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1. 发明专利

TWI317633B 關節裝置 GELENKEINRICHTUNG 有权
简体标题：关节设备 GELENKEINRICHTUNG
公开(公告)号：TWI317633B
公开(公告)日：2009-12-01
申请号：TW096106934
申请日：2007-03-01
申请人：奧圖波克保健智產兩合有限公司
发明人：羅蘭歐伯格
IPC分类号： A61F
CPC分类号： A61F2/64 , A61F2/68 , A61F5/0125 , A61F2002/6818 , A61F2005/0165 , A61F2005/0179 , Y10T403/32688
摘要：一種關節裝置，用於補綴物或義肢之用。具有一上部、一下部及一剎止裝置，該下部支承在上部上，可繞一樞轉軸轉動，該剎止裝置將下部相對於上部的樞轉運動剎止住或鎖固住，其中：在二個跑動面(6)(7)之間設一螺旋彈簧(5)，該螺旋彈簧(5)支承成可繞一轉軸(4)平行於樞轉軸繃緊的方式，且當向跑動面(6)(7)的方向繃緊時與該跑動面接觸。【創作特點】本發明的目的在提供一種關節裝置，它且用小小的切換力量打開或閉鎖住，同時只需很小的構造空間。特別是該中側(medial－lateral)的伸展量(Ausdehung)要保持儘量地小，俾在一補綴物中使用時，能在衣服下面裝配而看不出來。
依本發明，這種目的係利用具有申請專利範圍第1項的特點的關節裝置達成。本發明之有利的進一步特點見於申請專利範圍附屬項。
依本發明這一種關節裝置係用於補綴物或義肢之用，具有一上部、一下部及一剎止裝置，該下部支承在上部上，可繞一樞轉軸轉動，該剎止裝置將下部相對於上部的樞轉運動剎止住或鎖固住，其中：在二個跑動面之間設一螺旋彈簧，該螺旋彈簧支承成可繞一軸平行於樞轉軸繃緊的方式，且當向跑動面的方向繃緊時與該跑動面接觸。
如此，螺旋彈簧的側翼就壓到跑動面。如此利用摩擦，可建構起很大的剎止力矩，而切換力量及切換路徑卻很小，由於設計成螺旋彈簧形式，故在中側伸展範圍的構造尺寸可以很小，即此為此須忍受有較大的直徑的場合亦然。藉著將螺旋彈簧向跑動面的方向繃緊，個別的螺旋段想要朝向跑面移動。但這點由於有跑動面之故係不能者，因此該螺線變楔狀，且可造成剎止力矩或阻動力矩。利用該楔形效應，使繃緊作用加強，因此造成一種自身加強的系統。如果上部及下部逆著螺旋繞圈(鉸緊)方向作相對運動，且螺線段從跑動面離開，因此，只要由於預繃緊力造成的摩擦不是很大，使得開放運動至少能補償，則一直都能作運動而幾乎無阻礙。
本發明另一特點在於：跑動面係設計成連續者，特別是沿徑向呈錐形或沿徑向彎曲者，俾增加摩擦面積，並使該螺旋彈簧之螺線段(它們沿徑向先後相隨地朝外)可以利用。如此可達成進展式的剎止性質。在此該螺旋彈簧的輪廓宜對應於跑動面設計，俾提供跑動面螺旋彈簧側翼之間儘量大的摩擦面積。跑動面及螺旋彈簧輪廓設計成錐形或恆定彎曲，可成一附加的楔形效果，它使力量大大加強。同樣地還設有不恆定的橫截面幾何形狀，例如多重錐形或彎曲的輪廓，就像針本樅樹(Tannenbur)那樣。如此，在一所予之楔形角度的情形，構造寬度可減少。
如果螺旋彈簧的旋轉軸與關節的框轉軸重合，且可造成特別緊密的構造方式。
當跑動面呈錐形設計時，角度宜在10°~50°間，如果角度更小，則有自身停住(Selbsthemmung)之虞，如角度更大，則沿中側方向的構造空間加大，且使自身加強作用減少，這是不想要的情形。
螺旋彈簧的應力宜可調整，且可在其靜止(平衡)位置時與跑動面接觸。如此可確保在那些要阻動的樞轉方向由於該自身引發及加強的剎止效果，而一直能確保有確實的剎止作用，即使是在須施某種力矩使關節裝置逆著此方向運動，俾克服螺旋彈簧的初始剎止效應時亦然。
本發明另一特色中，該螺旋彈簧與一動作器(Aktuator)聯接，該動作器將螺旋彈簧繃緊或解除應力。如此，可將該關節裝置作主動控制，例如藉著將螺旋彈簧依所願解除應力，因此使螺旋彈簧擴開或從跑動面拉離，因而始終都能自由運動。另方面，可朝向跑動面方向施夠大的應力，使關節裝置一直確實地鎖閂住或將樞轉運動剎止。
動作器宜為一種調整馬達(Stellmotor，英：servomotor)或伺服馬達，它可與一槓桿聯接以將調整力量放大以及將螺旋彈簧朝跑動面方向繃緊或離開跑動面，該槓桿再作用到該螺旋彈簧。在一始位置時，該槓桿可向鎖閂方向受彈簧施力，俾將磨損作成之影響作補償。這點可特別利用一枚繃緊彈簧很容易地實施。為了在動作器故障時確保仍有確實的剎止或鎖閂作用，亦即提供不會故障的關節裝置，故將該螺旋彈簧對動作器沿鎖閂方向作預繃緊。如果動作器故障，則螺旋彈簧自動朝跑動面方向轉動，這點造成初始的剎止作用，此剎止作用藉由自動加強作用以及螺旋彈簧對跑動面的預應力而加強，如此，在動作器故障時，可將一樞轉方向一直阻擋住，在膝關節或義膝關節的情形，係將撓曲作用阻擋住，以避免意外的彎入(Einknicken)的情事。
本發明另一特點在於，有一感測器裝置，它將力矩、上下部互相的角度位置，或作用到關節裝置上的力量測量出。此感測器裝置與一控制裝置耦合，該控制裝置依所測之值或參數而控將動作器活化，並將螺旋彈簧對跑動面繃緊或解除應力。如此，依負荷及位置而定，使剎止裝置鎖閉或鬆開，如此該關節裝置可配合情況而剎止。舉例而言，當義肢或補綴物裝配者絆倒(Stolpern)時，該剎止裝置可活化，而將關節裝置鎖閂住，因此可防止意外地彎入的情事。因此膝彎曲作用可依標的限制。
本發明又一特點在於：該動作器與一控制裝置耦合，該控制裝置經由肌電(myoelektrisch)信號使動器活化或去活化。因此關節可在一定位置由於肌電信號而鎖閂住或解除鎖閂。又，用於檢出上側以及/或固定在其上的下側所發生之加速度或者固定在其上的裝置與該動作器耦合，因此該義肢/補綴物或該裝置(關節裝置放在其內)可利用一絕對角信號，即上部或對鉛直線(Lot)的朝向控制，利用上部及下部的相對位置，可知道關節角度(例如膝角度)，因此上部、下部及固定在其上的裝置在空間中的絕對朝向可知道。因此該裝置也可呈絕對角度感測器的形式，設在上部、下部上或設在固定在其上的裝置上，如此可根據該關節裝置或系統(關節裝置設在其中)的空間朝向的資訊將動作器控制，同樣亦可根據所發生及測量的加速度而作這種控制，因此可依絕對角度及發生的加速度而定，將剎止器活化或切換解除聯接。
當螺旋彈簧設計成多段時，可特別容易調整。在摩擦面上造成的損失可藉著將螺旋彈簧與跑動面的直徑加大而補償。
經由一種非線性的螺旋幾何形狀，可達成繼續性的剎止性質。同樣地可經由螺旋繞圈的數目而改變動作力矩。螺旋彈簧的繞圈數目越多，則動作路徑越長，但如此剎止力矩很好調整。為了要能作某種調整的容許誤差及動作軟度，可將跑動面支承成可沿軸向作有限的移動的方式，螺旋幾何形狀不限於一直彎曲的自由空間或螺旋段。也可使螺旋段具有變化的橫截、斜升度、朝向等，也可設塊狀的元件。
以下利用圖式詳細說明本發明一實施例。
简体摘要：一种关节设备，用于补缀物或义肢之用。具有一上部、一下部及一刹止设备，该下部支承在上部上，可绕一枢转轴转动，该刹止设备将下部相对于上部的枢转运动刹止住或锁固住，其中：在二个跑动面(6)(7)之间设一螺旋弹簧(5)，该螺旋弹簧(5)支承成可绕一转轴(4)平行于枢转轴绷紧的方式，且当向跑动面(6)(7)的方向绷紧时与该跑动面接触。【创作特点】本发明的目的在提供一种关节设备，它且用小小的切换力量打开或闭锁住，同时只需很小的构造空间。特别是该中侧(medial－lateral)的伸展量(Ausdehung)要保持尽量地小，俾在一补缀物中使用时，能在衣服下面装配而看不出来。依本发明，这种目的系利用具有申请专利范围第1项的特点的关节设备达成。本发明之有利的进一步特点见于申请专利范围附属项。依本发明这一种关节设备系用于补缀物或义肢之用，具有一上部、一下部及一刹止设备，该下部支承在上部上，可绕一枢转轴转动，该刹止设备将下部相对于上部的枢转运动刹止住或锁固住，其中：在二个跑动面之间设一螺旋弹簧，该螺旋弹簧支承成可绕一轴平行于枢转轴绷紧的方式，且当向跑动面的方向绷紧时与该跑动面接触。如此，螺旋弹簧的侧翼就压到跑动面。如此利用摩擦，可建构起很大的刹止力矩，而切换力量及切换路径却很小，由于设计成螺旋弹簧形式，故在中侧伸展范围的构造尺寸可以很小，即此为此须忍受有较大的直径的场合亦然。借着将螺旋弹簧向跑动面的方向绷紧，个别的螺旋段想要朝向跑面移动。但这点由于有跑动面之故系不能者，因此该螺线变楔状，且可造成刹止力矩或阻动力矩。利用该楔形效应，使绷紧作用加强，因此造成一种自身加强的系统。如果上部及下部逆着螺旋绕圈(铰紧)方向作相对运动，且螺线段从跑动面离开，因此，只要由于预绷紧力造成的摩擦不是很大，使得开放运动至少能补偿，则一直都能作运动而几乎无阻碍。本发明另一特点在于：跑动面系设计成连续者，特别是沿径向呈锥形或沿径向弯曲者，俾增加摩擦面积，并使该螺旋弹簧之螺线段(它们沿径向先后相随地朝外)可以利用。如此可达成进展式的刹止性质。在此该螺旋弹簧的轮廓宜对应于跑动面设计，俾提供跑动面螺旋弹簧侧翼之间尽量大的摩擦面积。跑动面及螺旋弹簧轮廓设计成锥形或恒定弯曲，可成一附加的楔形效果，它使力量大大加强。同样地还设有不恒定的横截面几何形状，例如多重锥形或弯曲的轮廓，就像针本枞树(Tannenbur)那样。如此，在一所予之楔形角度的情形，构造宽度可减少。如果螺旋弹簧的旋转轴与关节的框转轴重合，且可造成特别紧密的构造方式。当跑动面呈锥形设计时，角度宜在10°~50°间，如果角度更小，则有自身停住(Selbsthemmung)之虞，如角度更大，则沿中侧方向的构造空间加大，且使自身加强作用减少，这是不想要的情形。螺旋弹簧的应力宜可调整，且可在其静止(平衡)位置时与跑动面接触。如此可确保在那些要阻动的枢转方向由于该自身引发及加强的刹止效果，而一直能确保有确实的刹止作用，即使是在须施某种力矩使关节设备逆着此方向运动，俾克服螺旋弹簧的初始刹止效应时亦然。本发明另一特色中，该螺旋弹簧与一动作器(Aktuator)联接，该动作器将螺旋弹簧绷紧或解除应力。如此，可将该关节设备作主动控制，例如借着将螺旋弹簧依所愿解除应力，因此使螺旋弹簧扩开或从跑动面拉离，因而始终都能自由运动。另方面，可朝向跑动面方向施够大的应力，使关节设备一直确实地锁闩住或将枢转运动刹止。动作器宜为一种调整马达(Stellmotor，英：servomotor)或伺服马达，它可与一杠杆联接以将调整力量放大以及将螺旋弹簧朝跑动面方向绷紧或离开跑动面，该杠杆再作用到该螺旋弹簧。在一始位置时，该杠杆可向锁闩方向受弹簧施力，俾将磨损作成之影响作补偿。这点可特别利用一枚绷紧弹簧很容易地实施。为了在动作器故障时确保仍有确实的刹止或锁闩作用，亦即提供不会故障的关节设备，故将该螺旋弹簧对动作器沿锁闩方向作预绷紧。如果动作器故障，则螺旋弹簧自动朝跑动面方向转动，这点造成初始的刹止作用，此刹止作用借由自动加强作用以及螺旋弹簧对跑动面的预应力而加强，如此，在动作器故障时，可将一枢转方向一直阻挡住，在膝关节或义膝关节的情形，系将挠曲作用阻挡住，以避免意外的弯入(Einknicken)的情事。本发明另一特点在于，有一传感器设备，它将力矩、上下部互相的角度位置，或作用到关节设备上的力量测量出。此传感器设备与一控制设备耦合，该控制设备依所测之值或参数而控将动作器活化，并将螺旋弹簧对跑动面绷紧或解除应力。如此，依负荷及位置而定，使刹止设备锁闭或松开，如此该关节设备可配合情况而刹止。举例而言，当义肢或补缀物装配者绊倒(Stolpern)时，该刹止设备可活化，而将关节设备锁闩住，因此可防止意外地弯入的情事。因此膝弯曲作用可依标的限制。本发明又一特点在于：该动作器与一控制设备耦合，该控制设备经由肌电(myoelektrisch)信号使动器活化或去活化。因此关节可在一定位置由于肌电信号而锁闩住或解除锁闩。又，用于检出上侧以及/或固定在其上的下侧所发生之加速度或者固定在其上的设备与该动作器耦合，因此该义肢/补缀物或该设备(关节设备放在其内)可利用一绝对角信号，即上部或对铅直线(Lot)的朝向控制，利用上部及下部的相对位置，可知道关节角度(例如膝角度)，因此上部、下部及固定在其上的设备在空间中的绝对朝向可知道。因此该设备也可呈绝对角度传感器的形式，设在上部、下部上或设在固定在其上的设备上，如此可根据该关节设备或系统(关节设备设在其中)的空间朝向的信息将动作器控制，同样亦可根据所发生及测量的加速度而作这种控制，因此可依绝对角度及发生的加速度而定，将刹止器活化或切换解除联接。当螺旋弹簧设计成多段时，可特别容易调整。在摩擦面上造成的损失可借着将螺旋弹簧与跑动面的直径加大而补偿。经由一种非线性的螺旋几何形状，可达成继续性的刹止性质。同样地可经由螺旋绕圈的数目而改变动作力矩。螺旋弹簧的绕圈数目越多，则动作路径越长，但如此刹止力矩很好调整。为了要能作某种调整的容许误差及动作软度，可将跑动面支承成可沿轴向作有限的移动的方式，螺旋几何形状不限于一直弯曲的自由空间或螺旋段。也可使螺旋段具有变化的横截、斜升度、朝向等，也可设块状的组件。以下利用图式详细说明本发明一实施例。

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