[發明專利]半主動型機械關節

有效

• 申請號: 201780038897.9
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN109328046B
• 公開（公告）日: 2022-02-11
• 發明（設計）人: 胡馬云·卡澤歐尼;米內爾娃·V·皮萊;韋恩·奕維·董
• 申請（專利權）人: 加利福尼亞大學董事會
• 主分類號: A61F5/00
• 分類號: A61F5/00
• 代理公司: 北京銀龍知識產權代理有限公司 11243
• 代理人: 張敬強;李平

一種機械關節包括第一連桿、中間連桿、力矩產生器、第二連桿和鎖定機構。中間連桿的不同端部旋轉地連接于第一連桿和第二連桿。力矩產生器連接于第一連桿和中間連桿，并構造為在這些連桿之間產生力矩。鎖定機構可在鎖定狀態和解鎖狀態之間切換。在解鎖狀態下，鎖定機構允許第二連桿相對于中間連桿在第一旋轉方向和第二旋轉方向上自由旋轉。在鎖定狀態下，鎖定機構構造成阻礙第二連桿相對于中間連桿在第一旋轉方向上的旋轉，并允許第二連桿相對于中間連桿在與第一旋轉方向相反的第二旋轉方向上旋轉。

相關申請的交叉引用

本發明要求2016年6月24日提交的美國臨時專利申請第62/354,263號的權益，該臨時專利申請整體通過引用并且針對全部目的與本發明中引用的所有其他參考文獻一起并入本文。

技術領域

所描述的裝置是能量被動型外骨骼膝部，其構造為結合到外骨骼腿中。

背景技術

下肢外骨骼技術著重于使醫療和增強領域受益。外骨骼設計中的功能模塊化允許執業者給出能夠著重于佩戴者的需要和能力的外骨骼。雖然在醫學或者增強領域中存在大多數模塊化膝部外骨骼技術，但是站立輔助膝部外骨骼可以使身體健全的個人以及四頭肌功能減弱或膝部無力的個人受益。

完全被動型系統成本較低，但功能有限。動力系統具有多種功能，但價格昂貴且很大。微控制器控制的阻力膝部在功能方面比完全被動型系統更多樣化，但僅提供針對運動的系統阻抗并且可能是昂貴的。

被動型微控制器控制的系統可以帶來成本低且功能多樣的系統。通過將一些所需功能嵌入到系統的機械硬件中，減少了微控制器的負擔和對傳感器的需求。

發明內容

這里提出了能量被動型機械關節的若干實施方式。這些能量被動型關節可用于各種外骨骼、矯形系統、假體裝置和機械行走機。雖然電池可用于為微型計算機及相關聯的傳感器供電以進行計算和控制，但是這些實施方式不使用可用于行動能量的任何外部動力。除了其他特性之外，這些能量被動型機械關節還表現出產生行動所需的兩個有用特征：1)它們在需要時可以響應于屈曲而表現出適當的阻力，同時即使關節承受負載伸展也始終是自由的(例如，外骨骼膝關節的站立階段)；以及2)它們在需要時可以表現出自由的屈曲和伸展(例如，外骨骼膝關節的擺動階段)。在這兩種狀態之間切換可以提供行動所需的基本特征。使用機電部件的抽象形式描述這些能量被動型機械關節的基本特性。隨后，為了示出如何將這些能量被動型機械關節設計并構建為用于外骨骼、矯形系統、假體裝置和機械行走機的人造膝部而描述了設計的實施方式。最后，為了教導將這些能量被動型機械關節針對外骨骼矯形腿的使用而描述了若干實施方式。

附圖說明

圖1示出了能量被動型機械關節的實施方式的示意圖。

圖2是本發明的實施方式的示意圖。

圖3是能量被動型機械關節佩戴在人下肢上的示意圖。

圖4表示能量被動型機械關節的實施方式。

圖5是圖4所示實施方式的分解圖。

圖6是圖4所示實施方式的一部分的分解圖。

圖7是圖4所示實施方式的一部分的分解圖。

圖8是圖4所示實施方式的一部分的分解圖。

圖9示出了鎖定機構處于鎖定狀態的實施方式。

圖10示出了鎖定機構處于鎖定狀態的實施方式。

圖11示出了鎖定機構處于解鎖狀態的實施方式。

圖12示出了鎖定機構處于解鎖狀態的實施方式。

圖13示出了包括機械關節的實施方式的矯形外骨骼的實施方式。