[发明专利]可控被动人工膝部

说明书

一种适于被接合到人体下肢的外骨骼(100)，其包括大腿连接件(102)、小腿连接件(104)以及允许大腿和小腿连接件(102、104)之间的屈曲和伸展的膝部关节(106)。被连接到膝部关节(106)的力矩产生器(156)包括绕簧(110)，其具有被接合到大腿连接件(102)的第一端部(112)，以及被接合到能够选择地定位绕簧(110)的第二端部(118)的电子致动器(116)的第二端部(118)。控制器(120)致使电子致动器(116)定位绕簧(110)，以基于通过传感器(164、166、168)产生的信号(212、214、216)来在大腿和小腿连接件(102、104)之间提供选择性的力矩。

本申请为申请号为：201380058337.1，申请日为2013年6月19日，发明名称为“可控被动人工膝部”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及人工下体假肢及矫正系统：更具体地，涉及外骨骼膝部，其能够用于多种矫正应用。

背景技术

传统的膝踝足矫形器(KAFO)用于增加患者在负重行走阶段期间的稳定性。传统的KAFO将膝部锁定为完全伸展，这提供了稳定性。这种锁定的姿势导致患者的步行能力具有步态偏差，这会导致过度使用性损伤。姿态控制矫形器(SCO)允许膝部在步态周期的摆动期期间屈曲，并且在支撑期期间为了稳定性而防止膝部屈曲。通过允许膝部在摆动期期间弯曲，SCO允许更加自然的步态，这可以减少来自步态补偿的二期并发症，并且允许患者用较少的力气行走。存在一些姿态控制矫形器(现有技术)。

Fillauer开发了一种重力致动的膝部关节锁定系统，以用于其摆动期锁定 (SPL)矫形器(美国专利20030153854)。摆动期锁定使用被安装在大腿连接件(该构件与使用者的大腿一致地移动)上的简单的内部摆机构。随着大腿连接件移动，摆的摆动运动相对于大腿连接件锁定和解锁小腿连接件(该构件与使用者的小腿一致地移动)。这允许膝部关节针对步行周期的适当阶段锁定和解锁。

自由行走矫形器(由Ottobock所售)和UTX矫形器(由Becker所售)基于所述原则工作。在支撑结束时，足部的背屈拉动在膝部关节处被连接到锁定机构的可控线缆。该拉动动作释放锁定机构，以用于摆动。当膝部被完全伸展时，锁定机构弹性负载并且锁定膝部。

感应行走(由Ottobock制造)在膝部关节处使用绕簧，以用于锁定和解锁膝部。此矫形器包括两套传感器，其一个在膝部处用以测量膝部角度且另一个在踏板处用以测量足部和地板之间的力；替代外侧膝部关节的绕簧离合器，其用以提供制动能力来支撑解剖学的膝部关节；微处理器控制的释放器，其用于制动；电子电路；以及装在腰包中的电池组。在支撑期的后期，当重量已被转移到对侧并且为单体支撑做好准备时，踏板中的传感器释放绕簧离合器并且允许膝关节弯曲。膝部传感器检测足趾离地后膝关节的伸展并且发送信号到微处理器，以将绕簧离合器置于它的锁定位置。

Horton姿态控制矫形器(美国6635024和美国200220169402)包括在推动杆的帮助下锁定和解锁膝部的锁定机构。该推动杆被置于足跟和膝部之间。推动杆在足跟着地时锁定膝部并且在支撑期结束时解锁膝部。该装置将膝部锁定为任意角度。

发明公开

本发明涉及外骨骼系统，其至少包括具有可控阻力矩的外骨骼膝部。特别地，本发明在此描述外骨骼膝部和它在多种外骨骼系统中的应用，其中两个表面之间的摩擦力被用来阻碍在步行周期的不同阶段中膝部的屈曲和伸展运动。通过控制两个表面之间的摩擦力，可以在某部分移动周期期间提供用于外骨骼膝部的任意阻力矩。在外骨骼膝部处产生阻碍力矩会减小佩带者在他/她的膝部处需要提供的力矩。另外，外骨骼膝部会在大部分支撑期期间去除佩戴者膝部的负荷。在此描述的外骨骼膝部不仅可以独立地佩戴在佩戴者的膝部上，也可与髋部、踝部或足部协作。这为多种医疗、民用和军事应用中的外骨骼膝部的使用提供了很大的灵活性。

附图说明

图1描述本发明的外骨骼的实施方式；