使用弯曲阻尼缸的修复术的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明总体涉及修复术/假体(prosthetics)，特别涉及利用弯曲阻尼缸来减少组件数量和磨损的人工关节和肢体。
【背景技术】
[0002]穿戴假腿或假足的人员对获得自然且舒适的行走面临许多挑战。这些问题包括“有效脚后跟高度”的改变和所遇到地形的坡度的改变。人工假肢可以在光滑、水平的表面上或轻微的斜面上正确地发挥作用，但是在陡峭的斜坡上就存在问题，特别是当走下坡路时。如果足部的角度不是充分可调节的，则只有后脚跟可以接触地，因此使它很难适应使用者的体重并且避免膝盖的屈曲。因为这个原因，许多假体穿戴者在走下坡路时经常选择横着走。
[0003]人工的机械调节通常难于设置或校正，并且对于脚后跟高度的变化或变化的地形斜坡不能自动地调节。为了解决这些不足，多年来已经引入了多种自调节结构。阻尼机制的发展已经有了一项改进，其中一些涉及液压技术。早期的示例是美国专利第2，470，480号，其描述一种人造足，该人造足在足踝和脚底板(sole plate)之间具有液压缓冲装置。针阀被提供用于控制液压流体的通道，以便行走动作可以适应特定的个人。
[0004]美国专利第6，855，170号公开一种足，其经由枢转轴(pivot axle)连接到腿假体，使得足和腿假体之间的角位置可调节到期望的角位置。这可以通过在附连到腿假体的缸体内可移置的活塞来实现。双向阀允许介质在缸体内的两个腔室之间流动。使用从假体外侧可操作的控制杆可调节该双向阀。这种设计的一个问题是液压缸沿着足部取向，导致庞大的结构。
[0005]为了获得更紧凑的设计，美国专利第7，985，265号描述了假足踝和足的组合，其中液压缸沿着腿与足相对地取向。这个装置具有踝关节机制，其被构造成允许足组件相对于胫骨组件的阻尼旋转运动。该机制在行走期间提供了足踝运动的连续液压阻尼范围，其中所述足踝运动具有动态可变的阻尼阻力，并且在跖屈和背屈方向上具有独立变化的阻尼阻力。该专利公开了单活塞和双活塞液压阻尼布置，其包括允许独立的脚后跟高度调节的布置。
[0006]虽然第7，985，265号专利所描述的解决方案获得更紧凑的封装件，但是它遭受与利用传统液压缸的其他假体相同的缺点；即，由于足踝旋转并且缸体是直立的，因此必须包括某种形式的联动装置以将枢转运动转换成往复运动。这些联动装置需要其各自的枢轴，从而导致更多的移动零件和可能产生磨损的地方。
【发明内容】
[0007]本发明涉及假关节和肢体组件，其利用单一的弯曲阻尼缸来减少组件的数量和磨损。与假足/足踝关联的实施例只需要三个主要的组件；即，适于耦连到足刃的外壳；适于耦连到暂用假肢的足踝组件；以及步行期间在所述外壳中的弯曲缸体内移动的活塞。
[0008]足踝组件在缸体的曲率中心处被枢转地附连到外壳。活塞限定缸体中的前可变容积腔室和后可变容积腔室。这两个腔室经由阀门和内部端口彼此流体连通，以便当足踝在跖屈和背屈之间枢转时，流体在这些腔室之间被交换以控制阻尼。
[0009]在优选的实施例中，所述流体是液压流体，并且外壳、足踝组件、杆和活塞部分由精密加工的金属制成。第一单向止回阀被用于在跖屈期间引导从后腔室到前腔室的流体流动。第二单向止回阀被用于在背屈期间引导从前腔室到后腔室的流体流动。与每个止回阀在一直线内的独立可调节的流量控制阀被用于在跖屈和背屈期间建立和保持期望的阻尼水平，包括在每个方向上的不同水平阻尼。在优选实施例中，流量控制阀是通过旋转来调节的柱形阀/滑阀(spool valve)。
【附图说明】
[0010]图1A是根据从正面视角看到的优选实施例的外壳的第一斜视图；
[0011]图1B是从后面视角观察到的外壳的第二斜视图；
[0012]图1C是外壳的中间截面图；
[0013]图1D是示出流体端口的外壳的截面图；
[0014]图1E是示出不同流体端口的外壳的截面图；
[0015]图1F是图示说明在第一阀腔和第二阀腔之间的流体连通的外壳的截面图；
[0016]图1G是图不说明液压回路的fg]化不意图；
[0017]图2A是安置于外壳内的两个柱形阀其中之一的第一斜视图；
[0018]图2B是图2A的柱形阀的第二斜视图；
[0019]图3A是根据从第一视角看到的优选实施例的足踝组件的第一斜视图；
[0020]图3B是从不同视角观察到的足踝组件的第二斜视图；
[0021]图3C是足踝组件的中间截面图；
[0022]图4A是根据从第一视角看到的优选实施例的活塞组件的第一斜视图；
[0023]图4B是从不同视角观察到的活塞组件的第二斜视图；
[0024]图4C是活塞组件的中间截面图；
[0025]图5A是包括在中性条件下的外壳、足踝组件和活塞组件的装配图；
[0026]图5B是处于8度跖屈的装配图；和
[0027]图5C是处于18度跖屈的装配图。
【具体实施方式】
[0028]本发明涉及假关节和肢体组件，其利用单一的弯曲阻尼缸来减少组件的数量和磨损。与依靠直线缸体的装置相反，本发明只要求一个转动轴，不需要围绕额外轴旋转的连杆构件。这种连杆构件不只增加了零件数量，额外移动零件的运动和潜在的游隙还可能导致额外的费用和增加的磨损。
[0029]在与假足/足踝有关的实施例中，只需要三个主要组件:外壳、足踝组件和活塞组件。这些主要组件之外还有一些次要组件和足刃以及暂用假肢，其中外壳附连到足刃，并且足踝组件附连到暂用假肢。足刃和暂用假肢是本领域技术人员熟知的，并且本发明在所使用的足刃、暂用假肢或相关的耦连机制方面并不受限制。
[0030]图1A和图1B是从不同视角看到的外壳的斜视图，而图1C是外壳的中间截面图。主要组件优选地由金属制造，但是可以用可靠的陶瓷或硬塑料材料代替。在优选的实施例中，外壳由铝制造，以保持重量下降，但是其他主要组件是不锈钢的。在当代，计算机控制的机加工过程可以用于形成所有主要组件，包括弯曲的缸体和弯曲的活塞，其中公差足以实现延伸操作。
[0031]外壳102包括上臂104、106，每个上臂具有限定枢轴线108的通孔。弯曲的缸体110形成在外壳102内，该弯曲的缸体具有与枢轴线同心的圆形曲率半径。缸体的中心线位于与枢轴线正交的平面内，并且缸体具有从枢轴线沿着半径截取的圆形截面。在一个特定的实施例中，弯曲的缸体的直径D是1.88英寸左右，并且曲率半径R是1.25英寸左右。
[0032]缸体110的后面包括孔(aperture) 112，该孔在足踝组件运动时抵靠活塞组件的杆部分密封。缸体的前面包括开口(opening) 113以接收具有第二孔116的盖体114，该第二孔抵靠活塞杆的不同部分密封，这在下面更详细地解释。一旦活塞组件被安装到缸体内，那么盖体114就通过合适的密封件安装到开口 113上方，以确保遏制流体。
[0033]外壳的底表面包括表面120，其连接到图5的装配图所示的足刃。多个螺纹紧固件可以被用于提供外壳和足刃之间的牢固连接，其中图1C的截面在112处示出一个这样的连接。图1B中的螺纹孔124、126与两个额外的紧固件相关联。
[0034]外壳包括两个腔体130、132，每个腔体被配置为接收阀门装配件，该阀门装配件包括图2中描述的类型的单向止回阀和柱形阀。如图1F的局部截面所示，每个腔体的上部分通过端口 142、144与缸体110的后腔室连通。图1D示出端口到与腔体130关联的后腔室。腔体的底部分通过端口 140互相连通，并且进一步通过端口 146 (在图1E的截面中描述)与缸体的前腔室连通，也通过腔体130，但是偏离图1D的截面。