[发明专利]半主动型机械关节

说明书

一种机械关节包括第一连杆、中间连杆、力矩产生器、第二连杆和锁定机构。中间连杆的不同端部旋转地连接于第一连杆和第二连杆。力矩产生器连接于第一连杆和中间连杆，并构造为在这些连杆之间产生力矩。锁定机构可在锁定状态和解锁状态之间切换。在解锁状态下，锁定机构允许第二连杆相对于中间连杆在第一旋转方向和第二旋转方向上自由旋转。在锁定状态下，锁定机构构造成阻碍第二连杆相对于中间连杆在第一旋转方向上的旋转，并允许第二连杆相对于中间连杆在与第一旋转方向相反的第二旋转方向上旋转。

相关申请的交叉引用

本发明要求2016年6月24日提交的美国临时专利申请第62/354,263号的权益，该临时专利申请整体通过引用并且针对全部目的与本发明中引用的所有其他参考文献一起并入本文。

技术领域

所描述的装置是能量被动型外骨骼膝部，其构造为结合到外骨骼腿中。

背景技术

下肢外骨骼技术着重于使医疗和增强领域受益。外骨骼设计中的功能模块化允许执业者给出能够着重于佩戴者的需要和能力的外骨骼。虽然在医学或者增强领域中存在大多数模块化膝部外骨骼技术，但是站立辅助膝部外骨骼可以使身体健全的个人以及四头肌功能减弱或膝部无力的个人受益。

完全被动型系统成本较低，但功能有限。动力系统具有多种功能，但价格昂贵且很大。微控制器控制的阻力膝部在功能方面比完全被动型系统更多样化，但仅提供针对运动的系统阻抗并且可能是昂贵的。

被动型微控制器控制的系统可以带来成本低且功能多样的系统。通过将一些所需功能嵌入到系统的机械硬件中，减少了微控制器的负担和对传感器的需求。

发明内容

这里提出了能量被动型机械关节的若干实施方式。这些能量被动型关节可用于各种外骨骼、矫形系统、假体装置和机械行走机。虽然电池可用于为微型计算机及相关联的传感器供电以进行计算和控制，但是这些实施方式不使用可用于行动能量的任何外部动力。除了其他特性之外，这些能量被动型机械关节还表现出产生行动所需的两个有用特征：1)它们在需要时可以响应于屈曲而表现出适当的阻力，同时即使关节承受负载伸展也始终是自由的(例如，外骨骼膝关节的站立阶段)；以及2)它们在需要时可以表现出自由的屈曲和伸展(例如，外骨骼膝关节的摆动阶段)。在这两种状态之间切换可以提供行动所需的基本特征。使用机电部件的抽象形式描述这些能量被动型机械关节的基本特性。随后，为了示出如何将这些能量被动型机械关节设计并构建为用于外骨骼、矫形系统、假体装置和机械行走机的人造膝部而描述了设计的实施方式。最后，为了教导将这些能量被动型机械关节针对外骨骼矫形腿的使用而描述了若干实施方式。

附图说明

图1示出了能量被动型机械关节的实施方式的示意图。

图2是本发明的实施方式的示意图。

图3是能量被动型机械关节佩戴在人下肢上的示意图。

图4表示能量被动型机械关节的实施方式。

图5是图4所示实施方式的分解图。

图6是图4所示实施方式的一部分的分解图。

图7是图4所示实施方式的一部分的分解图。

图8是图4所示实施方式的一部分的分解图。

图9示出了锁定机构处于锁定状态的实施方式。

图10示出了锁定机构处于锁定状态的实施方式。

图11示出了锁定机构处于解锁状态的实施方式。

图12示出了锁定机构处于解锁状态的实施方式。

图13示出了包括机械关节的实施方式的矫形外骨骼的实施方式。