专利名称：后退时可微屈膝盖的机械膝关节的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有假肢后退时可微屈膝的机械膝关节，属于生物医学工程技术领域。
背景技术：
植入式骨整合假肢，也被称为连骨假肢、直接接骨假肢和骨植入假肢，它是借鉴人工关节技术，将一个中间连接体的上端插入截肢患者残存的骨骼腔内，中间连接体的下端穿过皮肤伸出体外，在中间连接体的下端直接安装假肢的新型假肢装配技术。植入式骨整合假肢最大的优点在于省去了传统假肢所必须的接受腔，从而避免了由此带来的一系列弊端。但是植入式骨整合假肢没有接受腔也带来一个不足，就是运动过程中所受的冲击载荷直接传递到残存的骨骼，少了接受腔和残端软组织这个缓冲环节，也就是说比传统假肢抗冲击能力差。临床试验表明，如果植入式骨整合假肢穿戴者受到强烈的外界冲击，易造成中间连接体弯曲或者断裂，导致二次手术，给患者带来很大的生理上的痛苦和经济负担。对中间连接体弯曲或者断裂原因的调查发现，这种状况多发生在不自主后退时。
目前由于没有适用于大腿假肢的高容量便携式动力源，所以还没有可以在后退时屈膝的动力假肢膝关节产品，也就是说目前假肢膝关节在后退时都无法主动屈膝。因此本发明在实用新型专利91222982.9大角度承重自锁膝关节的基础上，提出了一种在后退时可以主动微屈膝的膝关节，不仅可以提高假肢膝关节的仿生性，同时也使植入式骨整合假肢性能进一步提高。
发明内容
发明的目的为提出了一种在后退时可以主动微屈膝的机械膝关节。
后退时可微屈膝盖的机械膝关节，该机械膝关节包括棘轮(1)，下连接体(2)，碟簧(3)，棘爪(4)，第一拨丝(5)，槽轮(6)，移动销(7)，自锁销(8)，主屈腿弹簧(9)，第二拨丝(10)；棘轮(1)与假肢大腿相连；下连接体(2)与假肢小腿相连；下连接体(2)通过碟簧(3)连接棘爪(4)，棘爪(4)与棘轮(1)配合；下肢不承重时，在碟簧(3)作用下，下连接体(2)带动棘爪(4)转动，使棘爪(4)与棘轮(1)脱离，解除摩擦自锁；棘爪(4)通过第一拨丝(5)带动槽轮(6)转动10度，使移动销(7)带动自锁销(8)脱离在棘轮(1)上的自锁孔，解除销钉自锁；此时，主屈腿弹簧(9)将带动棘轮(1)转动5度，实现主动屈腿；膝关节伸直过程中，棘轮(1)通过第二拨丝(10)带动槽轮(6)转动(10)度，使得移动销(7)带动自锁销(8)进入自锁孔，实现伸直情况下不承重自锁；在70度范围内，承重情况下，下连接体(2)带动棘爪(4)压紧棘轮(1)，实现任意角度摩擦自锁。
本发明通过加装一弹簧曲屈机构，使假肢膝关节在不承重情况下(无论向前还是向后走)可以自动弯曲5度左右。在不改变向前特性的同时，解决了在后退时假腿不能曲屈的问题，运动姿态美观，仿生性能好，减小了不自主后退时的冲击。另外还增设了一套槽轮机构，保证了膝关节在不受力的情况下能够保持伸直状态。
弹簧曲屈机构采用分别与大小腿相固连的方式，有两个弹簧使膝关节达到所需分度。当大腿抬起时，一直处于拉伸状态的弹簧收缩，带动小腿绕膝关节旋转，达到膝关节自动曲屈一定缓冲角度的功能。当达到缓冲角度后，弹簧转为压缩状态，起到控制关节阻尼和助伸的作用。
大角度承重自锁机构采用单向摩擦制动的形式。利用小腿承重时相对大腿的变形，带动单向自锁块(即离合器的棘爪)与上关节体相连的摩擦轮(即棘轮)接触，达到任意角度自锁的功能，本方案中仅对70°以内的曲腿自锁进行设计。
不承重条件下小腿伸直自锁机构采用槽轮机构实现。不承重条件下，槽轮始终将自锁销上顶，将大腿与小腿固连。当由承重变为不承重时，利用大角度承重自锁机构中自锁块的移动来带动槽轮转一个角度，在此过程中自锁销将经历一个解锁状态，小腿便由伸直变为屈曲。
本发明的优点是(1)双重自锁，保证患者的使用安全；(2)步行时实现自动屈腿，步态自然美观，减小地面对假肢的冲击；(3)机械结构简单，易实现，成本低。
图1是本发明机构简图。
图2是本发明槽轮机构结构示意图。
图3是本发明结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图进一步说明本发明。
图1是本发明机构简图。图2为槽轮机构结构示意图。图3是本发明结构示意图。
如图3所示1为棘轮，2为下连接体，3为碟簧，4为棘爪，5为拨丝，6为槽轮，7为移动销，8为自锁销，9为主屈腿弹簧，10为拨丝。棘轮1与假肢大腿相连；下连接体2与假肢小腿相连；下肢不承重时，在碟簧3作用下，下连接体2带动棘爪4转动，使棘爪4与棘轮1脱离，解除摩擦自锁；棘爪4通过拨丝5带动槽轮6转动10度，使移动销7带动自锁销8脱离在棘轮1上的自锁孔，解除销钉自锁；此时，主屈腿弹簧9将带动棘轮1转动5度，实现主动屈腿；膝关节伸直过程中，棘轮1通过拨丝10带动槽轮6转动10度，使得移动销7带动自锁销8进入自锁孔，实现伸直情况下不承重自锁；在70度范围内，承重情况下，下连接体2带动棘爪4压紧棘轮1，实现任意角度摩擦自锁。
本发明结合弹簧屈曲机构、单向摩擦制动式自锁机构与槽轮销钉自锁机构，使得假肢膝关节实现任意角度的承重自锁、伸直情况下不承重自锁，同时实现步行过程中(向前或向后)自动弯曲5度左右。其具体工作方式如下以单侧一个步态周期为例，设定脚趾离地为步态周期的开始。
脚趾离地，下肢不再承重，在碟簧棘爪扭簧和小腿自重作用下，棘爪逆时针转动10度，脱离棘轮，解除摩擦自锁。同时，棘爪带动槽轮同轴转动10度，使自锁销向下运动，脱离自锁孔，解除销钉自锁。自锁解除后，在主曲腿弹簧带动下，棘轮逆时针旋转5度，实现主动屈腿。整个摆动相中，在主屈腿弹簧作用下，膝关节保持弯曲，保证步态流畅。摆动相末段，在小腿惯性作用下，棘轮相对于小腿顺时针旋转直到膝关节完全伸直，同时带动槽轮旋转10度，使自锁销进入自锁孔，实现伸直情况下不承重自锁。脚跟着地进入支撑相后，下肢承重，棘爪顺时针旋转，压紧棘轮，实现摩擦自锁。整个支撑相一直保持此状态。直到下一个摆动相开始重复整个过程。
后退过程与前进过程一致。
在70度范围内的任意角度，如果下肢承重，则棘爪将压紧棘轮，实现任意角度摩擦自锁。
本发明机械结构简单，易实现；双重自锁，保证患者的使用安全；步行时实现自动屈腿，步态自然美观，减小地面对假肢的冲击；成本低。
权利要求
1.后退时可微屈膝盖的机械膝关节，其特征在于，该机械膝关节包括棘轮(1)，下连接体(2)，碟簧(3)，棘爪(4)，第一拨丝(5)，槽轮(6)，移动销(7)，自锁销(8)，主屈腿弹簧(9)，第二拨丝(10)；棘轮(1)与假肢大腿相连；下连接体(2)与假肢小腿相连；下连接体(2)通过碟簧(3)连接棘爪(4)，棘爪(4)与棘轮(1)配合；棘爪(4)通过第一拨丝(5)带动槽轮(6)转动，槽轮(6)转动使移动销(7)带动自锁销(8)脱离在棘轮(1)上的自锁孔；棘轮(1)通过第二拨丝(10)带动槽轮(6)转动，使得移动销(7)带动自锁销(8)进入自锁孔。
全文摘要
后退时可微屈膝盖的机械膝关节，属于生物医学工程技术领域。包括棘轮(1)，下连接体(2)，棘爪(4)，槽轮(6)，主屈腿弹簧(9)等；棘轮(1)与假肢大腿相连；下连接体(2)与假肢小腿相连；下连接体(2)通过碟簧(3)连接棘爪(4)，棘爪(4)与棘轮(1)配合；棘爪(4)通过第一拨丝(5)带动槽轮(6)转动，槽轮(6)转动使移动销(7)带动自锁销(8)脱离在棘轮(1)上的自锁孔；棘轮(1)通过第二拨丝(10)带动槽轮(6)转动，使得移动销(7)带动自锁销(8)进入自锁孔。本发明双重自锁，保证患者的使用安全；步行时实现自动屈腿，步态自然美观，减小地面对假肢的冲击；机械结构简单，易实现，成本低。
文档编号A61F2/64GK101081183SQ20071011926
公开日2007年12月5日 申请日期2007年7月19日 优先权日2007年7月19日
发明者王人成, 胡晓, 杨义勇, 张济川, 金德闻, 王瑞, 蒋丹杰 申请人:清华大学