阅读说明：本技术 膝关节假肢 (Knee joint prosthesis ) 是由 张岩岭 李哲 金坤锋 冯琴琴 玄利圣 于 2019-11-14 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种膝关节假肢,该膝关节假肢包括上连杆构件、活动缸构件、下连杆构件和传动连杆件,其中上连杆构件用于与大腿相连,活动缸构件包括缸体和在缸体上可伸缩设置的伸缩端,下连杆构件与缸体固定连接,缸体与上连杆构件铰接。传动连杆件的第一端与上连杆构件铰接,传动连杆件的第二端与伸缩端铰接。由于将活动缸构件的缸体与下连杆构件固定连接,让活动缸构件设置在了相当于小腿义肢的位置处,活动缸构件的缸体还可以为小腿义肢的支撑作用提供一定的机械强度及刚度性能,而将更便于小体积化的传动连杆件设置在了下连杆构件的斜侧方,使得膝关节假肢的结构设计空间利用更合理,进而有助于缩小膝关节假肢的体积,更便于使用。(The invention provides a knee joint prosthesis which comprises an upper connecting rod component, a movable cylinder component, a lower connecting rod component and a transmission connecting rod component, wherein the upper connecting rod component is used for being connected with a thigh, the movable cylinder component comprises a cylinder body and a telescopic end which can be telescopically arranged on the cylinder body, the lower connecting rod component is fixedly connected with the cylinder body, and the cylinder body is hinged with the upper connecting rod component. The first end of the transmission connecting rod piece is hinged with the upper connecting rod component, and the second end of the transmission connecting rod piece is hinged with the telescopic end. The cylinder body of the movable cylinder component is fixedly connected with the lower connecting rod component, so that the movable cylinder component is arranged at a position equivalent to the position of the artificial leg, the cylinder body of the movable cylinder component can also provide certain mechanical strength and rigidity performance for the supporting function of the artificial leg, and the transmission connecting rod component which is more convenient for being small in size is arranged on the oblique side of the lower connecting rod component, so that the structural design space of the knee joint artificial limb is more reasonably utilized, the size of the knee joint artificial limb is further favorably reduced, and the knee joint artificial limb is more convenient to use.)

膝关节假肢

技术领域

本发明涉及假肢技术领域，具体而言，涉及一种膝关节假肢。

背景技术

膝关节假肢研究目前主要有以下三个研究方向：

a.主动膝关节假肢主要是通过额外的能量供给假肢上的动力机构，主动驱动关节转动，从而实现辅助穿戴者运动的一种假肢。

b.被动膝关节假肢主要是通过机械装置简单模拟关节的旋转功能，旋转阻尼不可调或者仅能手动设置有限个阻尼状态，并且无动力装置和阻尼动态调节装置。

c.半主动膝关节假肢是在被动膝关节假肢基础上，增加传感器和微控制器等电子元器件，形成可动态调整膝关节假肢的阻尼特性，适应穿戴者的运动状态的一种技术。

图1示出了现有技术中的常见的半主动膝关节假肢的结构简图。该结构的半主动膝关节假肢包括上连杆1、下连杆2、油气阻尼缸3和假脚4，其中上连杆1与人体的大腿相连，下连杆2与上连杆1铰接替代小腿的作用，假脚4连在下连杆2的末端。其中，油气阻尼缸3的一端与下连杆2铰接，另一端与上连杆1固定连接的一个连杆5铰接，油气阻尼缸3起到肌肉肌腱的作用，提供阻尼的油气阻尼缸3根据控制逻辑由节流阀动态控制，从而实现模拟行走。

上述的半主动膝关节假肢在模拟人腿时，将起到肌肉肌腱的作用的油气阻尼缸3设置在了下连杆2斜侧方，即使油气阻尼缸3的尺寸进行了也缩小，也比一般的连杆机构要体积大，阻碍了该膝关节结构尺寸的进一步缩小，给半主动膝关节假肢的使用造成了不便。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种膝关节假肢，以解决现有技术中半主动膝关节假肢由于结构设计不合理所导致的体积难以进一步缩小的技术问题。

为了实现上述目的，本发明的一个方面，提供了一种膝关节假肢，包括：上连杆构件，用于与大腿相连；活动缸构件，包括缸体和在缸体上可伸缩设置的伸缩端；下连杆构件，与缸体固定连接，下连杆构件和缸体中的一个与上连杆构件铰接；传动连杆件，传动连杆件的第一端与上连杆构件铰接，传动连杆件的第二端与伸缩端铰接。

进一步地，缸体与下连杆构件沿同一方向延伸设置。

进一步地，下连杆构件上形成有避让连接结构，下连杆构件通过避让连接结构与缸体固定连接，避让连接结构内具有避让空间，伸缩端在避让空间内运动。

进一步地，上连杆构件上形成有相间隔的第一铰接部和第二铰接部，第一铰接部与下连杆构件和缸体中的一个铰接，第二铰接部与传动连杆件的第一端铰接。

进一步地，第一铰接部和第二铰接部在水平方向上间隔设置。

进一步地，第一铰接部与下连杆构件和缸体中的一个通过第一铰轴铰接连接。

进一步地，第二铰接部与传动连杆件的第一端铰接通过第二铰轴铰接连接。

进一步地，传动连杆件的第二端与伸缩端通过第三铰轴铰接连接。

进一步地，传动连杆件的至少部分为弯曲结构。

进一步地，活动缸构件为油气阻尼缸。

应用本发明的技术方案，活动缸构件的伸缩端通过伸出或缩回，改变缸体与上连杆构件铰接点到传动连杆件的第二端与伸缩端铰接点的距离，使得缸体和下连杆构件共同围绕缸体与上连杆构件的铰接点转动，从而模拟小腿相对大腿转动的运动关系。在本发明的技术方案中，由于将活动缸构件的缸体与下连杆构件固定连接，让活动缸构件设置在了相当于小腿义肢的位置处，活动缸构件的缸体还可以为小腿义肢的支撑作用提供一定的机械强度及刚度性能，而将更便于小体积化的传动连杆件设置在了下连杆构件的斜侧方，使得膝关节假肢的结构设计空间利用更合理，进而有助于缩小膝关节假肢的体积，更便于使用。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了现有技术中的常见的半主动膝关节假肢的结构简图；

图2示出了根据本发明的膝关节假肢的实施例的结构简图；

图3示出了根据本发明的膝关节假肢的实施例的下连杆构件相对上连杆构件旋转0°的结构示意图；

图4示出了图3的膝关节假肢的除去铰轴的分解结构示意图；

图5示出了图3的膝关节假肢的下连杆构件相对上连杆构件旋转30°的结构示意图；

图6示出了图3的膝关节假肢的下连杆构件相对上连杆构件旋转60°的结构示意图；

图7示出了图3的膝关节假肢的下连杆构件相对上连杆构件旋转85°的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图2示出了本发明的膝关节假肢的实施例的结构简图，具体的，如图3和图4所示，本发明的膝关节假肢的实施例包括上连杆构件10、活动缸构件20、下连杆构件30和传动连杆件40，其中上连杆构件10用于与大腿相连，活动缸构件20包括缸体21和在缸体21上可伸缩设置的伸缩端22，下连杆构件30与缸体21固定连接，缸体21与上连杆构件10铰接。传动连杆件40的第一端与上连杆构件10铰接，传动连杆件40的第二端与伸缩端22铰接。

在使用时，活动缸构件20的伸缩端22通过伸出或缩回，改变缸体21与上连杆构件10铰接点到传动连杆件40的第二端与伸缩端22铰接点的距离，使得缸体21和下连杆构件30共同围绕缸体21与上连杆构件10的铰接点转动，从而模拟小腿相对大腿转动的运动关系。在本发明的技术方案中，由于将活动缸构件20的缸体21与下连杆构件30固定连接，让活动缸构件20设置在了相当于小腿义肢的位置处，活动缸构件20的缸体21还可以为小腿义肢的支撑作用提供一定的机械强度及刚度性能，而将更便于小体积化的传动连杆件40设置在了下连杆构件30的斜侧方，使得膝关节假肢的结构设计空间利用更合理，进而有助于缩小膝关节假肢的体积，更便于使用。

如图5、图6和图7所示，在活动缸构件20的带动下，下连杆构件30分别运动到了相对上连杆构件10旋转30°、60°以及85°的位置处。需要说明的是，为了方便观察各个构件在运动中的变化，故而让上连杆构件10始终位于竖直方向上，在膝关节假肢的实际使用过程中，上连杆构件10会随着人体大腿的运动而摆动。

此外，还需要说明的是，在现有技术中，为了减少径向方向上的空间占用，一般将油气阻尼缸3的驱动及控制管线一般安装在下连杆2上，当关节活动时，设置在侧面的油气阻尼缸3与驱动及控制管线存在相对运动，易导致磨损管线。而在本发明的技术方案中，上述的结构还可以使得活动缸构件20及其相关的驱动及控制管线都设置在下连杆构件30上，避免活动缸构件20与其驱动及控制管线相对运动而容易磨损，使得各个零件布置更紧凑。

作为另外一种图中未示出的实施方式，也可以让下连杆构件30与上连杆构件10铰接，将活动缸构件20的缸体21固定安装到下连杆构件30上即可。

如图4所示，作为一种最为优选的实施方式，缸体21与下连杆构件30沿同一方向延伸设置，可以尽可能地减小活动缸构件20在径向方向上的空间占用，有利于缩小膝关节假肢的径向方向上的体积。更为优选的，下连杆构件30上形成有避让连接结构31，下连杆构件30通过避让连接结构31与缸体21固定连接，避让连接结构31内具有避让空间，伸缩端22在避让空间内运动。通过在下连杆构件30上形成有避让连接结构31，可以避免下连杆构件30干涉伸缩端22的运动。可选的，避让连接结构31也可以是让伸缩端22可在下连杆构件30运行更为顺畅的滑槽。

需要说明的是，在本发明的技术方案中，上述的缸体21可以是对气缸、电缸、油气阻尼缸等常规部件的缸体进行改造后的应用，也是可在气缸、电缸、油气阻尼缸等常规部件的缸体上额外固定连接用于铰接的功能结构。

优选的，在本发明的技术方案中，活动缸构件20为油气阻尼缸。作为其他的可选的实施方式，活动缸构件20也可以为电缸、气缸或者液缸。

如图4所示，在本实施例的技术方案中，上连杆构件10上形成有相间隔的第一铰接部11和第二铰接部12，第一铰接部11与下连杆构件30和缸体21中的一个铰接，第二铰接部12与传动连杆件40的第一端铰接。第一铰接部11、第二铰接部12和伸缩端22的铰接点构成可以改变形状的三角形。可选的，第一铰接部11和第二铰接部12在水平方向上间隔设置。相对应的，为了更好地实现传动连杆件40与伸缩端22的铰接后的传递应力的效果，传动连杆件40与伸缩端22铰接的部分为弯曲结构41。作为其他的可选的实施方式，也可以让传动连杆件40整体都形成弯曲结构41。

可选的，如图3所示，第一铰接部11与缸体21第一铰轴铰接连接。通过第一铰轴来实现第一铰接部11与缸体21的铰接连接可以让缸体21转动的更加顺畅。需要说明的是，在下连杆构件30与上连杆构件10铰接的实施方式中，第一铰接部11与下连杆构件30通过第一铰轴铰接连接。

更为优选的，第二铰接部12与传动连杆件40的第一端铰接通过第二铰轴铰接连接。传动连杆件40的第二端与伸缩端22通过第三铰轴铰接连接。

此外还需要说明的是，采用铰轴的连接方式，可以限制运动部件的转动方向，保证膝关节假肢运动的可靠性。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位（旋转90度或处于其他方位），并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。