CN2631450Y - 多功能人工膝关节 - Google Patents

Abstract

一种多功能人工膝关节，包含一关节座、一连动装置、一中空支撑架、一油压装置以及一安全装置，安全装置是设置于支撑架上并具有一本体、一切换器、至少一调整件以及一控制器，本体是固定在支撑架上并具有与油压装置的上、下腔室相连通的一曲膝油道与一伸膝油道，切换器则是设置于本体中并能够受到油液的驱动而使得油压装置的一活塞往一第一位置移动时，封闭曲膝油道，当活塞往一第二位置移动时，封闭伸膝油道，调整件是枢设于本体上并凸伸入曲膝油道内，调整件能改变曲膝油道的截面大小，以控制通过曲膝油道的油液量。

Description

多功能人工膝关节

技术领域

本实用新型涉及一种人工膝关节，特别是涉及一种利用油压控制，并且能够进行安全与速度调整的多功能人工膝关节。

背景技术

因为重大外伤、病变而截肢，或者是先天性肢体残缺者，借由义肢的重建，往往就能够达到外观或功能性上与一般人无异的目的。特别是在下肢义肢方面，对于膝部以下丧失者而言，除了必需装设有小腿义足以外，最重要的莫过于连接大腿与小腿义足二者的人工膝关节。

如图1与图2所示，为了能够达到正常行走功能的需求，一种以往所用的人工膝关节200，包含了一连接大腿8的连动装置81、一枢接在与连动装置81上并与小腿义足9相连接的支撑架82，以及一装设在支撑架82中的油压装置83。油压装置83具有一填充有油压液的本体830，以及一与连动装置81相连动的活塞831，活塞可以在本体830内上下移动，并且将本体830内部空间分隔为一上腔室832与一下腔室833，且上、下腔室832、833之间是借由一油道834相互连通，所以当活塞831移动时，就能推挤油压液在上、下腔室832、833之间流动。连动装置81与支撑架82二者间的枢转角度设计是如图中箭头所示，使得固定在支撑架下方的小腿义足9能够相对于大腿8枢转一定角度，使得使用者能够进行伸膝与曲膝的动作。

因为缺少肌肉与肌腱，故需要油压装置83来提供一缓冲作用，使得小腿义足9与大腿8间存在一油压力，如图1所示，当使用者抬起大腿后，由于支撑架82、油压装置83以及小腿义足9的自然重量，使得小腿义足9与大腿8间形成一夹角，此时连动装置81带动油压装置83的活塞831下压，并将油压液自下腔室833经由油道834推挤至上腔室832。接着，如图2所示，当使用者重心前倾而使得小腿义足9接触地面后，使用者施于地面的力量使得地面相对于小腿义足9产生一反作用力，使得活塞831被连动装置81上拉，并把油压液由上腔室832推挤至下腔室833，此时小腿义足9即相对于大腿8略呈一直线，故膝关节200能够借此确实地支撑住人体的重心。于是，借由上述动作反复进行，就能够让使用者行走自如。

然而，上述乃是一般在平地上行走时的状况，倘若遇到下坡、下楼梯等不同路况时，由于需要较大的支撑力，也就是当小腿义足9在相对于大腿8尚未呈现直线状态时就必需能够撑立人体重量，前述的人工膝关节200并没有相关的安全设施，所以会造成使用者倾倒、跌落等危险。除此之外，为了因应快走、跑步等不同运动状况，也需能够在曲膝状态下提供足够支撑力的人工膝关节，才能够真正进行与一般人相同的日常生活动作。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种具有自动安全控制功能，并且能够正常进行上、下楼梯以及行走、跑步等动作的多功能人工膝关节。

于是，本实用新型多功能人工膝关节是用来使得一小腿义足能够相对于一大腿转动，该多功能人工膝关节包含有一关节座、一连动装置、一中空支撑架、一油压装置以及一安全装置。

关节座是连接于大腿上，且连动装置具有与关节座相枢接的一第一端，以及一相反于第一端的第二端。中空支撑架是与连动装置的第二端相枢接并连接于小腿义足上，故能使得小腿义足相对于大腿转动。

油压装置是设置于支撑架内，并具有一填充有油液的容置空间，以及一与连动装置相枢接并设置在容置空间内的活塞件，活塞件能受连动装置的连动而在一接近小腿义足的第一位置与一远离小腿义足的第二位置间移动，并将容置空间分隔为一上腔室以及一下腔室。

安全装置是设置于支撑架上，具有一本体、一切换器、至少一调整件，以及一控制器。本体是固定在支撑架上并具有与上、下腔室相连通的一曲膝油道与一伸膝油道。切换器则是设置于本体中并能够受到油液的驱动而使得活塞往第一位置移动时，封闭曲膝油道，当活塞往第二位置移动时，封闭伸膝油道。调整件是枢设于本体上并凸伸入曲膝油道内，调整件能改变曲膝油道的截面大小，以控制通过曲膝油道的油液量。

控制器是可移动地设置于支撑架上并与调整件相连接，控制器能受关节座的带动而连动调整件，进而调整通过曲膝油道的油液量，因此当使用者进行上、下楼梯，甚至跑步等动作而需要进行曲膝动作时，借由缩小、阻断曲膝油道以形成一刚性结构，使得使用者不致发生跌落、跌倒等危险。

附图说明

下面通过最佳实施例及附图对本实用新型的多功能人工膝关节进行详细说明，附图中：

图1是一示意图，说明一已往的人工膝关节在一曲膝状态。

图2是一示意图，说明已往的人工膝关节在一伸膝状态。

图3是一示意图，说明本实用新型人工膝关节的一较佳实施例在一第一位置。

图4是较佳实施例在一第二位置的一示意图。

图5是较佳实施例的一安全装置的一后视图。

图6是一立体图，说明安全装置的一本体内的油道。

图7是沿第五图中VII VII剖面线所视的一剖视示意图。

图8是一动作示意图，说明一活塞由第二位置移动至第一位置时，一第一单向阀阻挡一伸膝油道。

图9是一动作示意图，说明活塞由第一位置移动至第二位置时，一第二单向阀阻挡一曲膝油道。

图10是一剖视示意图，说明一调整件在一曲膝油道内的情形。

图11是较佳实施例的一后视图。

图12是较佳实施例的一侧视图。

图13是一后视图，说明一控制器受一压杆所推动。

图14是一侧视图，说明控制器受压杆所推动。

图15是一部分放大图，说明较佳实施例的一气压装置。

图16是一示意图，说明较佳实施例的一调节装置。

具体实施方式

叁阅图3与图4，本实用新型多功能人工膝关节的较佳实施例是能够使得一小腿义足9相对于一大腿8转动，该较佳实施例包含有一关节座1、一连动装置2、一中空支撑架3、一油压装置4以及一安全装置5。关节座1具有一关节头11，以及一一端枢设在关节头11上的活动板12，活动板12是用来与大腿8相接合，而其接合方式则可以例如利用一固定在大腿8的套筒(图未示)，并再将套筒固定于活动板12后达成。连动装置2是枢设在关节头11上并具有二对连动杆21，以及一拉杆22。由于连动杆21是左右对称，且图3与图4中是以侧视图来表现，所以图中只见到二个连动杆21。每个连动杆21或拉杆22皆具有一枢接在关节座1上的第一端211，以及一相反于第一端211的第二端212。

支撑架3上端是与连动杆21、拉杆22的第二端212相枢接，支撑架3的下端则连接在小腿义足9上，因此借由连动装置2的枢转作用，小腿义足9能够相对于大腿8转动一定角度。

油压装置4是设置在支撑架3内，在本实施例中，即指一油压缸。油压装置4具有一内部有一容置空间41的缸体40，以及一可移动地设置在缸体40内的活塞件42。容置空间41中填充有油(压)液，且活塞件42具有一与拉杆22相枢接的活塞杆421，以及一固定在活塞杆421中央的活塞422。因此，活塞422能够将容置空间41分隔为一上腔室411与一下腔室412，此外，缸体40与支撑架3上并贯穿有二个分别与上腔室411、下腔室412相连通的穿孔401、402，其目的将在下文中描述。

当活塞件42受到连动装置2的连动作用，活塞422就能够在一接近小腿义足9的第一位置(如图3所示)，以及一远离小腿义足9的第二位置(如图4所示)间移动。当在第一位置时，大腿8即是与小腿义足9呈一锐角而处在一曲膝状态，当在第二位置时，大腿8即是与小腿义足9略呈一直线而处在一伸膝状态。换言之，当进行曲膝动作时，活塞422是由第二位置向下移动到第一位置，而当进行伸膝动作时，活塞422则由第一位置向上移动到第二位置，利用曲膝、伸膝动作反复进行，就能构成行走、跑步等动作。

参阅图4到图6，安全装置5是设置在支撑架3后方，并具有一本体51、一切换器52、三调整件53以及一控制器54。

本体51是螺固在支撑架3上，并具有一第一面501以及一与第一面501相反的第二面502，第一面501上并开设有一可以经由穿孔401与上腔室411相连通的上开口511，以及一经由另一穿孔402与下腔室412相连通的下开口512，且每一开口511、512皆具有一肩部515、515’，以及一截面较肩部515为小的颈部516、516’，而本体51内更开设有一曲膝油道513及一伸膝油道514，曲膝油道513两端是分别与上开口511的颈部516以及下开口512的肩部515’相通，伸膝油道514的两端则分别与上开口511的肩部515与下开口512的颈部516’相通。如图7所示，本体51更具有一开设在第一面501下方的进气口517、一开设在本体51左侧的出气口518，以及一连通进气口517与出气口518的进气通道519，其作用将在下文中再详述。

参阅图6、图8与图9，切换器52具有一设置于下开口512内的第一单向阀521，以及一设置于上开口511内的第二单向阀522。每一单向阀521、522分别具有一一端固定在本体51围绕颈部516、516’的内壁面上的弹簧，以及一固定在弹簧的另一端上的铜珠，弹簧并能沿着颈部516的轴向而被拉伸或压缩。所以如图8所示，当使用者进行曲膝动作时，活塞422会由第二位置往第一位置移动并推动下腔室412的油液进入下开口512，同时推动第一单向阀521的铜珠进入下开口512的颈部516’，封闭住伸膝油道514的一端，所以油液会流经曲膝油道513，并经过上开口511流至上腔室411中。反之，如图9所示，当使用者进行伸膝动作时，活塞422就会由第一位置往第二位置移动，并推动油液来推动第二单向阀522的铜珠进入上开口511的颈部516而封闭住曲膝油道513的一端，所以确保油液只会流经伸膝油道514而进入下腔室412中。

简言之，进行伸膝动作时，油液会由上腔室411流经伸膝油道514至下腔室412中，进行曲膝动作时，油液会由下腔室412流经曲膝油道513至上腔室411中。

如图6与图10所示，在本实施例中，调整件53的数目为三，其中一个调整件53是用来控制伸膝油道，其余二个则是用来控制曲膝油道513。为了简化说明起见，只就控制曲膝油道513其中之一调整件53来作说明，调整件53具有一可旋转地设置在本体51上的调整部531，以及一自调整部531向外延伸并能突伸入曲膝油道513的凸伸部532，而且凸伸部532的一部分是与曲膝油道513相连通，所以如果以外力带动调整部531转动时，由于改变了凸伸部532与曲膝油道513间的导通面大小，也就改变了曲膝油道513的部分截面积大小，因此可以对于通过曲膝油道513的油液量加以调整。同样地，通过伸膝油道514的油量也可以适度地加以调整。

参阅图6、图11与图12，控制器54主要是设置在支撑架3的一侧上，控制器54具有一设置在关节头11内并能上下移动的压杆541、一设置在关节头11内并能左右横移的活动杆542。在正常情况下，压杆541是受一弹簧(图未示)的推抵而使压杆541的一端凸露于关节头11外，当活动板12压迫压杆541时，则会压迫此弹簧而使压杆541向下移动，同时带动活动杆542往图11的左侧移动而凸露一部分至连动杆21与关节头11的枢接处外。

控制器54更具有一枢设在连动杆21上的第一控制杆543、一枢设在支撑架3上的第二控制杆544，以及一枢设在本体51上的控制件545。第一控制杆543是一长形杆体，其中心处是略为凸出并枢接于连动杆21上，使其两端为自由端，且其中一端乃是对应于连动杆21与关节头11的枢接处，所以当活动杆542向关节头11外突伸时，就能够推动第一控制杆543的上端远离连动杆21，使下端接近连动杆21。

接着，当第一控制杆543的下端接近连动杆21时，会以杠杆作用带动枢设在支撑架3上的一第一连动件546的下端翘起，同时带动第二控制杆544转动，而第二控制杆544又会带动枢设其一端上的一第二连动件547上移。控制件545的一端是固定于第二连动件547远离第二控制杆544的一端上，控制件545的另一端则是固定在用来控制曲膝油道513的调整件53上，所以当控制件545的一端被第二连动件547带动上移时，另一端即会带动调整件53转动(如图5所示)，以减少油液通过量或者完全阻断曲膝油道513。

简言之，如图13与图14所示，当活动板12压迫压杆541时，会依序带动第一、第二控制杆543、544与控制件545，以带动调整件53转动，同时依据活动板12压迫压杆541的力量大小，来决定调整件53的转动量，以进一步调整流过曲膝油道513的油液量，压迫的力量越大，则流过的油液量越少。

因此，当使用者下楼、或是下坡时，由于人体本身的重量，以及地面施于小腿的反作用力，会使活动板12后端与关节头11相接近，因此压迫了压杆541，并使得控制件545偏心而转动，进而带动调整件53旋转，因此减少了流过曲膝油道513的油液量，使得活塞422只能缓慢向下移动而提供较大的支撑力，待调整件53完全将曲膝油道513阻断时，则活塞422无法移动而形成一暂时性的刚性结构，所以人体不会倾倒或跌落。

除了上述控制器54所带动的调整件53外，其余二个调整件53是供使用者可以自己进行手动调整流过伸膝油道514与曲膝油道513的油液量多寡，以更进一步因应不同地形而来调整流过曲膝油道513与伸膝油道514的油液量多寡。

此外，如图7、图15与图16所示，为了因应使用者快走、或是跑步的运动型态，本实用新型更包含一气压装置6与一调节装置7，气压装置6是固定在支撑架3与小腿义足9之间，并且能够驱动调节装置7来带动调整件53转动。

气压装置6具有一固定在支撑架3底端并与进气通道519相连通的中空气阀座61、一设置在气阀座61底部的进气单向阀62，以及两端分别顶抵于活塞杆421底端与气阀座61上的一弹性元件63。因此当使用者进行伸膝动作而带动活塞杆421上移时，就会透过进气单向阀62自外界吸入气体至气阀座61内，但当使用者进行曲膝动作时，虽活塞杆421下移，但第一进气单向阀62阻止了气体外漏的可能性。

调节装置7具有一设置在进气通道519内的第三单向阀71、一气压调整螺丝72、一第四单向阀73以及一固定在第四单向阀73上的第三控制杆74。第三单向阀71具有一伸缩弹簧711，以及一固定在伸缩弹簧711上并能够选择地封闭进气通道519的推抵件712。第四单向阀73具有一可移动地设置在邻近出气口518处的推抵件731，以及一顶抵于推抵件731上的伸缩弹簧732。第三控制杆74的一端是卡合于推抵件上731且其另一端是顶抵于控制件545上(见图5)。

所以，当使用者快走、或进行跑步时，由于活塞杆421上下移动的频率增加，所以不断地吸入气体至气阀座61中。而如图16所示，当气阀座61内的空气压力大于一定程度时，就会推动第三单向阀71的伸缩弹簧711使气体经由进气通道519而流至第四单向阀73处，最后，当气体充满于整个进气通道519内并具备足够压力时，就能够带动第四单向阀73来带动第三控制杆74顶推控制件545，并转动调整件53，使得流经曲膝油道513的油量减少，因此能够提供较大的支撑力，如图13所示。

当然，气体压力的大小可以借由调整第三、第四单向阀71、73的伸缩弹簧711、732的弹性来进行，也可以借由旋转气压调整螺丝72来调整进气通道519的整体容积，因此可以确保使用者是在快步行走或跑步时自动进行油量的控制。

归纳上述，本实用新型多功能人工膝关节是将油道分为曲膝油道513与伸膝油道514，并借由关节座1与安全装置5的作动来进行油量的自动调整与控制，使得使用者能够因应各式地形以及不同的运动情况，其设计更符合于人性化并具备全方面的功能，故确实达到本实用新型的目的。

Claims (10)

1.一种多功能人工膝关节，用于使一小腿义足相对于一大腿转动，

其特征在于该多功能人工膝关节包含有：

一关节座，连接于大腿上；

一连动装置，具有与关节座相枢接的一第一端，以及一相反于第一端的第二端；

一中空支撑架，与连动装置的第二端相枢接并连接于小腿义足上；

一油压装置，设置于支撑架内，油压装置具有一填充有油液的容置空间，以及一与连动装置的第二端相枢接并能突伸入容置空间内的活塞件，活塞件能受连动装置的连动而在一接近小腿义足的第一位置与一远离小腿义足的第二位置间移动，并将容置空间分隔为一上腔室以及一下腔室；以及

一安全装置，设置于支撑架上，具有：

一本体，固定在支撑架上，并具有与上、下腔室相连通的一曲膝油道与一伸膝油道，

一切换器，设置于本体中，切换器能受油液的驱动而使得活塞往第一位置移动时，封闭伸膝油道，当活塞往第二位置移动时，封闭曲膝油道，

一调整件，枢设于本体上并突伸入曲膝油道内，调整件能改变曲膝油道的截面大小，进而当活塞往第一位置移动时，控制流经曲膝油道的油液量，及

一控制器，可移动地设置于支撑架上并与调整件相连接，控制器能受关节座的带动而连动调整件，进而调整通过曲膝油道的油液量。

2.如权利要求1所述的人工膝关节，其特征在于：本体更具有一连通上腔室与油道的一端的上开口，以及一连通下腔室与油道的另一端的下开口。

3.如权利要求2所述的人工膝关节，其特征在于：切换器具有一设置在本体内并邻近该下开口的一第一单向阀，以及一设置在本体内并邻近上开口的一第二单向阀，第一单向阀是用来当活塞往第一位置移动时，封闭伸膝油道，第二单向阀是用来当活塞往第二位置移动时，封闭曲膝油道。

4.如权利要求1所述的人工膝关节，其特征在于：调整件具有一可旋转地设置在本体上并与控制器相连接的调整部，以及一与调整部相连接并突伸入曲膝油道的凸伸部，凸伸部的一部分并与曲膝油道相连通，当控制器带动调整部旋转时，即带动凸伸部旋转进而改变凸伸部与伸膝油道相连通的截面大小，以调整通过伸膝油道的油液量。

5.如权利要求1所述的人工膝关节，其特征在于：关节座具有一与连动装置的第二端相枢接的关节头，以及一枢设在关节头上并供大腿相连接的活动板。

6.如权利要求5所述的人工膝关节，其特征在于：控制器具有一可移动地设置在关节头上并能受活动板压迫的压杆、一枢设在连动装置上并能与压杆相连动的第一控制杆、一枢设在支撑架上并能与第一控制杆相连动的第二控制杆、一枢设在本体上并能与第二控制杆相连动的控制件，控制件远离第二控制杆的一端并与调整件相连接，使活动板压迫压杆时，第二控制杆能带动调整件，进而调整通过曲膝油道的油液量。

7.如权利要求1所述的人工膝关节，其特征在于：多功能人工膝关节更包含一固定在支撑架与小腿义足间的气压装置，以及一设置在本体中并能受气压装置所驱动的调节装置，调节装置并是与控制器相抵接，使得当气压装置受小腿义足施以不同程度的压力时，能带动控制器来带动调整件，进而调整通过曲膝油道的油液量。

8.如权利要求7所述的人工膝关节，其特征在于：安全装置的本体更具有一与气压装置相连通的进气通道。

9.如权利要求8所述的人工膝关节，其特征在于：气压装置具有一固定在支撑架上并与进气通道相连通的中空气阀座，以及一可移动地设置在气阀座内并能与小腿义足相连动的第一进气单向阀。

10.如权利要求9所述的人工膝关节，其特征在于：调节装置具有至少一设置在进气通道内的第二进气单向阀，以及一枢设在本体上并与控制器相抵接的第三控制杆。

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