TWI838257B

TWI838257B - 連桿啟動制動的義肢膝關節

Info

Publication number: TWI838257B
Application number: TW112118862A
Authority: TW
Inventors: 申新發
Original assignee: 普霖國際股份有限公司
Priority date: 2023-05-22
Filing date: 2023-05-22
Publication date: 2024-04-01

Abstract

本創作所提出的義肢膝關節具有一連桿組件、一鎖定組件及一制動組件。鎖定組件選擇性的鎖定連桿組件，藉此連桿組件無法樞轉。當義肢腳跟著地時，連桿組件會啟動制動組件，使大腿與義肢小腿相對轉一小角度時，鎖定組件會介入而鎖定連桿組件，藉此使其鎖住制動組件。因此，使用者在整個彎曲義肢膝關節的彎曲過程中都能保持阻力，而不會彎曲到特定角度後失去阻力，因此能達到維持於全角度地緩彎的效果，即可避免重心施加的力量因角度的移轉而消失，進而解除制動組件失去阻力，造成跌坐的危險。類似地，使用本創作時於不平坦地面也能安全行走。

Description

連桿啟動制動的義肢膝關節

本創作是關於一種義肢，特別是關於一種膝關節的義肢。

傳統制動義膝關節，皆為單軸式承重啟動制動裝置，如專利號CNA-103800102、TWAN-200417360、TWBN-259703、TWBN-564742，係組設於使用者的大腿及義肢小腿之間，使用者先將重心壓於義肢小腿及義肢膝關節上，此時義肢膝關節內會啟動阻力機制，並能選擇性的提供彎曲支撐力，故能支持使用者的體重，讓義肢膝關節得以緩慢彎曲，讓使用者能夠以雙足站立或步行。

在一般步行時，將正常的腳向前跨出，隨重心移動至前側的正常腳，後側裝有義肢的大腿向下推抵義肢小腿，使得義肢的腳尖受到地面的反作用力，於義肢小腿上產生一力矩，帶動義肢膝關節彎曲。在義肢膝關節內的單軸機構因力矩作用而偏轉時，阻力機制被關閉，讓義肢膝關節能無阻力地大幅度彎曲。此時使用者以後側裝有義肢的大腿向前擺動，將義肢小腿向前甩動而義肢膝關節再次轉成直線，義肢的腳跟著地後受到地面的反作用力推抵於義肢膝關節，再次啟動阻力機制，讓義肢及義肢膝關節能支撐使用者的體重，因此能再跨出下一步。

為了讓使用者的步伐能保持於適當節奏，當裝有義肢的大腿位於後側時，腳尖下壓而於義肢膝關節上產生力矩關於阻力機制的過程必須儘可能地敏銳，以避免在正常腳跨出後，還要等待義肢膝關節上的阻力機制解除後再能跨出義肢。若解除阻力機制的過程不夠敏銳迅速，使用者行走時會產生明顯的卡頓感，影響步伐。

然而，單軸式承動啟動制動裝置，身體重心施加壓力時，腳跟或腳尖皆可能啟動制動裝置，造成義肢小腿跨步擺出時，發生卡頓感，所以皆需設一反啟動制動裝置的彈性調整組，降低啟動制動裝置的敏銳度，減緩義肢小腿跨步擺出發生的卡頓感，但相對亦會降低該起動制動裝置的敏銳度，造成啟動不完全，或失去阻力的情況發生，而影響安全。

有鑑於此，提出一種更佳的改善方案，乃為此業界亟待解決的問題。

本創作的主要目的在於，提出一種義肢膝關節，其用以連接使用者的大腿以及一義肢小腿，並能讓使用者能任意地下樓梯或於不平坦的地面行走。

為達上述目的，本創作所提出的義肢膝關節具有：一上連接座，其用以連接使用者的大腿；一下連接座，其用以連接該義肢小腿；一連桿組件，其位於該上連接座及該下連接座之間：一鎖定組件，其選擇性地鎖定該連桿組件，藉此該連桿組件無法樞轉；一制動組件，該下連接座固設於該制動組件；該制動組件具有：一第一蓄油腔；一第二蓄油腔；一第一連通道，其連通於該第一蓄油腔與該第二蓄油腔；一第二連通道，其連通於該第一蓄油腔與該第二蓄油腔；一活動塞，其選擇性地阻塞該第一連通道；及一連動件，其一端連接於該連桿組件，另一端選擇性地推抵於該活動塞；其中，當該上連接座與該下連接座相對轉動時，該連動件受該連桿組件而與該活動塞分離，該活動塞即阻塞該第一連通道，同時該鎖定組件鎖定該連桿組件，藉此該連桿組件無法樞轉且該連動件保持與該活動塞分離。

因此，本創作的優點在於，義肢膝關節能維持於全角度地緩彎，即上連接座與下連接座相對轉動至啟動角度時，鎖定組件鎖定連桿組件，因此能讓讓使用者在穿戴義肢膝關節下樓梯時，當義肢膝關節位於後腳時能保持彎曲角度，而不至於失去阻力而跌坐在階梯上。類似地，使用者於具有高低落差的不平坦地面行走時，也可順利步行。

如前所述之義肢膝關節中，該連桿組件具有：一主連桿，該上連接座固設於該主連桿，該主連桿具有一主樞接軸，該主樞接軸位於該主連桿的一前側及一後側之間；一第一連桿，其具有一第一上端及一第一下端，該第一上端連接於該主連桿，該第一下端樞設於該制動組件；該連動件的一端連接於該第一連桿；一第二連桿，其具有一第二上端及一第二下端，該第二上端連接於該主連桿的該主樞接軸，該第二下端樞設於該制動組件；以及一副連桿，其一端樞設於該主連桿的該主樞接軸，另一端樞設於該第一連桿的該第一上端。

如前所述之義肢膝關節中，該鎖定組件具有：一鎖定件，其一端連接於該主連桿，另一端選擇性地推抵該第一連桿；其中，當該上連接座與該下連接座相對轉動時，該鎖定件推抵於該第一連桿並藉此阻止該第一連桿持續相對該主連桿轉動。

如前所述之義肢膝關節中，該鎖定組件具有：一彈性件，其一端連接於該副連桿，另一端連接於該鎖定件，並傾向使該鎖定件推抵該第一連桿。

如前所述之義肢膝關節中，該鎖定組件具有：一限位件，其固設該主連桿，並於該位於該鎖定件與該第一連桿之間。

如前所述之義肢膝關節中，該連桿組件具有：一第三連桿，其具有一第三上端及一第三下端，該第三上端樞接於該主連桿的後側。

如前所述之義肢膝關節中，該制動組件具有一活塞軸，其穿設於該第二蓄油腔，並連接於該第三連桿的該第三下端。

如前所述之義肢膝關節中，該連動件具有一抵靠斜面，該抵靠斜面選擇性地推抵於該活動塞。

如前所述之義肢膝關節中，該制動組件具有一連動彈性件，其連接於該連動件，並傾向使該連動件推抵於該活動塞。

11:上連接座

12:下連接座

20:連桿組件

21:主連桿

210:主樞接軸

22:副連桿

23:第一連桿

24:第二連桿

25:第三連桿

30:制動組件

31:第一蓄油腔

32:第二蓄油腔

33:活塞軸

34:第一連通道

340:第一調節塞

35:第二連通道

350:第二調節塞

36:活動塞

37:連動件

38:連動彈性件

40:鎖定組件

41:鎖定件

42:彈性件

43:限位件

圖1為本創作的立體示意圖。

圖2為本創作另一角度的立體示意圖。

圖3為本創作的側視示意圖。

圖4為本創作的前視示意圖。

圖5為本創作沿圖4的A-A割面線的剖面示意圖。

圖6為本創作的剖面放大示意圖。

圖7為本創作沿圖4的B-B割面線的剖面示意圖。

圖8為本創作彎曲後沿圖4的A-A割面線的剖面示意圖。

圖9為本創作彎曲後的剖面放大示意圖。

首先請參考圖1至4。本創作提出一種具有緩衝及卡制效果的義肢膝關節，其用以連接使用者的大腿以及一義肢小腿。義肢膝關節具有一上連接座11、一下連接座12、一連桿組件20、一制動組件30、以及一鎖定組件40。

上連接座11用以連接使用者的大腿，下連接座12用以連接義肢小腿。連桿組件20、鎖定組件40、及制動組件30皆設置於上連接座11及下連接座12之間。

接著請參考圖3至圖5。連桿組件20具有一主連桿21、一副連桿22、一第一連桿23、一第二連桿24、及一第三連桿25。其中，主連桿21、副連桿22、第一連桿23、及一第二連桿24構成一四連桿機構，其能模擬人體膝關節實際彎曲的細微變化，而第三連桿25用於連接該四連桿機構與制動組件30。上連接座11固設於主連桿21。主連桿21具有一前側、一後側、及一主樞接軸210，主樞接軸210位於主連桿21的前側及後側之間。副連桿22的一端樞設於主連桿21的主樞接軸210。

第一連桿23具有一第一上端及一第一下端，第一上端連接於主連桿21，第一下端樞設於制動組件30。具體而言，第一連桿23的第一上端是樞設於副連桿22上相對於主樞接軸210的一端。第二連桿24具有一第二上端及一第二下端，第二上端連接於主連桿21的主樞接軸210，第二下端樞設於制動組件30。第三連桿25具有一第三上端及一第三下端，第三上端樞接於主連桿21的後側，第三下端連接於制動組件30。

接著請一併參考圖6及圖7。下連接座12固設於制動組件30，且制動組件30具有一第一蓄油腔31、一第二蓄油腔32、一活塞軸33、一第一連通道34、一第二連通道35、一活動塞36、及一連動件37。本實施例中，制動組件30還具有一第一調節塞340及一第二調節塞350。活塞軸33穿設於第二蓄油腔32，並樞接於第三連桿25的第三下端。第一連通道34及第二連通道35皆連通於第一蓄油腔31與第二蓄油腔32。

第一調節塞340地穿設於第一連通道34內，並可控制第一調節塞340穿入第一連通道34內的深度。第一調節塞340具有一錐狀面。藉由控制第一調節塞340的深度，錐狀面與第一連通道34的內壁面的間隙大小得以調節，因此能調節液壓油於第一蓄油腔31與第二蓄油腔32之間流動時的流速。類似地，第二調節塞350地穿設於第二連通道35內，並可控制第二調節塞350穿入第二連通道35內的深度。第二調節塞350具有一錐狀面。藉由控制第二調節塞350的深度，錐狀面與第二連通道35的內壁面的間隙大小得以調節，因此能調節液壓油於第一蓄油腔31與第二蓄油腔32之間流動時的流速。

活動塞36選擇性地阻塞第一連通道34。連動件37的一端連接於連桿組件20，另一端選擇性地推抵於活動塞36。具體而言，連動件37的一端連接於第一連桿23，另一端具有一抵靠斜面，連動件37的抵靠斜面選擇性地推抵於活動塞36。本實施例中制動組件30更具有一連動彈性件38。連動彈性件38連接於連動件37，並傾向使連動件37推抵於活動塞36。

請再次參考圖5。鎖定組件40選擇性地鎖定連桿組件20，藉此連桿組件20無法樞轉。具體而言，鎖定組件40具有一鎖定件41、一彈性件42、及一限位件43。鎖定件41一端連接於主連桿21，另一端選擇性地推抵第一連桿23。彈性件42的一端連接於副連桿22，另一端連接於鎖定件41，並傾向使鎖定件41推抵第一連桿23。限位件43固設主連桿21，並於位於鎖定件41與第一連桿23之間。

接著請參考圖5及圖6。當使用者的腳伸直時，即大腿與義肢小腿保持一直線時，上連接座11與下連接座12也保持一直線。此時，限位件43止擋於鎖定件41與第一連桿23之間，因此鎖定件41與第一連桿23不接觸。同時，連動件37受第一連桿23的牽引及連動彈性的彈力作用，連動件37的抵靠斜面抵靠於活動塞36，藉此使活動塞36無法阻塞第一連通道34。當第一連通道34保持連通時，第二蓄油腔32內的液壓油能輕易地通過第一連通道34而流入第二蓄油腔32。換言之，活塞軸33能任意地於第二蓄油腔32內移動而改變第二蓄油腔32的內部體積，藉此使用者能輕易地彎曲義肢膝關節。

接著請參考圖8及圖9。當使用者的腳彎曲時，便使上連接座11與下連接座12相對轉動至一啟動角度時，連動件37受連桿組件20而與活動塞36分離。具體而言，當上連接座11與下連接座12相對轉動至一啟動角度時，第一連桿23同時也轉動至與鎖定件41相卡合，且帶動連動件37保持與活動塞36分離。當第一連桿23與鎖定件41相卡合時鎖定件41推抵於第一連桿23並藉此阻止第一連桿23持續相對主連桿21轉動。換言之，只要使用者在彎曲義肢膝關節時，無論什麼角度，鎖定件41皆與第一連桿23相卡合。

當連動件37與活動塞36分離時，活動塞36即能阻塞第一連通道34，此時液壓油僅能經由第二連通道35從第二蓄油腔32流至第一蓄油腔31。由於第二連通道35的間隙較小，因此液壓油通過第二連通道35的流速非常慢，使活塞軸33無法輕易穿入第二蓄油腔32，而造成使用者無法再進一步順暢的彎曲的阻力。換言之，此時連桿組件20無法進一步樞轉，而使用者的義肢膝關節即能維持於緩慢地彎曲。

由於在維持這個姿勢一段時間後，仍能有一定量的液壓油經由第二蓄油腔32流至第一蓄油腔31，讓活塞軸33能夠穿入第二蓄油腔32，因此使用者的義肢膝關節彎曲的角度仍能緩慢變大。即，使用者在彎曲義肢膝關節的整個彎曲過程中都能保持在有阻力的狀態下彎曲，而不會彎曲到特定角度後失去阻力，因此能達到維持於全角度地緩彎的效果。

透過本創作，義肢膝關節彎曲過程能維持於緩慢地彎曲，讓使用者在穿戴義肢膝關節下樓梯時，當義肢膝關節位於後腳時能保持彎曲角度，而不至於失去阻力而跌坐在階梯上。類似地，使用者於具有高低落差的不平坦地面行走時，也可順利步行。藉此，在行走時，若是以腳跟著地時，義肢膝關節全角度彎曲的過程中阻力機制啟動而能保持緩慢的彎曲；相對地，以腳尖著地時阻力機制不啟動。