JP2000139974A - Artificial leg equipped with multiple link knee joint - Google Patents

Artificial leg equipped with multiple link knee joint

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JP2000139974A
JP2000139974A JP10331942A JP33194298A JP2000139974A JP 2000139974 A JP2000139974 A JP 2000139974A JP 10331942 A JP10331942 A JP 10331942A JP 33194298 A JP33194298 A JP 33194298A JP 2000139974 A JP2000139974 A JP 2000139974A
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knee
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knee joint
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain an unlocked state by releasing locking without directly constraining the main link of multiple links and without creating any loads of a specified direction, and to realize effective stand bending. SOLUTION: A thigh member 12, a rear link 50, a front link 40 and a lower link 60 constitute a 4-joint limited chain. The limited chain is rotatably connected to the linkage connecting portion 142 of a lower thigh member 14 in the potion of one place slightly lower than the connecting portion of the front link 40. When the load of a user is applied on the thigh member 12, the limited chain is rotated around the connecting part of one place thereof and deformed. A middle linking mechanism 80 composed of first and second links 81 and 82 connects the portion of a side connected to the front link 40 on the lower link 60 with the portion of the axial midway of the rear link 50. The movement of the second link 82 is regulated by stoppers 92 and 93.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】この発明は、多節リンクの膝
関節を備える義足に関し、特に、主要な４節の限定連鎖
を下腿部材の側に一箇所で回転可能に連結した構成の膝
関節を備える義足に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a prosthetic limb having a multi-joint link knee joint, and more particularly, to a knee joint having a structure in which a main four-joint chain is rotatably connected to a lower leg member at one position. Concerning the prosthetic legs to prepare.

【０００２】[0002]

【発明の背景】一般に、膝関節を備える義足は、装着者
の荷重が大腿を通して加わる大腿部材と、足部が取り付
けられる下腿部材と、この下腿部材と前記大腿部材との
間に位置し、両部材の屈曲および伸展を可能とする膝関
節とを備える。この種の義足の代表例は大腿義足であ
り、その大腿義足の場合、大腿部材の上端には、断端を
受け入れるソケットが支持される。BACKGROUND OF THE INVENTION Generally, a prosthetic limb having a knee joint is located between a thigh member to which a load of a wearer is applied through a thigh, a lower leg member to which a foot is attached, and the lower leg member and the thigh member. A knee joint that allows flexion and extension of the member. A typical example of this type of prosthesis is a thigh prosthesis, in which case a socket for receiving a stump is supported at the upper end of the thigh member.

【０００３】大腿部材と下腿部材との間の膝の部分に位
置する膝関節として、１本の回転軸を中心に動き、膝の
屈曲の角度が変わっても常に回転中心は一定である単軸
と、複数のリンク（つまり、多節リンク）を含み、膝の
屈曲の角度に応じて回転中心が変化する多軸との２種類
がある。ここでは、多軸あるいは多節リンクを含むもの
を対象とする。なぜなら、多節リンクの膝関節は、回転
中心あるいは瞬間回転中心が変化し、健常者の歩行によ
り近い動きを提供するからである。こうした考えは、た
とえばＵＳＰ２，６３８，６０５号が示すように、かな
り以前から知られている。[0003] As a knee joint located at the knee portion between the thigh member and the lower leg member, a single axis that moves about one rotation axis, and the rotation center is always constant even when the bending angle of the knee changes. And a multi-axis, which includes a plurality of links (that is, multi-links) and whose center of rotation changes according to the angle of knee flexion. Here, a target including a multi-axis or multi-node link is targeted. This is because the center of rotation or instantaneous center of rotation of the knee joint of the multi-joint link changes, and provides a motion closer to walking of a healthy person. Such ideas have been known for quite some time, as shown, for example, in US Pat. No. 2,638,605.

【０００４】[0004]

【発明の解決すべき課題】こうした多節リンクの膝関節
について、さらなる改良を図ることを考えた。改良の第
１の視点は、屈曲に伴って瞬間回転中心を膝関節を安定
化させる方向に変化させるという視点である。瞬間回転
中心が膝関節のより上方、特には上方かつ後方に位置す
るほど、義足の装着者は、股関節の筋肉による随意制御
によって、膝折れを容易にコントロールすることができ
る。ＵＳＰ５，１８１，９３１号（特開平５−１４６号
に対応）は、曲げ側の後方リンクの長さを弾性的に可変
にすることによって、屈曲に伴って瞬間回転中心を膝関
節を安定化させる方向に膝関節から遠ざける技術を示し
ている。しかし、この先行技術による義足は、多節リン
クの主要リンクである後方リンクの長さを可変とするた
め、多節リンクの動きの安定性の点でわずかながら不安
が否めない。多節リンクの動きの安定性については、特
に、遊脚期における歩行補助のための装置（たとえば、
エアシリンダ機構、ばねあるいは油圧を利用した他の機
構）を備える場合に、より高い安定性が求められる。こ
の発明では、多節リンクの主要なリンク構成をできるだ
け変えることなく、瞬間回転中心を膝関節を安定化させ
る方向に変化させることができる技術を提供することを
第１の課題とする。SUMMARY OF THE INVENTION It has been conceived to further improve such a knee joint having a multiple articulated link. A first viewpoint of the improvement is a viewpoint in which the center of instantaneous rotation is changed in a direction for stabilizing the knee joint with bending. The more the instantaneous rotation center is located above the knee joint, especially above and behind the knee joint, the wearer of the prosthesis can easily control knee break by voluntary control by the muscles of the hip joint. U.S. Pat. No. 5,181,931 (corresponding to Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-146) stabilizes a knee joint at an instantaneous center of rotation with bending by flexibly changing the length of a rear link on the bending side. The technique of moving away from the knee joint in the direction is shown. However, since the length of the rear link, which is the main link of the multi-joint link, is variable in the prior art prosthesis, there is a slight concern about the stability of the movement of the multi-joint link. Regarding the stability of the movement of the articulated link, in particular, devices for walking assistance during the swing phase (for example,
When an air cylinder mechanism, a spring, or another mechanism using hydraulic pressure is provided, higher stability is required. SUMMARY OF THE INVENTION It is a first object of the present invention to provide a technique capable of changing an instantaneous rotation center in a direction for stabilizing a knee joint without changing a main link configuration of a multi-node link as much as possible.

【０００５】改良の第２の視点は、立脚期の初期段階、
つまり足部のかかとが接地する当初における膝の軽い屈
曲（立曲げ、stance flexion）を有効に達成させるとい
う視点である。この立曲げには、いくつかの技術的な意
義、すなわち、義足による歩行の姿（歩容）を健常者の
歩容に近づけること、接地時の衝撃を吸収し緩和するこ
と、重心の移動を低減し義足の装着者を疲れにくくする
こと、さらには、股関節の筋肉の負担を軽減すること、
などの意義がある。[0005] A second aspect of improvement is the early stages of the stance phase,
In other words, the viewpoint is to effectively achieve a slight flexion (stance flexion) of the knee when the heel of the foot touches the ground. This standing bending has several technical significances, namely, making the appearance (gait) of walking with a prosthesis close to the gait of a healthy person, absorbing and mitigating the impact of touchdown, and shifting the center of gravity. Reduce the fatigue of the wearer of the prosthesis, and further reduce the burden on the hip muscles,
There is significance.

【０００６】この第２の視点からの改良技術としては、
ＵＳＰ５，３１４，４９８号（特表平５−５０５７４５
号に対応）、ＵＳＰ５，５４５，２３２号（特開平８−
３３６６３号に対応）やＵＳＰ５，６４５，５９０号な
どが知られている。しかし、ほとんどの技術は、多節リ
ンクに対して加わる装着者の荷重の方向によって、自動
的にリンク機構をロック（固定）、あるいはアンロック
（可動）の各状態にするようになっている。したがっ
て、それらの技術によって立曲げ状態から屈曲状態に移
行するには、義足の装着者は、意図的に所定方向の力を
作り出すことが必要である。ここで所定方向の力とは地
面に対して水平方向の力であり、歩行中においては、こ
のような力が自然に作用するので、装着者は力の方向を
意識する必要が無い。しかしながら、椅子に座るときな
どに義足に水平方向の力を作用させるために特殊な動作
をしなければならないといった難点がある。As an improvement technique from the second viewpoint,
USP 5,314,498 (Tokuhei Hei 5-505745)
No. 5,545,232 (Japanese Unexamined Patent Publication No.
No. 33663) and US Pat. No. 5,645,590. However, most technologies automatically lock (fix) or unlock (move) the link mechanism depending on the direction of the load applied to the multi-joint link by the wearer. Therefore, in order to make a transition from the standing bending state to the bending state by using those techniques, it is necessary for the wearer of the artificial leg to intentionally generate a force in a predetermined direction. Here, the force in the predetermined direction is a force in the horizontal direction with respect to the ground, and such a force acts naturally during walking, so that the wearer does not need to be aware of the direction of the force. However, there is a drawback in that a special operation must be performed to apply a horizontal force to the prosthesis when sitting on a chair or the like.

【０００７】それに対し、ＵＳＰ５，６４５，５９０号
の技術は、多節リンクに対して加わる装着者の荷重の方
向のいかんにかかわらず、曲げ側の後方リンクが下腿部
材に制約されるか否かによって、リンク機構をロックあ
るいはアンロックの各状態にする義足を明らかにしてい
る。この技術は、所定の方向性をもつ荷重を意図的に作
ることなしに、ロックを解除してアンロックの状態を得
ることができるという点で他の技術と区別することがで
きる。すなわち、椅子に座るときには荷重を抜いていき
ながら大腿を屈曲させるだけで自然に義足の膝を屈曲さ
せることができる。しかしながら、立曲げ時には、多節
リンクの主要なリンクである曲げ側の後方リンクを大腿
部材に直接当てるために、装着者に違和感を感じさせる
おそれがあり、しかもまた、長期の使用に伴ってその後
方リンクを傷めることにもなりかねない。この発明で
は、多節リンクの主要なリンクを直接制約することな
く、所定の方向の荷重を作り出すことなしに、ロックを
解除してアンロックの状態を得ることができ、有効な立
曲げを実現することができる技術を提供することを第２
の課題とする。On the other hand, the technique of US Pat. No. 5,645,590 discloses whether the rear link on the bending side is restricted by the lower leg member regardless of the direction of the load applied to the multi-joint link by the wearer. This discloses a prosthesis for locking or unlocking the link mechanism. This technique can be distinguished from other techniques in that it can be unlocked and unlocked without intentionally creating a load having a predetermined direction. That is, when sitting on a chair, the knee of the prosthesis can be naturally bent simply by bending the thigh while removing the load. However, at the time of standing bending, since the rear link on the bending side, which is the main link of the multi-joint link, is directly applied to the thigh member, the wearer may feel uncomfortable. The link may be damaged. According to the present invention, it is possible to release the lock and obtain the unlocked state without directly restricting the main link of the multi-joint link and without generating a load in a predetermined direction, and realize an effective vertical bending. The second is to provide technologies that can
Subject.

【０００８】[0008]

【課題を解決するための手段あるいは方法】この発明で
は、主要な４節のリンク機構の各リンクの長さを一定に
することによって、リンク機構の機構的な安定性を図
る。そのため、膝の前側に位置する前方リンクおよび膝
の後側に位置する後方リンクについて、膝の上部に位置
する上方の端部を大腿部材の側に回転可能にそれぞれ連
結するのに対し、膝の下部に位置する下方の端部を下方
リンクの軸線方向の各端部にそれぞれ連結する。下方リ
ンクは、足部を支持する下腿部材とは別のリンクであ
る。そこで、この発明における多節リンクは、大腿部
材、後方リンク、前方リンクおよび下方リンクによって
限定連鎖を構成する。そして、こうした限定連鎖を下腿
部材に対し、下方リンクの前方リンクとの連結側の一箇
所で回転可能に連結する。According to the present invention, the mechanical stability of the link mechanism is achieved by keeping the lengths of the links of the four main link mechanisms constant. Therefore, for the front link located on the front side of the knee and the rear link located on the rear side of the knee, the upper end located on the upper side of the knee is rotatably connected to the side of the thigh member, whereas The lower end located at the lower portion is connected to each axial end of the lower link. The lower link is a different link from the lower leg member supporting the foot. Therefore, the multi-joint link in the present invention forms a limited chain by the thigh member, the rear link, the front link, and the lower link. Then, such a limited chain is rotatably connected to the lower leg member at one point on the connecting side of the lower link with the front link.

【０００９】以上のようなリンク構成の下、第１の課題
を達成するため、この発明の義足にあっては、次のｘを
さらに備えることにより、大腿部材を通して膝関節に荷
重が加わるとき、その膝関節にかかわる瞬間回転中心を
膝関節を安定化させる方向に膝関節から遠ざける。ｘ．
下方リンク上、前方リンクと連結する側の部分と、後方
リンクの軸線方向中途の部分とを連結する２節の中間リ
ンク機構また、第２の課題を達成するため、この発明の
義足にあっては、前記のｘの中間リンク機構に加えて、
次のｙのストッパ手段を備える。ｙ．中間リンク機構を
構成する第１および第２の２つのリンクのうち、下方リ
ンクと連結する第２のリンクの動きを規制し、それによ
って、義足による歩行の立脚期の当初の立曲げを行わせ
る立曲げのためのストッパ手段In order to achieve the first object under the above link configuration, the prosthesis of the present invention further comprises the following x so that when a load is applied to the knee joint through the thigh member, The center of instantaneous rotation related to the knee joint is moved away from the knee joint in a direction to stabilize the knee joint. x.
On the lower link, a two-node intermediate link mechanism that connects the part that connects to the front link and the part that is halfway in the axial direction of the rear link. In order to achieve the second object, Is, in addition to the intermediate link mechanism of x described above,
The following y stopper means is provided. y. Of the first and second two links constituting the intermediate link mechanism, the movement of the second link connected to the lower link is regulated, thereby causing the prosthetic leg to perform the initial standing bending in the standing phase of walking. Stopper means for vertical bending

【００１０】別にいうと、この発明は、多節リンクの主
要な４節のリンク（限定連鎖）の構成を変えずに、特定
の中間リンク機構によって、あるいはまた、その中間リ
ンク機構の動きを規制することによって、荷重が加わる
ことに伴って回転および変形する４節のリンクの動きを
制限するものである。中間リンク機構の第１のリンク
は、後方リンク上、下方リンクとの連結部を除く部分で
その後方リンクに対し回転可能に連結され、しかもま
た、中間リンク機構の第２のリンクは、下方リンク上、
下腿部材に対する限定連鎖の一箇所の連結部に、その限
定連鎖を下腿部材に連結するための軸と軸を共通にして
回転可能に連結される。この発明では、主要な４節のリ
ンクの構成を変えずに、しかも、中間リンク機構を介し
て間接的にその４節のリンクの動きを規制することによ
って、立脚期における膝関節の安定化を図り、しかもま
た、立脚期の当初の立曲げを有効に実現することができ
る。この発明のより詳しい内容については、添付の図面
を参照した実施例の説明の中で述べる。In other words, the present invention restricts the movement of the intermediate link mechanism by a specific intermediate link mechanism or without changing the configuration of the main four-node link (limited chain) of the multi-node link. By doing so, the movement of the four-node link that rotates and deforms with the application of a load is limited. The first link of the intermediate link mechanism is rotatably connected to the rear link at a portion other than a connection portion between the rear link and the lower link, and the second link of the intermediate link mechanism is a lower link. Up,
An axis for connecting the limited chain to the lower leg member is connected rotatably to one connection portion of the limited chain to the lower leg member. According to the present invention, stabilization of the knee joint during the stance phase can be achieved by restricting the movement of the four-joint link without changing the configuration of the main four-joint link and indirectly through the intermediate link mechanism. In addition, it is possible to effectively realize the initial bending in the stance phase. The details of the present invention will be described in the description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

【００１１】[0011]

【好適な実施例】図１を参照しながら、まず、この発明
を適用した大腿義足１０の全体的な構成を明らかにす
る。大腿義足１０は、膝のない人のための義足であり、
上部にアルミニューム合金からなる大腿部材１２があ
る。大腿部材１２は、膝の形をしており、その一部に、
図示しないソケットを連結するための連結部１２ａを一
体的に含む。ソケットは、大腿義足１０を装着する装着
者の断端を受け入れて、大腿部材１２の側に装着者の荷
重を伝達する。一方、大腿義足１０の下部には、下腿部
材１４がある。下腿部材１４の主体は、膝の部分から足
の部分に向かって延びる内部中空のフレーム１４０であ
る。このフレーム１４０は、大腿部材１２に近い上部側
に位置するリンク接続部１４２と、そのリンク接続部１
４２の下方に続くフレーム本体１４４とを備える。フレ
ーム本体１４４およびリンク接続部１４２については、
アルミニューム合金あるいは繊維強化プラスチックなど
によって構成する。下方のフレーム本体１４４の下端の
開口には、フレーム１４０と一緒に下腿部材１４を構成
するパイプ部材１５０を連結する。足の形をした図示し
ない足部は、このパイプ部材１５０の下端に位置する。
こうしたフレーム１４０の内部には、遊脚期における歩
行補助のためのエアシリンダ装置２０がある。エアシリ
ンダ装置２０自体は、ＵＳＰ５，４０５，４０７号、あ
るいは日本特開平９−５５１号に示されるものと同様の
公知のものであり、シリンダ本体２１の内部に第１室２
２１と第２室２２２とを区画するピストン２３、さら
に、ステッピングモータ２４によって制御され、歩行速
度に応じた絞り度合いを生じる可変絞り弁２６、および
手動調整可能な固定絞り２８などを備える。それによっ
て、エアシリンダ装置２０は、大腿義足１０が床等の表
面から離れる遊脚期において、膝の屈曲および伸展を自
然の歩行に近い形態にコントロールする。なお、エアシ
リンダ装置２０は、シリンダ本体２１のシリンダボトム
側がピン結合によってフレーム１４０に支持される一
方、シリンダ本体２１のシリンダヘッド側から外部に伸
びるピストンロッド２３ｒの端部が支持リンク２５を介
して大腿部材１２に回転可能に連結されている。支持リ
ンク２５を用いることにより、エアシリンダ装置２０
は、中空なフレーム１４０の内部にすっぽりと、しか
も、膝の屈曲の度合にかかわらずシリンダ本体２１がフ
レーム１４０の内部を動くことなく一定の形態で保持さ
れている。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIG. 1, first, the overall configuration of a thigh prosthesis 10 to which the present invention is applied will be clarified. The thigh prosthesis 10 is a prosthesis for a person without a knee,
At the top is a thigh member 12 made of an aluminum alloy. The thigh member 12 is shaped like a knee, and
A connecting portion 12a for connecting a socket (not shown) is integrally included. The socket receives the stump of the wearer who wears the thigh prosthesis 10 and transmits the load of the wearer to the thigh member 12. On the other hand, below the prosthetic leg 10, there is a lower leg member 14. The main body of the lower leg member 14 is an inner hollow frame 140 extending from the knee to the foot. The frame 140 includes a link connecting portion 142 located on the upper side close to the thigh member 12, and the link connecting portion 1
And a frame body 144 that extends below the frame body. Regarding the frame body 144 and the link connection part 142,
It is made of aluminum alloy or fiber reinforced plastic. A pipe member 150 that forms the lower leg member 14 together with the frame 140 is connected to an opening at the lower end of the lower frame body 144. A foot (not shown) in the shape of a foot is located at the lower end of the pipe member 150.
Inside the frame 140 is an air cylinder device 20 for assisting walking during the swing phase. The air cylinder device 20 itself is a known device similar to that shown in US Pat. No. 5,405,407 or Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-551.
A piston 23 that partitions the chamber 21 from the second chamber 222, a variable throttle valve 26 controlled by a stepping motor 24 to generate a degree of throttle according to a walking speed, a fixed throttle 28 that can be manually adjusted, and the like are provided. Thereby, the air cylinder device 20 controls the flexion and extension of the knee to a form close to natural walking during the swing phase in which the thigh prosthesis 10 separates from the surface such as the floor. In the air cylinder device 20, the cylinder bottom side of the cylinder body 21 is supported by the frame 140 by pin connection, while the end of the piston rod 23r extending from the cylinder head side of the cylinder body 21 to the outside via the support link 25. It is rotatably connected to the thigh member 12. By using the support link 25, the air cylinder device 20
The cylinder body 21 is completely held inside the hollow frame 140, and is kept in a fixed form without moving the inside of the frame 140 regardless of the degree of bending of the knee.

【００１２】膝関節３０は、それらの下腿部材１４と大
腿部材１２とを屈曲および伸展可能に連結する。図２が
膝関節３０の部分を拡大して示し、また、図３が膝関節
３０の骨組み（いわゆるスケルトン）を示している。こ
れらの図２および図３を参照しながら、この発明におけ
る膝関節３０について説明する。膝関節３０は、膝の前
側に位置する前方リンク４０および膝の後側に位置する
後方リンク５０の２つのリンクを含む。これらの各リン
ク４０，５０は、膝が伸びた状態で膝の上下方向に伸
び、上方の端部が大腿部材１２に回転可能にそれぞれ連
結されている。また、これら前方リンク４０および後方
リンク５０の下方側の端部は、下方リンク６０の軸線方
向の各端部にそれぞれ回転可能に連結されている。それ
によって、大腿部材１２、後方リンク５０、前方リンク
４０および下方リンク６０は、一定の動きだけが可能な
４節の限定連鎖を構成している。図のスケルトン上、符
号Ａが下方リンク６０に対する後方リンク５０の連結
部、符号Ｂが大腿部材１２に対する後方リンク５０の連
結部であり、符号Ｃが大腿部材１２に対する前方リンク
４０の連結部、符号Ｄが下方リンク６０に対する前方リ
ンク４０の連結部である。The knee joint 30 connects the lower thigh member 14 and the thigh member 12 to bend and extend. FIG. 2 shows the knee joint 30 in an enlarged manner, and FIG. 3 shows a skeleton (so-called skeleton) of the knee joint 30. The knee joint 30 according to the present invention will be described with reference to FIGS. The knee joint 30 includes two links, a front link 40 located on the front side of the knee and a rear link 50 located on the back side of the knee. Each of the links 40 and 50 extends in the vertical direction of the knee with the knee extended, and the upper end is rotatably connected to the thigh member 12. The lower ends of the front link 40 and the rear link 50 are rotatably connected to the respective ends of the lower link 60 in the axial direction. Thereby, the thigh member 12, the rear link 50, the front link 40, and the lower link 60 constitute a four-node limited chain that allows only a constant movement. On the skeleton shown in the figure, reference symbol A denotes a connection portion of the rear link 50 to the lower link 60, reference symbol B denotes a connection portion of the rear link 50 to the thigh member 12, and reference symbol C denotes a connection portion of the front link 40 to the thigh member 12. D is a connecting portion of the front link 40 to the lower link 60.

【００１３】また、こうした４節の限定連鎖は、前方リ
ンク４０の連結部Ｄよりも少し下方に位置する一箇所の
部分Ｄ’で、下腿部材１４のリンク接続部１４２に回転
可能に連結されている。したがって、４節の限定連鎖
は、大腿部材１２に装着者の荷重が作用するとき、この
連結部Ｄ’の軸回りに回転し変形する。膝関節３０の４
節の限定連鎖の動きは、下方リンク６０に対する後方リ
ンク５０の連結部Ａの側に配置したバンパ装置７０によ
って支持される。バンパ装置７０は、下方リンク６０の
下面に取り付けられ、前記の荷重に伴う限定連鎖の動き
に対し、連結部Ａの部分を支える第１のばね受け７１
と、下腿部材１４のリンク接続部１４２の側に支持され
た第２のばね受け７２と、第１および第２の両ばね受け
７１，７２の間に支持されたコイルばね７３とからな
る。第１のばね受け７１には筒状のガイド部７１ａ、ま
た、第２のばね受け７２には、その筒状のガイド部７１
ａにはまり合うロッド部７２ａがそれぞれあり、それに
よって、両ばね受け７１，７２は、コイルばね７３の弾
性変形に伴って両者間の距離を変える。[0013] The four-link limited chain is rotatably connected to the link connecting portion 142 of the lower leg member 14 at one portion D 'located slightly below the connecting portion D of the front link 40. I have. Therefore, when the load of the wearer acts on the thigh member 12, the four-bar limited chain rotates and deforms around the axis of the connecting portion D '. Knee joint 30-4
The movement of the knot chain is supported by a bumper device 70 located on the side of the connection A of the rear link 50 with respect to the lower link 60. The bumper device 70 is attached to the lower surface of the lower link 60, and supports the portion of the connecting portion A against the limited chain movement caused by the load.
And a second spring support 72 supported on the link connecting portion 142 side of the lower leg member 14 and a coil spring 73 supported between the first and second spring supports 71, 72. The first spring support 71 has a cylindrical guide portion 71a, and the second spring support 72 has a cylindrical guide portion 71a.
There is a rod portion 72a that fits into each of the spring supports 71a, so that the distance between the two spring receivers 71 and 72 changes with the elastic deformation of the coil spring 73.

【００１４】さて、この発明では、４節の限定連鎖の動
きを間接的に規制するため、２節の中間リンク機構８０
を設ける。中間リンク機構８０は、互いの一端を回転可
能に連結した第１（後方側）および第２（前方側）の２
つのリンク８１，８２を備える。この中間リンク機構８
０の第１のリンク８１の残りの端部は、後方リンク５０
の軸線方向中途の部分に回転可能に連結する。また、第
２のリンク８２の残りの端部は、下腿部材１４側に対す
る限定連鎖の連結部Ｄ’に軸を共通にして回転可能に連
結する。そして、このような中間リンク機構８０の中の
前方側の第２のリンク８２の動きを規制するために、２
つのストッパ手段を設ける。各ストッパ手段は、下腿部
材１４のリンク接続部１４２に取り付けた、ゴム等の弾
性部材からなるストッパ９２，９３からなる。一方のス
トッパ９２は、第２のリンク８２が連結部Ｄ’の軸を中
心に反時計回りに回転する（つまり、前方側から後方側
に向って回転する）ことを制限する。それに対し、他方
のストッパ９３は、ストッパ９２とは反対に、第２のリ
ンク８２が連結部Ｄ’の軸を中心に時計回りに回転する
（つまり、後方側から前方側に向って回転する）ことを
制限する。なお、膝関節３０は、大腿部材１２に過伸展
防止のための別のストッパ９１を備える。ストッパ９１
は、大腿義足１０が完全に伸展するとき、前方リンク４
０に当たり、それ以上伸展しないように作用する。Now, in the present invention, in order to indirectly restrict the movement of the limited chain of the fourth section, the intermediate link mechanism 80 of the second section is used.
Is provided. The intermediate link mechanism 80 includes a first (rear side) and a second (front side) two ends of which are rotatably connected to each other.
There are two links 81 and 82. This intermediate link mechanism 8
0 of the first link 81 is connected to the rear link 50
Is rotatably connected to a halfway portion in the axial direction. The other end of the second link 82 is rotatably connected to the limited chain connecting portion D ′ for the lower leg member 14 using a common axis. In order to restrict the movement of the front second link 82 in the intermediate link mechanism 80,
Two stopper means are provided. Each stopper means comprises stoppers 92 and 93 attached to the link connecting portion 142 of the lower leg member 14 and made of an elastic member such as rubber. The one stopper 92 restricts the second link 82 from rotating counterclockwise around the axis of the connecting portion D '(that is, rotating from the front side to the rear side). On the other hand, in the other stopper 93, opposite to the stopper 92, the second link 82 rotates clockwise around the axis of the connecting portion D '(that is, rotates from the rear side to the front side). Restrict that. The knee joint 30 includes another stopper 91 on the thigh member 12 for preventing overextension. Stopper 91
When the thigh prosthesis 10 is fully extended, the front link 4
At 0, it acts so as not to extend any further.

【００１５】大腿部材１２、後方リンク５０、前方リン
ク４０および下方リンク６０からなる４節の限定連鎖の
運動を考えると、この限定連鎖は、膝が曲がるに応じ
て、後方リンク５０の上端の連結部Ｂと前方リンク４０
の下端の連結部Ｄとの距離を小さくする。それに応じ
て、２節の中間リンク機構８０は、第１のリンク８１と
第２のリンク８２との角度を変える。図４は、立脚期に
おける各ストッパ９１〜９３の機能を示している。図４
の（ａ）は荷重が加わらない状態を示し、限定連鎖は、
前方リンク４０を過伸展防止のためストッパ９１に当
て、中間リンク機構８０の第１のリンク８１と第２のリ
ンク８２との角度（ＦＥＤ’の角度）を１８０°以下に
している。その状態から、かかとが接地することによっ
て荷重が加わると、第２のリンク８２がストッパ９２に
当たる（ｂ）の状態、ついで、（ｃ）の状態、つまり、
第１のリンク８１と第２のリンク８２とが一直線（ＦＥ
Ｄ’の角度が１８０°）になる。こうした（ｂ）および
（ｃ）は４節の限定連鎖にロックがかかっていない状態
であるので、膝折れの可能性がある。しかし、２節の中
間リンク機構８０の作用により、図５に示すように、瞬
間回転中心が当初の位置Ｏから後方かつ上方の位置Ｏ’
に移動する。そのため、膝関節３０は膝折れに対して安
全になる方向に働く。Considering the movement of a four-node limited chain consisting of the thigh member 12, the rear link 50, the front link 40 and the lower link 60, this limited chain connects the upper end of the rear link 50 as the knee bends. Part B and front link 40
The distance between the lower end and the connecting portion D is reduced. Accordingly, the two-link intermediate link mechanism 80 changes the angle between the first link 81 and the second link 82. FIG. 4 shows the function of each of the stoppers 91 to 93 during the standing phase. FIG.
(A) shows a state in which no load is applied.
The front link 40 is brought into contact with a stopper 91 to prevent overextension, and the angle (FED ′ angle) between the first link 81 and the second link 82 of the intermediate link mechanism 80 is set to 180 ° or less. From this state, when a load is applied due to the heel contacting the ground, the second link 82 contacts the stopper 92 (b), and then the state (c), that is,
The first link 81 and the second link 82 are in a straight line (FE
D ′ is 180 °). In these cases (b) and (c), since the restricted chain of the four nodes is not locked, there is a possibility that the knee is broken. However, due to the action of the intermediate link mechanism 80 of the second section, the instantaneous rotation center is shifted backward and upward from the initial position O as shown in FIG.
Go to Therefore, the knee joint 30 works in a direction that makes the knee joint safe.

【００１６】荷重がさらに加わると、大腿部材１２側の
過伸展防止ストッパ９１による制限に反して、ストッパ
９２が連結部ＢとＤとの間の距離を長くするように、第
２のリンク８２と第１のリンク８１との角度を変化させ
る。これに起因して、ＦＥＤ’の角度は、１８０°を越
えるようになり、（ｄ）に示すように、第２のリンク８
２の延長部がストッパ９３に当たるようになる。この
（ｄ）の状態はロック状態である。したがって、ストッ
パ９３の位置を設定することにより、必要とする立曲
げ、たとえば１５°程度の立曲げを安定して得ることが
できる。図４に関連する説明は、荷重が連結部Ｄ’の後
方に作用する場合を中心に述べたが、荷重が連結部Ｄ’
の前方に作用する場合には、限定連鎖が連結部Ｄ’を中
心に時計方向に回転しようとする作用力を受けるが、ス
トッパ９３によるストッパ機能によって限定連鎖は回転
することなく、ロック状態のままである。こうした点か
ら、この発明の膝関節３０は、荷重の方向にかかわら
ず、荷重の大きさに応じてロックあるいはアンロックの
各状態を得る機能を備える、ということもできる。When a load is further applied, the second link 82 is connected to the second link 82 so that the stopper 92 increases the distance between the connecting portions B and D, contrary to the restriction by the overextension prevention stopper 91 on the thigh member 12 side. The angle with the first link 81 is changed. Due to this, the angle of FED ′ exceeds 180 °, and as shown in FIG.
The extension of No. 2 comes into contact with the stopper 93. This state (d) is a locked state. Therefore, by setting the position of the stopper 93, a required vertical bending, for example, a vertical bending of about 15 ° can be stably obtained. Although the description related to FIG. 4 has mainly described the case where the load acts behind the connecting portion D ′, the load is applied to the connecting portion D ′.
When the limiting chain is acted on in the clockwise direction about the connecting portion D ′, the limiting chain is not rotated by the stopper function of the stopper 93 and remains locked. It is. From this point, it can be said that the knee joint 30 of the present invention has a function of obtaining each state of locking or unlocking according to the magnitude of the load, regardless of the direction of the load.

【００１７】また、図６は膝関節３０の遊脚期における
動作を示し、（ａ）〜（ｅ）に行くにつれて次第に膝の
屈曲角度が大きくなっている。荷重がかからないため、
中間リンク機構８０の角度（ＦＥＤ’の角度）は、どれ
も１８０°よりも小さい。そのため、どのリンクもスト
ッパ９２，９３に当たることなく、限定連鎖は自由に変
形可能である。FIG. 6 shows the operation of the knee joint 30 during the swing phase, and the bending angle of the knee gradually increases as going from (a) to (e). Because no load is applied,
Each angle of the intermediate link mechanism 80 (the angle of FED ′) is smaller than 180 °. Therefore, the limited chain can be freely deformed without any link hitting the stoppers 92 and 93.

【００１８】[0018]

【変形例】今までの実施例では、下方リンク６０に対す
る前方リンク４０の連結部Ｄを限定連鎖の一箇所の連結
部Ｄ’と別にしているが、それらの連結部ＤとＤ’とを
一致させ、同軸に配置することもできる。図７および図
８がそうした変形例を示している。また、図７は、連結
部ＤとＤ’とを同軸にした上に、ストッパ９２とストッ
パ９３とを第２のリンク８２の両側にリンク８２を挟む
ように配置している。さらに、図８は、ストッパ９１と
９２とを省略し、ストッパ９３だけにした例を示してい
る。ここでは、過伸展防止のためのストッパ９１がない
ので、荷重がかかることによるリンクの自然な動きが、
ロック作動を開始するためのきっかけとなる。図８のス
トッパ９３は、ロック状態で中間リンク機構８０の角度
を制限すると同時に、下腿部材１２の過伸展を防止する
ように機能する。[Modification] In the embodiments described above, the connecting portion D of the front link 40 with respect to the lower link 60 is different from the connecting portion D 'at one point of the limited chain. However, these connecting portions D and D' are different from each other. They can be matched and arranged coaxially. 7 and 8 show such modifications. In FIG. 7, the connecting portions D and D 'are made coaxial, and a stopper 92 and a stopper 93 are arranged on both sides of the second link 82 so as to sandwich the link 82. FIG. 8 shows an example in which the stoppers 91 and 92 are omitted and only the stopper 93 is provided. Here, since there is no stopper 91 for preventing overextension, the natural movement of the link caused by the load is
This triggers the start of the lock operation. The stopper 93 in FIG. 8 functions to limit the angle of the intermediate link mechanism 80 in the locked state and to prevent the lower leg member 12 from being overextended.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図１】 この発明を適用した大腿義足の全体的な構成
を示す図であり、膝が伸展した時の状態を示す断面図で
ある。FIG. 1 is a cross-sectional view showing the overall configuration of a thigh prosthesis to which the present invention is applied, showing a state where a knee is extended.

【図２】 図１の大腿義足の膝関節の部分を拡大して示
す図である。FIG. 2 is an enlarged view showing a knee joint of the thigh prosthesis shown in FIG. 1;

【図３】 図２に対応する部分の骨組みを示す図であ
る。FIG. 3 is a view showing a skeleton of a portion corresponding to FIG. 2;

【図４】 立脚期の動作を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating an operation in a stance phase.

【図５】 瞬間回転中心の移動についての効果を示す図
である。FIG. 5 is a diagram showing an effect on movement of an instantaneous rotation center.

【図６】 遊脚期の動作を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing an operation in a swing leg period.

【図７】 変形例の一つを示す図である。FIG. 7 is a view showing one of modified examples.

【図８】 他の変形例を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing another modification.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１０ 大腿義足 １２ 大腿部材 １４ 下腿部材 １４２ リンク接続部 ２０ エアシリンダ装置 ３０ 膝関節 ４０ 前方リンク ５０ 後方リンク ６０ 下方リンク ７０ バンパ装置 ８０ 中間リンク機構 ８１ 第１のリンク ８２ 第２のリンク ９１ 過伸展防止ストッパ ９２，９３ ストッパ（ストッパ手段） DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Thigh prosthesis 12 Thigh member 14 Lower leg member 142 Link connection part 20 Air cylinder device 30 Knee joint 40 Front link 50 Rear link 60 Lower link 70 Bumper device 80 Intermediate link mechanism 81 First link 82 Second link 91 Overextension prevention Stopper 92, 93 Stopper (stopper means)

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】 装着者の荷重が大腿を通して加わる大腿
部材と、この大腿部材に対し膝関節を介して連結される
下腿部材とを備える義足であって、前記膝関節は、膝の
前側に位置する前方リンクおよび膝の後側に位置する後
方リンクの少なくとも２つのリンクを含み、これらの各
リンクは、膝の上部に位置する上方の端部が前記大腿部
材の側に回転可能にそれぞれ連結され、しかも、膝の下
部に位置する下方の端部が下方リンクの軸線方向の各端
部にそれぞれ連結され、それら大腿部材、後方リンク、
前方リンクおよび下方リンクによって限定連鎖を構成
し、この限定連鎖は、前記下腿部材に対し、前記下方リ
ンクの前記前方リンクとの連結側の一箇所で回転可能に
連結される、多節リンクの膝関節を備える義足におい
て、次のｘをさらに備えることにより、前記大腿部材を
通して前記膝関節に荷重が加わるとき、その膝関節にか
かわる瞬間回転中心を膝関節を安定化させる方向に膝関
節から遠ざけることを特徴とする義足。ｘ．前記下方リ
ンク上、前記前方リンクと連結する側の部分と、前記後
方リンクの軸線方向中途の部分とを連結する２節の中間
リンク機構1. A prosthetic limb comprising: a thigh member to which a load of a wearer is applied through a thigh; and a lower leg member connected to the thigh member via a knee joint, wherein the knee joint is located at a front side of the knee. At least two links, an anterior link and a posterior link located behind the knee, each link being rotatably connected at its upper end located above the knee to the side of the thigh member. Moreover, the lower end located at the lower part of the knee is connected to each end of the lower link in the axial direction, and the thigh member, the rear link,
A limited link is constituted by a front link and a lower link, and the limited chain is rotatably connected to the lower leg member at one point on a connection side of the lower link with the front link, and is a knee of a multi-joint link. In a prosthetic limb provided with a joint, when the following x is further provided, when a load is applied to the knee joint through the thigh member, an instantaneous center of rotation related to the knee joint is moved away from the knee joint in a direction to stabilize the knee joint. A prosthetic foot characterized by the following. x. A two-node intermediate link mechanism that connects a portion of the lower link that connects to the front link and a portion of the rear link that is halfway in the axial direction. 【請求項２】 装着者の荷重が大腿を通して加わる大腿
部材と、この大腿部材に対し膝関節を介して連結される
下腿部材とを備える義足であって、前記膝関節は、膝の
前側に位置する前方リンクおよび膝の後側に位置する後
方リンクの少なくとも２つのリンクを含み、これらの各
リンクは、膝の上部に位置する上方の端部が前記大腿部
材の側に回転可能にそれぞれ連結され、しかも、膝の下
部に位置する下方の端部が下方リンクの軸線方向の各端
部にそれぞれ連結され、それら大腿部材、後方リンク、
前方リンクおよび下方リンクによって限定連鎖を構成
し、この限定連鎖は、前記下腿部材に対し、前記下方リ
ンクの前記前方リンクとの連結側の一箇所で回転可能に
連結される、多節リンクの膝関節を備える義足におい
て、次のｘおよびｙをさらに備えることを特徴とする義
足。ｘ．前記下方リンク上、前記前方リンクと連結する
側の部分と、前記後方リンクの軸線方向中途の部分とを
連結する２節の中間リンク機構ｙ．前記中間リンク機構
を構成する第１および第２の２つのリンクのうち、前記
下方リンクと連結する第２のリンクの動きを規制し、そ
れによって、前記義足による歩行の立脚期の当初の立曲
げを行わせる立曲げのためのストッパ手段2. A prosthetic limb comprising a thigh member to which a load of a wearer is applied through a thigh, and a lower leg member connected to the thigh member via a knee joint, wherein the knee joint is located at a front side of the knee. At least two links, an anterior link and a posterior link located behind the knee, each link being rotatably connected at its upper end located above the knee to the side of the thigh member. Moreover, the lower end located at the lower part of the knee is connected to each end of the lower link in the axial direction, and the thigh member, the rear link,
A limited link is constituted by a front link and a lower link, and the limited chain is rotatably connected to the lower leg member at one point on a connection side of the lower link with the front link, and is a knee of a multi-joint link. A prosthesis having a joint, further comprising the following x and y. x. A two-node intermediate link mechanism that connects a portion of the lower link on the side connected to the front link and a portion of the rear link in the axial direction y. Of the first and second two links constituting the intermediate link mechanism, the movement of the second link connected to the lower link is regulated, whereby the initial standing bending of the stance phase of walking by the artificial leg is performed. Means for upright bending 【請求項３】 前記中間リンク機構の第１のリンクは、
前記後方リンク上、前記下方リンクとの連結部を除く部
分でその後方リンクに対し回転可能に連結され、しかも
また、前記中間リンク機構の第２のリンクは、前記下方
リンク上、前記下腿部材に対する前記限定連鎖の前記一
箇所の連結部に、その限定連鎖を前記下腿部材に連結す
るための軸と軸を共通にして回転可能に連結されてい
る、請求項１あるいは２の義足。3. The first link of the intermediate link mechanism,
The rear link is rotatably connected to the rear link at a portion other than the connection portion with the lower link, and the second link of the intermediate link mechanism is connected to the lower link and the lower leg member. 3. The prosthetic foot according to claim 1, wherein said one connecting portion of said limited chain is rotatably connected to a common axis for connecting said limited chain to said lower leg member. 【請求項４】 前記軸は、前記大腿部材に荷重が作用す
るとき、前記限定連鎖がその軸の回りに回転する軸であ
る、請求項３の義足。4. The prosthetic limb of claim 3, wherein said axis is an axis about which said limited chain rotates when a load is applied to said thigh member. 【請求項５】 前記装着者の荷重に応じて前記限定連鎖
が回転するとき、その回転を弾性変形しつつ制限するバ
ンパ装置をさらに備える、請求項１あるいは２の義足。5. The prosthetic foot according to claim 1, further comprising a bumper device that restricts the rotation while elastically deforming the limited chain when the limited chain rotates according to the load of the wearer. 【請求項６】 前記大腿部材は、前記前方リンクに当た
り、義足の過伸展を防止するための過伸展防止ストッパ
を支持する、請求項１あるいは２の義足。6. The prosthesis according to claim 1, wherein the thigh member contacts the front link and supports an overextension prevention stopper for preventing overextension of the prosthesis. 【請求項７】 前記ｙにおけるストッパ手段は、前記第
２のリンクが前記下方リンクとの連結部の回りに所定方
向に回転しようとするとき、その所定方向の回転を制限
する所定方向の回転制限ストッパを少なくとも備える、
請求項１の義足。7. The rotation restricting device in a predetermined direction for restricting the rotation of the second link in the predetermined direction when the second link attempts to rotate in the predetermined direction around the connecting portion with the lower link. Including at least a stopper,
The prosthesis of claim 1. 【請求項８】 前記ｙにおけるストッパ手段は、前記第
２のリンクが前記下方リンクとの連結部の回りに所定方
向に回転しようとするとき、その所定方向の回転を制限
する所定方向の回転制限ストッパと、前記第２のリンク
が前記所定方向とは反対方向に回転しようとするとき、
その反対方向の回転を制限する反対方向の回転制限スト
ッパとを備え、前記第１のリンクと前記第２のリンクと
の角度を所定範囲に制限する、請求項２の義足。8. The rotation restricting device in a predetermined direction for restricting the rotation of the second link in the predetermined direction when the second link attempts to rotate in a predetermined direction around the connecting portion with the lower link. When the stopper and the second link try to rotate in a direction opposite to the predetermined direction,
3. The prosthesis according to claim 2, further comprising an opposite rotation limiting stopper for limiting the rotation in the opposite direction, and limiting an angle between the first link and the second link to a predetermined range.
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