TWI463973B - 義肢握持單元 - Google Patents

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TWI463973B TW097126606A TW97126606A TWI463973B TW I463973 B TWI463973 B TW I463973B TW 097126606 A TW097126606 A TW 097126606A TW 97126606 A TW97126606 A TW 97126606A TW I463973 B TWI463973 B TW I463973B
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Description

義肢握持單元
本發明關於一種義肢握持單元，具有一本體，在本體上設一接頭手段以固定在一上肢上，至少有二懸臂從該接頭手段突出，其中一第一懸臂支承成可相對於第二懸臂運動，從一突出的位置移位到一倚靠的位置，且可動懸臂的樞轉軸垂直於該本體對準。
本發特別關於所謂的義手鈎(Hook)，它係一種簡單穩定的握持裝置。在此，該可運動的懸臂的樞轉軸垂直於本體對準，該本體模仿自然手的手中部。
在先前技術，這種義肢握持單元係長時以來習知者，例如在英專利GB 2 109 245 A1中提到者。為了將該在本體上支承成可運動方式的懸臂朝向一個固定之第二懸臂運動，故在該二懸臂的近體(proximal)端上設有一橡皮筋，其度量尺寸設計成使得二懸臂被拉一倚靠的位置。經由一條波登拉索(Bowdenzug，英：Bowden cable)將支承成可運動方式的懸臂移位到一張開位置。利用彈簧力量使該懸臂向該固定死的懸臂的方向運動且可將物體牢牢保持在該處。這種在機械方面簡單而強固的握持裝置有一缺點，即握持力量受到彈性橡皮筋的預應力限制。此外，須由該義肢握持單元的裝配者施較大的力量，以將該可動的懸臂張開。
本發明的目的在提供一種義肢握持單元，對義肢使用者而言，它用起來較舒適。
依本發明，此目的的利用具有申請專利範圍第1項的特點的一種義肢握持單元達成。本發明有利的設計與進一步特點見於申請專利範圍附屬項。
本發明關於一種義肢握持單元，具有一本體，在本體上設一接頭手段以固定在一上肢上，至少有二懸臂從該接頭手段突出，其中一第一懸臂支承成可相對於第二懸臂運動，從一突出的位置移位到一倚靠的位置，且可動懸臂的樞轉軸垂直於該本體對準。依本發明該第一懸臂用馬達驅動。利用馬達將支承成可動方式的懸臂動作，可以不受該彈性預應力影響而利用一橡皮筋作快速及受控制的動作，因此可不受彈簧預應力影響達到強力之握持力量。如此，使用者不再需要施一對應地大的張開力量，俾能用夠大的握持力量將一物體抓住。馬達驅動器可使動作迅速，並在將握持裝置在一張開或閉合的靜止位置作選擇性的切換。
如果第二懸臂係固定死在本體上或設計成在本體上一體成形，則可達成簡單的結構性的構造，因為只有一懸臂須和驅動器耦合。但基本上也可將第二懸臂用馬達驅動，因此二懸臂支承成可相對運動的方式。
為了使各懸臂能配合所要的使用目的或使損壞的懸臂能更換，故懸臂以可更換的方式固定在本體上(例如螺入 或利用一種彈性插鈎接合(Karabinerverschluss)固定在本體上。如此可對各使用目的裝設適當的懸臂。
本體宜設計成供驅動器用的殼體形式，因此殼體設在本體內。所用驅動器特別為一電馬達，它係直接與該支承成可動方式的懸臂連接或可與之連接。同樣地，該支承成可動方式的懸臂可經由一聯動器與該驅動器或電馬達聯接，俾能達到所要之增速並因此能使調整速度或握持力量配合。
本發明的一種節省空間的設計，係將驅動器支承在本體中並將第一懸臂支承在驅動器的軸承上，俾能對可動的懸臂提供儘量大而穩定的軸承。
此懸臂可設計成鈎形，俾能使得使用之可能方式有很大的變化性。一第三懸臂可固定死在第一懸臂上或形成在其上，俾能對所握持的物品提供附加之支持的可能性。這種第三懸臂特別用於支持一桿或另外的工具，它夾入在二懸臂之間。在此，第一懸臂宜設在第一及第三懸臂之間且向側邊移出，且移成直角從第一懸臂突出，第三懸臂可同樣地彎折成一角度，以避免放到其上的物品滑脫。
在本體上設有一容納部以容納能量的儲存裝置，因此可很容易更換能量儲存單元。此能量儲存單元(舉例而言它為一可充電的電池)可很容易地耦合在本體上，例如利用螺合機構或一種彈性插鈎接合連接件，因此一種可更換的電池或可更換的蓄電池可迅速更換。
利用馬達將該支承成可運動方式的懸臂動作，可使懸 臂能利用肌電脈衝控制，為此設有驅動器之相關之肌電控制手段。因此該握持單元的動作不需卸除負荷的肩運動，而係經由肌電脈波達成。為了要能將驅動器(特別是馬達)根據肌電脈波操作，故在本體中設有一控制電子電路以控制驅動器，它宜為封在囊中者，如此只要與電極或肌電脈波產生器耦合以將義肢的握持單元操作。此控制手段也可設在能量儲存器中或在驅動器內。
控制單元及驅動器都封囊成密不透水的方式，俾在該義肢握持單元在一不佳的環境使用時也能確保功能安全性。
為了達成儘量緊密的構造方式，故驅動器或馬達的驅動軸方向對第一懸臂的樞轉軸設成平行(特別是共軸)，因此可直接耦合，不須作偏轉式聯動。如果要在中間接一聯動器階段，則它可很容易地設置成及設計成共軸。
為了在馬達或能量供應故障時，仍能確保功能性，故驅動器設計成可從第一懸臂解耦的方式。如此，為了提供所需的握持力，可將一傳統的力量儲存元件(例如呈一橡皮筋形式者)繞著這些懸臂。為此，在第一懸臂及第二懸臂上形成保持裝置以將相關的彈簧元件保持，例如形成容納部以容納一彈性環或一拉伸彈簧。
在本發明另一特點，在第三懸臂上支承著一支「動作槓桿」，它經由一條支承成可縱向移動的波登拉索(Bowdenzug)與義肢握持單元的載體耦合。經由此動作槓桿，如果沒有肌電式耦合，可用義肢使用者習慣的方式將 懸臂動作。這種可縱向移動的方式可以配合義肢使用者的身體情況。在此，一般經由肩膀運動而造成此動作，因此具有大的運動半徑的義肢使用者偏好將波登拉索設在第三懸臂的遠體端，而當由於生理狀況運動受限或運動範圍很小時，則要選擇將波登拉索設在槓桿近體端。
本發明另一特點為：有至少一感測器單元以檢出動作槓桿的動作元件並與該動作槓桿耦合，因此可依該動作力量以及經由動作槓桿所施的動作力矩而控制握持力量。動作力量越大，則握持力量調整成越大，因此該互相倚靠的懸臂之間可調整一股配合的握持力量。同樣地可有一感測器以求出實際的握持力量，它將一回訊送到控制單元並將驅動器堵擋住或用於維持該握持力量。
為了要能對樞轉運動的閉合力量或速度作基本調整，故在本體上或在能量儲存單元上設有調整裝置，它宜設在握持單元背側(握單元和手壓迫動作對應)俾能由義肢使用者很容易地調整。驅動器設計成可反向者，俾能使握持單元張開及閉合。同樣地也可設置用於作模式切換用的調整裝置，其中這些裝置可在不同控制方式之間作切換，例如在力量調節、位置調節、EVO控制(電子隨意易張開)或EVC控制(電子隨意閉合)。調整裝置可作模式切換以及力量或速度調整。
為了將第一懸臂與驅動器解耦，故第一懸臂經一可移位的齒狀構造與驅動器耦合，因此當齒狀構造與驅動器脫離嚙合時，可以作調整而不受驅動器影響。
在本發明的另一特點中，該驅動器有一強力檔及一快速檔，二者之間可用機械方式或用電方式切換。如此可先用高的增速(bersetzung，英：increasing)施一較小的握持力而使二懸臂互相迅速相向移行。如果二懸臂接觸到所要握持的物體，則握持力量自動提高，而握持速度減少。這種切換可用純機械方式經由一相關之切換耦合裝置或經一電子控制手段達成。
本發明的實施例在以下圖式中說明。圖式中相同的圖號顯示相同或作用相同的構件。
圖1中的分剖面顯示，一義肢握持單元(1)，具有一本體(2)，該本體由金屬製，特別是輕金屬，本體(2)上設有一接頭手段(3)，呈一螺紋的設計，當作標準接頭，以供義肢握持單元之用，例如用在小腿義肢或接到一容納裝置，該容納裝置固定在前臂上。接頭手段(3)特別設計成螺絲螺紋形式。接頭手段(3)可呈不同的設計，例如插旋接合(Bajonettverschlu)或類似者。
在殼體(2)內設有一驅動器(4)，呈扁平構造之電馬達形式。本體形成一框或一個動架以供接頭手段(3)及二懸臂之用，其中在此實施例中，懸臂(10)以可樞轉的方式支承在本體(2)上。第二懸臂(20)牢牢固定在本體(2)上，特別是用螺合或放入一容納部中並保持在其上。驅動器(4)(呈電馬達形式)利用一軸承(5)支承在本體(2)中，軸承(5)同時為該可 動懸臂(10)用的中央軸承。
如不用此第二軸承(20)固定設計的方式，它同樣也可經由驅動器(4)驅動，並相對於第一懸臂(10)運動。在此，樞轉運動係繞樞轉軸(14)，此樞轉軸垂直於驅動器(4)的底面延伸且宜和驅動器(4)的轉軸平行(特別是共軸)。在此，樞轉軸(14)垂直於一面，此面在自然的手的場合相當於手掌面或手背。該二懸臂(10)(20)可移行到一張開的位置或互相倚靠的位置。俾能在此互相倚靠的位置抓住物體或將物體夾在它們之間。懸臂(10)(20)的遠體端宜呈彎曲，因此係設計成鈎的形式，因為這種幾何形狀顯示出特別適合簡單的握持裝置。
在本體(2)上側上固定著一電池或一蓄電池，它以可更換的方式支承在本體(2)上。在此可更換的蓄電池(6)上可設有調整裝置，利用該調整裝置可調整移位的速度以及懸臂(10)(20)之間所要施的握持力量，圖號(30)表示第三懸臂的尖端，第三懸臂在此立體圖中被主驅動器(4)掩蓋住。
在懸臂(10)(20)的近端上形成突起(11)(21)，它們用於作彈性帶(8)的屏障，因此該帶可確實地保持在懸臂(10)(20)上且可防在此方向滑離的情事。
在圖2的立體斜上視圖中顯示握持單元(1)，其中可看到在第一懸臂(10)上設有一第三懸臂(30)，第三懸臂作大姆指或一懸臂的功能。將所要握持的物體(在此實施例中為一桿)抓住。第三懸臂(30)連同第一懸臂(10)以可施轉的方式支承在本體(2)上，第一懸臂(10)的容納部宜與第三懸臂 (30)構成一體式的構件。如不用此方式，第三懸臂(30)也可旋入或嵌入。
在此實施例中，第二懸臂(20)係固定者且以可更換的方式固定在本體(2)上。
接頭手段(3)可更換成一肌電式接頭件，該接頭件中須作附加之配線接到驅動器(4)。在肌電式接頭件的場合，該配線宜穿過接頭手段(3)過去。
在義肢握持單元(1)的上側及在能量儲存器(6)的上側有感測器面(61)(62)(63)，當作調整裝置，以調整懸臂(10)(20)的最大主動閉合力量及閉合速度。
在第三懸臂(30)內設有一動作槓桿(9)，它經一波登拉索(12)動作，該波登拉索以可移動及可固定的方式支承在動作槓桿(9)上。波登拉索(12)設在義肢使用者上臂或肩上，且在肩動作時使馬達(4)動作，且因此使懸臂(10)(20)閉合或張開。此張開動作可在波登拉索(12)重複動作時達成。為此，驅動器(4)設計成可反向者。
在圖3中顯示圖2的實施例的一變更例，其中不採用點狀的感測器場(61)(62)(63)而係利用一可轉動的遮蓋罩蓋(65)作調節。其可朝兩方向旋轉的性質用雙箭頭表示。當沿順時針方向轉動時，握持力提高，沿反時針方向轉動時，握持力減小。
此外，在蓄電池(6)後側可設有其他感測器場或調整的可能方式，例如調整速度或將控制模式切換。同樣地，感測器場可不設在握持單元後側或上側而設在殼體側面。
圖4中顯示圖2的一變更例，其中，該電能的儲存裝置(6)可呈一種可更換的封囊形式設在握持單元(1)背側在一個對應設計的容納部(26)上。儲存裝置(6)利用螺合固定或用另外的固定方式(特別是形狀嵌合方式)。由於儲存裝置(6)可更換，故義肢使用者的獨立性可加大，因為可簡單迅速地更換蓄電池(6)而有較久的操作期間。蓄電池(6)本身做成密不透水且與驅動器(4)(它同樣設計成不透水)接觸。同樣地可在握持單元(1)後側或蓄電池(6)中設其他感測電路，其中由於蓄電池(6)設在後側，故各握持物體上的視界幾乎不受影響。
藉著將蓄電池(6)整合到握持單元(1)中，可提供一種自主的握持系統，它可很容易地替換一習用之機械性握持系統。波登打索(12)可設計成使拉索不需重新調整或偏向，因此該馬達驅動的握持單元(1)可簡單地替換掉習用的系統。
圖5中顯示握持單元(1)下側，由此可看到動作槓桿(9)及其功能方式。波登拉索(12)可經由一球形的封閉件或鎖緊方式而以可移動的方式支承在動作槓桿(9)上，如雙箭頭所示，因此波登拉索(12)以可移動的方式固定在動作槓桿(9)上。殼體(2)下側或殼體(2)內設有一感測器裝置(13)，它測量動作槓桿(9)上的動作力矩。力臂L〔它由動作槓桿(9)或波登拉索(12)的握持點沿其移動路徑形成〕可使得感測器(13)的信號〔它由波登拉索(12)內的拉力產生〕不受動作槓桿(9)上的波登拉索(12)的端件位置影響。如此，可由感測器單元(13)提供的信號和波登拉索(12)的拉力成比例。因此波 登拉索(12)的握持點可選設在移動範圍內的位置，其中波登拉索(12)在接頭件或鉗緊裝置中的容納部選設成使該馬達驅動的握持單元(1)可迅速地替換一傳統的握持單元。動作槓桿(9)的第二支承點在第三懸臂(30)之向上彎曲的末端上在所謂的姆指中。
圖6中顯示本發明一變更例，其中一安全裝置整合進去，它在義肢握持單元的電錯誤功能之時可用手動將懸臂(10)(20)張開，藉著將調整裝置(14)移動，可使驅動器(4)內部中的一平坦齒狀構造脫離嚙合，因此該支承成可動方式的懸臂(10)以及第三懸臂(30)被放鬆。動作元件(14)沿二移動方向都有作用，因此移動也可雙向達成。如果該支承成可樞轉方式的懸臂(10)(30)和驅動器(4)脫耦，則可自由地運動。為了要能將懸臂(10)(20)閉合，故設有一彈簧元件(8)，呈一彈性環或一彈性帶的形式，它呈緊急措施方式設置以提供閉合力量。突起(11)(21)可防止從懸臂(10)(12)滑脫。利用波登拉索(12)以及設計成對應地穩定的動作槓桿(9)可將握持單元(1)動作，即使在無能量供應或電故障時亦然。因此即使如果本發明的優點失去，也還可作緊急操作。
在殼體(2)內可設控制裝置，以作肌電控制，控制裝置也可分別地設在蓄電池(6)內。握持力量可利用電位計調整，此外也可調整封閉及張開運動的快慢。如不採此方式，也可經由動作槓桿(9)的動作及肩動作而作機械控制。
經由感測器可求出懸臂(10)(20)(30)的位置，因此當施加肌電信號時，可正確配合驅動器(4)的旋轉運動。握持單 元的靜止位置可自由選擇，可為開放位置〔懸臂(10)(20)互相離開〕或為閉合位置。利用本體感受式(propriozeptor)的感測器可以提供配合的握持力量。雖然習用機械式的握持單元係藉著在波登拉索施一力抗拒彈簧力量而張開，但這點可較簡單地用電馬達方式利用一簡單信號達成。要將握持單元純粹用機械方式開放。則在波登拉索上須施二倍到四倍的拉力，該拉力係在懸臂(10)(20)尖端所有者。因此動作路徑對應地短，且經由一肩拉索施，在純機械式解決方案，所能達到的握持力量係利用彈簧或橡皮筋的強度和槓桿的傳動而定義及固定。由於可用馬達驅動且可依力量而控制，因此可將要在懸臂上產生的力量配合動作力量，但與其大小無關。較大力量作用到動作槓桿(9)造成閉合力量加強，但閉合力量的位準可不受動作力量強度影響而調整。如此，動作力量與動作路徑無關，因為有一感測器以測量波登拉索(12)內的拉力。這點對於配合患者而言很重要，因為不同的生理因素可考慮到，將懸臂(10)(20)完全張開的動作路徑係由動作槓桿(9)上的波登拉索(12)的位置決定。對於矮小的人或行動受限的人，連接點選設在第一懸臂(10)附近，亦即接近旋轉中心，對於在肩膀範圍運動量大的高大的人，則波登拉索的連接點要儘量遠離中心。
一種對應的控制中，握持單元基本上一直閉合到達到所調整的力量或所調整的力矩為止。此所調整的力量可比在一般迄今的機械式握持單元一般或可能的力量大許多倍。
圖7中的剖面圖顯示可動的懸臂(10)支承在本體(2)上的情形。具有一馬達的整個驅動器(4)支承在本體(2)內。馬達有一定子(41)及一轉子(42)。一遮蓋罩(13)蓋住驅動器(4)上方。轉子(42)繞樞轉軸(14)轉動且支承在一轉子支承件(43)上。在本體(2)和驅動器(4)內設有一馬達及控制電子電路(44)，經由它可調整不同的運動模式或速度或握持力量，經由一偏心軸(45)〔它具有聯接到轉子(42)的聯接部〕將轉子與一擺線盤(Zykloidenscheibe)(46)連接，擺線盤經由銷與一出力盤(48)聯接。出力盤(48)支承在主軸承的外環(47)上且與一盤(49)連接，該盤(49)支承成可對本體(2)運動且可動之懸臂(10)固定在該盤上。
一螺絲保持在出力盤(48)上。主軸承(47)經由一保持件(14)〔它利用螺絲保持在本體(2)上〕保持在本體(2)中。在此，保持件(14)壓到主軸承(47)的軸承外環上。
在圖7上端可看到，該固定的懸臂(20)經一栓(15)固定在本體(2)上，例如旋入或夾入。驅動器(4)和可動的懸臂(10)在此實施例中係共同經由主軸承(47)支承在本體(2)上。
(1)‧‧‧義肢握持單元
(2)‧‧‧本體
(3)‧‧‧接頭手段
(4)‧‧‧驅動器
(5)‧‧‧軸承
(6)‧‧‧能量儲存器(蓄電池)
(8)‧‧‧彈性帶
(9)‧‧‧動作槓桿
(10)‧‧‧第一(可動)懸臂
(11)‧‧‧突起
(12)‧‧‧波登拉索
(13)‧‧‧感測器單元
(14)‧‧‧樞轉軸(動作元件、調整裝置)
(15)‧‧‧栓
(20)‧‧‧第二(固定)懸臂
(21)‧‧‧突起
(26)‧‧‧容納部
(30)‧‧‧第三懸臂
(41)‧‧‧定子
(42)‧‧‧轉子
(43)‧‧‧轉子支承件
(45)‧‧‧偏心軸
(46)‧‧‧擺線盤
(47)‧‧‧外環(主軸承)
(48)‧‧‧出力盤
(49)‧‧‧盤
(61)(62)(63)‧‧‧感測器面(場)
(65)‧‧‧遮蓋罩蓋
圖1係一握持裝置的部分剖視圖；圖2係第一變更例的立體斜上視圖；圖3係第二變更例的立體斜上視圖；圖4係依圖2的握持單元，具有未安裝的能量儲存裝置； 圖5係一立體斜下視圖；圖6係圖2的一變更例，具有一解除鎖閂機構；圖7係支承件的一剖面圖。
(1)‧‧‧義肢握持單元
(2)‧‧‧本體
(3)‧‧‧接頭手段
(4)‧‧‧驅動器
(5)‧‧‧軸承
(6)‧‧‧能量儲存器(蓄電池)
(10)‧‧‧第一(可動)懸臂
(11)‧‧‧突起
(14)‧‧‧樞轉軸(動作元件、調整裝置)
(20)‧‧‧第二(固定)懸臂
(21)‧‧‧突起
(30)‧‧‧第三懸臂

Claims (23)

  1. 一種義肢握持單元(1)，具有一本體(2)，在本體(2)上設一接頭手段(3)以固定在一上肢上，至少有二懸臂(10)(20)從該接頭手段突出，其中一第一懸臂(10)支承成可相對於一第二懸臂(20)運動，從一突出的位置移位到一倚靠的位置，且該可動的第一懸臂的樞轉軸(14)垂直於該本體對準，其特徵在：該第一懸臂(10)用馬達驅動，在本體(2)中設有驅動器(4)，且驅動器(4)支承在本體(2)中，且第一懸臂(10)支承在驅動器(4)的一個軸承(5)上。
  2. 如申請專利範圍第1項之義肢握持單元，其中：該第二懸臂(20)牢牢固定死在本體(2)上。
  3. 如申請專利範圍第1項之義肢握持單元，其中：該第二懸臂(20)用馬達驅動。
  4. 如申請專利第1或第2項之義肢握持單元，其中：有一第三懸臂(30)，且該些懸臂(10)(20)(30)以可更換的方式固定在本體(2)上。
  5. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：第一懸臂(10)經由一聯動器與驅動器(4)耦合。
  6. 如申請專利範圍第4項之義肢握持單元，其中：該些懸臂(10)(20)(30)設計成鈎形。
  7. 如申請專利範圍第4項之義肢握持單元，其中：該第三懸臂(30)固定死在第一懸臂(10)上或在其上形 成。
  8. 如申請專利範圍第4項之義肢握持單元，其中：第一懸臂(10)設在第二懸臂(20)與第三懸臂(30)之間。
  9. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：在本體(2)上設有一容納部(26)以容納一儲存裝置(6)以儲電能。
  10. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：設有一種驅動器(4)的控制手段，其係用肌電方式控制該驅動器(4)。
  11. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：在一本體(2)中設有一控制電子電路以控制驅動器(4)。
  12. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：在驅動器(4)中設有一控制電子電路。
  13. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：該驅動器(4)封囊成密不透水的方式。
  14. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：驅動器(4)的一驅動軸(14)呈平行朝向，且對第一懸臂(10)的樞轉軸成共軸。
  15. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：在本體(2)上設有一調整裝置(61)(62)(63)(65)以調整樞轉運動的關閉力量及/或速度。
  16. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：在本體(2)上設有一調整裝置(61)(62)(63)(65)以作模式切換。
  17. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：該驅動器(4)可反向驅動。
  18. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：該驅動器有一個強力檔及一高速檔，二檔之間可用機械或電氣方式切換。
  19. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：該驅動器(4)可與第一懸臂(10)解除耦合。
  20. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：在第一懸臂(10)上與第二懸臂(20)上設有把持裝置(11)(21)以將一彈簧元件(8)保持住。
  21. 如申請專利範圍第4項之義肢握持單元，其中：在第三懸臂(30)上支承著一根動作槓桿(9)，該動作槓桿 (9)經由一條支承成可縱向移動的波登拉索(12)與該義肢握持單元的裝配者耦合。
  22. 如申請專利範圍第21項之義肢握持單元，其中：有一感測器單元(3)用以檢出該動作槓桿(9)的動作力矩。
  23. 如申請專利範圍第1或第2項之義肢握持單元，其中：第一懸臂(10)經一可移位的齒狀構造與驅動器(4)耦合且可使齒狀構造與驅動器(4)脫離嚙合。
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