義膝關節的製作方法

2023-05-15 11:14:21

專利名稱：義膝關節的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種義膝關節，特別是一種藉由使用者腿部的動作，來控制義膝關節彎曲與否的靈活度與穩固性的義膝關節結構。
背景技術：
義肢指人造肢體，也稱「假肢」，是供截肢者使用以代償缺損肢體部分功能的人造肢體，或是用來掩飾肢體傷殘，有上肢義肢和下肢義肢。義肢多用鋁材、木材、皮革、塑料等材料製作，其關節採用金屬部件，現在義肢界的主流是採用鈦合金和碳素纖維材料。與義體 (如義眼，假鼻子，假髮之類)最大的不同，在於義肢的功能性較強，且單指上、下肢而言。現有的下肢義肢中的膝上義肢(截肢至大腿部位者使用)的義膝關節大多使用單心軸結構，現有的義膝關節結構若太松，則可能會造成義腿於行走動作中的懸空階段產生不規則晃動，或是觸地時沒有足夠的支撐力；反之，若現有的義膝關節結構過緊，則可能會影響行走步行的順暢度及擺動的柔和性，使用時較耗費體力，且在行走的動作上，亦顯得不自然及不美觀，而不理想的義膝關節設計，更會增加使用者發生跌倒而導致受傷的機率。

實用新型內容本實用新型的主要目的，在於提供一種兼顧靈活性以及支撐強度的結構設計，以求改善現有單軸義膝關節活動靈活性以及支撐強度不良的問題。本實用新型的義膝關節的特徵，包括有一四連杆機構、一設於該四連杆機構的承筒、一活動連接該四連杆機構且具有彈性的復位裝置、與一連接該四連杆機構的義腿；本實用新型利用所述四連杆機構的四個樞軸聯機之間的特殊夾角，讓使用者套入該承筒內的大腿邁出時能自動產生一力矩而平順地使該四連杆機構產生作動以彎曲關節，而當腳底欲觸地時，則藉由重力牽動該四連杆機構平順地自動鎖定，使腳底觸地後能穩固支撐身體重量， 藉此提升使用者行走的每一步具有足夠的穩定度及靈活性。本實用新型的技術手段，包括有一四連杆機構、一設於該四連杆機的承筒、一活動連接該四連杆機構且具有彈性的復位裝置、與一連接該四連杆機構的義腿；所述四連杆機構包含有一第一連杆、一第二連杆、一第三連杆與一第四連杆，該第一連杆的第一端與第二連杆的第一端以一第一樞軸樞接；第一連杆的第二端與第四連杆的第一端以一第四樞軸樞接；第二連杆的第二端與第三連杆的第二端以一第二樞軸樞接；第三連杆的第一端與第四連杆的第二端以一第三樞軸樞接；所述第一樞軸與第二樞軸連成一第一聯機，第二樞軸與第三樞軸連成一第二聯機，第三樞軸與第四樞軸連成一第三聯機，第四樞軸與第一樞軸連成一第四聯機。所述第四樞軸與該復位裝置以一助伸連杆活動連接，復位裝置藉由其彈力作用於第四樞軸及重力作用而使四連杆機構展開至極限狀態時，該第一聯機與第二聯機的夾角為20° 25°，該第二聯機與第三聯機的夾角為157° 162°，該第三聯機與第四聯機的夾角為96° 100°，該第四聯機與第一聯機的夾角為77° 81°。藉由前述各聯機的夾角設計，當使用者截肢後保留的大腿配戴本實用新型步行而使其大腿往前邁出步伐時，承筒產生往前的慣性作用力與第一樞軸及第二樞軸之間將產生一力矩，進而平順地帶動四連杆機構作動而令關節彎曲；當承筒失去了往前邁出腳步的作用力時，則藉由整個義膝關節的重量與復位裝置的輔助，使該四連杆機構自動且平順地回復原位並鎖定，在腳底觸及地面時得以支撐身體重量。本實用新型的復位裝置包含一設有助伸彈簧的氣壓缸或油壓缸，所述助伸彈簧用以輔助推動四連杆機構展開至鎖定狀態，以能支撐身體重量；所述氣壓缸或油壓缸則提供義膝彎曲時緩衝的功能。

圖1為顯示本實用新型外觀的立體圖。圖2為顯示本實用新型主要組件組合關係的立體分解圖。圖3為顯示本實用新型的各樞軸聯機之間夾角的平面示意圖。圖4為顯示一般行走時的步態周期示意圖。圖5為顯示本實用新型的承筒未抬起時，義膝關係在鎖定狀態以支撐體重的實施示意圖。圖6為顯示本實用新型的承筒往前抬起時，義膝關係自動解除鎖定以使關節彎曲的實施示意圖。圖7為顯示本實用新型支撐身體重量時，地面與義腳踝的腳尖的作用力A方向與第三聯機C』逐漸趨近於垂直狀態的實施例示意圖。圖8顯示本實用新型的義膝關節的四連杆機構可以應用於肢體矯正器的實施例側視示意圖。圖9為顯示本實用新型的義膝關節的四連杆機構可以應用於肢體矯正器的實施例前視示意圖。
具體實施方式
以下配合說明書附圖對本實用新型的實施方式做更詳細的說明，以使本領域技術人員在研讀本說明書後能據以實施。參閱圖1與圖2所示，本實用新型的義膝關節的較佳實施例，包括有一承筒1、一四連杆機構2、一復位裝置5、與一義腿3;其中，所述四連杆機構2包含有一第一連杆21、一第二連杆22、一第三連杆23與一第四連杆M ；第一連杆21具有兩個分開且對稱的側壁213， 兩側壁213分別設置有對應的第一 A樞孔211，以及對應的第一 B樞孔212，第一連杆21還設有一盤狀的承載部210，承載部210上面用以安裝所述承筒1，承筒1用來配合套組於使用者截肢後保留的腿部。第二連杆22包含有二組，其為具有一適當長度與流線造型的形體，其兩端分別設置一第二 A樞孔221與一第二 B樞孔222 ；第一 A樞孔211內組合一軸承20與墊片200後， 將一第一樞軸加穿過第二 A樞孔221與第一 A樞孔211內的軸承20與墊片200，完成第一連杆21與第二連杆22的樞接。第三連杆23的兩端分別設置一第三A樞孔231與一第三B樞孔232，以及在第三連杆23結合有復位裝置25，所述復位裝置25包含有一復位缸250、一助伸連杆251、一連動柱252與一助伸彈簧253 ；所述復位缸250可以是一種氣壓缸或一種油壓缸；第三B樞孔 232內置入軸承20後，以一第二樞軸沘穿過第二連杆22的第二 B樞孔222與第三B樞孔 232內的軸承，以完成第二連杆22與第三連杆23的樞接。連動柱252的一端連接於復位缸 250，並將助伸彈簧253套組於連動柱252。復位缸250下端則連接一義腿3，義腿3下端則連接一義腳踝4(如圖4所示)。本實用新型提供的助伸連杆251兩端分別設有一第一穿孔2511與一第二穿孔 2512，第二穿孔2512藉由一轉軸樞接於連動柱252的另一端，第一穿孔2511則藉由另一轉軸樞接於第四樞軸2d ；藉由此結構，在復位裝置25保持鉛直狀態，且沒有受到外力作用時， 藉由重力作用與助伸彈簧253的彈力作用於第四連杆2d狀態下，整個四連杆機構2可自然地展開。參閱圖3所示，本實用新型的四連杆機構2的第一樞軸加與第二樞軸2b連成一第一聯機a』，第二樞軸2b與第三樞軸2c連成一第二聯機b』，第三樞軸2c與第四樞軸2d 連成一第三聯機c』，第四樞軸2d與第一樞軸加連成一第四聯機d』。復位裝置25藉由助伸彈簧253的彈力作用於第四樞軸2d以及重力作用致使四連杆機構展開至極限狀態時，該第一聯機a，與第二聯機b，的夾角Θ1為20° 25°，第二聯機b，與第三聯機C，的夾角 Θ2為157° 162°，第三聯機C，與第四聯機d，的夾角θ 3為96° 100°，第四聯機 d，與第一聯機a，的夾角θ 4為77° 81°。圖4為顯示一般行走的步態周期示意圖，圖中顯示從步態A至步態H為一個右腳完整的步態周期，假設右腳為義腿3，其中，步態A至步態D為站立期(Mance Phase)，步態 E至步態H為擺動期(Swing Wiase)。當在站立期時，需要義腿3對人體重量提供支撐時，前述的四連杆機構可以自動產生鎖定作用；步態D則顯示當義腿往前邁出時(正要進入擺動期時)，大腿往前的慣性將使四連杆機構自動解鎖而讓膝部彎曲，讓義腿得以抬起而邁步。請參閱圖5所示，當使用者截肢後的大腿配戴於本實用新型的承筒1後，在未步行前進時，義腳踝4的腳跟接觸地面狀態下，由於本實用新型的四連杆機構2的第三聯機C』呈往後傾斜狀，致使整個重心偏向後方而使得四連杆機構2會維持鎖定的狀態，因而能穩固的支撐身體重量；第一樞軸加、第二樞軸2b、第三樞軸2c、第四樞軸2d、助伸連杆251以及連動柱252的樞接處不會受到義腳踝4的腳跟觸地或使用者身體重量的影響而樞轉連動。 當使用者配戴本實用新型義膝的大腿往前擺動時，承筒1往前擺動產生的慣性作用力與第一樞軸加及第二樞軸2b之間將產生一力矩，進而平順地帶動四連杆機構2作動而令關節彎曲(如圖6所示)；當承筒1停止繼續往前邁出而失去了往前的慣性作用力時，則藉由整個義膝關節的重量與復位裝置25的助伸彈簧253的輔助，使該四連杆機構2自動且平順地回復至圖5所示的原位並鎖定，在腳底觸及地面時得以支撐身體重量。如圖7所示，當使用者的另一腿擺舉向前，而暫時支撐身體重量的本實用新型轉而位在使用者後方，且義腳踝4以其腳尖接觸地面9時，此時，地面9與義腳踝4的腳尖的作用力A方向與第三聯機C』會逐漸趨近於垂直狀態，當地面9與義腳踝4的作用力A方向與第三聯機C』達到垂直狀態時，等同地面9與義腳踝4的作用力A以水平方向對第三聯機 c』施壓，該作用力A便會突破第三樞軸2c及第四樞軸2d的臨界點，使第三樞軸2c及第四樞軸2d解除鎖定狀態，並連動第一樞軸加及第二樞軸2b同部的樞轉，又由於第一連杆21、 第二連杆22、第三連杆23、第四連杆對、助伸連杆251以及連動柱252之間相互樞接，故第二連杆22會牽引第一連杆21、第三連杆23、第四連杆對、助伸連杆251以及連動柱252連帶的產生樞轉作動，使承筒1與義腿3之間藉四連杆機構2而能自然的彎曲，如此，使用者便可順利的將後撐的本實用新型再度前擺，前擺時，由於四連杆機構2的復位裝置25的復位缸250內的助伸彈簧253推頂連動柱252，使助伸連杆251、第一連杆21、第二連杆22、第三連杆23及第四連杆M連帶的受推抵而循其樞接處轉擺回原位，如此，承筒1及義腿3便回復伸直狀，並繼續接觸地面9支撐的步行循環動作。本實用新型於行走動作中義腿的懸空階段不會產生不規則的晃動，於觸地時有足夠的支撐力；行走的順暢度及擺動的柔和性亦極佳，使使用者在使用時不用耗費太多的體力，且在行走的動作上，亦顯得自然及美觀，減低使用者發生跌倒而導致受傷的機率。圖8與圖9為顯示本實用新型的義膝關節的四連杆機構2也可以應用於肢體殘障者使用的肢體矯正器5的關節部分，特別是適用於下肢殘障者使用的矯正器；所述矯正器5 包含有連接於大腿承筒51與小腿承筒52兩側的上支承杆511與下支承杆521，其中，一側的上支承杆511與下支承杆521之間以前述包含第一連杆21、第二連杆22、第三連杆23與第四連杆M的四連杆機構2連接，另一側的上支承杆511與下支承杆521以一般的樞接關節6連接；藉由前述的四連杆機構2，穿者矯正器5的殘障者於行走動作中，矯正器5在懸空階段不會產生不規則的晃動，於觸地時有足夠的支撐力，行走的順暢度、擺動的柔和性極佳，不用耗費太多體力，行走動作自然、美觀，亦能降低跌倒受傷的機率。以上所述僅為用以解釋本實用新型的較佳實施例，並非企圖據以對本實用新型做任何形式上的限制，因此，凡有在相同的創作精神下所作有關本實用新型的任何修飾或變更，皆仍應包括在本實用新型意圖保護的範疇。
權利要求1.一種義膝關節，包括有一四連杆機構、一設於該四連杆機的承筒、一活動連接該四連杆機構且具有彈性的復位裝置、與一連接該四連杆機構的義腿，所述四連杆機構包含有一第一連杆、一第二連杆、一第三連杆與一第四連杆，該第一連杆的第一端與該第二連杆的第一端以一第一樞軸樞接，該第一連杆的第二端與該第四連杆的第二端以一第二樞軸樞接， 該第二連杆的第一端與該第三連杆的第二端以一第三樞軸樞接，該第三連杆的第一端與該第二連杆的第二端以一第四樞軸樞接，所述第一樞軸與第二樞軸連成一第一聯機，所述第二樞軸與第三樞軸連成一第二聯機，所述第三樞軸與第四樞軸連成一第三聯機，所述第四樞軸與第一樞軸連成一第四聯機，其特徵在於所述第四樞軸與該復位裝置以一助伸連杆活動連接，所述復位裝置藉由其彈力作用於該第四樞軸及重力作用而使該四連杆機構展開至極限狀態時，該第一聯機與第二聯機的夾角為20° 25°，該第二聯機與第三聯機的夾角為157° 162°，該第三聯機與第四聯機的夾角為96° 100°，該第四聯機與第一聯機的夾角為77° 81°。
2.如權利要求1所述的義膝關節，其特徵在於，所述復位裝置包含有一設有助伸彈簧的氣壓缸。
3.如權利要求1所述的義膝關節，其特徵在於，所述復位裝置包含有一設有助伸彈簧的油壓缸。
專利摘要本實用新型公開了一種義膝關節，包括有一四連杆機構、一設於該四連杆機構的承筒、一活動連接該四連杆機構且具有彈性的復位裝置、與一連接該四連杆機構的義腿；本實用新型利用所述四連杆機構的四個樞軸聯機之間的特殊夾角，讓使用者套入該承筒內的大腿邁出時能自動產生一力矩而平順地使該四連杆機構產生作動以彎曲關節，而當腳底欲觸地時，則藉由重力牽動該四連杆機構平順地自動鎖定，使腳底觸地後能穩固支撐身體重量，如此可讓使用者行走的每一步具有足夠的穩定度及靈活性。
文檔編號A61F2/64GK202069722SQ201120127710
公開日2011年12月14日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者陳森義, 韓春森 申請人:長宇機械實業有限公司