TWI747370B - Lower limb support - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關於一種下肢護具。The invention relates to a protective device for lower limbs.
護具可穿戴於大腿及小腿上,其又分為預防型、功能型及復健型,可分別達到保護膝關節避免外力衝擊導致膝關節內翻或外翻造成傷害、可防止膝關節過度伸展、及以樞軸裝置控制膝關節的彎曲角度,以達到保護膝關節防止受到傷害。The protective gear can be worn on the thighs and calves. It is divided into preventive, functional and rehabilitation types, which can protect the knee joint from external impact and cause damage to the knee joint from varus or valgus, and prevent excessive knee joint extension. , And the pivot device is used to control the bending angle of the knee joint to protect the knee joint from injury.
習知技術如台灣專利第M252394號「膝關節輔具之關節結構」,其係透過四軸桿之設置,使得股骨定位片與脛骨定位片成一弧線運動,提供如人體正常膝關節之活動。然而,習知技術的膝關節輔具之關節結構其股骨定位片及脛骨定位片係以一固定軸點相對轉動,也就是股骨定位片及脛骨定位片之間的軸距係固定不變,造成於活動時所能支撐膝關節的強度及範圍有限。The conventional technology, such as Taiwan Patent No. M252394 "Joint Structure of Knee Joint Assist Device", uses a four-axis rod to make the femoral positioning plate and tibia positioning plate move in an arc, providing the movement of the normal knee joint of the human body. However, in the joint structure of the knee joint assistive device of the prior art, the femur positioning plate and tibia positioning plate rotate relative to a fixed axis point, that is, the axis distance between the femur positioning plate and the tibia positioning plate is fixed, resulting in The strength and range of knee joint support during activities are limited.
因此,有必要提供一種新穎且具有進步性之下肢護具,以解決上述之問題。Therefore, it is necessary to provide a novel and progressive lower limb protector to solve the above-mentioned problems.
本發明之主要目的在於提供一種下肢護具,可改變軸距以提供高支撐力強度。 The main purpose of the present invention is to provide a leg protector that can change the wheelbase to provide high support strength.
為達成上述目的,本發明提供一種下肢護具,包括:一上支架,其設有一第一齒排結構;一下支架,其設有一第二齒排結構,該第一齒排結構及該第二齒排結構可活動地相互嚙合;及一連接件,其連接於該上支架及該下支架之間;其中,該第一齒排結構及該第二齒排結構分別延一非圓形路徑延伸;其中,該上支架包括一第一軸部,該下支架包括一第二軸部,該第一軸部及該第二軸部之間定義一軸距,當該上支架及該下支架相對樞轉時,該第一軸部及該第二軸部可相對移動而改變該軸距。 In order to achieve the above objective, the present invention provides a protective device for lower limbs, which includes: an upper bracket with a first tooth row structure; a lower bracket with a second tooth row structure, the first tooth row structure and the second tooth row structure The tooth row structures are movably meshed with each other; and a connecting piece is connected between the upper bracket and the lower bracket; wherein, the first tooth row structure and the second tooth row structure respectively extend a non-circular path ; Wherein, the upper bracket includes a first shaft portion, the lower bracket includes a second shaft portion, a wheelbase is defined between the first shaft portion and the second shaft portion, when the upper bracket and the lower bracket pivot When rotating, the first shaft portion and the second shaft portion can move relatively to change the wheelbase.
1:下肢護具 1: Leg protector
2:大腿 2: thigh
3:小腿 3: calf
4:膝關節 4: knee joint
5:長軸 5: Long axis
6:短軸 6: short axis
7:弧長 7: Arc length
8:橢圓路徑 8: Ellipse path
9:參考線 9: Reference line
10:上支架 10: Upper bracket
11:第一齒排結構 11: The first tooth row structure
111:齒 111: tooth
12:第一軸部 12: The first shaft
13:第一中心軸 13: The first central axis
20:下支架 20: Lower bracket
21:第二齒排結構 21: The second gear row structure
22:第二軸部 22: The second shaft
23:第二中心軸 23: second central axis
30:連接件 30: connecting piece
31:線性軌道 31: Linear Orbit
32:第一導軌 32: The first rail
33:第二導軌 33: second rail
40:限位件 40: limit piece
41,42,43:限位部 41, 42, 43: limit part
44:第一外側面 44: The first outer side
45:第二外側面 45: second outer side
46:頭部 46: head
47:尾部 47: tail
471:外弧面 471: Outer Curved Surface
472:抵面 472: I'm here
50:蓋體 50: Lid
51:弧溝槽 51: Arc groove
60:控制件 60: control
70:容槽 70: Tolerance
71:第一容部 71: The first container
72:第二容部 72: The second container
721:內弧面 721: Inner Curved Surface
722:擋面 722: Shield
80:直線型假想齒條刀 80: Linear imaginary rack knife
81:頂面 81: top surface
82:直邊刀面 82: Straight edge knife face
90:橢圓齒輪 90: Oval gear
D1:軸距 D1: Wheelbase
D2:中心距 D2: Center distance
L1:第一參考線 L1: The first reference line
L2:第二參考線 L2: Second reference line
L3:連心線 L3: Connect the heart line
L4:距離參考線 L4: Distance reference line
P:固定點 P: fixed point
M:第一點 M: The first point
N:第二點 N: second point
I:瞬心點 I: Instantaneous point
O1:旋轉中心 O1: Rotation center
圖1為本發明一較佳實施例之立體圖。 Figure 1 is a perspective view of a preferred embodiment of the present invention.
圖2為本發明一較佳實施例之分解圖。 Figure 2 is an exploded view of a preferred embodiment of the present invention.
圖3為本發明一較佳實施例之另一分解圖。 Figure 3 is another exploded view of a preferred embodiment of the present invention.
圖4至圖6為本發明一較佳實施例之使用作動圖。 Figures 4 to 6 are diagrams of the operation of a preferred embodiment of the present invention.
圖7為本發明一較佳實施例之使用狀態圖。 Fig. 7 is a diagram of the use state of a preferred embodiment of the present invention.
圖8為本發明一較佳實施例之橢圓節線關係圖。 Fig. 8 is a diagram of the relationship between ellipse nodal lines in a preferred embodiment of the present invention.
圖9為本發明一較佳實施例之直線型假想齒條刀之剖面圖。 Fig. 9 is a cross-sectional view of a linear imaginary rack cutter according to a preferred embodiment of the present invention.
圖10為本發明一較佳實施例之一直線型假想齒條刀與一被創成之橢圓齒輪之創成關係示意圖。 10 is a schematic diagram of the creation relationship between a linear imaginary rack knife and a created elliptical gear in a preferred embodiment of the present invention.
以下僅以實施例說明本發明可能之實施態樣,然並非用以限制本發明所欲保護之範疇,合先敘明。 The following examples are only used to illustrate the possible implementation aspects of the present invention, but they are not intended to limit the scope of protection of the present invention, and are described first.
請參考圖1至10,其顯示本發明之一較佳實施例,本發明之下肢護具1包括一上支架10、一下支架20及一連接件30。
Please refer to FIGS. 1 to 10, which show a preferred embodiment of the present invention. The
該上支架10可供穿戴於一大腿2,該下支架20可供穿戴於一小腿3。該上支架10設有一第一齒排結構11;該下支架20設有一第二齒排結構21,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21可活動地相互嚙合;及該連接件30連接於該上支架10及該下支架20之間;其中,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21分別延一非圓形路徑延伸;較佳地,該非圓形路徑為一橢圓路徑8的部分或一卵形路徑的部分;藉以,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21在相對嚙合活動時,其軸距係不斷地變化,使該上支架10及該下支架20結構相對移動至任意角度皆可提供高支撐力(於直立或屈膝之間變換),分散膝關節4的受力至該上支架10而達到支撐膝關節4,並可達到對膝關節4軟骨支撐減壓的效果。該第一齒排結構11及該第二齒排結構21的齒輪參數相同,於相互嚙合時可找到相同位置的瞬心點,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21的橢圓節線相同而得以進行兩接觸位置的限制,以達到支撐及傳動的效果。本實施例中,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21為漸開線形齒輪。詳細地說,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21相互嚙合的位置係供對應於膝關節4。於本實施例中,可具有二該成對設置之第一齒排結構11及二該成對設置之第二齒排結構21。
The
該上支架10包括一第一軸部12,該下支架20包括一第二軸部22,該第一軸部12及該第二軸部22之間定義一軸距D1,當該上支架10及該下支架20
相對樞轉時,該第一軸部12及該第二軸部22可相對移動而改變該軸距D1。較佳地,當一第一參考線L1通過該第一軸部12、該第二軸部22及該第一齒排結構11及該第二齒排結構21相互嚙合處,該軸距D1為最大值,該第一參考線L1沿直線路徑延伸,如此當膝關節4於直立狀態時,支撐受力則沿該上支架10及該下支架20分散,支撐力強可有效分散膝關節4的受力而達到穩定支撐的效果。
The
該連接件30包括一線性軌道31,該第一軸部12及該第二軸部22其中一者可移動地設於該線性軌道31、另一者可轉動地設於該連接件30之一固定點P,於本實施例中該第一軸部12設於該線性軌道31,該第二軸部22設於該固定點P(如軸孔),該上支架10及該下支架20可分別穩定地配戴於該大腿2及該小腿3上而不易相對該大腿2及該小腿3移動,而得以提供穩定的支撐力。
The connecting
該上支架10包括一第一中心軸13,該下支架20包括一第二中心軸23,該連接件30包括一第一導軌32及一第二導軌33,該第一中心軸13可移動地設於該第一導軌32,該第二中心軸23可移動地設於該第二導軌33,該第一中心軸13及該第二中心軸23之間定義一中心距D2;當該第一參考線L1通過該第一軸部12、該第二軸部22及該第一齒排結構11及該第二齒排結構21相互嚙合處,該上支架10及該下支架20呈第一狀態,該第一參考線L1沿直線延伸;當一第二參考線L2通過該第一軸部12、該第二軸部22及該第一齒排結構11及該第二齒排結構21相互嚙合處,該第二參考線L2延ㄑ形路徑時,該上支架10及該下支架20呈第二狀態;當該上支架10及該下支架20由該第一狀態樞轉為該第二狀態時,該中心距D2漸大。於本實施例中,該第一導軌32及該第二導軌33不相互對稱。該第一參考線L1通過該第一中心軸13及該第二中心軸22;該第一導軌32及該第二導軌33分為弧形槽,該第一導軌32及該第二導軌33朝向同一側弧彎。藉此,該第一齒排
結構11及該第二齒排結構21在相對活動(轉動)時不會相互干涉,而得以相對順暢地活動。
The
該下肢護具1另包括一限位件40,該限位件40可相對該第一軸部12移動地設於該連接件30,該第一軸部12可於一活動路徑移動以改變該軸距D1,該限位件40包括至少三限位部41,42,43,該限位件40可調整地選擇其中一該限位部41,42,43對應該活動路徑上而與該第一軸部12相互限位;其中,該至少三限位部41,42,43可對應於該活動路徑上的相異位置。詳細地說,該限位件40相對該第一軸部12轉動,該限位件40設有一第一外側面44及一第二外側面45,該第一外側面44及該第二外側面45相互且非線性延伸的連接,該第一外側面44設有該限位部41,該第二外側面45設有二該限位部42,43,各該限位部41,42,43為一凹槽亦可為一擋塊,該凹槽朝外側開放。具體的說,該下肢護具1另包括一蓋體50及一控制件60,該蓋體50與該連接件30之間定義一容槽70,該限位件40可移動地設於該容槽70,該容槽70包括一第一容部71及一與該第一容部71相互連通之第二容部72,該第二容部72設有一內弧面721及一橫向於該內弧面721之擋面722,該限位件40包括一頭部46及一連接於該頭部46之尾部47,該頭部46設有各該限位部41,42,43,該尾部47設有一與該內弧面721相面對之外弧面471及一橫向於該外弧面471之抵面472,該尾部47可移動地容設於該第二容部72,該抵面472可脫離地抵止於該擋面722,以達到限位及支撐效果;該蓋體50設有一弧溝槽51,該控制件60可移動地設於該弧溝槽51並與該頭部46相連接;可調控該控制件60帶動該限位件40相對該第一軸部12轉動使其中一該限位部41,42,43對應該第一軸部12,令該第一軸部12可直接卡入其中一該限位部41,42,43。詳細地說,由於任一該限位部41,42,43對應該第一軸部12時兩者之間的距離相異,以使該上支架10可相對該下
支架20於指定的角度樞擺限位,如當該限位部41與該第一軸部12互卡,該上支架10及該下支架20呈直立狀(180度,如圖4,膝關節4呈直立狀)、當該限位部43與該第一軸部12互卡呈第一彎曲狀(90度,如圖6,膝關節4呈彎曲垂直狀)、或當該限位部42與該第一軸部12互卡呈第二彎曲狀(45度,如圖5,膝關節4呈微彎曲狀),但不限於上述的角度。故,結構簡單且利於快速加工完成。
The
下述該上支架10之該第一齒排結構11及該下支架20之該第二齒排結構21之橢圓型齒輪設計所參考自文獻(S.L.Chang and C.B.Tsay,“MATHEMATICAL MODEL AND UNDERCUTTING ANALYSIS OF ELLIPTICAL GEARS GENERATED BY RACK CUTTERS,”Mech.Mach.Theory Vol.31 No.7,1996),該非圓形路徑為一橢圓路徑8,該橢圓路徑8定義一旋轉中心O1,該第一齒排結構11繞該旋轉中心O1延伸,請參考圖8,該橢圓路徑8定義一長軸5及一橫向於該長軸5之短軸6,該長軸5橫向於該短軸6,該橢圓路徑8定義一通過該橢圓路徑8之一中心及該旋轉中心O1之連心線L3及一通過該旋轉中心O1及該橢圓路徑8的一節線之距離參考線L4,該連心線L3及該距離參考線L4之間界定一夾角,該夾角為Ø1,該旋轉中心O1位於該橢圓路徑8的一焦點上,該旋轉中心O1到該橢圓路徑8的該節線上的距離以一極座標表示為:
其中,,該長軸5為2a,該短軸6為2b;其中,該距離參考線L4與該橢圓路徑8相交於一第一點M;該第一點M的卡氏座標為:
其中,該第一點M的一切線向量為:
其中,τ=cosγ i 1+sinγ j 1,該橢圓路徑8定義一與該長軸5平行之參考線9,該參考線9通過該第一點M並與該切線向量之間定義一外夾角,該外夾角為γ,該連心線L3與該橢圓路徑8相交於一第二點N,該第一點M為M,該第二點N為N該橢圓路徑8由該第一點M至該第二點N之間的一弧長7為S MN ,由畢氏定理關係求得:
該第一齒排結構11及該第二齒排結構21之齒型分別由一直線型假想齒條刀80與一被創成之橢圓齒輪90之相對運動關係求得,請參考圖9及圖10。該直線型假想齒條刀80截面如圖9,該直線型假想齒條刀80方程式在SC(XC,YC)座標係可表示為:x c =-a c +l cos α The tooth profiles of the first
y c =±b c ±a c tan α∓l sin α y c = ± b c ± a c tan α ∓l sin α
該直線型假想齒條刀80與該被創成之橢圓齒輪90之創成關係如圖10,將該直線型假想齒條刀80方程式表示在該被創成之橢圓齒輪90之座標係S1(X1,Y1)上為:x 1=(-a c +l cos α)sin γ n +(±b c ±a c tan α∓l sin α)cos γ n +r1 cos Ø1+S cos γ n The creation relationship between the linear
y 1=-(-a c +l cos α)cos γ n +(±b c ±a c tan α∓l sin α)sin γ n -r 1 cos Ø1+S sin γ n y 1 =-(- a c +l cos α )cos γ n +(± b c ± a c tan α ∓l sin α )sin γ n - r 1 cos Ø 1 + S sin γ n
其中該橢圓齒輪90之橢圓形節曲線為r 1,參數γ n 為該橢圓齒輪90之Yc軸與該橢圓齒輪90之Xc軸在瞬心點I之夾角,該被創成之橢圓齒輪90時該直線型假想齒條刀80沿著Yc軸平移,Ø1為參數γ n 的函數。
The elliptical pitch curve of the
將該直線型假想齒條刀80方程式具微分,可求得該直線型假想齒條刀80之刀面法向量:n cx =∓sin α The equation of the linear
n cy =-cos α n cy =-cos α
由齒輪原理可知,該直線型假想齒條刀80之節線與該被創成之橢圓齒輪90之節圓相切處為瞬心位置,其相對速度為0,在此瞬心點具有以下關係條件:
由上式的關係計算出該第一齒排結構11(橢圓形齒輪)及該第二齒排結構21(橢圓形齒輪)的嚙合方程式:
其中,該直線型假想齒條刀80的節點之一壓力角為α,該直線型假想齒條刀80包括一頂面81及二橫向設於該頂面81相對二側之直邊刀面82,各該直邊刀面82的起始位置的參數定義分別為ac及bc,該橢圓齒輪90之一橢圓弧長為S。藉以,該第一齒排結構11及該第二齒排結構21可順暢相對運動嚙合且不易崩壞。
Wherein, the pressure angle of one of the nodes of the linear
綜上,本發明之下肢護具透過該第一齒排結構及該第二齒排結構分別延一非圓形路徑延伸,該第一齒排結構及該第二齒排結構21在相對嚙合活動時,其軸距係不斷地變化,使該上支架及該下支架結構相對移動至任意角度
皆可提供高支撐力,分散膝關節的受力至該上支架而達到支撐膝關節,並可達到對膝關節軟骨支撐減壓的效果。
In summary, the lower limb protector of the present invention extends through a non-circular path through the first tooth row structure and the second tooth row structure, respectively, and the first tooth row structure and the second
1:下肢護具 1: Leg protector
10:上支架 10: Upper bracket
20:下支架 20: Lower bracket
50:蓋體 50: Lid
60:控制件 60: control
Claims (11)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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TW109123280A TWI747370B (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Lower limb support |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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TW109123280A TWI747370B (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Lower limb support |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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TWI747370B true TWI747370B (en) | 2021-11-21 |
TW202202107A TW202202107A (en) | 2022-01-16 |
Family
ID=79907769
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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TW109123280A TWI747370B (en) | 2020-07-10 | 2020-07-10 | Lower limb support |
Country Status (1)
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TW (1) | TWI747370B (en) |
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- 2020-07-10 TW TW109123280A patent/TWI747370B/en active
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