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 2019-11-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种膝关节假肢。膝关节假肢包括膝上构件、膝下构件以及连杆构件,膝上构件的下部固定设置有第一曲线形状的啮合齿结构,第一曲线形状的啮合齿结构上形成有曲线形滑槽。膝下构件上固定设置有滑动铰接部,滑动铰接部安装在曲线形滑槽内,膝下构件还上还铰接设置有第二曲线形状的啮合齿结构。连杆构件的第一端与第一曲线形状的啮合齿结构相铰接,连杆构件的第二端与第二曲线形状的啮合齿结构相铰接。第二曲线形状的啮合齿结构通过旋转副与膝上构件连接起来,再辅以简单的连杆机构,在实现啮合齿不分开、不耗能的前提下,完全模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化,使得膝关节假肢更便于使用。(The invention provides a knee joint prosthesis. The knee joint prosthesis comprises an above knee component, an below knee component and a connecting rod component, wherein the lower part of the above knee component is fixedly provided with a first curve-shaped meshing tooth structure, and a curve-shaped sliding chute is formed on the first curve-shaped meshing tooth structure. The below-knee member is fixedly provided with a sliding hinge part which is arranged in the curved chute, and the below-knee member is also hinged with a meshing tooth structure with a second curved shape. The first end of the connecting rod component is hinged with the meshing tooth structure with the first curve shape, and the second end of the connecting rod component is hinged with the meshing tooth structure with the second curve shape. The meshing tooth structure with the second curve shape is connected with the knee-top component through the revolute pair, and a simple link mechanism is used for assisting, so that the length change of the upper-lower structure of the knee joint and the change of the instantaneous center of the knee joint are completely simulated on the premise that the meshing teeth are not separated and energy consumption is not consumed, and the knee joint prosthesis 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

目前，膝关节假肢研究主要集中在三个方面：膝关节假肢的结构设计及建模仿真、控制机理的设计及优化、运动意图识别的研究。关于膝关节假肢的结构设计根据结构形式不同，一般分为仿形结构、二连杆及多连杆三种设计方法，图1示出了膝关节假肢仿形简图，图2示出了膝关节假肢二连杆简图，图3示出了膝关节假肢四连杆简图，均包括股骨结构1和胫骨结构2。

如图1所示，膝关节假肢结构仿形设计，是基于人体膝关节的结构特点，利用磁浮技术及不完全齿轮等技术，模拟膝关节功能的一种设计方法。当膝关节下部结构顺时针运动时，能完全或者部分模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化。该类结构设计最理想。

如图2所示，膝关节假肢二连杆设计，是基于人体膝关节的功能特点，通过一个铰，连接膝关节上下的结构的一种设计方案。当膝关节下部结构顺时针运动时，不能模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化。该类结构设计最简单。

如图3所示，膝关节机制四连杆设计，是在二连杆的基础上改进而来，能实现膝关节瞬心更接近生理结构的膝关节瞬心的一种设计方案。当膝关节下部结构顺时针运动时，能部分模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化。该类结构设计目前变种较多，使用也比较普遍。

上述的三种膝关节假肢，在使用时，还是会存在如下缺陷，致使使用不方便：

图1所示的膝关节假肢结构仿形设计，在实际使用时，利用磁浮技术设计的膝关节假肢，能量（电量）消耗大；一旦能量（电量）耗尽，膝关节功能失效。

图2所示的膝关节假肢二连杆设计，其不能模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化，导致假肢穿戴者步态不自然。

图3所示的膝关节假肢四连杆设计，其结构繁冗，重量大，占用空间范围大，设计难度高。

此外，也有利用不完全齿轮技术设计的膝关节假肢，常见的是把不完全齿轮固接在膝关节连接的上下部结构上，但结构和图2所示的膝关节假肢二连杆设计一样，并不能完全模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化，导致假肢穿戴者步态不自然，依然使用起来很不方便。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种膝关节假肢，以解决现有技术中膝关节假肢存在的使用不方便的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供了一种膝关节假肢，包括：膝上构件，膝上构件的下部固定设置有第一曲线形状的啮合齿结构，第一曲线形状的啮合齿结构上形成有与第一曲线形状相对应的曲线形滑槽；膝下构件，膝下构件上固定设置有滑动铰接部，滑动铰接部安装在曲线形滑槽内，膝下构件还上还铰接设置有第二曲线形状的啮合齿结构，第二曲线形状的啮合齿结构与第一曲线形状的啮合齿结构相啮合；连杆构件，连杆构件上形成有直线形滑槽，连杆构件的第一端与第一曲线形状的啮合齿结构相铰接，连杆构件的第二端与第二曲线形状的啮合齿结构相铰接，滑动铰接部还安装在直线形滑槽内。

在一个实施方式中，第一曲线形状为非规则曲线形状，非规则曲线形状与股骨的下缘曲线相对应。

在一个实施方式中，第二曲线形状为圆弧曲线形状。

在一个实施方式中，第二曲线形状的啮合齿结构为半圆形。

在一个实施方式中，第一曲线形状的啮合齿结构为多个，相对应地，滑动铰接部、第二曲线形状的啮合齿结构以及连杆构件也均为多个。

在一个实施方式中，第一曲线形状的啮合齿结构为两个，两个第一曲线形状的啮合齿结构在膝上构件的下部间隔设置，滑动铰接部、第二曲线形状的啮合齿结构以及连杆构件均为两个，两个滑动铰接部、两个第二曲线形状的啮合齿结构以及两个连杆构件与两个第一曲线形状的啮合齿结构相对应地间隔设置。

在一个实施方式中，膝下构件的上部设置有两个相间隔地安装板，两个滑动铰接部和两个第二曲线形状的啮合齿结构相对地设置在两个安装板的内侧，两个第一曲线形状的啮合齿结构以及两个连杆构件也相对地设置在两个安装板的内侧。

在一个实施方式中，膝上构件的上部固定设置有股骨连接结构。

在一个实施方式中，膝上构件的上部与股骨连接结构一体成型。

在一个实施方式中，膝上构件的下部与第一曲线形状的啮合齿结构一体成型。

应用本发明的技术方案，改变了以往固结在胫骨构件的端部的齿结构，将第二曲线形状的啮合齿结构通过旋转副与膝上构件连接起来，再辅以简单的连杆机构，在实现啮合齿不分开、不耗能的前提下，还可以完全模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化，使得膝关节假肢更便于使用。

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膝关节假肢结构仿形设计结构的示意图；

图2示出了现有技术中的膝关节假肢二连杆设计结构的示意图；

图3示出了现有技术中的膝关节假肢四连杆设计结构的示意图；

图4示出了根据本发明的膝关节假肢的实施例的结构简图示意图；

图5示出了根据本发明的膝关节假肢的实施例的立体结构示意图；

图6示出了图5的膝关节假肢的实施例的内部结构示意图；

图7示出了图6的膝关节假肢的膝下构件相对于膝上构件旋转到40°的结构示意图；

图8示出了图6的膝关节假肢的膝下构件相对于膝上构件旋转到75°的结构示意图；

图9示出了图6的膝关节假肢的膝下构件相对于膝上构件旋转到110°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4示出了本发明的膝关节假肢的实施例的结构简图示意图，具体的如图5所示，膝关节假肢包括膝上构件10、膝下构件20以及连杆构件30，膝上构件10的下部固定设置有第一曲线形状的啮合齿结构11，第一曲线形状的啮合齿结构11上形成有与第一曲线形状相对应的曲线形滑槽12。膝下构件20上固定设置有滑动铰接部21，滑动铰接部21安装在曲线形滑槽12内，膝下构件20还上还铰接设置有第二曲线形状的啮合齿结构22，第二曲线形状的啮合齿结构22与第一曲线形状的啮合齿结构11相啮合。连杆构件30上形成有直线形滑槽31，连杆构件30的第一端与第一曲线形状的啮合齿结构11相铰接，连杆构件30的第二端与第二曲线形状的啮合齿结构22相铰接，滑动铰接部21还安装在直线形滑槽31内。

应用本发明的技术方案，结合图4，第一曲线形状的啮合齿结构11和第二曲线形状的啮合齿结构22相啮合在D点形成齿轮副，随着膝下构件20的转动，D点的点位沿齿轮啮合轨迹运动。第二曲线形状的啮合齿结构22铰接设置在膝下构件20上，在F点形成转动副；连杆构件30的第一端与第一曲线形状的啮合齿结构11相铰接，在A点形成转动副；连杆构件30的第二端与第二曲线形状的啮合齿结构22相铰接，在E点形成转动副；滑动铰接部21同时安装在曲线形滑槽12和直线形滑槽31内，在C处形成滑移副和转动副组成的复合副，滑移副为两个，一个滑移副沿曲线形滑槽12的第一曲线形状B滑移，另外一个滑移副沿直线形滑槽31在AE方相上滑动。

以往的采用齿轮副仿形的膝关节假肢，都是将齿轮分别固结在股骨构件的端部和胫骨构件的端部，再通过连杆将股骨构件和胫骨构件连接起来。本发明的技术方案改变了以往固结在胫骨构件的端部的齿结构，将第二曲线形状的啮合齿结构22通过旋转副与膝上构件10连接起来，再辅以简单的连杆机构，在实现啮合齿不分开、不耗能的前提下，还可以完全模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化，使得膝关节假肢更便于使用。

需要说明的是，膝上构件10就相当于是至少股骨的一部分的结构，而膝下构件20则相当于是至少胫骨的一部分的机构。

图6、图7、图8和图9分别示出了膝关节假肢的膝下构件相对于膝上构件旋转到0°、40°、75°以及110°的结构示意图。需要说明的是，为了方便观察各个构件在运动中的变化，故而让膝上构件10始终位于竖直方向上，在膝关节假肢的实际使用过程中，膝上构件10会随着人体大腿的运动而摆动。

如图4和图5所示，第一曲线形状为非规则曲线形状，非规则曲线形状与股骨的下缘曲线相对应，这样就可以按照股骨下缘曲线进行仿形设计，使得膝关节假肢的运动更加自然。

可选的，在本实施例的技术方案，第二曲线形状为圆弧曲线形状。优选的，第二曲线形状的啮合齿结构22为半圆形。作为其他的可选的实施方式，第二曲线形状的啮合齿结构22为其他角度的扇形也是可行的。

如图5所示，在本实施例的技术方案中，第一曲线形状的啮合齿结构11为两个，两个第一曲线形状的啮合齿结构11在膝上构件10的下部间隔设置，滑动铰接部21、第二曲线形状的啮合齿结构22以及连杆构件30均为两个，两个滑动铰接部21、两个第二曲线形状的啮合齿结构22以及两个连杆构件30与两个第一曲线形状的啮合齿结构11相对应地间隔设置。膝上构件10和膝下构件20之间同时通过两组第一曲线形状的啮合齿结构11、滑动铰接部21、第二曲线形状的啮合齿结构22以及连杆构件30连接，可以实现膝上构件10和膝下构件20更稳定地相对转动运动。

如图5所示，更为优选的，在本实施例的技术方案中，膝下构件20的上部设置有两个相间隔地安装板23，两个滑动铰接部21和两个第二曲线形状的啮合齿结构22相对地设置在两个安装板23的内侧，两个第一曲线形状的啮合齿结构11以及两个连杆构件30也相对地设置在两个安装板23的内侧。两个安装板23既可以对两组运动机构提供安装空间，又可以对两组运动机构进行防护，还可以使得膝下构件20相对于膝上构件10更稳定地相对转动运动。

作为其他的可选的实施方式，第一曲线形状的啮合齿结构11还可以为更多个，相对应地，滑动铰接部21、第二曲线形状的啮合齿结构22以及连杆构件30也均可以为更多个。

如图5所示，膝上构件10的上部固定设置有股骨连接结构13，以便于膝上构件10与人体的大腿相连接。优选的，膝上构件10的上部与股骨连接结构13一体成型，可以在制造膝上构件10时同时制造出股骨连接结构13。更为优选的，膝上构件10的下部与第一曲线形状的啮合齿结构11一体成型，这样也可以在制造膝上构件10时同时制造出第一曲线形状的啮合齿结构11。

本发明的技术方案，采用不完全齿轮仿形结合简单连杆机构，实现不耗能，完全模拟出膝关节上下部结构长度的变化及膝关节瞬心的变化，重量轻，结构设计简单，设计难度低，结构占用空间小。

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。