CN208447862U - 多轴假肢膝关节 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多轴假肢膝关节,其技术方案要点是包括上关节组件、下关节组件以及铰接于上关节组件与下关节组件之间的自锁组件;下关节组件包括用于连接小腿假肢的下支撑座、通过膝关节轴与下支撑座铰接的转动体、以及设置于转动体与下支撑座之间的弹性件,弹性件上表面与转动体下表面抵接，弹性件下表面与下支撑座抵接；转动体前端通过膝关节轴与上关节组件铰接，后端通过第一连接轴与上关节组件铰接;自锁组件包括通过膝关节轴与转动体铰接的锁定体、以及通过支撑轴与上关节组件铰接的联动杆，并且联动杆通过第二连接轴与锁定体铰接；并且转动体上开设有允许锁定体置入的安置槽，安置槽的形状大小与锁定体相适配。

Description

多轴假肢膝关节

技术领域

本实用新型涉及一种人体下肢假肢领域，特别涉及一种多轴假肢膝关节。

背景技术

随着科学技术的进步，下肢假肢取代了拐杖，这不仅在外观和功能上弥补了肢体缺陷带来的不足，而且使截肢者双手能够自由地参与正常的工作和生活，扩大了截肢者参与社会活动的深度和广度。假肢关节是大腿假肢的核心部件，它在行走过程中不仅起到支撑体重的作用，而且其性能对假肢步态逼真程度起着决定性的作用。

其中假肢膝关节可以代偿人体膝关节机能，进行屈曲、伸展，并提供足够的支撑期稳定性和摆动期控制功能。如果细心观察，人体在穿戴假肢往前迈步脚跟着地的时候，膝盖会微微向前弯曲，此时假肢膝关节需要形成自锁保证人体的稳定。

现有技术可参考公告号为CN2172099Y的中国专利，其公开了一种人造膝关节，包括四连杆机构、凸轮、转动体、斜面调节盘以及内外向旋转机构；通过凸轮与转动体配合，在站立的时候形成自锁，从而使得假肢站立的时候更加稳定，无需借助外力支撑。

但是这种人造膝关节仅仅能解决人体在站立的时候的稳定，不能够实现屈膝时候的自锁。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种多轴假肢膝关节，具有弹性屈膝的几何自锁功能，当假肢往前迈步脚跟着地时，关节会像正常人的关节一样屈曲10度左右，然后关节会锁死，保障了膝关节的安全性。

本实用新型的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种多轴假肢膝关节, 包括用于连接大腿假肢的上关节组件、通过膝关节轴和第一连接轴与上关节组件铰接的下关节组件、以及铰接于上关节组件与下关节组件之间的自锁组件; 下关节组件包括用于连接小腿假肢的下支撑座、通过膝关节轴与下支撑座铰接的转动体、以及设置于转动体与下支撑座之间的弹性件；弹性件上表面与转动体下表面抵接，弹性件下表面与下支撑座抵接；转动体前端通过膝关节轴与上关节组件铰接，后端通过第一连接轴与上关节组件铰接;自锁组件包括通过膝关节轴与转动体铰接的锁定体、以及通过支撑轴与上关节组件铰接的联动杆，并且联动杆通过第二连接轴与锁定体铰接；并且转动体上开设有允许锁定体置入的安置槽，安置槽的形状大小与锁定体相适配。

通过采用上述技术方案，上关节组件或下支撑座受力时会联动自锁组件绕膝关节轴旋转，使得自锁组件与下支撑座抵接而形成自锁或者分离而解除自锁；当人往前迈步脚跟着地时，上关节组件与下支撑座同时受力，联动自锁组件绕膝关节轴旋转，使得自锁组件与下支撑座抵接而形成自锁，同时弹性件被下支撑座与锁定部相互挤压，弹性件被压缩到极限状态时，整个机构处于锁死状态；这样装有这种膝关节的假肢在向前迈步脚跟着地的时候，使得关节能够微微屈曲10度，膝关节形成自锁，保证人体在迈出去脚的时候的稳定性。

优选地，上关节组件包括用于连接大腿假肢的上支撑座、上支撑座左右两侧中部位置对称布置的两个前侧杆、以及铰接于上支撑座后端外侧的背侧杆；前侧杆上端与上支撑座铰接，下端通过设置于前侧杆下端的膝关节轴铰接于下支撑座左右两侧；前侧杆、下支撑座、转动体以及锁定体都通过膝关节轴连接，转动体后端通过第一连接轴与背侧杆铰接，联动杆靠近背面的一端通过支撑轴与背侧杆铰接，背侧杆上支撑轴的铰接的位置高于第一连接轴的铰接的位置。

通过采用上述技术方案，上关节组件设为多连杆机构，在上支撑座受力的时候与下关节组件配合联动自锁组件一起绕膝关节轴旋转，使得假肢膝关节可以实现更加类似人体膝盖的功能。

优选地，下支撑座上端靠近正面的位置一体设置有用于与前侧杆下端铰接的连接端，且下支撑座内部开设有容许转动体置入的容置槽；转动体整体呈L型，包括上方横向设置的连接部、以及下方竖向设置的且与连接部一体成型的限位部，连接部靠近正面的位置通过膝关节轴与前侧杆铰接，连接部靠近背面的位置通过第一连接轴与背侧杆铰接；容置槽内靠近正面的位置一体成型有限位块，转动体在容置槽内绕膝关节轴转动时限位部与限位块抵接进行限位。

通过采用上述技术方案，当人往前迈步脚跟着地时，上支撑座与下支撑座同时受力，下支撑座绕膝关节轴顺时针旋转，挤压限位块与连接部之间的弹性件，弹性件上表面与连接部下表面一直处于抵接状态，使得转动体绕膝关节轴顺时针旋转，促使背侧杆向上运动同时带动联动杆绕支撑轴逆时针旋转，联动杆带动联动部绕膝关节轴顺时针旋转使得锁定部与限位块抵接；同时上支撑座受到朝向后下方的力，上支撑座会向下压背侧杆，此时弹性件被压缩到极限状态，整个机构处于锁死状态；在这个状态下上支撑座上表面与下支撑座下表面不再相互平行，而是相互偏离度使得关节会以一适度的弹性屈曲度，使得人体在迈出一步脚跟着地的时候依旧可以保持其稳定性。

优选地，弹性件呈长方体状，弹性件下表面与限位块上表面抵接，弹性件上表面与连接部下表面抵接。

通过采用上述技术方案，长方体状的弹性件可以更好置入容置槽内，限位块与连接部互相挤压弹性件，使得弹性件更好的实现其功能。

优选地，限位块的与弹性件的接触面开设有凹槽，凹槽容许弹性件嵌入。

通过采用上述技术方案，弹性件卡接于凹槽内，使得弹性件在限位块上的连接更加的稳定。

优选地，弹性件为弹性橡胶或弹性气囊。

通过采用上述技术方案，弹性橡胶或弹性气囊均可与下关节组件、上关节组件以及自锁组件配合，使得整个膝关节假肢实现弹性屈膝功能。

优选地，锁定体呈L型，包括上方横向设置的联动部、以及下方竖向设置的且与联动部一体成型的锁定部，联动部靠近正面的位置通过膝关节轴与转动体连接，联动部靠近背面的位置通过第二连接轴与联动杆铰接。

通过采用上述技术方案，人的一只腿向前迈步后，另一只腿在后方准备屈膝时，脚尖着地，上支撑座受到朝向前下方的力；此时上支撑座联动背侧杆向下运动，同时背侧杆带动联动杆绕支撑轴顺时针旋转，联动杆带动联动部绕膝关节轴逆时针旋转，使得锁定部与限位块分离，机构的自锁解除；与此同时背侧杆会带动连接部绕膝关节轴逆时针旋转，使得限位部与限位块分离，同时连接部会压缩弹性件，使得弹性件在限位块上被压紧，使得假肢可以和正常的人体膝盖一样实现弹性屈膝，患者可以轻松迈步，步态更加接近自然步态，也大大减少了后续的损害。

优选地，联动部靠近联动杆的位置开设有置入槽，联动杆后端位于置入槽内绕第二连接轴转动。

通过采用上述技术方案，联动部后端位于置入槽内与联动部形成铰接，不需要再额外的增加其他的连接件实现联动杆与联动部的连接，使得结构更加的紧凑、合理。

优选地，上支撑座的上表面靠近上支撑座前端的位置和下支撑座的下表面靠近下支撑座后端的位置分别固定连接有一个假肢接头。

通过采用上述技术方案，假肢接头可使得假肢膝关节更好的与大腿假肢以及小腿假肢相连接。

优选地，假肢接头呈四棱台形。

通过采用上述技术方案，四棱台状的假肢接头可伸入其他大腿假肢或小腿假肢的接受腔实现假肢膝关节轴的安装，更加的方便、合理。

综上所述，本实用新型具有以下有益效果：

1. 当人往前迈步脚跟着地时关节会像正常人的关节一样屈曲10度左右，然后关节会锁死，保障了膝关节的安全性；

2. 人的一只腿向前迈步后，另一只腿在后方准备屈膝时，脚尖着地，假肢可以和正常的人体膝盖一样实现弹性屈膝，患者可以轻松迈步，步态更加接近自然步态，也大大减少了后续的损害。

附图说明

图1是该膝关节整体结构示意图；

图2是下支撑座的整体结构示意图；

图3是转动体的整体结构示意图；

图4是下关节组件的配合示意图；

图5是限位部与限位块抵接时的示意图；

图6自锁组件的结构示意图；

图7是自锁组件与整个装置的配合示意图；

图8是假肢向前迈步，脚跟着地时膝关节的状态简图；

图9是自锁组件锁定时的示意图；

图10是假肢在后方准备屈膝时膝关节的状态简图；

图11是假肢屈膝自锁组件打开后的示意图。

图中，1、上关节组件；11、上支撑座；12、前侧杆；13、背侧杆；2、膝关节轴；21、第一膝关节孔；22、第二膝关节孔；23、第三膝关节孔；3、下关节组件；31、下支撑座；311、容置槽；312、限位块；3121、凹槽；313、连接端；32、转动体；321、连接部；322、限位部；323、安置槽；33、弹性件；4、自锁组件；41、锁定体；411、联动部；412、锁定部；413、置入槽；42、联动杆；5、支撑轴；51、第三连接孔；6、假肢接头；7、第一连接轴；71、第一连接孔；8、第二连接轴；81、第二连接孔。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“底面”和“顶面”指的是附图中的方向，词语 “内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

一种多轴假肢膝关节，如图1所示，包括上关节组件1、通过膝关节轴2和第一连接轴7与上关节组件1铰接的下关节组件3、以及铰接于上关节组件1与下关节组件3之间的自锁组件4。如图1和图7所示，自锁组件4后部通过支撑轴5与上关节组件1铰接，前部通过膝关节轴2与下关节组件3铰接，上关节组件1或下关节组件3受力时会联动自锁组件4绕膝关节轴2旋转，使得自锁组件4与下关节组件3抵接而形成自锁或者分离解除自锁，这就使得假肢膝关节更加类似人体膝关节的功能。

如图1所示，上关节组件1包括用于连接大腿假肢的上支撑座11、上支撑座11左右两侧中部位置对称布置的两个前侧杆12、以及铰接于上支撑座11后端外侧的背侧杆13。前侧杆12上端与上支撑座11铰接，下端通过设置于前侧杆12下端的膝关节轴2铰接于下关节组件3左右两侧，自锁组件4则通过膝关节轴2铰接于下关节组件3内侧；背侧杆13位于前侧杆12背面（以装有膝关节轴2的一侧为正面，则与正面相对的方向为背面），背侧杆13呈H型（可参考图7），这样背侧杆13上下端开口可容许上支撑座11的左端铰接于其内侧，背侧杆13下端通过第一连接轴7铰接于下关节组件3左右两侧。

结合图1和图4，下关节组件3包括用于连接小腿假肢的下支撑座31、下支撑座31内侧通过膝关节轴2与下支撑座31铰接的转动体32、以及设置于转动体32与下支撑座31之间的弹性件33。膝关节轴2功能相当于人体的膝关节轴，位于下支撑座31上端使得上支撑座11与前侧杆12下端形成铰接。转动体32前端通过膝关节轴2与前侧杆12铰接，后端通过第一连接轴7与背侧杆13铰接，且第一连接轴7设于背侧杆13下端。前侧杆12位于下支撑座31左右两侧，背侧杆13位于转动体32左右两侧，上支撑座11、前侧杆12、背侧杆13及转动体32形成一个四连杆机构，可绕膝关节轴2转动。

结合图2、图3以及图4，下支撑座31上端靠近正面的位置一体设置有用于与前侧杆12下端连接的连接端313，连接端313上开设有容许膝关节轴2插入的第一膝关节孔21，且下支撑座31内部开设有容许转动体32置入的容置槽311。

转动体32整体呈L型，包括上方横向设置的连接部321、以及下方竖向设置的且与连接部321一体成型的限位部322，连接部321靠近正面的位置开设有允许膝关节轴2插入的第二膝关节孔22，连接部321靠近背面的位置开设有允许第一连接轴7插入的第一连接孔71；将转动体32置于容置槽311内，膝关节轴2依次穿过第一膝关节孔21和第二膝关节孔22将转动体32与下支撑座31连接。

结合2和图5，容置槽311内靠近正面的位置一体成型有限位块312，转动体32在容置槽311内绕膝关节轴2转动时限位部322与限位块312抵接，使得转动体32的转动受限。弹性件33呈长方体状，可为弹性橡胶或弹性气囊，设于限位块312与连接部321之间；弹性件33下表面与限位块312上表面抵接，弹性件33上表面与连接部321下表面抵接。同时限位块312的与弹性件33的接触面开设有凹槽3121，凹槽3121容许弹性件33嵌入从而使得弹性件33在限位块312上的安装更加稳定。

再回看图1，为了便于该膝关节与其他假肢的安装，在上支撑座11的上表面靠近上支撑座11前端的位置和下支撑座31的下表面靠近下支撑座31后端的位置分别固定连接有一个假肢接头6，假肢接头6呈四棱台形。

结合图5，当安装有这种膝关节的人站立的时候，上支撑座11前端受到竖直向下的力，上支撑座11带动前侧杆12绕膝关节轴2顺时针旋转，同时联动背侧杆13带动转动体32绕膝关节轴2顺时针旋转，此时限位部322与限位块312抵接使得整个机构锁定，人体可以无需外力支撑而站立，此时上支撑座11与下支撑座31皆与水平面平行使得人体保持直立状态。

人体在穿戴假肢往前迈步脚跟着地的时候，膝盖会微微向前弯曲，此时假肢膝关节需要形成自锁保证人体的稳定，自锁组件4与整个机构配合可实现此功能。

结合图6，自锁组件4包括位于下部的锁定体41以及与锁定体41铰接的联动杆42。锁定体41呈L型，包括上方横向设置的联动部411、以及下方竖向设置的且与联动部411一体成型的锁定部412。联动部411靠近正面的位置开设有允许膝关节轴2插入的第三膝关节孔23，联动部411靠近背面的位置开设有允许第二连接轴8插入的第二连接孔81；联动杆42前端通过第二连接轴8与联动部411连接，后端开设有允许支撑轴5插入的第三连接孔51。同时联动部411靠近联动杆42的位置开设有置入槽413，联动杆42后端位于置入槽413内绕第二连接轴8转动。

再回看图4并结合图7，转动体32上开设有允许锁定体41置入的安置槽323，安置槽323的形状大小与锁定体41相适配。将锁定体41置入安置槽323内后，膝关节轴2分别穿过第一膝关节孔21、第二膝关节孔22以及第三膝关节孔23将下支撑座31、转动体32以及锁定体41连接起来；此时联动杆42通过支撑轴5铰接于背侧杆13下部，并且背侧杆13上支撑轴5的铰接的位置高于第一连接轴7的铰接的位置。

结合图8和图9，当人往前迈步脚跟着地时，上支撑座11与下支撑座31同时受力，下支撑座31绕膝关节轴2顺时针旋转，挤压限位块312与连接部321之间的弹性件33，弹性件33上表面与连接部321下表面一直处于抵接状态，使得转动体32绕膝关节轴2顺时针旋转，促使背侧杆13向上运动同时带动联动杆42绕支撑轴5逆时针旋转，联动杆42带动联动部411绕膝关节轴2顺时针旋转使得锁定部412与限位块312抵接；同时上支撑座11受到朝向后下方的力，上支撑座11会向下压背侧杆13，此时弹性件33被压缩到极限状态，整个机构处于锁死状态；在这个状态下上支撑座11上表面与下支撑座31下表面不再相互平行，而是相互偏离10度使得关节会以一适度的弹性屈曲10度，使得人体在迈出一步脚跟着地的时候依旧可以保持其稳定性。

结合图10和图11，人的一只腿向前迈步后，另一只腿在后方准备屈膝时，脚尖着地，上支撑座11受到朝向前下方的力；此时上支撑座11联动背侧杆13向下运动，同时背侧杆13带动联动杆42绕支撑轴5顺时针旋转，联动杆42带动联动部411绕膝关节轴2逆时针旋转，使得锁定部412与限位块312分离，机构的自锁解除；与此同时背侧杆13会带动连接部321绕膝关节轴2逆时针旋转，使得限位部322与限位块312分离，同时连接部321会压缩弹性件33，使得弹性件33在限位块312上被压紧，使得假肢可以和正常的人体膝盖一样实现弹性屈膝，患者可以轻松迈步，步态更加接近自然步态，也大大减少了后续的损害。

本具体实施例仅仅是对本实用新型的解释，其并不是对本实用新型的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本实用新型的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种多轴假肢膝关节，其特征在于：包括用于连接大腿假肢的上关节组件（1）、通过膝关节轴（2）和第一连接轴（7）与上关节组件（1）铰接的下关节组件（3）、以及铰接于上关节组件（1）与下关节组件（3）之间的自锁组件（4）；下关节组件（3）包括用于连接小腿假肢的下支撑座（31）、通过膝关节轴（2）与下支撑座（31）铰接的转动体（32）、以及设置于转动体（32）与下支撑座（31）之间的弹性件（33）；弹性件（33）上表面与转动体（32）下表面抵接，弹性件（33）下表面与下支撑座（31）抵接；转动体（32）前端通过膝关节轴（2）与上关节组件（1）铰接，后端通过第一连接轴（7）与上关节组件（1）铰接;自锁组件（4）包括通过膝关节轴（2）与转动体（32）铰接的锁定体（41）、以及通过支撑轴（5）与上关节组件（1）铰接的联动杆（42），并且联动杆（42）通过第二连接轴（8）与锁定体（41）铰接，转动体（32）上开设有允许锁定体（41）置入的安置槽（323），安置槽（323）的形状大小与锁定体（41）相适配。

2.根据权利要求1所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：上关节组件（1）包括用于连接大腿假肢的上支撑座（11）、上支撑座（11）左右两侧中部位置对称布置的两个前侧杆（12）、以及铰接于上支撑座（11）后端外侧的背侧杆（13）；前侧杆（12）上端与上支撑座（11）铰接，下端通过设置于前侧杆（12）下端的膝关节轴（2）铰接于下支撑座（31）左右两侧；前侧杆（12）、下支撑座（31）、转动体（32）以及锁定体（41）都通过膝关节轴（2）连接，转动体（32）后端通过第一连接轴（7）与背侧杆（13）铰接，联动杆（42）靠近背面的一端通过支撑轴（5）与背侧杆（13）铰接，并且背侧杆（13）上支撑轴（5）的铰接的位置高于第一连接轴（7）的铰接的位置。

3.根据权利要求2所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：下支撑座（31）上端靠近正面的位置一体设置有用于与前侧杆（12）下端铰接的连接端（313），且下支撑座（31）内部开设有容许转动体（32）置入的容置槽（311）；转动体（32）整体呈L型，包括上方横向设置的连接部（321）、以及下方竖向设置的且与连接部（321）一体成型的限位部（322），连接部（321）靠近正面的位置通过膝关节轴（2）与前侧杆（12）铰接，连接部（321）靠近背面的位置通过第一连接轴（7）与背侧杆（13）铰接；容置槽（311）内靠近正面的位置一体成型有限位块（312），转动体（32）在容置槽（311）内绕膝关节轴（2）转动时限位部（322）与限位块（312）抵接进行限位。

4.根据权利要求3所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：弹性件（33）呈长方体状，弹性件（33）下表面与限位块（312）上表面抵接，弹性件（33）上表面与连接部（321）下表面抵接。

5.根据权利要求4所述的一种多轴假肢膝关节,其特征在于：限位块（312）的与弹性件（33）的接触面开设有凹槽（3121），凹槽（3121）容许弹性件（33）嵌入。

6.根据权利要求5所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：弹性件（33）为弹性橡胶或弹性气囊。

7.根据权利要求1或6所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：锁定体（41）呈L型，包括上方横向设置的联动部（411）、以及下方竖向设置的且与联动部（411）一体成型的锁定部（412），联动部（411）靠近正面的位置通过膝关节轴（2）与转动体（32）连接，联动部（411）靠近背面的位置通过第二连接轴（8）与联动杆（42）铰接。

8.根据权利要求7所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：联动部（411）靠近联动杆（42）的位置开设有置入槽（413），联动杆（42）后端位于置入槽（413）内绕第二连接轴（8）转动。

9.根据权利要求2至6任意一项所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：上支撑座（11）的上表面靠近上支撑座（11）前端的位置和下支撑座（31）的下表面靠近下支撑座（31）后端的位置分别固定连接有一个假肢接头（6）。

10.根据权利要求9所述的一种多轴假肢膝关节，其特征在于：假肢接头（6）呈四棱台形。