專利名稱：矯形假肢和矯形機構(gòu)中的關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及矯形假肢和矯形機構(gòu)中的關(guān)節(jié)或回轉(zhuǎn)連接機構(gòu)，具有一個關(guān)節(jié)上件、一個關(guān)節(jié)下件和必要時中間連接的導(dǎo)桿(以后通稱為“關(guān)節(jié)構(gòu)件”)以及一個控制元件，該控制元件在兩側(cè)端分別通過一個與關(guān)節(jié)軸間置的鉸接點有效地作用在相應(yīng)的一個關(guān)節(jié)構(gòu)件(以后稱“鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件”)上。
這種關(guān)節(jié)可以是一個單中心或多中心假肢-膝關(guān)節(jié)，這里單個關(guān)節(jié)構(gòu)件的形態(tài)并不重要。
在本發(fā)明范圍內(nèi)，并不管控制元件或控制系統(tǒng)是作用在一個單獨關(guān)節(jié)上或一個單獨的回轉(zhuǎn)連接裝置上，還是同時作用在多個關(guān)節(jié)上或多個回轉(zhuǎn)連接裝置上。
對矯形假肢和矯形機構(gòu)中的關(guān)節(jié)的運動控制，在公知的實施方案中，僅在有限的程度上是成功的。這一點首先在于，這種運動控制在許多情況下是被動完成的。在這些情況下，技術(shù)功能元件是不可能自主活動的，例如，本身的運動受到約束，而且這些功能元件原則上局限在作被動的運動反應(yīng)，它們通過阻礙運動的和或彈性的阻尼系統(tǒng)影響運動。這樣它們典型地適用于矯形的腿假肢關(guān)節(jié)上。例如，在公知的假肢-膝關(guān)節(jié)中，優(yōu)先應(yīng)用阻礙運動的和或彈性的阻尼系統(tǒng)，其基本上既與每個關(guān)節(jié)運動相反作用，又能通過先前積累的能量有目的地支持單個的關(guān)節(jié)運動。一個公知的應(yīng)用彈性阻尼功能元件的實例是從前在傳統(tǒng)的膝-腓配合構(gòu)件中經(jīng)常應(yīng)用的彈性膝伸展帶，它被固定在假肢的大腿和小腿上，因此，該膝關(guān)節(jié)就搭接在前側(cè)上。該帶隨著從張緊的伸展位置導(dǎo)入彎曲運動其張緊程度逐漸增大。因此，它與膝彎曲運動作用相反，從而支持向伸展位置的回程運動。然而，這個功能元件有一個重要的缺陷由皮帶作用產(chǎn)生的膝伸展力矩是隨著增大的彎曲角而增加的。由此，沒有附加的技術(shù)措施要想不困難地占據(jù)坐態(tài)位置(此時假肢-膝關(guān)節(jié)近似處于90°彎曲位置)是受限制的，因為在這種身體姿態(tài)時基本不受載的假肢-小腿是傾向于回到其伸展位置的。
在目前的矯形假肢和矯形機構(gòu)中，為了控制關(guān)節(jié)而應(yīng)用了控制元件或控制系統(tǒng)，它(們)在單個關(guān)節(jié)構(gòu)件間是如此連接的，即其鉸接點間的距離是隨關(guān)節(jié)運動或回轉(zhuǎn)而變化的。這種類型的控制元件例如在肘關(guān)節(jié)及矯形的腿假肢的踝關(guān)節(jié)、膝和髖關(guān)節(jié)中，在矯形的臂假肢的手關(guān)節(jié)和肘區(qū)域中或者在矯形的腿機構(gòu)的踝、膝和髖關(guān)節(jié)中是已知技術(shù)。
最近，這種類型的控制元件已擴展到矯形的腿假肢之單中心和多中心膝關(guān)節(jié)中。因此，在以后的敘述中主要涉及這一應(yīng)用區(qū)域。此外，該控制元件用于在行走的站立階段時提高已伸展的假肢的彎曲可靠性(在行走站立階段，假肢支承著身體)和或在擺動階段時控制假肢-小腿的運動(此時，小腿像擺鐘一樣往回和向前擺動，而另一條腿支承著身體)。
本發(fā)明的任務(wù)在于，對具有本文開頭所述的實施結(jié)構(gòu)的關(guān)節(jié)進行改進，以便具有較好的特性。
這一任務(wù)，本發(fā)明在結(jié)合本文開頭所述的關(guān)節(jié)特征基礎(chǔ)上，通過如下措施解決的，即，至少一個所述的鉸接點相對其鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件位置是可變化的，并通過一個機械的強制連接裝置與至少一個另外的關(guān)節(jié)構(gòu)件作運動連接。
此外，至少一個所述鉸接點的位置變化是在一個圓形軌道上進行的，該圓形軌道是圍繞一個在鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件上設(shè)置的轉(zhuǎn)軸形成的。但是，該位置變化也可是在一個預(yù)定滑動軌道上的滑動運動。
機械的強制連接裝置可以是一個齒輪傳動裝置，它可以設(shè)置成一級或多級的，這里，一個單級傳動裝置可以設(shè)置成齒輪傳動裝置或摩擦輪傳動裝置。一個單級傳動裝置的輪子可以設(shè)置成帶齒的或彼此壓滾的曲線盤對;另外的變型方案是從屬權(quán)利要求中的技術(shù)主題并借助另外的實施例進行闡述。
至少一個鉸接點相對其鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件的位置變化可以沿一個這樣的軌道進行，此軌道在使用所有符合技術(shù)要求的傳動裝置的情況下，可以按照每個傳動裝置所希望產(chǎn)生的作用幾乎自由地設(shè)置。因此，首次地提供了這樣的結(jié)構(gòu)設(shè)置可能性，即對各個性能進行彼此獨立的最佳化設(shè)計。
原則上說，按照發(fā)明要求可使位置變化對所述關(guān)節(jié)的各個功能特征發(fā)生彼此不同的直接和間接影響。
例如，按照本發(fā)明，可對與控制元件(在一個單中心關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)軸上的或在一個多中心關(guān)節(jié)運動力矩中心上的)的力作用有關(guān)的鉸接(點)的有效總杠桿臂的大小和變化過程產(chǎn)生直接的影響。還有，控制元件行程的大小和變化過程以及作用換向的位置也可被直接影響。
而被間接影響的是，由一個阻礙運動的控制元件作用產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩，該控制元件是以機械的摩擦作用原理工作的。相同的(原則)適用于由一個彈性阻尼控制元件的作用而產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩以及由一個阻尼運動的控制元件的作用產(chǎn)生的關(guān)節(jié)力矩，而該控制元件的作用取決于其移動運動的速度(此處特別指流體阻尼器)。
按照本發(fā)明，鉸接(點)的位置變化對最后提到的類型的控制元件產(chǎn)生的間接影響可從下面的關(guān)系中獲得控制元件的行程作為直接可影響的參數(shù)是與相關(guān)的關(guān)節(jié)夾角運動有著運動依賴關(guān)系的。對于人類肢體的一定的運動模型來說，夾角運動是與時間相關(guān)的，也就是說，這些角運動具有一個表明特性的角速度特征。設(shè)置成流體阻尼器的控制元件被應(yīng)用在矯形輔助裝置的關(guān)節(jié)的一種類型或相同類型中，例如一個假腿肢的膝關(guān)節(jié)中，以便盡可能地模仿自然的角運動，而這一任務(wù)，在予先給定關(guān)節(jié)角速度特征情況下，根據(jù)經(jīng)驗只有當其活塞桿速度也同時處于足夠高的水平時方可能被完成。為此，需要一個最小的行程，這在傳統(tǒng)的實施結(jié)構(gòu)中，當同時提出另外的性能要求時是幾乎不能實現(xiàn)的。通過有目的地應(yīng)用本發(fā)明的與關(guān)節(jié)角有關(guān)的鉸接(點)位置變化方案增大行程和調(diào)整作為直接影響的同時又作為間接影響的行程變化過程，也能以希望的方式提高行程速度。
一個單中心人工膝關(guān)節(jié)按照本發(fā)明其特征是，關(guān)節(jié)下件抗扭地連接一個與關(guān)節(jié)軸同軸線安置的第一齒輪，它與一個第二齒輪相嚙合，該第二齒輪以其轉(zhuǎn)軸與關(guān)節(jié)軸平行并可轉(zhuǎn)動地安置在關(guān)節(jié)上件上，可位于關(guān)節(jié)軸之前(伸展側(cè))或之后(彎曲側(cè))，并且它具有一個曲軸臂，在該臂上通過至少一個鉸接點鉸接控制元件。
一個結(jié)構(gòu)為四元件運動關(guān)節(jié)鏈的多中心人工膝關(guān)節(jié)，其中，關(guān)節(jié)上件和關(guān)節(jié)下件通過一個前(伸展側(cè))導(dǎo)桿和一個后(彎曲側(cè))導(dǎo)桿相連接，按照本發(fā)明可以如此結(jié)構(gòu)設(shè)置，即該前導(dǎo)桿與上邊的將其與關(guān)節(jié)上件相連的關(guān)節(jié)軸同軸線地和一個第一齒輪抗扭連接，該第一齒輪與一個第二齒輪相嚙合，該第二齒輪可轉(zhuǎn)動安置在上邊的將后導(dǎo)桿與關(guān)節(jié)上件相連的關(guān)節(jié)軸上并具有一個曲軸臂，在該臂上通過至少一個鉸接點鉸接控制元件。
本發(fā)明另外的特征是從屬權(quán)利要求的技術(shù)主題并且將借助實施例以及結(jié)合本發(fā)明另外的優(yōu)點作詳細描述。
在附圖中描述本發(fā)明的幾個實施例和現(xiàn)有技術(shù)的實施例。


圖1是一個設(shè)置成帶活塞桿的工作缸的控制元件在彎曲側(cè)和伸展側(cè)的上鉸接(點)的簡圖描述，該控制元件借助一個單級齒輪傳動裝置安置在一個單中心關(guān)節(jié)中;
圖2是一個未詳細描繪的控制元件在彎曲側(cè)的上鉸接(點)的俯視圖，該控制元件借助一個行程傳動裝置安置在一個單中心關(guān)節(jié)中;
圖3是一個沿圖2中線Ⅲ-Ⅲ截開的橫截面圖;
圖4是一個設(shè)置成四元件運動鏈的多中心假肢-膝關(guān)節(jié)簡圖，其具有一個對角線的通過兩個雙曲軸驅(qū)動機構(gòu)鉸接的控制元件;
圖5是圖4所示控制元件的行程、有效杠桿臂和關(guān)節(jié)力矩隨彎曲角的變化曲線;
圖6是應(yīng)用本發(fā)明設(shè)置方案的一般圖表;
圖7是相應(yīng)于圖6的一個圖表，并具有以實例方式描述的在一個控制元件彎曲和伸展側(cè)的上鉸接點情況下作用效果的說明;
圖8是一個相應(yīng)于圖7的用于一個控制元件彎曲和伸展側(cè)下鉸接點的描述;
圖9是設(shè)置成一雙活塞驅(qū)動機構(gòu)的流體阻尼器的連接桿的彎曲側(cè)上鉸接點的簡圖描述，該阻尼器借助一個雙曲軸驅(qū)動機構(gòu)安置在一個多中心關(guān)節(jié)中;
圖10是設(shè)置成活塞桿工作缸的控制元件彎曲側(cè)上鉸接點的相應(yīng)于圖9的描述，該控制元件借助一個帶外推力元件的曲軸驅(qū)動機構(gòu)安置在一個多中心關(guān)節(jié)中;
圖11是設(shè)置成一個活塞桿工作缸的控制元件彎曲側(cè)上鉸接點的相應(yīng)于圖10的描述，該控制元件借助一個帶內(nèi)推力元件的曲軸驅(qū)動機構(gòu)安置在一個單中心關(guān)節(jié)中;
圖12是設(shè)置成一個活塞桿工作缸的控制元件在兩側(cè)端依賴于關(guān)節(jié)角而位置變化的鉸接點的相應(yīng)于圖11的描述，該控制元件借助兩個單級齒輪傳動裝置應(yīng)用于兩個單中心關(guān)節(jié);
圖13是一個單中心人工膝關(guān)節(jié)的俯視圖，一個未詳細描述的借助一個單級齒輪傳動裝置安置的控制元件的彎曲側(cè)上鉸點隨關(guān)節(jié)角改變位置;
圖14是一個圖沿13中ⅪⅤ-ⅪⅤ線截開的截面圖;
圖15是一個多中心人工膝關(guān)節(jié)的側(cè)視圖，一個未詳細描述的借助一個單級齒輪傳動裝置安置的控制元件的連接桿的彎曲側(cè)上鉸點隨關(guān)節(jié)角改變位置;
圖16是圖15所示膝關(guān)節(jié)的俯視圖;
圖17是圖16所示膝關(guān)節(jié)的部分縱剖的放大圖;
圖18是作為現(xiàn)有技術(shù)描述的一個活塞桿工作缸控制元件在一個單中心關(guān)節(jié)中固定鉸接位置的鉸接情況;
圖19是作為圖4方案的現(xiàn)有技術(shù)的一個多中心關(guān)節(jié)，其具有兩個結(jié)構(gòu)為活塞桿工作缸的對角固定鉸接的控制元件。
為更好的理解本發(fā)明，首先將作為本發(fā)明基因的問題，結(jié)合現(xiàn)有技術(shù)進行說明圖18包括左圖A和右圖B，分別表示一個關(guān)節(jié)或一個擺動連接裝置，其包括一個關(guān)節(jié)上件1、一個關(guān)節(jié)下件2和一個使這兩個構(gòu)件1、2彼此可回轉(zhuǎn)連接的關(guān)節(jié)軸3，關(guān)節(jié)軸3與關(guān)節(jié)下件2固定連接。這樣就涉及一個單中心關(guān)節(jié)或一個單中心回轉(zhuǎn)連接裝置，這里描述的都是其伸直狀態(tài)。另外，設(shè)置一個控制元件4，它在這兩個實施例中，由一個帶活塞桿6的工作缸5所構(gòu)成。這種長度可變化的控制元件4以其上端鉸接在關(guān)節(jié)上件1以外而以其下端鉸接在關(guān)節(jié)下件2上。同時，上鉸接點用7和下鉸接點用8標明。
在左圖A中，上鉸接點7位于關(guān)節(jié)的彎曲側(cè)，因此處在關(guān)節(jié)軸3的后邊，相反在右圖B中，它位于關(guān)節(jié)的伸展側(cè)并因此處于關(guān)節(jié)軸3的前面。該控制元件4在左圖A時以其縱軸線整體處于彎曲側(cè)，而在右圖B中相反地處于伸展側(cè)。依此，在實施方案A情況下，關(guān)節(jié)彎曲時，例如關(guān)節(jié)上件1沿箭頭方向向后回轉(zhuǎn)時，導(dǎo)致兩個鉸接點7、8彼此間的距離縮小，亦即活塞桿6向工作缸5內(nèi)運動，而在實施方案B情況下，同樣的彎曲則導(dǎo)致兩個鉸接點7、8相互間的距離擴大，亦即活塞桿6由工作缸5向外運動。
位于關(guān)節(jié)上件1的上鉸接點7相對關(guān)節(jié)軸3的位置取決于，控制元件4的鉸接側(cè)在該關(guān)節(jié)繼續(xù)彎曲運動時是否在可能的結(jié)構(gòu)范圍內(nèi)改換，也就是說，控制元件4縱軸線在圖A的實施結(jié)構(gòu)時是否從一個位于關(guān)節(jié)軸3后邊的位置陷入到一個位于關(guān)節(jié)軸3之前的位置上，或者說，控制元件4縱軸線在圖B的實施方案時，從一個位于關(guān)節(jié)軸3之前的位置陷入到一個位于該關(guān)節(jié)軸3后邊的位置上。如果發(fā)生上述改換，那么活塞桿6相對工作缸5的移動運動的方向也就同時反向，依此，其在這一位置存在的作用方向就在先前的靜止狀態(tài)或者先前的零行程之后換向(以后稱為作用換向并用“WU”表示)?？刂圃?的不同功能可導(dǎo)致其在關(guān)節(jié)上有不同的作用一個彈性的緩沖系統(tǒng);它在關(guān)節(jié)運動達到WU界限前都起反向作用，在超載WU界限以后將支持關(guān)節(jié)運動。按照自然法則，也就可能有相反的作用次序。
一個阻礙運動的系統(tǒng)，在超越WU界限之后同樣可以在關(guān)節(jié)上施加不同的作用在有兩個運動方向的情況下，這個阻礙運動的系統(tǒng)(控制元件)還會繼續(xù)與關(guān)節(jié)運動起相反的作用，必要時，具有不同的阻尼特性。在只有一個運動方向的情況下，該控制元件就不起作用了。如在彈性的緩沖系統(tǒng)情況一樣，在這種情況下也可能有相反的作用次序。
這種作用換向，按照上鉸接點7在關(guān)節(jié)上件1的位置(相對關(guān)節(jié)軸3)發(fā)生在不同的彎曲夾角上，并且總是發(fā)生在控制元件4的縱軸線與關(guān)節(jié)軸3相交時。這一點對于兩個實施方案A和B在標明的四個上鉸接點a、b、c和d情況下，近似一致地發(fā)生在下列彎曲角度上45°對應(yīng)a，90°對應(yīng)b，135°對應(yīng)c和180°對應(yīng)d。對于單中心的人工膝關(guān)節(jié)來說，在這些可選擇的鉸接點中，對于在彎曲側(cè)和伸展側(cè)鉸接的控制元件4來說實際上只有鉸接方案b和c有意義，同時，一般說，方案b在大約90°時作用換向最佳。如果，原來在工作缸5中安置一個彈性的元件，其在關(guān)節(jié)彎曲時由伸展位置被壓緊，因此，一個假肢膝關(guān)節(jié)在大約90°的彎曲角作用換向時，就使得截肢人坐下變得容易了，因為，在這一角度時該張緊的彈性元件在小腿上的伸展作用正好等于零，而在超越這個角度情況下則換向了，亦即支持彎曲狀態(tài)了。
然而，方案b仍與部分嚴重缺陷相關(guān)連上關(guān)節(jié)點7相對關(guān)節(jié)軸3的位置還對活塞桿6按照關(guān)節(jié)的彎曲角而相對工作缸5作移動運動的大小和軌跡產(chǎn)生決定性影響。此外，這個所謂的位置還決定了與關(guān)節(jié)的彎曲角有關(guān)的該控制元件4的縱軸線到關(guān)節(jié)軸3的垂直距離f的變化軌跡。這個距離f是杠桿有效作用臂的衡量尺度，在該杠桿臂上，控制元件4和關(guān)節(jié)之間的作用力，例如作為彎曲力矩而作用的力得到傳遞。
如果人們以圖18中的兩個實施例作為基礎(chǔ)，即，四個可視作鉸接點的a-d點是安置在圍繞關(guān)節(jié)軸3的一個半徑為r的圓弧上，那么，從圖18可直接得出，在關(guān)節(jié)彎曲范圍從0°到180°內(nèi)，用(H)標志的活塞桿6相對工作缸5移動行程的最大值不可能超過關(guān)節(jié)半徑r的兩倍值，而杠桿有效作用臂的最大值不能超過關(guān)節(jié)半徑r。對控制元件或控制系統(tǒng)的作用起決定影響的是行程H和有效的杠桿臂f，它們在采用內(nèi)生骨架的假肢部件的情況下，使得關(guān)節(jié)迄今為止既結(jié)構(gòu)昂貴又只能有相當狹窄的運動界限。
圖19表示一個現(xiàn)有技術(shù)的多中心關(guān)節(jié)或者一個其結(jié)構(gòu)為四元件運動關(guān)節(jié)鏈的多中心回轉(zhuǎn)連接結(jié)構(gòu)，其中，關(guān)節(jié)上件1與關(guān)節(jié)下件2通過一前邊(伸展側(cè))導(dǎo)桿9和一個后邊(彎曲側(cè))的導(dǎo)桿10相連接。圖19還表示了兩個不同的、分別成對角線鉸接的控制元件4A和4B，這里總是涉及一個位于關(guān)節(jié)的兩個相鄰構(gòu)件之間的直接的或間接的結(jié)構(gòu)。同時，控制元件4A的結(jié)構(gòu)與DE2841999C2中的一個膝關(guān)節(jié)切斷術(shù)關(guān)節(jié)近似一致。在關(guān)節(jié)從伸展位置開始彎曲運動時，工作缸和活塞桿間的相對運動也適用于前邊結(jié)合圖18的闡述，但不同是，對于這個相對運動的方向來說，通過其鉸接點至關(guān)節(jié)軸代表控制元件4軸線的連接直線的位置不是決定性的，而是通過其鉸接點至關(guān)節(jié)運動力矩中心IC(瞬時中心＝IC)的連接直線的位置才起決定作用。
不僅控制元件4A的結(jié)構(gòu)而且控制元件4B的結(jié)構(gòu)都具有多個明顯缺陷有效的杠桿臂f最大值已經(jīng)出現(xiàn)在伸展位置上。最大行程Hmax是不太大的。在應(yīng)用于人工膝關(guān)節(jié)或假肢-髖關(guān)節(jié)時，作用換向在形態(tài)B時發(fā)生大約30°，在形態(tài)A時發(fā)生在大約70°，即出現(xiàn)的過早，也就是說，發(fā)生在過小的彎曲角上。
為了解決前面所述的現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，下面以實例方式描述本發(fā)明的實施結(jié)構(gòu)圖1與圖18所示相類似，也描述了兩個單中心關(guān)節(jié)，并分別具有一個關(guān)節(jié)上件1，一個關(guān)節(jié)下件2，一個關(guān)節(jié)軸3和一個控制元件4，控制元件4由一個工作缸5和一活塞桿6構(gòu)成。在左圖A中，該控制元件與圖18A中的相一致安置在彎曲側(cè)，而在右圖B中與圖18B一致安置在伸展側(cè)?？刂圃?的上鉸接點用7表示，下鉸接點邊用8標明。
然而按照本發(fā)明，上鉸接點7相對于關(guān)節(jié)上件1(鉸接關(guān)節(jié)件)位置是可變化的，并通過一個機械的強制連接裝置與關(guān)節(jié)下件2作運動連接。同時，該機械的強制連接裝置按照圖1設(shè)置成一級式齒輪傳動裝置，其中，第一齒輪11抗扭地安裝在與關(guān)節(jié)下件2固定連接的關(guān)節(jié)軸3上，并與第二齒輪12處于嚙合連接，而齒輪12是安置在一個可在關(guān)節(jié)上件1上自由轉(zhuǎn)動的附加轉(zhuǎn)軸13上。并且齒輪12具有一個曲軸臂14，在臂14上通過控制元件4的上鉸接點7與控制元件4相連接。在左圖A中，第二齒輪12的轉(zhuǎn)軸13位于關(guān)節(jié)軸的后邊，而在實施結(jié)構(gòu)B中，位于關(guān)節(jié)軸3的前面。
在關(guān)節(jié)下件2按箭頭方向作彎曲運動時，第二齒輪12則進行一個總與這個彎曲運動方向相反的轉(zhuǎn)動運動?？刂圃?的上鉸接點7則畫出一個轉(zhuǎn)動圓弧軌道，亦即一個向后和向下指向的并以近似相同份額圍繞關(guān)節(jié)軸3轉(zhuǎn)動的圓弧軌跡，這個轉(zhuǎn)動使得控制元件4的兩個鉸接點7、8間的距離在離開伸展位置而開始彎曲運動時縮小并因此使得控制元件4的行程擴大。由此實現(xiàn)的轉(zhuǎn)動角就僅僅取決于齒輪對11、12的傳動比，并且，如同曲軸臂14的回轉(zhuǎn)半徑那樣是可以自由選擇的。
在圖2的實施例中，位于鉸接點7和關(guān)節(jié)下件2之間的本發(fā)明機械強制連接是通過一個與關(guān)節(jié)軸3同心安置的行星傳動裝置實現(xiàn)的，其中，該中心太陽齒輪15與關(guān)節(jié)下件2相連接，而行星齒輪16的支架與關(guān)節(jié)上件1連接。在這種結(jié)構(gòu)安排中，外邊的中空輪17進行一個總與關(guān)節(jié)下件2的彎曲運動方向相反的轉(zhuǎn)動運動。而與外邊中空輪17相連接的曲軸臂14在其上端支承有控制元件4的上鉸接點7。這個上鉸接點7在所稱的彎曲運動情況下畫出一個回轉(zhuǎn)圓弧軌道，亦即一個稍微向后和主要向下指向的以關(guān)節(jié)軸3為中心的圓弧軌跡。該回轉(zhuǎn)軌道使得控制元件4的兩個鉸接點間的距離在從伸展狀態(tài)開始彎曲運動時縮小，而控制元件的行程卻擴大。同時，所達到的回轉(zhuǎn)角僅僅取決于中空輪17和太陽輪15間的傳動比，所以，如曲軸臂14的回轉(zhuǎn)半徑一樣是可自由選擇的。圖4表示本發(fā)明在圖19中描述的現(xiàn)有多中心關(guān)節(jié)基礎(chǔ)上的變型方案，其包括一個四元件運動關(guān)節(jié)鏈，該關(guān)節(jié)鏈由關(guān)節(jié)上件1、關(guān)節(jié)下件2、前導(dǎo)桿9和后導(dǎo)桿10構(gòu)成。在上鉸接點7和下鉸接點8之間成對角線懸掛著的控制元件4僅僅是通過點劃線來簡要表明的。依此，該控制元件4的縱軸線是近似以對角線從后上方到前下方布置的。鉸接連接是通過一個雙曲軸驅(qū)動機構(gòu)完成的。上邊的雙曲軸驅(qū)動機構(gòu)18通過其連桿19(位于基礎(chǔ)機械前上方關(guān)節(jié)20的下方)鉸接在前導(dǎo)桿9上，并通過一個與控制元件4的上鉸接點7同軸線安置的關(guān)節(jié)驅(qū)動一個與基礎(chǔ)機械的后上關(guān)節(jié)21同軸線安置的向上指向的桿22。
下邊的雙曲軸驅(qū)動機構(gòu)24的連接桿23在基礎(chǔ)機械的后下關(guān)節(jié)25的下方并鉸接在向下延伸的后導(dǎo)桿10上，并且驅(qū)動一個與基礎(chǔ)機械的前下關(guān)節(jié)26同軸線安置的角杠桿27，在角杠桿27與連桿23相對置的端部置有控制元件4的下鉸接點8。
為了對比，在圖19中作為現(xiàn)有技術(shù)而標明的控制元件4A同樣在圖4中用一條點劃線表示。
在圖5中繪制了行程杠桿和力矩相對圖4中一個膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的彎曲角的變化曲線。從圖5明顯地看出，所有描繪的數(shù)值與作為對比而標明的圖19現(xiàn)有關(guān)節(jié)曲線的數(shù)值相比明顯改善。該作用換向，從對一個人工膝關(guān)節(jié)來說特別小的彎曲位置(約60°)移位到符合目的約90°彎曲位置。計算的有效總杠桿臂有一個明顯有利的變化過程。行程H與比較數(shù)據(jù)相比有明顯地增大，并表明在關(guān)節(jié)彎曲約為90°時具有最大值因而是符合要求的變化過程。來自彈性元件4的作用力矩MF，則由于行程在較大的彎曲角時提高了以及計算的有效總杠桿臂較有利的變化過程，在整個的彎曲范圍內(nèi)都有明顯地提高，因此，其最大值與可以想到的不利變化的對比數(shù)據(jù)相比明顯的后移。來自一個阻礙運動的元件的作用力矩MBr(當按比例考慮時)是符合計算的有效總杠桿臂的變化過程的。由此，這種實施方案是很有意義的。
為了更好地概括關(guān)于控制元件鉸接的多種可能性，按照目的要求，對本發(fā)明控制元件上鉸接點相對于鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件的與關(guān)節(jié)角有關(guān)的位置變化軌道曲線以單一特性的軌道組分進行一種微分處理。由此，可得到在矯形技術(shù)輔助裝置的縱軸線上的定位方式，特別是相應(yīng)的矯形假肢和矯形機構(gòu)(其中，本發(fā)明控制元件位置可變的鉸接方案可以得到應(yīng)用)，一般說來，都具有一條與其基礎(chǔ)位置或原始位置相關(guān)的位于機械支承和運動裝置內(nèi)的縱軸線。如果人們遵從這個定位方式，就可得到一個制圖的坐標系統(tǒng)，其縱坐標用L表示(縱軸線)其橫坐標用QBE(在運動平面中的橫軸)表示。用正的L軸表示向上，而正的QBE軸表示關(guān)節(jié)的伸展側(cè)。該坐標原點，對對于單中心的關(guān)節(jié)類型，置于關(guān)節(jié)中心點上，對于多中心的關(guān)節(jié)類型，則置于一個符合要求的參考點上(例如，多個重要關(guān)節(jié)軸之一的中心)。
在這種坐標系中的矯形假肢和矯形機構(gòu)之關(guān)節(jié)內(nèi)，安排本發(fā)明控制元件的鉸接位置隨關(guān)節(jié)角變化的相應(yīng)地作為結(jié)構(gòu)設(shè)置或數(shù)據(jù)評估的軌道曲線時，相對簡單的是，既可借助在L和QBE方向耒確定的作用效果，獲得鉸接位置隨關(guān)節(jié)角變化的并滿足規(guī)定的性能要求的最佳軌道曲線，又可將公知軌道曲線中平行的和在運動平面內(nèi)與其縱軸線橫向的L和QBE分量編排成單一的作用效果，或者說，將這些單一的作用歸結(jié)到確定的軌道分量上。
這一點，對一個在單中心人工膝關(guān)節(jié)中未詳細描述的控制元件的彎曲和伸展側(cè)的上鉸接點，在圖6中作了一般性描述，而在圖7中作為專門例子進行了描述。在兩種情況下，該鉸接點是安置在各自的典型的象限中的。對于一個人工髖關(guān)節(jié)情況，這些關(guān)系都適用。這些描述表明，當被考慮的取決于關(guān)節(jié)運動的鉸接點在從伸展位置開始彎曲運動，從而沿著所希望的或者規(guī)定的位置變化軌道運動時，哪些作用效果是可以單一地或在組合方案中實現(xiàn)的。
為了完整性，在圖7中對應(yīng)于在單中心人工膝關(guān)節(jié)中的未詳細描述的控制元件的彎曲側(cè)和伸展側(cè)上鉸接點所描述的關(guān)系，又在圖8中對應(yīng)于彎曲側(cè)和伸展側(cè)的下鉸接點進行了重復(fù)說明。
下面的附圖表示本發(fā)明其它實施結(jié)構(gòu)方案圖9表示一個多中心關(guān)節(jié)并具有一個圖4所示的上邊雙曲軸驅(qū)動機構(gòu)18。在上鉸接點7上，鉸接有彎曲側(cè)的連接桿28，其屬于一個設(shè)置成雙活塞驅(qū)動機構(gòu)的流體阻尼器29。
圖10表示一個控制元件4的彎曲側(cè)上鉸接點取決于關(guān)節(jié)角的位置變化情況，該控制元件4設(shè)置成帶活塞桿6的工作缸5并借助于一個帶外推力構(gòu)件的曲軸驅(qū)動機構(gòu)30置于一個多中心關(guān)節(jié)中。
圖11表示一個控制元件4的彎曲側(cè)上鉸接點依賴于關(guān)節(jié)角的位置變化情況，該控制元件設(shè)置成帶活塞桿6的工作缸5并借助一個帶內(nèi)推力構(gòu)件的曲軸驅(qū)動機構(gòu)31而置于一個單中心關(guān)節(jié)中。
圖12表示一個控制元件4的在兩側(cè)隨關(guān)節(jié)角進行位置變化的鉸接結(jié)構(gòu)，該控制元件4設(shè)置成帶活塞桿6的工作缸5并借助兩個單級齒輪傳動裝置應(yīng)用在兩個單中心關(guān)節(jié)上。
圖13和14表示借助一個單級齒輪傳動裝置將一個未詳細描述的控制元件4應(yīng)用在一個單中心人工膝關(guān)節(jié)中的情況，還表明該控制元件的彎曲側(cè)上鉸接點7隨關(guān)節(jié)角的位置變化情況。此外，該關(guān)節(jié)下件2與在關(guān)節(jié)軸3上安置的第一齒輪11相連接，因此，該齒輪11在所描述的位置上當關(guān)節(jié)從伸展位置開始彎曲運動時，則通過關(guān)節(jié)下件2順時針方向的轉(zhuǎn)動而被轉(zhuǎn)動，同時，與齒輪11相嚙合的第二齒輪12則以逆時針方向圍繞其在關(guān)節(jié)的彎曲側(cè)并在其關(guān)節(jié)軸3后邊安置的轉(zhuǎn)軸13轉(zhuǎn)動。同時，其曲軸臂14和其上安置的上鉸接點7則與該第二齒輪12同向轉(zhuǎn)動。而且，由這兩個齒輪11、12構(gòu)成的齒輪對的節(jié)圓直徑的比例如此選擇，即，在關(guān)節(jié)彎曲角為90°時，控制元件4上發(fā)生作用換向。
在圖15、16和17中簡要描述的多中心假肢-膝關(guān)節(jié)中，同樣設(shè)有一個單級齒輪傳動裝置，用于將控制元件4的上鉸接點7的位置變化，在關(guān)節(jié)上件1內(nèi)與構(gòu)成四元件運動鏈的關(guān)節(jié)運動實現(xiàn)機械的強迫連接。此外，置于其前上關(guān)節(jié)20上的前導(dǎo)桿9與安置在其(20)軸上的第一齒輪11相連接，該齒輪11在關(guān)節(jié)開始彎曲運動時，通過前導(dǎo)桿9與彎曲所關(guān)聯(lián)的轉(zhuǎn)動圍繞前上關(guān)節(jié)20以順時針方向轉(zhuǎn)動，與齒軸(11)相嚙合的第二齒輪12則以逆時針方向圍繞其與后上關(guān)節(jié)21同軸線的并位于關(guān)節(jié)上件1和后導(dǎo)桿10間的軸線轉(zhuǎn)動，同時，曲軸臂14與上鉸接點7作同向運動。
由齒輪11、12構(gòu)成的齒輪對的節(jié)圓直徑比例是如此選擇的，在關(guān)節(jié)彎曲角為90°時，該控制元件4上發(fā)生作用換向。
在多中心關(guān)節(jié)的這種實施結(jié)構(gòu)中，當具有接近180°的超平均值的大彎曲角時特別有利的。這一點是如此實現(xiàn)的，即，上鉸接點7從其對運動有阻礙的伸展狀態(tài)的位置開始，隨著逐漸的彎曲運動沿著一個繞其轉(zhuǎn)軸的圓形軌道向后和向下作折合運動并因此不再受到阻礙。
在這種實施方案中，結(jié)構(gòu)和性能方面的優(yōu)點是在伸展狀態(tài)時前導(dǎo)桿9的上關(guān)節(jié)軸20位于后導(dǎo)桿10的上關(guān)節(jié)21的上方，而前導(dǎo)桿9的下關(guān)節(jié)軸26位于后導(dǎo)桿10的下關(guān)節(jié)軸25的下方，以及兩個后導(dǎo)桿10的關(guān)節(jié)軸21、25間的距離L和關(guān)節(jié)下件2的兩個關(guān)節(jié)軸25、26間的距離L相一致。
另外當伸展狀態(tài)通過一個直接在關(guān)節(jié)上件1和關(guān)節(jié)下件2間起作用的距離限位件而限定時是有利的;同時，按照圖17的這個限位件是由兩個彼此平行安置的在關(guān)節(jié)上件的兩個頰板中導(dǎo)行的限位緩沖件32構(gòu)成的，它們(32)通過調(diào)節(jié)螺栓34經(jīng)一個共同橫桿33而受加載?？梢钥闯鲞@種結(jié)構(gòu)的解決方案的優(yōu)點在于，在使關(guān)節(jié)下件2受到限位緩沖件32限位時，特別在前導(dǎo)桿9上沒有施加彎曲力矩。此外，這些限位緩沖件可以安置在設(shè)置成堅實的結(jié)構(gòu)件的關(guān)節(jié)上件1上。
為了借助一個可拆連接裝置實現(xiàn)假肢構(gòu)件的遠側(cè)連接，有利方式是，該關(guān)節(jié)下件2為了連接假肢具有一個可拆的結(jié)構(gòu)為一個細螺紋35的連接裝置。由此，該關(guān)節(jié)就可以在機械側(cè)與任何由承載的下肢結(jié)構(gòu)組成的單元通過結(jié)合一體的控制元件相組合。
權(quán)利要求
1.在矯形假肢和矯機構(gòu)中的關(guān)節(jié)或回轉(zhuǎn)連接裝置，具有一個關(guān)節(jié)上件(1)、一個關(guān)節(jié)下件(2)、和必要時中間連接的導(dǎo)桿(9，10)(以后統(tǒng)稱“關(guān)節(jié)構(gòu)件”)；以及一個控制元件(4)，控制元件(4)在兩側(cè)端分別通過一個與關(guān)節(jié)軸(3；20，21；25，26)間置的鉸接點(7，8)有效地作用在對應(yīng)的一個關(guān)節(jié)構(gòu)件(1；1，2)上(以后簡稱“鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件”)，其特征在于至少一個所述鉸接點(7，8)相對于其鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件(1；1，2)位置是可變化的，并通過一個機械的強制連接裝置(11，12，13，14；15，16，17；18，24；30；31)與至少一個另外的關(guān)節(jié)構(gòu)件(2；9，10；9)作運動連接。
2.按權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于至少一個所述的鉸接點(7，8)的位置變化是在一個圍繞轉(zhuǎn)軸(13)的圓形軌道上進行的，該轉(zhuǎn)軸(13)設(shè)置在鉸接-關(guān)節(jié)構(gòu)件(1;9)上。
3.按權(quán)利要求2所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該轉(zhuǎn)軸(13)是與關(guān)節(jié)基礎(chǔ)機械的一條重要軸(3;21)同軸線布置的。
4.按權(quán)利要求1所述的關(guān)節(jié)，其特征在于至少一個鉸接點(7，8)的位置變化是在一條規(guī)定的滑動軌道上的滑動運動。
5.按權(quán)利要求2或3所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該機械的強制連接裝置是一個單級齒輪傳動裝置(11，12，13;11，12，21)。
6.按權(quán)利要求2或3所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該機械的強制連接裝置是一個行星傳動裝置(15，16，17)。
7.按權(quán)利要求2或3所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該機械的強制連接裝置是一個差動傳動裝置。
8.按權(quán)利要求1至4之一所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該機械的強制連接裝置是一個桿驅(qū)動裝置。
9.按權(quán)利要求8所述的關(guān)節(jié)，其特征在于至少一個鉸接點(7)是一個曲軸驅(qū)動裝置(30;31)的端部件，該裝置(30;31)帶有內(nèi)或外推力構(gòu)件。
10.按權(quán)利要求8所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該桿驅(qū)動裝置是一個帶連接桿(19，23)的雙曲軸驅(qū)動裝置。
11.按權(quán)利要求1、2和5所述的作為單中心人工膝關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)，其特征在于該關(guān)節(jié)下件(2)與一個和關(guān)節(jié)軸(3)同軸線安置的第一齒輪(11)抗扭的連接，該齒輪(11)與一個第二齒輪(12)相嚙合，該齒輪(12)以其轉(zhuǎn)軸(13)與關(guān)節(jié)軸(3)軸線平行并可轉(zhuǎn)動的安置在關(guān)節(jié)上件(1)上，可位于關(guān)節(jié)軸(3)之前(伸展側(cè))或之后(彎曲側(cè))，該齒輪(12)還具有一個曲軸臂(14)，其上用至少一個鉸接點(7)鉸接控制元件(4)。
12.按權(quán)利要求11所述的關(guān)節(jié)，其特征在于在伸展狀態(tài)，關(guān)節(jié)軸(3)和轉(zhuǎn)軸(13)位于一個與矯形技術(shù)輔助裝置的縱軸線相垂直的平面內(nèi)。
13.按權(quán)利要求1，2和5所述的作為多中心人工膝關(guān)節(jié)的其結(jié)構(gòu)為一個四元件運動關(guān)節(jié)鏈的關(guān)節(jié)，其中，該關(guān)節(jié)上件(1)通過一個前(伸展側(cè))導(dǎo)桿(9)和一個后(彎曲側(cè))導(dǎo)桿(10)與關(guān)節(jié)下件(2)相連接，其特征在于該前導(dǎo)桿(9)與上邊的并使其與關(guān)節(jié)上件(1)連接的關(guān)節(jié)軸(20)同軸線地與第一齒輪(11)抗扭地相連接，而齒輪(11)與一個第二齒輪(12)相嚙合，該齒輪(12)可轉(zhuǎn)動地安置在上邊的并將后導(dǎo)桿(10)與關(guān)節(jié)上件(1)相連接的關(guān)節(jié)軸(21)上且具有一個曲軸臂(14)，其上通過至少一個鉸接點(7)鉸接控制元件(4)。
14.按權(quán)利要求11，12或13所述的關(guān)節(jié)，其特征在于這兩個齒輪(11，12)的滾合圓或節(jié)圓直徑的比例如此選擇，即在關(guān)節(jié)彎曲角為90°時，控制元件(4)上發(fā)生作用換向。
15.按權(quán)利13或14所述的關(guān)節(jié)，其特征在于在伸展狀態(tài)，該前導(dǎo)桿(9)的上關(guān)節(jié)軸(20)位于后導(dǎo)桿(10)的上關(guān)節(jié)軸(21)的上方，而前導(dǎo)桿(9)的下關(guān)節(jié)軸(26)位于后導(dǎo)桿(10)的下關(guān)節(jié)軸(25)的下方。
16.按權(quán)利要求13，14或15所述的關(guān)節(jié)，其特征在于后導(dǎo)桿(10)的兩個關(guān)節(jié)軸(21，25)間的距離(L)與關(guān)節(jié)下件(2)的兩個關(guān)節(jié)軸(25，26)間的距離相一致。
17.按權(quán)利要求13至16之一所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該伸展狀態(tài)是通過一個直接在關(guān)節(jié)上件(1)和關(guān)節(jié)下件(2)間作用的距離限位裝置(32，33，34)限位的。
18.按權(quán)利要求17所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該距離限位裝置(32，33，34)具有兩個平行安置的，縱向可移動的限位緩沖件(32)，它們通過一個調(diào)節(jié)螺紋(34)經(jīng)共同橫桿(33)而被加載。
19.按權(quán)利要求13至18之一所述的關(guān)節(jié)，其特征在于該關(guān)節(jié)下件(2)為連接假肢構(gòu)件而具有一個可拆的細螺紋結(jié)構(gòu)(35)的連接裝置。
全文摘要
本發(fā)明涉及一個在矯形假肢和矯形機構(gòu)的關(guān)節(jié)或回轉(zhuǎn)連接裝置，具有一個關(guān)節(jié)上件，一個關(guān)節(jié)下件和必要時中間連接的導(dǎo)桿，以及一個控制元件，控制元件在兩側(cè)端分別通過一個與關(guān)節(jié)軸間置的鉸接點有效地作用在相應(yīng)的一個鉸接關(guān)節(jié)構(gòu)件上。為改進此種關(guān)節(jié)，本發(fā)明建議，至少一個所稱的鉸接點相對其鉸接關(guān)節(jié)構(gòu)件位置是可變化的，并通過一個機械的強制連接裝置與至少一個另外的關(guān)節(jié)構(gòu)件作運動連接。
文檔編號A61F2/66GK1091946SQ9311920
公開日1994年9月14日 申請日期1993年9月29日 優(yōu)先權(quán)日1992年9月29日
發(fā)明者偉富利特·A·克利格 申請人:奧托·伯克矯形工業(yè)所有與管理兩合公司