TWI831652B - 下肢義肢結構 - Google Patents

Abstract

一種下肢義肢結構，包含腳掌件、旋轉機構以及支撐桿件。腳掌件用以接觸地面，且具有第一樞轉孔，第一樞轉孔具有第一軸線平行腳掌件的縱向。旋轉機構包含第一旋轉軸件、旋轉本體及第二樞轉孔。第一旋轉軸件樞設於第一樞轉孔。旋轉本體連接第一旋轉軸件。第二樞轉孔設置於旋轉本體，第二樞轉孔具有一第二軸線，第二軸線垂直於第一軸線。支撐桿件包含桿件本體及第二旋轉軸件，其中第二旋轉軸件連接於桿件本體的一端，第二旋轉軸件垂直於桿件本體，並樞設於第二樞轉孔。藉此，可降低使用者的排異感。

Description

下肢義肢結構

本發明是關於一種義肢結構，且特別是關於應用於下肢的一種下肢義肢結構。

人們可能因先天的疾病或意外而面臨下肢缺失的情況。相關業者為幫助下肢失能的患者，遂發展供下肢使用的義肢。然而，習知的義肢在設計上雖能模擬腳踝前後擺動的背屈及蹠屈的動作，然而因為習知義肢中的旋轉結構所能提供的旋轉自由度有限，而導致使用者在使用時產生排異感。

有鑑於此，一種能提升自由度及降低排異感的下肢義肢結構仍是目前相關業者共同努力的目標。

本發明提供之目的在於提供一種下肢義肢結構，透過第一旋轉軸件及第二旋轉軸件的設計，可提供個別具有二旋轉自由度的義肢，提升下肢義肢結構的擬真度並降低使用者的排異感。

依據本發明的一實施方式提供一種下肢義肢結構，其包含一腳掌件、一旋轉機構以及一支撐桿件。腳掌件用以接觸一地面，且具有一第一樞轉孔，第一樞轉孔具有一第一軸線平行腳掌件的一縱向。旋轉機構包含一第一旋轉軸件、一旋轉本體及一第二樞轉孔。第一旋轉軸件樞設於第一樞轉孔。旋轉本體連接第一旋轉軸件。第二樞轉孔設置於旋轉本體，第二樞轉孔具有一第二軸線，第二軸線垂直於第一軸線。支撐桿件包含一桿件本體及一第二旋轉軸件，其中第二旋轉軸件連接於桿件本體的一端，第二旋轉軸件垂直於桿件本體，並樞設於第二樞轉孔。當支撐桿件受一外力推動，支撐桿件依據外力的一施力方向繞第二軸線相對第二樞轉孔旋轉，或帶動旋轉本體繞第一軸線相對腳掌件旋轉。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中旋轉機構可更包含一復位彈簧，其設置於腳掌件並連接於旋轉本體，當推動支撐桿件的外力移除，復位彈簧用以將旋轉本體復位至一垂直位置。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中旋轉機構可更包含一齒輪組。齒輪組包含一第一齒輪、一第二齒輪及一齒條。第一齒輪連接於旋轉本體。第二齒輪具有一第一同心齒輪及一第二同心齒輪，第一同心齒輪嚙接於第一齒輪，第二同心齒輪同心設置於第一同心齒輪，且第二同心齒輪連接於桿件本體。齒條嚙接於第二同心齒輪，齒條平行於支撐桿件。當支撐桿件受外力推動並繞第二軸線旋轉，第一同心齒輪繞第一齒輪的齒緣轉動，使得第二同心齒輪帶動齒條沿平行於支撐桿件的一長度方向移動。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中支撐桿件可更包含一復位板及一伸縮彈簧，復位板可動地穿設於桿件本體並連接於齒條，伸縮彈簧連接於復位板，當推動支撐桿件的外力移除，伸縮彈簧用以將復位板拉動至一初始位置。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中支撐桿件可更包含一承接部，其連接於桿件本體的另一端，承接部具有四受力弧臂，四受力弧臂形成一承接空間。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中支撐桿件可更包含一承筒，其設置於承接空間，承筒具有複數排氣孔。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中第一旋轉軸件可一體連接於旋轉本體。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中旋轉本體繞第一軸線旋轉的最大角度可為30度。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中支撐桿件繞第二軸線旋轉的最大角度可為40度。

依據前段所述實施方式的下肢義肢結構，其中腳掌件可包含一腳掌本體及一前腳部件，前腳部件樞接於腳掌本體，第一樞轉孔位於腳掌本體。

請參照第1圖及第2圖，第1圖繪示依照本發明一實施例的下肢義肢結構1000的立體示意圖，第2圖繪示依照第1圖實施例的下肢義肢結構1000的局部示意圖。如第1圖及第2圖所示，下肢義肢結構1000包含一腳掌件1100、一旋轉機構1200以及一支撐桿件1300。腳掌件1100用以接觸一地面，且具有一第一樞轉孔1110，第一樞轉孔1110具有一第一軸線X1平行腳掌件1100的一縱向。旋轉機構1200包含一第一旋轉軸件1210、一旋轉本體1220及一第二樞轉孔1230。第一旋轉軸件1210樞設於第一樞轉孔1110。旋轉本體1220連接第一旋轉軸件1210。第二樞轉孔1230設置於旋轉本體1220，第二樞轉孔1230具有一第二軸線Y1，第二軸線Y1垂直於第一軸線X1。支撐桿件1300包含一桿件本體1310及一第二旋轉軸件1320，其中第二旋轉軸件1320連接於桿件本體1310的一端，第二旋轉軸件1320垂直於桿件本體1310，並樞設於第二樞轉孔1230。當支撐桿件1300受一外力推動，支撐桿件1300依據外力的一施力方向繞第二軸線Y1相對第二樞轉孔1230旋轉，或帶動旋轉本體1220繞第一軸線X1相對腳掌件1100旋轉。透過旋轉機構1200的配置，當使用者將下肢放置於下肢義肢結構1000的上方時，使用者步行並帶動下肢向支撐桿件1300施力。當施力方向平行於第一軸線X1，支撐桿件1300以第二樞轉孔1230為支點繞第二軸線Y1旋轉，使得支撐桿件1300相對腳掌件1100擺動，進而模擬腳踝背屈及蹠屈的情形；當施力方向平行於第二軸線Y1，支撐桿件1300帶動旋轉機構1200以第一樞轉孔1110為支點繞第一軸線X1，進而模擬腳踝內翻及外翻的情形。藉此，下肢義肢結構1000可個別具有兩個旋轉自由度，提升下肢義肢結構1000模擬腳踝的擬真度，並且降低使用者的排異感。以下將詳述下肢義肢結構1000的細節。

腳掌件1100可包含一腳掌本體1120及一前腳部件1130，前腳部件1130樞接於腳掌本體1120，第一樞轉孔1110位於腳掌本體1120，並且腳掌件1100的縱向即是平行步行方向。於本實施例中，使用者放置於下肢義肢結構1000的下肢為右腿，故前腳部件1130的形狀概呈一右腳前腳的形狀，然請注意在其他實施例中，亦可以是呈左腳前腳的狀態，本發明不以此為限。如第2圖所示，前腳部件1130及腳掌本體1120具有穿孔，且以一桿件沿腳掌本體1120的橫向貫通前腳部件1130及腳掌本體1120的穿孔，藉此，前腳部件1130可依據地面的起伏相對腳掌本體1120彎曲，進一步提升下肢義肢結構1000的擬真度。

如第1圖及第2圖所示，第一旋轉軸件1210可一體連接於旋轉本體1220。旋轉本體1220的形狀概呈一空心圓盤，且第一旋轉軸件1210沿圓盤的一切線方向延伸，使得旋轉機構1200的形狀概呈一蝸狀。藉此，可簡化旋轉機構1200的製程並降低成本。

請配合參照第3A圖及第3B圖，其中第3A圖繪示依照第1圖實施例的支撐桿件1300繞第二軸線Y1旋轉的示意圖，第3B圖繪示依照第1圖實施例的支撐桿件1300繞第一軸線X1旋轉的示意圖。如第3A圖所示，當使用者以左腳支撐地面並向前步行或奔跑時，使用者的右腿帶動支撐桿件1300向上抬升，進而帶動腳掌本體1120向上並相對前腳部件1130旋轉，使得支撐桿件1300繞第二軸線Y1相對腳掌本體1120旋轉，藉以模擬使用者步行或奔跑時蹬腳的動作。一般人體雙腳行走時為因應地形的起伏，腳踝背屈的角度約為30度，蹠屈的角度約為40度，據此，可使支撐桿件1300繞第二軸線Y1旋轉的最大角度θ1為40度，並讓使用者可透過下肢義肢結構1000執行背屈及蹠屈的動作，藉以降低使用者的排異感。

如第3B圖所示，當使用者身體的重心往左平移並帶動支撐桿件1300往左移動時，支撐桿件1300以旋轉機構1200的第一旋轉軸件1210為樞軸並帶動旋轉本體1220繞第一軸線X1旋轉，進而模擬腳踝內翻的情況。使用者可透過移動上半身或移動左腳的位置以轉移身體的重心，使得支撐桿件1300相對腳掌件1100繞第一軸線X1旋轉，藉以模擬腳踝內翻及外翻的動作。一般人體雙腳行走時為因應地形的起伏，腳踝內翻的角度約為30度，外翻的角度約為15度，據此，可使旋轉本體1220繞第一軸線X1旋轉的最大角度θ2為30度，並讓使用者可透過下肢義肢結構1000執行內翻及外翻的動作，藉以降低使用者的排異感。

請配合參照第4圖，繪示依照第1圖實施例的承接部1400的立體示意圖。如第1圖及第4圖所示，支撐桿件1300可更包含一承接部1400及一承筒1500。承接部1400連接於桿件本體1310的另一端，承接部1400具有四受力弧臂1410及一鎖孔1420，四受力弧臂1410形成一承接空間，鎖孔1420位於承接空間的中心。承筒1500設置於承接空間，且具有複數排氣孔1510。承筒1500可以一螺件鎖固於鎖孔1420，但本發明不以此為限。承筒1500承接使用者的下肢，使得重量分散於四受力弧臂1410。排氣孔1510可保持使用者的下肢於承筒1500內的空氣流通，降低使用者的下肢的不適感。各受力弧臂1410可承受的極限應力為1300 N，使得下肢義肢結構1000足以承受成年男子的平均體重80公斤重，藉以提升下肢義肢結構1000使用的安全度。

第5圖繪示依照本發明另一實施例的下肢義肢結構2000的立體示意圖。下肢義肢結構2000包含一腳掌件2100、一旋轉機構2200、一支撐桿件2300、一承接部2400以及一承筒2500。第5圖實施例的下肢義肢結構2000的結構與配置與第1圖實施例的下肢義肢結構1000的結構與配置類似，以下僅說明相異處，而相同處的細節不再贅述。

腳掌件2100的第一樞轉孔2110的數量為二且設置於腳掌件2100的前後二端，而旋轉機構2200的第一旋轉軸件2210的二端分別樞設於二第一樞轉孔2110。旋轉本體2220以螺件固接於第一旋轉軸件2210上。當使用者推動支撐桿件2300並帶動旋轉本體2220繞第一軸線X1旋轉時，二第一樞轉孔2110可保持第一旋轉軸件2210於第一軸線X1，穩定支撐桿件2300及旋轉本體2220旋轉的方向。

請配合參照第6A圖，繪示依照第5圖實施例的支撐桿件2300繞第一軸線X1旋轉的示意圖。如第6A圖所示，腳掌件2100可放入至一鞋子S1內，方便使用者因應不同需求更換穿搭的鞋子S1。旋轉機構2200可更包含一復位彈簧2240及一齒輪組2250。復位彈簧2240設置於腳掌件2100並連接於旋轉本體2220。當使用者將下肢放置於承筒2500並透過下肢義肢結構2000執行內翻或外翻的動作時，支撐桿件2300受外力推動並帶動旋轉本體2220繞第一軸線X1旋轉，且壓縮復位彈簧2240。當推動支撐桿件2300的外力移除，復位彈簧2240用以將旋轉本體2220復位至一垂直位置，使得支撐桿件2300垂直於地面，藉此，可模擬腳踝內翻或外翻的彈性，進一步降低使用者的排異感。

請配合參照第6B圖，繪示依照第5圖實施例的支撐桿件2300繞第二軸線Y1旋轉的示意圖。齒輪組2250包含一第一齒輪2251、一第二齒輪及一齒條2254。第一齒輪2251連接於旋轉本體2220。第二齒輪具有一第一同心齒輪2252及一第二同心齒輪2253。第一同心齒輪2252嚙接於第一齒輪2251，第一同心齒輪2252連接於桿件本體2310，第二同心齒輪2253同心設置於第一同心齒輪2252。齒條2254嚙接於第二同心齒輪2253，齒條2254平行於支撐桿件2300。具體而言，第一齒輪2251可以一螺件固接於旋轉本體2220，第一同心齒輪2252及第二同心齒輪2253以一螺件貫通軸心並連接於桿件本體2310，齒條2254以一螺件連接於桿件本體2310的一L型固定板，但本發明不以此為限。當使用者透過下肢義肢結構2000執行背屈或蹠屈的動作時，支撐桿件2300受外力推動並繞第二軸線Y1相對第二樞轉孔2230旋轉，進而帶動連接於桿件本體2310的第一同心齒輪2252沿第一齒輪2251的齒緣轉動，使得第二同心齒輪2253推動齒條2254沿平行於桿件本體2310的一長度方向相對第二同心齒輪2253移動。透過齒輪組2250傳遞支撐桿件2300旋轉的動能，可穩定支撐桿件2300旋轉的幅度，藉以提升使用者使用下肢義肢結構2000的流暢度。

再者，支撐桿件2300可更包含一復位板2330及一伸縮彈簧2340，復位板2330可動地穿設於桿件本體2310並連接於齒條2254，伸縮彈簧2340連接於復位板2330，當推動支撐桿件2300的外力移除，伸縮彈簧2340用以將復位板2330拉動至一初始位置。伸縮彈簧2340的二端分別連接於復位板2330及桿件本體2310靠近承接部2400的一端。復位板2330固接於齒條2254的一端。當使用者透過下肢義肢結構2000執行背屈的動作時，第二同心齒輪2253推動齒條2254沿平行於桿件本體2310的方向向下移動，進而拉動復位板2330往遠離承接部2400的方向移動，並且伸縮彈簧2340受力伸長；當使用者透過下肢義肢結構2000執行蹠屈(如第6B圖所示)的動作時，第二同心齒輪2253推動齒條2254沿平行於桿件本體2310的方向向上移動，進而推動復位板2330往靠近承接部2400的方向移動，並且伸縮彈簧2340受力壓縮；當使用者停止推動支撐桿件2300，受力伸長或壓縮的伸縮彈簧2340以彈力將復位板2330推動或拉動至初始位置，使得支撐桿件2300垂直於地面。藉此，可模擬腳踝背屈或蹠屈的彈性，進一步降低使用者的排異感。

第7圖繪示依照第5圖實施例的下肢義肢結構2000應用於使用者的示意圖。如第7圖所示，使用者可穿著一麻布褲A1，並且麻布褲A1的內襯包覆承筒2500並將承接部2400放入至麻布褲A1的褲口內，並以鬆緊帶束緊麻布褲A1的褲口，藉以進一步降低使用者的下肢脫離承筒2500的可能。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種的更動與潤飾，因此本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

1000,2000:下肢義肢結構 1100,2100:腳掌件 1110,2110:第一樞轉孔 1120:腳掌本體 1130:前腳部件 1200,2200:旋轉機構 1210,2210:第一旋轉軸件 1220,2220:旋轉本體 1230,2230:第二樞轉孔 1300,2300:支撐桿件 1310,2310:桿件本體 1320:第二旋轉軸件 1400,2400:承接部 1410:受力弧臂 1420:鎖孔 1500,2500:承筒 1510:排氣孔 2240:復位彈簧 2250:齒輪組 2251:第一齒輪 2252:第一同心齒輪 2253:第二同心齒輪 2254:齒條 2330:復位板 2340:伸縮彈簧 A1:麻布褲 S1:鞋子 X1:第一軸線 Y1:第二軸線 θ1,θ2:最大角度

第1圖繪示依照本發明一實施例的下肢義肢結構的立體示意圖； 第2圖繪示依照第1圖實施例的下肢義肢結構的局部示意圖； 第3A圖繪示依照第1圖實施例的支撐桿件繞第二軸線旋轉的示意圖； 第3B圖繪示依照第1圖實施例的支撐桿件繞第一軸線旋轉的示意圖； 第4圖繪示依照第1圖實施例的承接部的立體示意圖； 第5圖繪示依照本發明另一實施例的下肢義肢結構的立體示意圖； 第6A圖繪示依照第5圖實施例的支撐桿件繞第一軸線旋轉的示意圖； 第6B圖繪示依照第5圖實施例的支撐桿件繞第二軸線旋轉的示意圖；以及 第7圖繪示依照第5圖實施例的下肢義肢結構應用於一使用者的示意圖。

1000:下肢義肢結構

1100:腳掌件

1110:第一樞轉孔

1120:腳掌本體

1130:前腳部件

1200:旋轉機構

1210:第一旋轉軸件

1220:旋轉本體

1230:第二樞轉孔

1300:支撐桿件

1310:桿件本體

1320:第二旋轉軸件

1400:承接部

1410:受力弧臂

1500:承筒

1510:排氣孔

Claims (10)

1. 一種下肢義肢結構，包含：一腳掌件，用以接觸一地面，且具有一第一樞轉孔，該第一樞轉孔具有一第一軸線，該第一軸線平行該腳掌件的一縱向；一旋轉機構，包含：一第一旋轉軸件，樞設於該第一樞轉孔；一旋轉本體，連接該第一旋轉軸件；及一第二樞轉孔，設置於該旋轉本體，該第二樞轉孔具有一第二軸線，該第二軸線垂直於該第一軸線；以及一支撐桿件，包含一桿件本體及一第二旋轉軸件，其中該第二旋轉軸件連接於該桿件本體的一端，該第二旋轉軸件垂直於該桿件本體，並樞設於該第二樞轉孔；其中當該支撐桿件受一外力推動，該支撐桿件依據該外力的一施力方向繞該第二軸線相對該第二樞轉孔旋轉，或帶動該旋轉本體繞該第一軸線相對該腳掌件旋轉。
2. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該旋轉機構更包含一復位彈簧，其設置於該腳掌件並連接於該旋轉本體，當推動該支撐桿件的該外力移除，該復位彈簧用以將該旋轉本體復位至一垂直位置。
3. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該旋轉機構更包含一齒輪組，該齒輪組包含： 一第一齒輪，連接於該旋轉本體；一第二齒輪，具有一第一同心齒輪及一第二同心齒輪，該第一同心齒輪嚙接於該第一齒輪，該第二同心齒輪同心設置於該第一同心齒輪，且該第二同心齒輪連接於該桿件本體；及一齒條，嚙接於該第二同心齒輪，該齒條平行於該支撐桿件；其中當該支撐桿件受該外力推動並繞該第二軸線旋轉，該第一同心齒輪繞該第一齒輪的齒緣轉動，使得該第二同心齒輪帶動該齒條沿平行於該支撐桿件的一長度方向移動。
4. 如請求項3所述之下肢義肢結構，其中該支撐桿件更包含一復位板及一伸縮彈簧，該復位板可動地穿設於該桿件本體並連接於該齒條，該伸縮彈簧連接於該復位板，當推動該支撐桿件的該外力移除，該伸縮彈簧用以將該復位板拉動至一初始位置。
5. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該支撐桿件更包含一承接部，其連接於該桿件本體的另一端，該承接部具有四受力弧臂，四該受力弧臂形成一承接空間。
6. 如請求項5所述之下肢義肢結構，其中該支 撐桿件更包含一承筒，其設置於該承接空間，該承筒具有複數排氣孔。
7. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該第一旋轉軸件一體連接於該旋轉本體。
8. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該旋轉本體繞該第一軸線旋轉的最大角度為30度。
9. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該支撐桿件繞該第二軸線旋轉的最大角度為40度。
10. 如請求項1所述之下肢義肢結構，其中該腳掌件包含一腳掌本體及一前腳部件，該前腳部件樞接於該腳掌本體，該第一樞轉孔位於該腳掌本體。

Images