓，同时在矢状面中非常刚性以便提供与肢体和/或关节的运动相关的准确数据。这种杆可以是例如约0.5mm厚度(以在额状面中提供柔性)和约10mm宽度(以在矢状面中提供刚度)。这种杆可以由例如弹簧钢制成。如下面更详细描述的其他尺寸和材料也是可能的。

杆的端部可以被埋头在相应齿轮的凹部内。将杆的端部埋头在相应齿轮内可以使铰链的总厚度最小化，从而提供低的轮廓，和/或有利于杆与齿轮之间的刚性连接，从而有利于在矢状面中的总刚度。

本文描述的智能护带和铰链组件可以在各种情况下使用。在一个示例中，智能护带被用于医疗程序之后的恢复阶段期间。例如，在ACL恢复阶段期间，可能期望具有低的轮廓的铰链，这允许临床医生和患者在不繁重的低轮廓形式中收集与膝关节的运动相关的数据，从而量化恢复信息进展。在一些实施例中，智能护带被用于在不需要高度内侧-外侧支撑的应用中。

尽管贯穿本申请描述的主要示例涉及恢复型膝关节护带，但是本文描述的智能护带和铰链组件也可以用于或修改为用于其他类型的护带(诸如肘部护带等)以及用于其它情况下。

图1示出了包括智能铰链组件200的实施例的智能护带100的实施例的侧视图。智能铰链组件200可以包括至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成收集与佩戴智能护带100的关节和/或肢体的运动相关的数据。在下面描述的图2A至图4B中呈现了智能铰链组件200的详细示例性实施例。智能护带100的内视图可以看起来类似于图1中所示的侧视图，并且可以包括在智能护带100的内侧的另一铰链组件。智能护带100的内侧的铰链组件可以包括智能铰链组件，该智能铰链组件包括至少一个传感器，或者智能护带100的内侧的铰链组件可以包括不包括传感器的铰链组件(本文称为虚设铰链组件或非智能铰链组件)。在下面描述的图5A至图5D中提供了这种虚设铰链组件300的示例。

在所示的实施例中，智能护带100被配置成在用户的膝关节上使用。然而，虽然关于用户的膝关节描述了所示实施例，但是智能护带100可以被修改以在其它关节上使用，诸如肘部、脚踝等。智能护带100可以被配置成在用户的右膝或左膝上使用。在一些实施例中，智能护带100被配置成使得智能铰链组件200定位在用户膝关节的外侧，并且虚设铰链组件定位在用户膝关节的内侧。在一些实施例中，可以省略虚设铰链组件，并且智能铰链组件200可以定位在用户膝关节的外侧或内侧。

智能护带100可以被配置成恢复型护带。例如，在一些实施例中，智能护带100旨在损伤或医疗程序之后的恢复阶段期间使用。智能护带100可以收集与膝关节的运动相关的数据，该数据可以被评估以量化恢复情况。如上所述，在一些实施例中，智能护带100的主要目的是收集这样的数据。因此，在一些实施例中，智能护带100为膝关节提供有限的支撑或不提供支撑。智能护带100可以被配置成低轮廓的且舒适的，以使得其可以被佩戴而不限制膝关节的运动。在一些实施例中，智能护带100被配置成为膝关节提供压缩感或压缩支撑。在一些实施例中，智能护带100可以包括用于为膝关节提供显著支撑的结构部件或框架。

在所示实施例中，智能护带100包括外套102和智能铰链组件200。外套102被配置成佩戴在用户腿部上且覆盖膝关节。外套102还被配置成支撑和定位智能铰链组件200和虚设铰链组件(如果包括的话)。在所示实施例中，外套102包括套筒。套筒可以包括被配置成佩戴在腿部上且覆盖膝关节的连续环状材料。套筒可以包括柔性的弹性材料，以使得套筒提供紧密的或压缩的贴合。外套102的其他实施例也是可能的。例如，外套102可以包括缠绕物，该缠绕物被配置成围绕腿部且覆盖膝关节缠绕并且由一个或多个紧固件固定。缠绕物可以包括柔性材料，该柔性材料可以是弹性的或不是弹性的。紧固件可以包括一个或多个条带、系带、带扣或其他类型的紧固件。

如图1所示，外套102包括上部104、中部106和下部108。上部104被配置成在膝关节上方与用户的腿部的一部分接合。中部106被配置成围绕膝关节与用户的腿部接合。下部108被配置成在膝关节下方与用户的腿部接合。

继续参考图1所示的实施例，上部接收部110设置在上部104上，以及下部接收部112设置在下部108上。上部接收部110可以以固定的方式附接到上部104，以及下部接收部112可以以固定的方式附接到下部108。例如，在一些实施例中，上部接收部110被模制到(例如，注射模制到)上部104上，以及下部接收部112被模制到下部108上。上部接收部110和下部接收部112可以包括刚性或半刚性材料。在一些实施例中，上部接收部110和下部接收部112包括硅树脂，但是可以使用其他类似和合适的材料。

上部接收部110和下部接收部112可以被配置成允许智能铰链组件200连接到外套102。在一些实施例中，上部接收部110和下部接收部112可以被配置成允许智能组件铰链200以可移除的方式连接到外套102。将智能铰链组件200以可移除的方式连接到外套102可以允许从外套移除智能铰链组件200，以允许在没有智能铰链组件200的情况下使用外套102，从而允许在清洁外套102的洗涤期间和/或在必要时更换智能铰链组件200。在所示的实施例中，上部接收部110包括形成在其中的上部槽114，并且下部接收部112包括形成在其中的下部槽116。

上部槽114可以被配置成接收智能铰链组件200的第一杆或上部杆202。例如，上部杆202的一端部可以滑动到上部槽114中。上部杆202与上部槽114的接合可以将上部杆202与用户腿部的在膝关节上方的部分的运动相连接。类似地，下部槽116可以被配置成接收智能铰链组件200的第二杆或下部杆204。例如，下部杆204的一端部可以滑动到下部槽116中。下部杆204与下部槽116的接合可以将下部杆204与用户腿部的在膝关节下方的部分的运动相连接。以这种方式，用户膝关节的运动(例如，伸展或弯曲)致使上部杆202和下部杆204的相应运动。智能铰链组件200内的所述至少一个传感器可以被配置成收集与该运动相关的数据。

如图1所示并在下面更详细地描述的，在一些实施例中，插入件206可以设置在上部杆202上。在一些实施例中，插入件206包括弹性体或其它材料，该弹性体或其它材料在上部杆202进入上部槽114的区域中包覆模制到上部杆202上。插入件206可以配置成具有提供各种功能的尺寸和形状。例如，插入件206可被配置成将上部杆202定位在上部槽114内，并且提供在上部杆202和上部槽114之间的紧密贴合。插入件206还可以被配置成将上部杆与上部槽114之间的接触力分布在较大表面积上，以减少或防止上部杆202与上部槽114之间的磨损。插入件206还可以被配置成将上部杆202略微提升到外套102的织物上方，以防止上部杆202切割或刺穿外套102。类似的插入件208可以被设置下部杆204上，并且被配置成针对下部杆202和下部槽116提供类似的功能。

尽管未在图1中示出，但是类似的上部接收部和下部接收部可以设置在护带的内侧上，以用于与内侧铰链组件(如果存在的话)接合。

图2A-2E更详细地示出了智能铰链组件200的实施例。具体地，图2A和图2B是智能铰链组件200的第一立体图和第二立体图，图2C和图2D是智能铰链组件200的第一分解图和第二分解图，以及图2E是穿过矢状面截取的智能铰链组件200的剖视图。如在图2C和图2D的第一分解图和第二分解图中最佳看到的，在所示实施例中，智能铰链组件200包括盖210、印刷电路板(PCB)212、垫圈214、铰链板216、第一齿轮连接式臂组件或上部齿轮连接式臂组件218、第二齿轮连接式臂组件或下部齿轮连接式臂组件220，以及髁部222，它们中的每一个都在下面更详细地描述。

图2A示出了智能铰链组件200的第一立体图，其示出智能铰链组件200的外侧。在使用期间，智能铰链组件200的外侧被配置成背离用户的身体。如图2A所示，上部杆202和下部杆204从盖210的下方向外延伸。如下面将更详细描述的，盖210被配置成覆盖和包围智能铰链组件200的各种内部部件。在盖210内，第一杆202和第二杆204的端部以枢转的方式连接到智能铰链组件200，以使得第一杆202和第二杆204可以分别围绕第一轴线238和第二轴线240而相对于盖210旋转。第一轴线238和第二轴线240在图2B至图2D中示出。

图2B是智能铰链组件200的第二立体图，其示出智能铰链组件200的内侧。在使用期间，智能铰链组件200的内侧被配置成面向用户的身体。在一些实施例中，智能铰链组件200的内侧接触外套102或用户的身体。如图2B所示，在内侧，智能铰链组件200包括髁板或结构222(本文称为髁部222)。髁部222可以配置成尺寸和形状大致对应于用户身体的与智能铰链组件200的内侧接触的部分。例如，当智能铰链组件200被配置成在用户膝关节的内侧使用时，髁部222可以被配置成具有大致与用户膝关节的内侧的形状相对应的形状(例如，髁部222可以被弯曲以遵循用户膝关节的内侧的外表面的轮廓)。

在一些实施例中，髁垫236安装在髁部222的接触用户身体或外套102的表面上。髁垫222可以包括泡沫或其他缓冲层，其被配置成改善智能铰链组件200和智能护带100的舒适性。在智能铰链组件200被配置成使得髁部222压在外套102上的一些实施例中，髁垫236可以包括被配置成将髁部222附接到外套102的紧固件。例如，髁垫236可以包括钩状或环状紧固件的层，该钩状或环状紧固件的层被配置成与定位在外套102上且附接到外套102上的相应的钩状或环状紧固件的层可释放地接合。

图2B还示出了上部杆202和下部杆204在髁部222和盖210之间的位置处从智能铰链组件200向外延伸。图2B还示出了第一轴线238和第二轴线240的示例性位置，第一杆202和第二杆204被配置成分别围绕该第一轴线238和第二轴线240枢转或旋转。

现在参考图2C和图2D的分解立体图，现在将描述智能铰链组件200的附加部件和结构，该附加部件和结构包括内部部件和结构。图2C是从智能铰链组件200的外侧观看的分解立体图，以及图2D是从智能铰链组件200的内侧观看的分解立体图。具体地，图2C和图3D示出了智能铰链组件200的盖210、印刷电路板(PCB)212、垫圈214、铰接板216、第一齿轮连接式臂组件或上部齿轮连接式臂组件218、第二齿轮连接式臂组件或下部齿轮连接式臂组件220，以及髁部222。

如前所述，智能铰链组件200包括一个或多个传感器，所述一个或多个传感器被配置成收集与佩戴包括智能铰链组件200的智能护带100的肢体或关节的运动相关的数据。如图2C和图2D所示，在所示实施例中，所述一个或多个传感器与电源228和其他电子部件一起包括在PCB 212上。在所示实施例中，所述一个或多个传感器包括安装在PCB 212上的电位计226。电位计226包括可以被致动来调节电位计226的输出(例如，输出电压)的可旋转部件。如下面将更详细描述的，电位计226的可旋转部件通过驱动键230而以旋转的方式连接到第一杆202或第二杆204中的一者。在所示实施例中，驱动键230将电位计226的可旋转部件连接到第二杆204。因此，当第二杆204旋转(由膝关节的弯曲或伸展造成)时，旋转通过驱动键230而传递到电位计226的可旋转部件，从而调节电位计226的输出。然后，可以使用电位计226的输出来确定与膝关节的运动相关的信息。

除了电位计226之外或代替电位计226，PCB 212上可以包括一个或多个附加传感器。例如，在一些实施例中，PCB 212还包括加速度计、陀螺仪或磁力计中的一个或多个。例如，在一些实施例中，PCB212包括芯片，该芯片包括三轴加速度计、陀螺仪和磁力计。

如图2C所示，PCB 212可以包括安装在其上的电源228。在一些实施例中，例如，如图所示，电源228以可移除的方式安装在PCB212上。在所示实施例中，电源228包括以可移除的方式安装在PCB212上的纽扣电池。在其他实施例中，电源228可以以固定的方式安装在PCB 212上。在这样的实施例中，电源228优选是可再充电的。电源228与所述一个或多个传感器电连接以向所述一个或多个传感器提供电力。电源228也可以与PCB 212上的其他电子部件电连接，诸如处理器(例如，微处理器)、数据存储模块和/或通信模块。数据存储模块可以被配置成存储例如用于控制智能铰链组件200的电子部件的操作的固件，和/或从所述一个或多个传感器收集的数据。通信模块可以被配置成与外部装置通信，以例如将由所述一个或多个传感器收集的数据或从其导出的信息发送到外部装置。在一些实施例中，通信模块包括蓝牙模块，但是也可以使用其他通信模块。

图2C和图2D(以及图2E的剖视图)示出了PCB 212可以定位在盖210和垫圈214之间。盖210和垫圈214可以一起被配置成形成用于接收PCB 212的凹部或空间。在一些实施例中，盖210和垫圈214形成基本上耐水或防水的外壳(enclosure)，该外壳被配置成保护PCB212。如图2C中最佳所示，垫圈214可以包括部分地或完全地侧向围绕PCB 212的外壁246。如图2D中最佳所示，盖210可以包括内罩224，该内罩224从盖210的内表面向下延伸以部分地或完全地侧向围绕PCB 212。垫圈214的外壁246和盖210的内罩224可以协作以形成接收PCB212的凹部或开口。

如图2C和图2D所示，第一杆202可以形成第一齿轮连接式臂组件或上部齿轮连接式臂组件218的一部分，以及第二杆204可以形成第二齿轮连接式臂组件或下部齿轮连接式臂组件220的一部分。图3A至图3G中示出了通用齿轮连接式臂组件(使用与第一齿轮连接式臂组件218相关联的附图标记来指代)的示例，下面更详细地描述图3A至图3G。然而，参考图2C至2D，现在将描述第一齿轮连接式臂组件218和第二齿轮连接式臂组件220的一些特征。

如所示出的，第一齿轮连接式臂组件218包括第一齿轮232、第一杆202和插入件206。第一齿轮232可以包括包含多个齿轮齿的部分。如图2D所示，第一杆202的端部可以连接到第一齿轮232。特别地，并且如下面将更详细描述的，第一杆202的接合第一齿轮232的端部可以是定位在形成于第一齿轮232中的相应凹部内的埋头件(countersunk)或其它形式。这可以减小组件的总厚度并且将第一杆202机械地连接到第一齿轮232，以使得两者一起旋转。类似地，第二齿轮连接式臂组件220包括第二齿轮234、第二杆204和插入件208。第二齿轮234可以包括包含多个齿轮齿的部分。如图2D所示，第二杆204的端部可以连接到第二齿轮234。特别地，并且如下面将更详细描述的，第二杆204的接合第二齿轮234的端部可以是定位在形成于第二齿轮324中的相应凹部内的埋头件或其他形式。这可以减小组件的总厚度并且将第二杆204机械地连接到第二齿轮234，以使得两者一起旋转。

第一齿轮232的齿轮齿可以与第二齿轮234的齿轮齿以啮合的方式接合。这种布置可以将第一齿轮232和第一杆202的旋转运动约束成第二齿轮234和第二杆204的旋转运动。也就是说，第一齿轮232和第一杆202以及第二齿轮234和第二杆204中的一者的旋转致使另一者的相应旋转。在所示实施例中，第一齿轮232和第一杆202围绕第一轴线238旋转，并且第二齿轮和第二杆204围绕第二轴线240旋转。第一轴线238和第二轴线240可以是平行的。

如图2C所示，在所示实施例中，第二齿轮234包括键孔235。键孔235可被配置成与驱动键230接合，以将驱动键230以旋转的方式连接到第二齿轮234和第二杆204。以这种方式，第二杆204的旋转运动被传递给电位计226并且用于调节电位计226的输出，从而提供可以根据其确定关于膝关节的运动的信息的数据。

第一齿轮232和第一杆202的插入端以及第二齿轮232和第二杆204的插入端可以定位在铰接板216和髁部222之间。例如，第一齿轮232和第一杆202的插入端以及第二齿轮232和第二杆204的插入端可以定位在铰接板216和髁部222之间。铰接板216(并且在一些实施例中还有髁部222)可以具有足够刚性来支撑和定向智能铰接组件200的附接到其上的部件。各种部件的附接在图2E的剖视图中被最佳示出。

在图2E的剖视图中，可以看到PCB 212，PCB 212包括位于盖210和垫圈214之间的电位计226和电源228。紧固件241(诸如螺栓)延伸穿过盖210和垫圈214以与铰链板216接合，从而将这些部件固定到铰链板216。还可以看到位于铰接板216和髁部222之间的第一齿轮232(第一杆202的一端部嵌套在其中)和第二齿轮234(第二杆204的一端部嵌套在其中)。在所示实施例中，铆钉244延伸穿过铰接板216、第一齿轮232、第一杆202的嵌套端部以及髁部222，以连接这些部件。然而，铆钉244不会妨碍第一齿轮232和第一杆202的旋转。驱动键230和紧固件242(诸如螺栓)延伸穿过铰接板216、第二齿轮234、第一杆204的嵌套端部以及髁部222，以连接这些部件。如所示出的，在所示实施例中，紧固件242被接收在驱动键230的螺纹端部内。

智能铰链组件200可以被配置成提供优异的贴合性和舒适性，同时保持收集与肢体和/或关节的运动相关的准确数据的能力，和/或保持低的轮廓。在一些实施例中，这些目的中的一个或两个通过与第一齿轮连接式臂组件218和第二齿轮连接式臂组件220相关的特征来实现或促进。特别地，第一杆202和第二杆204可以被配置成使得它们在额状面中非常柔性，以便提供合身性、舒适性和/或低的轮廓，同时在矢状面中非常刚性，以便提供与肢体和/或关节的运动相关的准确数据。另外，在一些实施例中，第一杆202和第二杆204的端部可以被埋头在相应的第一齿轮232和第二齿轮234的凹部内。将第一杆202和第二杆204的端部埋头在相应的第一齿轮232和第二齿轮234内可以使智能铰链组件200的总厚度最小化，从而提供低的轮廓，和/或有利于杆202、204与齿轮232、234之间的刚性连接，从而有利于在矢状面中的总刚度。

将参考图3A至图3G更详细地描述这些特征的示例，图3A至图3G示出了可以代表第一齿轮连接式臂组件218或第二齿轮连接式臂组件220的通用齿轮连接式臂组件。在图3A至图3G中，使用了与第一齿轮连接式臂组件218相关联的附图标记，应当理解，该描述同样适用于第二齿轮连接式臂组件220的相应部件。

图3A是包括齿轮232和杆202的齿轮连接式臂组件218的实施例的第一立体图。齿轮连接式臂组件218可以用在上述的智能铰链组件200中，或者用在其他铰链组件中，诸如下面参考图5A至图5D描述的虚设铰链组件300。图3B是示出了齿轮连接式臂组件218的相反侧的齿轮连接式臂组件218的第二立体图。

如图3A和图3B所示，杆202可以在第一端部和第二端部之间延伸。第一端部可以连接到齿轮232。在所示实施例中，第一端部嵌套在齿轮232的凹部内，以使得杆202的后表面和齿轮232齐平(参见图3B)。杆202的第二端部是自由的并且被配置成插入到上部接收部110的槽114中(参见图1)，如上所述。在第一端部和第二端部之间，插入件206定位在杆202上。插入件被定位成使得插入件在杆202进入槽114的点处环绕杆202。如前所述，插入件206可以包括包覆模制到杆202上的弹性体或其他材料，该弹性体或其他材料被配置成具有将杆202定位在槽114内并提供在它们之间的紧密贴合的尺寸和形状。插入件206还可以被配置成将杆与槽114之间的接触力分布在较大表面积上，以减少或防止杆202与槽114之间的磨损。插入件206还可以被配置成将杆202略微提升到外套102的织物上方，以防止杆202切割或刺穿外套102。在一些实施例中，插入件206被配置成完全延伸到杆202的第二端部。

齿轮232和嵌套在其中的杆202的第一端部可以被配置成具有开口235，该开口延伸穿过齿轮232和杆202的第一端部。开口235可以被配置成允许齿轮232和杆202的第一端部连接到智能铰链组件200的其余部分，如上面参考图2E所述的。在一些实施例中，例如，如图所示，开口235包括键孔，该键孔具有与驱动键230接合的轮廓，以在齿轮232和杆202与电位计226之间传递旋转运动。

齿轮232包括包含齿轮齿237的部分。齿轮齿237被配置成与相对齿轮上的相应齿啮合，以一起约束两者的旋转运动。

图3C是齿轮连接式臂组件218的详细视图，其示出了杆202的第一端部可以接收在齿轮232的相应凹部内。如该视图所示，齿轮232可以比杆202厚。凹部可以形成在齿轮中，凹部具有与杆202的第一端部相同的尺寸和形状。凹部可以具有与杆202的厚度相同的深度。当杆202的第一端部定位在凹部内时，齿轮232和杆202的表面可以齐平，从而有利于铰链组件的整体上低的轮廓。此外，齿轮232的凹部和杆202的第一端部的对应形状可以使杆202的第一端部被紧密地接收在凹部内，以使得两者之间的任何游隙被消除或几乎消除。这可以确保杆202的旋转被直接且准确地传递成齿轮232的旋转，从而有助于确保由电位计226收集的数据是高度准确的。如图3c所示，在一些实施例中，销239可以被插入穿过杆和齿轮232以进一步连接两者。

如上所述，杆202可以被配置成在额状面中非常柔性，以便提供合身性、舒适性和/或低的轮廓，同时在矢状面中非常刚性，以便提供与肢体和/或关节的运动相关的准确数据。这可以通过杆202的尺寸以及制备杆202的材料来实现。图3D和图3E示出了杆202的示例性尺寸。如图3D所示，杆202可以包括厚度T1。通常，厚度被选择成使得杆202在额状面中非常柔性，以便允许杆202贴合用户腿部的形状。在一些实施例中，厚度T1可以是大约、等于或小于1mm、0.9mm、0.8mm、0.75mm、0.7mm、0.6mm、0.5mm、0.4mm、0.3mm、0.25mm或更薄。如图3E所示，杆202可以包括宽度W1。通常，宽度W1被选择成使得杆202在矢状面中非常刚性，以使得杆202在矢状面中的任何运动都是由于杆202的旋转，而不是杆202在矢状面中的弯曲。杆202的宽度W1可以是大约、等于或大于2.5mm、3mm、4mm、5mm、6mm、7.5mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、14mm、15mm或更大。通常，厚度T1应被选择成比宽度W1小得多，以使得杆202在额状面中是柔性的并且在矢状面中是刚性的。例如，在一些实施例中，宽度W1至少比厚度T1大5倍、10倍、15倍、20倍(5x、10x、15x、20x)。

图3E还示出了杆202的示例性长度尺寸L1。杆202应当足够长，以便从膝关节上方的区域延伸到膝关节上方或下方的区域，以便将膝关节上方或下方的区域连接到铰链。例如，长度L1可以是至少、大约或大于80mm、90mm、100mm、110mm、120mm、130mm、140mm、150mm或更大。

在一个示例中，杆202具有约0.5mm的厚度T1、约10mm的宽度W1和约120mm的长度L1。

杆202可以包括弹簧钢或其他合适或类似的材料。结合所描述的尺寸来使用弹簧钢或其他合适或类似材料提供了在额状面的柔性和在矢状面的刚性。

图3F和图3G示出了齿轮232的示例性尺寸，该示例性尺寸包括齿轮232的凹部的尺寸。如上所述，凹部的尺寸通常被选择成与杆202的端部的尺寸非常接近地对应或匹配。如图3F所示，齿轮232可以包括外径D1、内径D2(与凹部的形状相关)和开口直径D3。在一些实施例中，外径D1为约18mm、约20mm、约21mm、约21.5mm、约22mm或约24mm，但是其他尺寸也是可能的。限定凹部的一部分的内径D2可以是例如约8mm、约10mm、约12mm、约14mm，但是其他尺寸也是可能的。在一些实施例中，内径D2大于杆的宽度W1。如图所示的宽度尺寸W2也限定了凹部的一部分。宽度尺寸W2可以被选择成对应于杆202的宽度W1。内径D3可以是例如约5mm、约6mm、约6.5mm、约7mm或约8mm，但是其他尺寸也是可能的。

图3F示出了齿轮232可以包括厚度T2和凹部深度R1。在一些实施例中，厚度T2是至少、大约、精确的或至多1mm、2mm、3mm或4mm，但是其它厚度也是可能的。通常，厚度T2大于杆202的厚度T1。凹部深度R1可以被选择成对应于杆202的厚度T1，以使得当杆202嵌套在凹部内时，杆202和齿轮232的外表面齐平。

图4A和图4B分别是铰链组件200的侧视图和俯视图，并且用于示出杆202、204如何在额状面中是柔性的而在矢状面中是刚性的。特别地，杆202、204使得它们在额状面内是高度柔性的。如图4A所示，由于杆202、204在所示的箭头方向上的厚度，所以杆202、204可以容易地在该方向上向后和向前弯曲。这种柔性允许杆202、204舒适地贴合到腿部的侧面。相比之下，杆202、204在矢状面中是刚性的。如图4B所示，由于杆202在箭头所示的方向上的宽度，所以杆202会抵抗在该方向上弯曲。相反，杆202、204在图4B的箭头方向上的运动是由于膝关节的弯曲或伸展而导致杆202、204的旋转所引起。这提高了智能铰链组件200捕获关于膝关节运动的准确数据的能力。

图5A至图5D涉及铰链组件300的另一实施例。在许多方面，铰链组件300类似于铰链组件200。特别地，铰链组件300可以类似地配置成在额状面中是柔性的并且在矢状面中是刚性的并且具有总体低的轮廓。与铰链组件300相比，铰链组件200不包括任何传感器或电子部件。因此，铰链组件300可以被认为是虚设铰链或非智能铰链。由于不包括传感器和电子部件，铰链组件300甚至可以比智能铰链组件200更薄。

图5A是立体图，图5B是第一分解立体图，图5C是第二分解立体图，以及图5D是穿过矢状面截取的铰链组件300的剖视图。如这些图所示，铰链组件300包括盖310、铰链板316、第一齿轮连接式臂组件318和第二齿轮连接式臂组件320、以及髁部322。与智能铰链组件200相比，在铰链组件300中省略了PCB 212、电子部件和垫圈214，从而允许铰链组件300比铰链组件200更薄。其余部件大致类似于智能铰链组件200中的相应部件，并且因此在理解前面的描述适用的情况下在此处不进行描述。

尽管已经在某些实施例和示例的上下文中公开了本发明，但是本领域技术人员将理解，本发明延伸超出了具体公开的实施例到本发明的其他替代实施例和/或用途及其显而易见的修改和等同方案。另外，虽然已经详细示出和描述了本发明的实施例的若干变型，但是基于本公开，在本发明的范围内的其他修改将对于本领域技术人员是显而易见的。还预期的是，可以进行实施例的特定特征以及方面的各种组合或子组合，并且该组合或子组合仍落入本发明的范围内。应理解，所公开实施方式的各种特征以及方面可彼此组合或彼此取代以便形成所公开发明的变化模式。本文公开的任何方法不必以所记载的顺序执行。因此，意图是本文公开的本发明的范围不应受上述特定实施例的限制。

除非另有明确说明或在所使用的上下文中以其他方式理解，否则诸如“可以”、“能够”、“可能”或“可”等条件语言通常旨在传达某些实施例包括而其他实施例不包括某些特征、元件和/或步骤。因此，这种条件语言通常不旨在暗示一个或多个实施例以任何方式需要特征、元件和/或步骤，或者一个或多个实施例必须包括用于在有或没有用户输入或提示的情况下决定这些特征、元件和/或步骤是否包括在任何特定实施例中的或将在任何特定实施例中执行的逻辑。本文使用的标题仅是为了方便读者，并不意味着限制本发明或权利要求的范围。

此外，虽然本文所述的方法和装置可具有各种修改形式和替代形式，但是附图中示出的并在本文详细描述的是其具体示例。然而，应当理解，本发明不限于所公开的特定形式或方法，而是相反，本发明将覆盖落入所描述的各种实施方式和所附权利要求的精神和范围内的所有修改、等同方案和替代方案。此外，本文结合实施方式或实施例的任何特定特征、方面、方法、性质、特性、质量、属性、元素等的公开可以用于本文阐述的所有其他实施方式或实施例中。本文公开的任何方法不必须以所记载的顺序执行。在本文中公开的方法可以包括由实践者所采用的特定动作；然而，方法还可以包括任何这些动作的第三方指令(明示地或暗示地)。在本文中公开的范围还包括任何或所有重叠范围、子范围以及它们的组合。诸如“多达”、“至少”、“大于”、“小于”、“之间”等语言包括所列举的数字。诸如“约”或“大约”的术语前面的数字包括所列举的数字，并且应该基于具体情况来解释(例如，在所述情况下尽可能合理地准确，例如±5％、±10％、±15％等)。例如，“约3.5mm”包括“3.5mm”。以诸如“基本上”的术语开头的短语包括所引用的短语，应该基于具体情况进行解释(例如，在所述具体情况下尽可能合理地解释)。例如，“基本恒定”包括“恒定”。除非另有说明，否则所有测量都在包括温度和压力的标准条件下进行。

如本文所使用，涉及项的列表中的“至少一个”的短语指代这些项的任何组合，包括单个成员。作为示例，“A、B或C中的至少一个”旨在涵盖：A、B、C、A和B、A和C、B和C以及A、B和C。除非另有明确说明，否则诸如短语“X、Y和Z中的至少一个”连词用语在上下文中应被另外理解为通常用于传达，项、术语等可以是X、Y和Z中的至少一个。因此，这种连词用语通常不是旨在表示某些实施例需要至少一个X、至少一个Y和至少一个Z中的每个都存在。

Claims (20)

1.一种智能护带，包括：

柔性压缩外套，所述柔性压缩外套被配置成佩戴在肢体上并覆盖关节；以及

智能铰链，所述智能铰链以可移除的方式连接到所述柔性压缩外套，所述智能铰链包括：

第一杆，所述第一杆连接到所述柔性压缩外套的在所述关节上方的上部，所述第一杆被配置成随着所述关节的弯曲或伸展而围绕第一轴线旋转；

第二杆，所述第二杆连接到所述柔性压缩外套的在所述关节下方的下部，所述第二杆被配置成随着所述关节的弯曲或伸展而围绕第二轴线旋转；以及

至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成收集与所述关节的运动相关的数据；

其中，所述第一杆和所述第二杆在额状面中是柔性的，并且在矢状面中是刚性的。

2.根据权利要求1所述的智能护带，其中，所述第一杆和所述第二杆中的每一者包括：

在所述额状面中提供柔性的、小于或等于约1.0mm、小于或等于约0.75mm、或者小于或等于约0.5mm的厚度；以及

在所述矢状面中提供刚性的、大于或等于约5.0mm、大于或等于约7.5mm、或者大于或等于约10mm的宽度。

3.根据权利要求2所述的智能护带，其中，所述第一杆和所述第二杆中的每一者包括弹簧钢。

4.根据权利要求3所述的智能护带，其中：

所述第一杆的第一端部埋头在第一齿轮内；并且

所述第二杆的第一端部埋头在第二齿轮内，所述第二齿轮与所述第一齿轮以啮合的方式接合，以使得所述第一杆围绕所述第一轴线的旋转致使所述第二杆围绕所述第二轴线的相应旋转。

5.根据权利要求4所述的智能护带，其中，所述外套包括：

上部接收部，所述上部接收部以固定的方式附接到所述柔性压缩外套的所述上部，所述上部接收部包括槽，所述上部接收部的所述槽以可移除的方式接收所述第一杆的第二端部，以将所述第一杆连接到所述上部；以及

下部接收部，所述下部接收部以固定的方式附接到所述柔性压缩外套的下部，所述下部接收部包括槽，所述下部接收部的所述槽以可移除的方式接收所述第二杆的第二端部，以将所述第二杆连接到第二部分。

6.根据权利要求5所述的智能护带，其中：

所述第一杆包括在所述第一端部和所述第二端部之间包覆模制在所述第一杆上的第一插入件，所述第一插入件被配置成与所述上部接收部的所述槽接合；以及

所述第二杆包括在所述第一端部和所述第二端部之间包覆模制在所述第二杆上的第二插入件，所述第二插入件被配置成与所述下部接收部的所述槽接合。

7.根据权利要求1所述的智能护带，其中，所述智能铰链组件在外侧连接到所述柔性压缩外套，并且所述智能护带还包括虚设铰链组件，所述虚设铰链组件在内侧连接到所述柔性压缩外套。

8.根据权利要求2所述的智能护带，其中，所述虚设铰链组件包括：

第一杆，该第一杆连接到所述柔性压缩外套的在所述关节上方的上部，该第一杆被配置成随着所述关节的弯曲或伸展而围绕第一轴线旋转；以及

第二杆，该第二杆连接到所述柔性压缩外套的在所述关节下方的下部，该第二杆被配置成随着所述关节的弯曲或伸展而围绕第二轴线旋转；

其中，该第一杆和该第二杆在额状面中是柔性的，并且在矢状面中是刚性的。

9.根据权利要求1所述的智能护带，其中，所述关节包括膝关节。

10.一种用于智能护带的铰链组件，所述铰链组件包括：

第一齿轮连接式臂组件，所述第一齿轮连接式臂组件包括第一齿轮和第一杆，所述第一杆的端部被接收在所述第一齿轮的凹部内；

第二齿轮连接式臂组件，所述第二齿轮连接式臂组件包括第二齿轮和第二杆，所述第二杆的端部被接收在所述第二齿轮的凹部内；以及

铰接板，所述第一齿轮连接式臂组件连接到所述铰接板以围绕第一轴线旋转，并且所述第二齿轮连接式臂组件连接到所述铰接板以围绕第二轴线旋转，并且所述第一齿轮与所述第二齿轮以啮合的方式接合，以使得所述第一齿轮连接式臂组件的旋转致使所述第二齿轮连接式臂组件的相应旋转，

其中，所述第一杆和所述第二杆在额状面中是柔性的，并且在矢状面中是刚性的。

11.根据权利要求10所述的铰链组件，其中，所述第一杆和所述第二杆中的每一者包括：

在所述额状面中提供柔性的、小于或等于约1.0mm的厚度；以及

在所述矢状面中提供刚性的、大于或等于约5.0mm的宽度。

12.根据权利要求10所述的铰链组件，其中，所述第一杆和所述第二杆中的每一者包括：

在所述额状面中提供柔性的、小于或等于约0.75mm的厚度；以及

在所述矢状面中提供刚性的、大于或等于约7.5mm的宽度。

13.根据权利要求10所述的铰链组件，其中，所述第一杆和所述第二杆中的每一者包括：

在所述额状面中提供柔性的、小于或等于约0.5mm的厚度；以及

在所述矢状面中提供刚性的、大于或等于约10mm的宽度。

14.根据权利要求10所述的铰链组件，其中，所述第一杆和所述第二杆中的每一者包括弹簧钢。

15.根据权利要求10所述的铰链组件，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮中的每一者的凹部包括与相应的所述第一杆和所述第二杆的所述端部的形状相对应的形状，以使得所述第一杆和所述第二杆中的每一者的所述端部被紧密地接收在相应的所述第一齿轮和所述第二齿轮的所述凹部内。

16.根据权利要求15所述的铰链组件，其中，所述第一齿轮和所述第二齿轮中的每一者的所述凹部被配置成使得相应的所述第一杆和所述第二杆埋头在相应的所述第一齿轮和所述第二齿轮的所述凹部内。

17.根据权利要求10所述的铰链组件，所述铰链组件还包括：

至少一个传感器，所述至少一个传感器被配置成收集与所述第一齿轮连接式臂组件和所述第二齿轮连接式臂组件中的至少一者的运动相关的数据；以及

电源，所述电源电连接到所述至少一个传感器。

18.根据权利要求17所述的铰链组件，其中：

所述至少一个传感器包括电位计；

所述第一杆或所述第二杆中的一者的所述端部包括键孔；并且

与所述键孔接合的驱动键将所述电位计连接到所述第一杆或所述第二杆中的所述一者的所述端部，以使得所述第一杆或所述第二杆中的所述一者围绕相应的所述第一轴线或所述第二轴线的旋转调节所述电位计的输出。

19.根据权利要求17所述的铰链组件，其中，所述至少一个传感器和所述电源被定位在印刷电路板上，并且所述铰链组件还包括：

垫圈，所述垫圈至少部分地接收所述印刷电路板；以及

盖，所述盖覆盖所述垫圈和所述印刷电路板，其中，所述垫圈和所述盖限定一防水凹部，所述印刷电路板被定位在所述防水凹部中。

20.根据权利要求19所述的铰链组件，其中：

所述铰链板、所述垫圈、所述印刷电路板以及所述盖被定位在所述第一齿轮连接式臂和所述第二齿轮连接式臂的第一侧；

髁部被定位在所述第一齿轮连接式臂和所述第二齿轮连接式臂的第二侧；并且

在包括所述铰链组件的智能护带的使用期间，所述第一侧被定位成远离佩戴者，并且所述第二侧被定位成朝向所述佩戴者。

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