CN1575784A

CN1575784A - 膝关节的阻力改变的假肢腿

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Publication number: CN1575784A
Application number: CNA2004100712341A
Authority: CN
Inventors: 引地雄一
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2005-02-09
Also published as: US20050015156A1; DE102004034579A1; JP2005034455A; JP3865068B2; US6902585B2

Abstract

一种假肢腿，能够在任意弯曲角度下对膝盖的弯曲阻力进行控制而以随意控制方式使膝关节固定或解除锁定，其由以下部分构成：容纳大腿截肢端部的大腿构架部、带脚部的小腿构架部、为了形成膝关节而使大腿构架部和小腿构架部相互联接的铰链、为了产生该膝关节的弯曲阻力而使大腿构架部和小腿构架部相互联接的封闭式液压系统、改变由该封闭式液压系统产生的阻力的机构、以及、将该大腿截肢端部的AP动作转变为由该封闭式液压系统产生的不同程度的阻力的机构。在最佳实施例中，大腿截肢端部的AP动作通过连杆、滑动或者螺旋向流量控制阀传递。流量控制阀，可改变由封闭式液压系统产生的阻力的大小，以此对膝盖的阻力的大小进行控制。

Description

膝关节的阻力改变的假肢腿

技术领域

本发明涉及假肢腿的膝关节(连接器)。更具体地说，本发明就使用者可在任意弯曲角度下对膝关节的阻力进行控制的假肢腿的液压控制式膝关节进行说明。

背景技术

一般被称作假肢腿的带有膝关节的假肢已经周知，并为人们所了解。这类的各种假肢在过去的文献中已有记载，多种多样的形式和种类的假肢已商品化。

对于假肢腿使用者来说，站立时防止膝盖打弯对于避免摔倒是非常重要的。从这点出发，针对防止膝盖打弯，以负载制动式膝关节为首可进行各种各样站立姿态的控制的膝关节已实用化，但是，在旨在防止膝盖打弯而使用的现有膝关节之中，还没有一种能够在任意弯曲角度下对膝盖的活动进行控制的膝盖。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种能够在任意弯曲角度下防止使用者的膝盖打弯的假肢腿。

现有的假肢腿受到的另一个限制是，使用者无法以交替迈步方式上、下楼梯或坡道。一种具有在下楼梯或坡道时易于做到交替迈步的机构的假肢腿业已存在。但是，当使用者将身体重心移到假肢一侧的同时弯曲膝盖时，膝盖的弯曲阻力增大、膝盖的弯曲减慢。虽然适合于下楼梯或坡道，但是要上去则无法做到交替迈步。提供一种可通过近乎于自然的交替迈步上、下楼梯或坡道的假肢腿，是本发明的另一个目的。

此外，还有一种假肢腿，具有安装有对膝关节的阻力进行控制的液压或气压系统、并安装有能够对大腿截肢端部的肌肉的收缩进行检测的传感器的膝关节。而这种假肢腿，需要有容纳大腿截肢端部的特殊的筒套，因而导致系统变得复杂、成本增加。本发明的又一个目的在于，提供一种，不需要电子控制因而设计得以简化、可低成本制造与使用、能够在任意的膝关节角度下对膝关节的阻力进行控制的假肢腿。

以上提到的问题以及其它问题，可通过本发明的这样一种假肢腿得到解决，即，由膝关节、为了在任意弯曲角度下对膝关节的阻力进行控制而联接在膝关节的上下的封闭式液压系统、改变由液压系统在膝关节上产生的阻力的大小的机构、以及、为了改变膝盖弯曲的阻力而将大腿截肢端部的前后(AP)(anterior-posterior)动作传递给液压系统的机构构成。

这种新型假肢腿的使用者，通过使大腿截肢端部向前动作便可减小膝关节的弯曲阻力，直到膝关节可自由转动。反之，通过使大腿截肢端部向后动作便可增大膝关节的弯曲阻力，直到膝关节最终锁定。因此，可以不使用电子传感器而且不安装容纳大腿截肢端部的特殊的筒套而以机械方式对膝关节的阻力进行控制。

大腿截肢端部的前后(AP)方向的动作，传递到对驱使内插有活塞的液压缸往复动作的工作油的流量进行控制的液压阀上。由该内插有活塞的液压缸决定施加一定的力时膝关节的曲伸速度。使膝关节的弯曲阻力增大或减小的功能不会受到膝关节的角度的影响，因此，能够以任意角度弯曲。膝关节在锁定之前一直保持较大阻力从而能够防止假肢腿的膝盖打弯。

本发明的膝关节，无论膝关节处于何种弯曲周期和角度，无论在何种步行周期下，均能够增大膝盖的阻力、将膝关节锁定，因此，使用者不必担心膝盖打弯和摔倒。靠大腿截肢端部的股关节的伸展肌肉能够以交替迈步方式上、下楼梯和坡道。靠大腿截肢端部的股关节的伸展肌肉和弯曲肌肉的收缩，可随意将膝盖控制为锁定、易弯曲、或完全自由等状态。

本发明结构简单，不需要电子控制、传感器、特殊的筒套，因此，本发明的假肢腿能够以低成本进行制造、提供给需要者。

附图说明

图1是本发明假肢腿的第1最佳实施例从左侧观察时的附图，右半部分相对于左半部分呈轴对称因而左右对称，示出为了减小膝关节的弯曲阻力大腿截肢端部向前方活动时的状态。

图2是图1的假肢腿从左侧观察时的附图，示出为了增大膝关节的弯曲阻力大腿截肢端部向后方活动时的状态。

图3是本发明假肢腿的第2最佳实施例从左侧观察时的附图，右半部分相对于左半部分呈轴对称因而左右对称，示出为了减小膝关节的弯曲阻力大腿截肢端部向前方活动时的状态。

图4是图3的假肢腿从左侧观察时的附图，示出为了增大膝关节的弯曲阻力大腿截肢端部向后方活动时的状态。

图5是图3的假肢腿的大腿构架部的、以透视画法绘成的从左侧观察时的附图，示出被容纳在大腿部内的流量控制阀。

图6是图3的假肢腿的大腿构架部的、以透视画法绘成的从上方观察时的附图，示出内设在大腿部以及液压系统部件内的液压管。

图7是本发明假肢腿的第3最佳实施例从左侧观察时的附图，流量控制阀设在液压系统中。右半部分相对于左半部分呈轴对称因而左右对称。

图8是图7的假肢腿从左侧观察时的附图，详细示出将大腿截肢端部的AP动作传递给流量控制阀的滑动连杆机构的功能。

图9是图7的假肢腿的断面从前方观察时的附图，详细示出将大腿截肢端部的AP动作传递给流量控制阀的滑动连杆机构的功能。

图10是本发明假肢腿的第4最佳实施例从左侧观察时的附图，示出将电子传感器和微处理器固定地进行设置的状态。右半部分相对于左半部分呈轴对称因而左右对称。

最佳方案

图1和图2所示为本发明假肢腿的第1最佳实施例10，由通过膝盖销16可转动地联接在小腿构架部14上的大腿构架部12构成，从而形成假肢腿。筒套18固定在大腿构架部12的上部为了容纳大腿截肢端部20，筒套18的上部是开口的。

封闭式液压系统22，对膝盖销16处的、大腿构架部12相对于小腿构架部14的转动阻力的大小进行控制。液压系统22，由填充工作油30的、固定有活塞杆28的活塞26内插于其中的液压缸24构成。而且，在液压系统22中，设置有使工作油30在液压缸24与液压流量控制阀34之间进行移动的配管32。

封闭式液压系统22，通过使大腿部12与小腿部14相互联接而对膝盖16的弯曲阻力进行控制。液压系统22，通过活塞杆28的上部和活塞杆销36可自由转动地安装在大腿部12上。液压系统22，通过液压缸24的下部和液压缸支架销38可自由转动地安装在小腿部上。

根据图1和图2所示第1最佳实施例，大腿构架部12还具有上构架部块40和下构架部块42。上构架部块40与下构架部块42，通过由4轴连杆(右侧的两个连杆和左侧的两个连杆相同)构成的连杆机构44而相互联接。连杆机构44，通过连杆轴46的位移，将液压阀34上部块40相对于下部块42的AP动作传递给液压流量控制阀34。

关于图1，首先对本发明假肢腿的第1最佳实施例10的操作方法进行说明。随着大腿截肢端部的股关节弯曲肌肉的收缩，大腿截肢端部20向前方动作。当筒套18向前方的移动使得上部块40相对于下部块42向前方移动时，连杆机构44使连杆轴46发生位移，将流量控制阀34打开。阀34一旦打开，工作油30便能够在配管32内较为自由地流动。于是，液压缸24内的活塞26能够较为自由地移动，大腿构架部12能够围绕膝盖销16较为自由地转动，可相对于小腿构架部14较为自由地活动。若大腿截肢端部20进一步向前方动作，则阀34完全打开，工作油30大量流动，大腿部12和小腿部14可围绕膝盖销16无阻力地自由自在地转动。

图2示出，假肢腿10在使用中膝关节的阻力增大到膝关节达到锁定状态时的状况。如图2所示，随着股关节伸展肌肉的收缩，大腿截肢端部20向后方活动。当筒套18向后方的移动使得上部块40相对于下部块42向后方移动时，连杆机构44使连杆轴46发生位移，将流量控制阀34关闭。阀34一关闭，工作油30在配管32内的流动受阻。于是，活塞26在液压缸24内的移动受到抑制，大腿构架部12不能够围绕膝盖销16转动，相反，相对于小腿构架部14维持其角度。若大腿截肢端部20进一步向后方动作，则阀34完全关闭，工作油30的流动停止，液压缸24的活塞26的移动停止，大腿构架部12与小腿构架部14之间的角度固定，膝盖处于锁定状态。

图3和图4示出本发明假肢腿的第2最佳实施例50。假肢腿50，应用了将大腿截肢端部的AP动作传递给封闭式液压系统22的其它传递方法，将部分液压系统22设置在小腿构架部14中。

部分隐藏在小腿部14中的液压系统22使大腿部12与小腿部14相互联接，与假肢腿10的液压系统22同样地产生膝盖的弯曲阻力。液压系统22的上部通过活塞杆28和活塞杆销36可自由转动地安装在大腿构架部12内，液压系统22的下部通过液压缸支架销38可自由转动地安装在小腿构架部14内。

根据本实施例，大腿构架部12由上构架部块40、下构架部块42、以及、可使上部块40相对于下部块42进行滑动的滑轨52构成。缓冲器54，是为了在滑动时对块40和42的接触部进行缓冲而固定在上部块40的边缘上的。如前面的实施例所述，容纳大腿截肢端部20(图3和图4中未示出)的筒套18安装在上部块40的上面。

当上部块40相对于下部块42滑动时，连杆轴46发生位移而使得流量控制阀34打开或关闭。根据本第2最佳实施例，工作油30流经固定在大腿构架部12以及液压系统22内的液压配管32在控制阀34内流动。

图3示出使大腿截肢端部弯曲而使膝盖的阻力为零时的状态。是上部块40相对于下部块42以及小腿构架部12向前方滑动、连杆轴46发生位移而使得阀34打开的状态。液压缸24的活塞26可自由移动，配管22内的工作油可自由流动，膝盖能够无阻力地弯曲。

图4示出，使大腿截肢端部伸展以增大膝盖的弯曲阻力或者将膝盖锁定时的状态。是上部块40相对于下部块42以及小腿构架部12向后方滑动，连杆轴46发生位移而使得阀34关闭的状态。配管22内的工作油无法自由流动，液压缸24的活塞26无法移动，膝盖停止不动而处于锁定状态。

图5详细示出第2最佳实施例的假肢腿50的大腿构架部12。假肢腿50的大腿构架部12内设置有流量控制阀34。上部块40上固定有筒套18。滑轨52位于上部块40与下部块42之间。当上部块40相对于下部块42滑动时，连杆轴46发生位移将流量控制阀34打开或关闭。延伸自控制阀34的液压配管32将工作油30的流量输送给液压缸24(示于图3和图4)。

将大腿部12的液压配管32以及液压系统22设置在内部的方法示于图6。液压配管32延伸自流量控制阀34的某一侧的内侧，从膝关节16中通过后从液压缸24的上部一直向下延伸到配管32进入液压缸24内为止。图6的控制阀34以及配管32的安装与第2最佳实施例的假肢腿50的构成方式相同，也可以应用于将控制阀34设置在大腿部12中的本发明假肢腿的其它实施例中，最好是，将配管32与其它假肢部件一起装在内部。若将配管32装在上述其它部件中，则外观简洁、便于组装，使用的方便性也可得到改善。

图7至图9示出包括流量控制阀34在内的液压系统22整个被容纳在小腿构架部14内的本发明假肢腿的另一个最佳实施例60。

首先从图7可知，本实施例的筒套18内设在大腿构架部12的上部块40中。当筒套18使上部块40相对于下部块42移动时，滑动连杆将被容纳在小腿部14内的流量控制阀34打开或者关闭，膝盖的弯曲阻力因此而改变。

图8和图9详细示出，在最佳实施例60中将大腿截肢端部的AP动作传递给流量控制阀34的滑动连杆的功能。图8示出假肢腿60的大腿构架部12，图9是假肢腿60的剖视图。

上部块40，位于面对夹在块(构件)40和42之间的滑轨54与下部块42的位置上，以使得上部块40和下部块42容易彼此相对滑动。缓冲器54位于块40与42的边缘之间，对各自的滑动终端处的两个边缘的接触部进行缓冲。

当上部块40在滑轨52上相对于下部块42向AP方向滑动时，螺纹连杆62将该动作传递给控制螺旋64(示于图9)，使控制螺旋64转动。该控制螺旋64的转动运动变成对控制阀34进行操作的连杆轴46的位移。随着控制螺旋64向不同的方向转动，控制螺旋64通过连杆轴46打开或关闭流量控制阀34。

图10示出本发明假肢腿的又一个最佳实施例70。假肢腿70使用了对上部块40相对于下部块42的AP动作进行检测的传感器72。导线74将传感器72送来的电脉冲传输给微处理器76。接下来，微处理器76依据接收到的来自传感器72的输入信号，向流量控制阀34发送信号。

微处理器76是从大腿截肢端部传感器72接收输入信号的，但也可以接收来自其它传感器(图中未示)的输入信号进行处理。作为技术上已公知的这类其它传感器，为了对脚跟的动作、膝盖角度、膝盖弯曲速度、步行周期、步行周期速率等进行检测而安装在膝盖和脚跟上。为了进一步精细地控制流量阀34，以更加智能化的方式使用本发明假肢腿，和来自大腿截肢端部传感器72的数据一起进行处理。

由上可知，本发明的假肢腿，其使用者靠大腿截肢端部的AP动作无论膝盖的角度如何均能够对膝盖的弯曲阻力进行控制。当大腿截肢端部在大腿截肢端部筒套内向后方进行推压时，可使膝盖的弯曲速度降低直到膝盖被锁定为止。通过使大腿截肢端部向前方进行推压，可使膝关节在重力以及/或者大腿截肢端部的推力等来自外部的力的作用下弯曲，直到假肢腿可围绕膝盖铰链自由自在地转动。

当大腿截肢端部在大腿截肢端部筒套内慢慢地向AP方向动作时，可使膝关节的阻力连续地缓慢地改变，从锁定状态向阻力较大的易弯曲状态、阻力较小的易弯曲状态、以及可自由转动的自由状态发生变化。本发明假肢腿的使用者，通过无意识地收缩和放松大腿截肢端部的股关节的伸展肌肉和弯曲肌肉，可获得增大膝盖的弯曲阻力从而防止膝盖打弯的经验，并以此锻炼反射神经。

本发明假肢腿的液压控制膝关节，可在任意弯曲角度下呈现出不同的弯曲阻力，因此，在上、下坡道和楼梯时容易做到接近于一般步行时的交替迈步。此外，本发明的多数最佳实施例无电子传感器而以机械方式发挥功能，不需要带传感器的大腿筒套，因此，该假肢腿的组装较为简单，能够以较低的成本进行制造。

本发明以几个最佳实施例为例对一定的结构进行了说明，但本发明并不限定于上述实施例所记载的结构。在各实施例中，就将大腿截肢端部20的AP动作传递给流量控制阀34的方法而言，分别采用了不同的方法，但只要不超出本发明的范围以及意图，也可以采用其它可将大腿截肢端部的AP动作传递给控制阀的方法。同样地，作为在大腿部12和小腿部14内以及在没有它们的情况下容纳液压系统22的方法，也可以以与上述结合实施例所说明的结构不同的其它结构加以实施。再有，所记载的封闭式液压系统也可以以封闭式气缸系统替代，与假肢腿和膝关节相关的许多已公知的改进方案也可以与所记载的假肢腿一起实施之。因此，对于本发明的范围，与实施例和附图相比更应当根据附带的权利要求书和法律上的等价物进行判断。

Claims

1.一种假肢腿，其特征是，具有呈现出不同的阻力的膝关节，包括：容纳大腿截肢端部的大腿构架部；带脚部的小腿构架部；为了形成膝关节而使所说大腿构架部和所说小腿构架部相互联接的铰链；为了产生所说膝关节的弯曲阻力而在所说铰链的上下使所说大腿构架部和小腿构架部相互联接的封闭式液压系统；改变由所说封闭式液压系统产生的阻力的机构；以及，由将所说大腿截肢端部的AP动作转变为由所说封闭式液压系统产生的不同程度的阻力的机构构成。

2.如权利要求1的假肢腿，其特征是，改变由所说封闭式液压系统产生的阻力的机构具有流量控制阀。

3.如权利要求2的假肢腿，其特征是，将所说大腿截肢端部的AP动作转变为由所说封闭式液压系统产生的不同程度的阻力的机构，具有将所说大腿截肢端部的AP动作传递给所说流量控制阀的连杆机构。

4.如权利要求2的假肢腿，其特征是，将所说大腿截肢端部的AP动作转变为由所说封闭式液压系统产生的不同程度的阻力的机构，具有将大腿截肢端部的AP动作传递给所说流量控制阀的滑动机构。

5.如权利要求2的假肢腿，其特征是，将所说大腿截肢端部的AP动作转变为由所说封闭式液压系统产生的不同程度的阻力的机构，以具有电子传感器和微处理器而构成，所说电子传感器将所说大腿截肢端部的动作以电子脉冲方式传递给微处理器，再由所说微处理器将所说大腿截肢端部的动作以电子脉冲方式传递给所说流量控制阀。

6.如权利要求4的假肢腿，其特征是，为了进一步以智能化方式对所说流量控制传感器进行控制，具有与大腿截肢端部传感器发出的信息一起向所说微处理器提供信息的、安装在膝盖与脚跟上的其它传感器。

7.如权利要求1的假肢腿，其特征是，所说封闭式液压系统被牢固地容纳在所说大腿构架部以及小腿构架部内。

8.如权利要求1的假肢腿，其特征是，所说封闭式液压系统被牢固地容纳在所说大腿构架部以及小腿构架部的外部。

9.如权利要求2的假肢腿，其特征是，所说流量控制阀被容纳在所说大腿构架部内。

10.如权利要求2的假肢腿，其特征是，所说流量控制阀被容纳在所说小腿构架部内。