CN101801317B - 可穿戴设备 - Google Patents

Abstract

一种可穿戴设备(10)，包括由第一和第二聚合物材料一体形成的整体式第一框架组件(14)。第一框架组件(14)具有第一框架部分(44)，第一框架部分(44)由第一聚合物材料形成并围绕由第二聚合物材料形成的第二框架部分(46)的一部分延伸。第一框架构件(14)包括悬挂在其上的第一连接部分(202)。第二框架部分(46)无间断地连续延伸至第一连接部分(202)。第二聚合物材料具有比第一聚合物材料高的刚性。所述设备还包括第二框架组件(16)，第二框架组件(16)具有连接至第一连接部分(202)的第二连接部分(204)。

Description

可穿戴设备

技术领域

本发明总的涉及可穿戴设备领域，例如属于整形和修复性应用的设备，并且更具体地涉及一种以流线型和轻量化的方式为人体结构的一部分提供稳定、保护、支撑、恢复和/或卸荷的可穿戴设备。

背景技术

多种可穿戴设备可用于整形和修复性应用中，用于为人体结构的一部分提供稳定、保护、支撑、恢复和/或卸荷。然而，已知的设备经常伴有体积庞大和笨重的特点，并且还很昂贵，需要很多加工步骤来进行制造。

可穿戴设备的一个示例是护膝。众所周知，护膝被广泛用于治疗各种膝盖病症。这样的护膝可以被设置成在膝关节周围的肢体上施加力或杠杆作用，以减轻部分膝关节内的压缩力，或者降低该膝盖部分上的负荷。而且，在膝盖韧带脆弱和不坚固的情况下，护膝可以稳定、保护、支撑、减负和/或恢复膝盖。

膝盖被认为是人体最为脆弱的关节之一，其用作大腿和小腿肌肉群之间的铰接接头。膝盖主要是通过细小但是有力的韧带保持在一起的。由于在几乎所有类型的需要用到腿部的物理活动过程中膝关节都要经受显著的负荷，因此由软骨损伤、韧带应力和其他原因引起的膝盖不稳定是较为常见的。

健康的膝盖在膝盖的内侧间室和外侧间室中都具有均匀的压力分布。对于具有健康膝盖的人来说，站立时在膝盖上施加内翻力矩以使内侧间室和外侧间室之间的压力不平均但仍保持自然是很正常的。

很多人易得的一种膝盖病症是间室骨性关节炎。在膝盖的内侧间室和外侧间室之一内有持久的不均匀压力分布时，就可能会引发间室骨性关节炎。间室骨性关节炎可能是由受伤、肥胖、膝盖的错位引起的，或者仅仅是由于膝盖的老化引起的。

膝盖的骨性关节炎导致的一个主要问题是衬在膝盖内侧的平滑软骨磨损。这会造成关节空间随着骨端内的囊肿和侵蚀的发展而变窄。因为关节变窄，骨骼就会变为与骨骼直接接触，并且在膝盖两端会逐渐形成不均匀的压力分布，这可能会导致在关节周围形成骨刺。所有这些变化最终会造成疼痛的增加以及关节的硬度增大。

尽管对骨性关节炎没有治愈方法，但是仍有很多治疗手段。被诊断患有膝盖的单外侧间室或内侧间室骨性关节炎的病人面临多种治疗选择，例如药物治疗、手术治疗或非手术干预。非手术干预包括使用拐杖、外侧楔形鞋垫和护膝。

护膝通过围绕膝关节施加相反的外翻力矩或内翻力矩来降低间室的负荷，这对于缓解间室疼痛是有用的。减负护膝已经被证明可以显著地降低骨性关节炎的膝盖疼痛同时改善膝盖功能。

尽管已知的护膝在减轻疼痛或稳定膝关节方面是成功的，但是很多使用者发现这些护膝体积大、难于穿戴、设置复杂并且穿戴时也不舒适。为此，本文中介绍的示例性实施例具有流线型特征，能够为内侧或外侧间室骨性关节炎减轻疼痛，或者能够提供膝盖的功能稳定性而不具有已知的减负护膝所附带的缺点。

结合示例性的护膝实施例所描述的构思可以扩展到被设置用于固定至和/或支撑众多人体结构部分的多种可穿戴设备。

发明内容

本文中公开的可穿戴设备可以根据2007年4月3日获得授权的美国专利7,198,610中介绍的原理以减负型护膝的形式来设置，通过引用将该美国专利并入本文。

本文中公开的示例性可穿戴设备通过提供一种整体式护膝而为现有的护膝提供了一种轻量化、低成本的替代物，该整体式护膝具有由连续形成的近端壳体、铰接部以及远端壳体限定的框架。因此整个框架和铰接部组件可以例如通过使用注塑成型技术而连续地形成为单件式构造。外模注塑技术和材料，例如公开号为2008/0195014的美国专利申请中所介绍的，可以被用来形成整体式框架和铰接部以使近端和远端壳体构件基本是柔性的，而铰接部则具有比近端和远端壳体构件高的硬度，通过引用将上述申请的内容并入本文。

此外，通过增加至少一个同样可以通过注塑成型技术形成并且是能够大幅度调节的系带，可以提供一种高度通用、轻量化且低成本的整体式护膝，其可以以现成的方式或直接在店面销售给具有各种不同腿形的众多不同的人。

护膝可以结合注塑成型和外模成型技术以形成整体式框架和铰接部。这样形成的框架可以限定出至少两个离散的材料区域，其中第一区域具有比第二区域高的硬度，或与此相反。优选地，框架连续地形成，以将壳体的厚度合成到铰接部部分内，从而将这些部件固定在一起。

在一个具体的实施例中，护膝具有由近端壳体、从近端壳体连续伸出的铰接部以及从铰接部连续伸出的远端壳体限定的整体式框架。近端和远端壳体以及铰接部可以限定出沿近端和远端壳体以及铰接部居中设置的硬度较高的第一区域，以及基本在近端和远端壳体处围绕第一区域并与其交界的第二区域。

近端壳体可以限定有从近端框架基本向远端框架延伸的近端框架区段。近端框架区段包括提供通风、减轻的重量以及柔性的孔。近端框架区段还包括用于连接至第一系带连接器的突起。

第一系带组件，其也可以通过注塑成型和/或外模成型技术形成，被设置用于连接至近端和远端壳体。第一系带组件包括第一系带和系带连接器，以使第一系带能够经由第一系带连接器选择性地且可调节地相对于近端壳体定位，并被固定地连接至远端壳体。

第一系带组件还可以包括带扣组件，该带扣组件具有能够与远端壳体上限定出的开口固定在一起的锁定设备，用于将第一系带可移除地固定至远端。柔性伸展元件可以被设置用于将第一系带可移除地固定至远端。通过这种方式，无论具体的腿部和膝盖的几何形状如何，第一系带组件均可被调节用于给具有不同的腿部和膝关节几何形状的使用者提供紧固和卸荷力。

具有与第一系带组件相类似的构造的第二系带组件也可以被设置用于连接至近端和远端壳体。第一和第二系带组件可以在与铰接部基本相对的位置相交或交叉。第一和第二系带组件可以包括基本无弹性的部分，例如系带连接器，以使它们不会在将护膝固定至腿部时伸展。

铰接部可以具有沿其前端面和后端面形成的波状轮廓，以在将护膝固定至腿部时有助于护膝的伸展和弯曲。铰接部限定的几何形状提供了比近端和远端壳体中的至少一个高的强度和硬度，以使铰接部允许近端壳体相对于远端壳体沿弯曲和伸展方向移动。

铰接部可以类似地形成为限制沿弯曲和伸展方向的移动范围，从而使铰接部的几何形状被设置为阻止旋转。例如，铰接部可以由于铰接部的几何形状具有预定的适合弯曲的弯曲度和有限的伸展度而沿弯曲方向略微偏置。但是，铰接部的几何形状优选地被设置为使得铰接部只能沿弯曲方向弯曲到一定程度。

铰接部也可以限定出这样的波状轮廓：该波状轮廓通过沿外侧和内侧的相对侧形成的隔断而限定，以在将护膝固定至腿部时有助于护膝的内翻/外翻旋转。或者在替代形式中，铰接部可以用在铰接部长度上延伸的长形肋进行加强，以阻止腿部的外侧和内侧动作。

护膝的附加特征可以包括衬垫或通风的填充材料，所述衬垫或通风的填充材料被设置作为近端和远端壳体与使用者身体之间或者系带与使用者身体之间的界面。而且，开口、孔或槽可以设置在壳体和系带的任何或全部中，以帮助通风、减轻重量和/或提供柔性。

根据可穿戴设备的另一实施例，整体式第一框架组件由至少第一和第二聚合物材料一体地形成。第一框架部分由第一聚合物材料形成并围绕由第二聚合物材料形成的第二框架部分的至少一部分延伸。第一框架构件包括柔性的第一壳体和悬挂于第一壳体的第一连接部分，第二框架部分形成第一壳体的一部分并且无间断地连续地延伸至第一连接部分。第二聚合物材料可以具有比第一聚合物材料高的刚性。可穿戴设备还可以包括第二框架组件，其具有第二壳体和连接至第一连接部分的第二连接部分。

根据本文中介绍的可穿戴设备的任何实施例，均可设置由至少两种不同的聚合物材料形成的系带，聚合物材料各具有不同的刚性属性。系带固定至第一壳体并能够选择性地定位在第二壳体上的预定位置处。第一聚合物材料可以形成系带的纵向芯部，第二聚合物材料可以形成围绕纵向芯部的至少一部分的外缘部分。第一聚合物材料具有比第二聚合物材料高的刚性。该特定的系带可以形成为使得纵向芯部基本上无弹性而外缘部分则是基本柔性的，由此为设备的穿戴者提供减压特征。

可穿戴设备实施例的多种优点、特征和功能将根据以下说明和附图而变得显而易见且更容易理解。以下的说明不应被理解为对可穿戴设备范围的限制，而仅仅是提供便于理解的示例性实施例。

附图说明

本发明的这些以及其他的特征、方面和优点将根据以下的说明、权利要求和附图而变得更容易理解，其中：

图1是根据本公开的护膝形式的可穿戴设备实施例的外侧正视透视图；

图2是图1中的护膝将护膝系带解开时的内侧正视透视图；

图3是图1中护膝的各个部件的内侧正视分解图；

图4是图1中护膝的框架和系带的内侧后视分解图；

图5是图1中护膝的铰接部和系带、连接器以及带扣的放大的分解图；

图6是根据可穿戴设备的系带实施例的俯视图；

图7是根据可穿戴设备的铰接部设备实施例的正视图；

图8是根据可穿戴设备的铰接部设备的另一个实施例的正视图。

应该注意到附图并非一定是按比例绘制的，而是被绘制用于提供对其部件更好的理解，并且不是为了限制保护范围，而是提供示例性的图示。还应进一步注意到附图示出的是可穿戴设备的示例性实施例，而绝不是限制根据本公开的可穿戴设备的结构或构造。

具体实施方式

A.环境和上下文

护膝形式的可穿戴设备实施例被提供用于减轻膝关节骨关节炎的影响，或者用于稳定已经被受伤或其他病症削弱的膝关节。尽管图示的实施例示出了设置在护膝内侧的铰接部和设置在护膝外侧的系带，但是应该理解护膝也可以被设置用于减轻或治疗内侧和外侧膝关节疾病，因此铰接部可以被设置在护膝外侧而系带可以被设置在护膝内侧。

本公开的护膝实施例特别适用于人体的膝关节，并且大小可以设置成容纳不同类型、形状和尺寸的人体关节、附肢以及其他结构部分。另外，实施例可以被设置成将实施例的系带系统施加的主要力定位在任何期望的位置以治疗膝部疾病。

出于说明性的目的，本文中介绍的护膝实施例分为由用于人体的通用解剖学术语表示的若干部分。这些术语中的每一个都具体参照人腿使用，其中人腿利用基本上沿股骨和胫骨之间(也就是，分别是大腿部分和小腿部分)的膝盖半月板延伸的近端-远端面被分为类似的若干部分。

护膝的实施例还被通过前端-后端面被分为前段和后段。前端-后端面通常对应于人腿的冠状或额状面。前段和后段中的每一个都通过横断或近端-远端面以及内侧、矢状面或外侧-内侧面而围绕膝盖中心进一步划分。

本文中介绍的解剖学术语不应被理解为背离了这些术语由矫正术领域普通技术人员容易理解的常规含义。还应该理解，尽管本发明是结合护膝进行介绍的，但是本文中介绍的原理也可以被扩展至多种整形和修复性设备，以及任何其他的可穿戴并且使用了本文中所介绍特征的设备。

B.可穿戴设备实施例的详细描述

如上所述，通过将护膝的实施例作为示例来介绍可穿戴设备的示例性实施例。本文中公开的护膝可以是基本如在美国专利No.7,198,610中介绍的类型的减负型骨关节炎护膝，通过引用将该专利并入本文。因此，关于该特定实施例的描述重点在于减负型骨关节炎护膝的特定实施例的结构、材料和构造上，而不再过多地说明对于治疗膝关节骨关节炎的具体效果和形式。

参照图1-5，护膝10适合用于稳定、保护、支撑、卸荷和/或恢复膝盖。如图所示，护膝10由整体式且连续形成的框架12构成，框架12被构造成接合周围的肢体，并支撑膝关节。

整体式框架12包括近端(第一)框架部分、组件或壳体14，铰接部18，以及远端(第二)框架部分、组件或壳体16。近端壳体14具有沿其内侧的延伸部分，该延伸部分连续地形成铰接部18。铰接部18沿内侧延伸并与远端壳体16连续地形成。近端和远端壳体具有柔性的弧形几何形状，能够形成适应于穿戴者腿部的多种曲线轮廓。

近端壳体14和远端壳体16以及铰接部18的这种连续的整体式结构可以用任何合适的方式形成，例如通过铸造、机加工或注塑成型。用作近端壳体14和远端壳体16以及铰接部18的材料可以包括聚合物材料、碳或玻璃纤维以及环氧树脂复合材料、金属例如铝，或任何其他合适的材料。应该意识到不同的材料可以被用于各个部件，同时仍然保持护膝10连续的整体式结构。

如图1-4中所示，近端壳体14和远端壳体16均包括沿护膝10的内侧延伸的主要部分以及基本上水平延伸的弧形部分，其被构造成围绕腿的前部以及腿的外侧延伸。近端壳体14和远端壳体16适合由对膝关节和腿部提供支撑的材料形成，并且材料的柔性又要足以允许近端壳体14和远端壳体16以及水平延伸的弧形部分与使用者腿部和膝关节的几何形状相符。应该理解的是复合材料、聚合物材料例如聚乙烯、或金属例如铝都是适于实现对膝关节和腿部的支撑同时提供适当的柔性的材料。

框架的各个部件，包括近端和远端壳体以及铰接部，可由不同的材料形成并被连接在一起，或者可以形成有比其他区域厚度大的区域，以相对于其他区域加强框架的某些区域。

在某些变型中，框架的这些部件可以无间断地形成。例如，近端壳体可以与铰接部连续地形成，以使得除了构成这些特征的材料以外没有通过机械或化学互锁方式将近端壳体连接至铰接部的结构(例如紧固件或胶水)。根据一种变型，形成近端壳体的一部分的聚合物材料延伸以形成铰接部的一部分。这可以在将近端壳体和至少一部分铰接部一起注塑成型时实现。

在另一种变型中，形成近端壳体的一部分的第一聚合物材料与铰接部的孔或其他互锁结构互锁。这可以通过首先注塑成型铰接部的至少一部分并随后在已经形成的铰接部上(或者部分地在已经形成的铰接部上)注塑成型近端壳体来实现。但是，铰接部的至少一部分可以由所述第一聚合物材料或另一种聚合物材料形成。

沿着近端壳体14和远端壳体16的表面设有突起52。这些突起可以被用来提供硬度或刚性增加的局部区域。突起52还在近端壳体14和远端壳体16的表面上提供了牵引点。

为了在将护膝10固定至腿部后给使用者提供通风，使得汗可以从中蒸发，在近端壳体14和远端壳体16内在突起52之间限定有槽或开口48。尽管突起52和槽48都被示出为相对于水平方向以一定角度倾斜，但是也可以容易地设想出其他合适的结构，例如垂直延伸的槽和突起。槽或开口48还通过从中去除材料而减轻了护膝10的重量，并进一步对近端壳体14和远端壳体16的各部分赋予柔性。

在图1所示的优选实施例中，近端壳体14和远端壳体16整体上是基本柔性的，以允许壳体适应腿部50的外形和轮廓。具体地，尽管近端壳体14和远端壳体16应该如上所述具有一定程度的硬度或刚性以对腿部和膝关节提供支撑，但是它们的柔性也足以允许近端壳体14和远端壳体16在例如通过系带组件施加了适当的作用力之后适应腿部和膝关节的几何形状。

参照图1-3，如以下将要详细介绍的那样，护膝10的实施例中提供了舒适度以及用于附接系带的结构的附加特征是与近端壳体14和远端壳体16一体形成的第二离散材料区域。

如前所述，近端壳体14和远端壳体16包括离散的刚性、坚硬和/或坚固的区域46，该区域实际上沿近端壳体14和远端壳体16限定出中间部分，并且足够刚性和坚固以提供对护膝10和腿部的支撑，但是仍然允许近端壳体14和远端壳体16基本具有柔性以适应腿部和膝关节的几何形状。该区域46具有与这些特征相一致的第一硬度。鉴于框架的整体式结构，近端壳体的厚度可以合成到铰接部的厚度内，并且远端壳体的厚度也可以合成到铰接部的厚度内。

另外，离散的柔性和/或弹性区域44基本上围绕区域46并与之一体地形成。离散区域44形成为具有比区域46低的硬度。用这种方式，区域44实际上在较硬的区域46与使用者的腿部和膝关节之间提供了适应性的减压界面。由于区域44的硬度较低，因此区域44可以进一步在近端壳体14和远端壳体16与使用者的腿部之间提供额外的摩擦接合。

离散区域44与区域46的不同之处在于其优选地具有较软质地，并且区域46也比区域44更加坚固。更具体地，离散区域44的硬度低于离散区域46的硬度。两个离散区域44，46可以通过使用任何已知技术例如铸造或注塑成型技术一体地形成。

根据一个示例性实施例，区域46和区域44由具有不同硬度的材料形成。在该变型中，区域46和区域44是被一体地模制在一起的注塑成型的热塑性塑料。一种示例性材料组合包括BASF集团以ELASTOLLAN的名称销售的热塑性聚氨酯弹性体。

在制造该变型中的壳体14，16时，主框架12首先通过用第一模具形成而制造。第一材料例如ELASTOLLAN S60D53N被注入到模具内以导致壳体14，16的主要区域46的形成。模制的主框架12随后被转移到另一个较大的第二模具以成形壳体12，14的形状。主框架12被固定且居中设置在第二模具内。第二材料例如ELASTOLLAN

C60A10W被注入到第二模具内以接触主框架12并形成周围的离散区域44。由于第一和第二材料成分上的相似，因此区域44的第二材料会随着在第二模具内形成而与区域46的第一材料粘合。在该变型中，第一材料具有比第二材料高的硬度。

这种结构的一个显著的优点是壳体14，16的柔性却坚硬的区域46与围绕并与坚硬区域46交界的较软区域44的组合为护膝提供了充分舒适的特点。

该变型的另一个优点是壳体14，16和区域44可以被着以不同的颜色。这就在外观上造成了围绕壳体14，16的管线，从而提供了视觉上令人愉悦的外观。例如，用于形成壳体14，16的区域46的第一材料可以具有黑色颜料，而用于形成区域44的第二材料可以具有灰色颜料。

尽管关于该变型描述了相似的材料，但是应该注意的是也可以使用不相似的材料。例如，聚乙烯、聚氨酯以及其他的热塑性塑料均可用于形成壳体14，16的主区域46，并且适当的材料例如乙烯树脂、橡胶或热塑性弹性体均可用于形成区域44。用于形成壳体14，16的主区域46和区域44的其他方法可以在美国专利5,445,602和5,716,335中找到，通过引用将其并入本文。而且，软的柔性区域可以例如通过粘合剂以机械方式粘附至具有突出物、开口或凹槽部分的壳体，柔性区域可以被粘附在这些部分上并且不会与壳体的任何结构互锁。

还可以通过在壳体14、16和使用者腿部之间使用衬垫28、30来提供额外的舒适。这种衬垫可以是通风的，具有例如孔或通道，以使汗可以从使用者的皮肤蒸发。通风衬垫的示例性结构在2005年12月21日提交的、申请号为11/312,330并且在2006年6月22日公开、公开号为2006/0135900A1的美国专利申请中公开，通过引用将其并入本文。

为了给护膝10提供额外的支撑同时仍然允许膝关节必要的弯曲/伸展量以及内翻/外翻运动量，铰接部18被连续地形成在近端壳体14和远端壳体16之间。铰接部18以任何合适的方式例如通过注塑成型与壳体14，16一体地形成。铰接部18被形成为具有比壳体14，16高的硬度，以对膝关节提供大小适当的阻力和支撑。这可以通过对铰接部18使用与壳体14，16不同的材料用于和/或通过改变铰接部的几何形状来实现。

如图1-3中所示，铰接部18具有适应于膝关节几何形状的轮廓化覆盖部78。可替代地，覆盖部78可以代表至少一块板，所述至少一块板覆盖由框架形成并构成铰接部的部件。因此，铰接部可以延伸到前端/后端面和/或内侧-外侧面或与其平行的平面以外。可替代地，铰接部可以被设置用于限制沿内侧-外侧面的移动，并且只允许膝盖一定程度的伸展和弯曲。

参照图5，铰接部18具有沿其前端和后端面形成的波状轮廓88以及沿其外侧和内侧的相对侧通过侧部隔断90形成的波状轮廓。波状轮廓有助于铰接部的弯曲，以提供期望的膝关节的弯曲/伸展以及内翻/外翻运动。例如，由于铰接部的几何形状具有预定的有利于弯曲的弯曲度和有限的伸展度，因此铰接部可以被沿着弯曲方向略微偏置。但是，铰接部的几何形状被设置为使得铰接部只能沿弯曲方向弯曲到一定程度。

铰接部也可以限定出这样的波状轮廓：该波状轮廓通过沿外侧和内侧的相对侧形成的隔断90而限界，以在护膝被固定至腿部时有助于护膝的内翻/外翻旋转。或者可替代地，铰接部可以用在铰接部长度上延伸的长形肋进行加固以阻止腿部的外侧和内侧运动。

铰接部可以被形成和设置为容许或促进铰接部沿某些方向弯曲，或者限制沿某些方向的运动范围。例如，铰接部可以由于铰接部的几何形状具有预定的适合弯曲的弯曲度和有限的伸展度而被沿弯曲方向略微偏置。但是，铰接部的几何形状被设置为使得铰接部只能沿弯曲方向弯曲到一定程度。

现在转至设置用于将护膝10固定至使用者腿部和膝关节的装置，第一和第二系带组件包括第一系带20和第二系带22，第一系带20和第二系带22以提供广泛的通用性以适应于多种不同形状的腿部和膝关节的方式连接至近端壳体14和远端壳体16。系带20、22可以由任何合适的材料例如塑料形成，以便具有足够的柔性用于缠绕并且符合腿部和膝关节的几何形状。系带20、22可以用任何已知的合适的方式例如铸造或注塑成型的方式形成。系带20，22中的每一条都可以包括衬垫特征42例如泡沫或织物衬垫，其被固定在系带上用于增强对旋转的阻止和额外的舒适度。当然，衬垫特征42可以是任何合适的衬垫，例如前述类型的通风衬垫。

具体参照图1和图3，柔性和/或弹性区域44形成有分别从近端壳体14和远端壳体16伸出并且分别基本伸向远端壳体16和近端壳体14的近端框架区段21和远端框架区段23。另外，柔性和/或弹性区域44形成有从水平的弧形近端框架部分水平延伸的近端框架系带25以及从水平的弧形远端框架部分水平延伸的远端框架系带27。近端框架系带25和远端框架系带27中的每一条都可以包括衬垫特征40例如泡沫或织物衬垫，其被固定在系带上用于增强对旋转的阻止和额外的舒适度。当然，衬垫特征40可以是任何合适的衬垫，例如前述类型的通风衬垫。

近端框架区段21和远端框架区段23以及框架系带25，27以下述方式用作第一系带20和第二系带22的锚接点。

近端框架区段21和远端框架区段23限定有基本上沿整个框架区段的贯穿开口84、86。开口84、86被示出为平行的槽对，但是，任何合适的结构例如平行的单个长形槽或者例如圆形或椭圆形的孔均可使用。开口84、86可以提供框架区段的通风、减轻重量和/或增加柔性。

近端框架区段21和远端框架区段23进一步包括分别从其前侧表面伸出的锁定突起36，38。锁定突起36，38示出为垂直于相应的框架区段的纵向方向定向的大致矩形突起。当然，可以提供任何合适的形状或形式或配置的锁定突起，例如一对圆柱形的锁定突起，或椭圆形的锁定突起等。

近端框架系带25和远端框架系带27还限定有从中穿过的开口或槽67。同样，开口67被示出为平行的槽对，但是，任何合适的结构例如平行的单个长形槽或者例如圆形或椭圆形的孔均可使用。

类似于近端框架区段21和远端框架区段23以及近端框架系带25和远端框架系带27，系带20，22基本上沿系带的整个长度限定有设置为多行的一系列开口92。如前所述，开口92被示出为平行的行或槽对，但是，任何合适的结构例如平行的单个长形槽或者例如圆形或椭圆形的孔均可使用。

为了分别在第一系带和第二系带22以及近端壳体14和远端壳体16之间提供选择性的可定位连接，第一和第二系带组件还可以包括能够被利用的第一系带连接器24和第二系带连接器26。第一系带连接器24和第二系带连接器26限定有位于或靠近其第一端的槽或开口80，82，并且进一步限定有从后侧表面伸出并且位于或靠近与第一端相对的第二端的突起54。

如图4中所示，突起54包括两组矩形突起对，其被成形和设置成与在系带20、22中限定出的任何一对槽或开口94可释放地摩擦接合和互锁。用这种方式，第一系带连接器24和第二系带连接器26可以沿着系带20、22的长度选择性地定位，从而有效地调节其长度。由于如前所述开口94可以具有任何合适的或期望的形状，因此可以认识到突起54可以具有与开口94对应的任何合适或期望的形状，以便与其摩擦互锁。

在系带连接器24、26的相对端，槽或开口80、82被成形和设置成可释放地摩擦配合在第一框架区段21和第二框架区段23的突起36、38上。同样，应该认识到任何合适的对应形状均可被用于开口80，82和突起36、38。因此，系带连接器24、26选择性地以可定位的方式将第一系带20和第二系带22连接至近端壳体14和远端壳体16。

系带连接器24、26形成为基本上无弹性以使得在将第一系带20和第二系带22连接至近端壳体14和远端壳体16时，只产生很少的或者没有伸展，而伸展可能会导致护膝在腿上的安装较不牢固。

系带组件还可以包括固定至第一系带20和第二系带22端部的近端和远端带扣组件32、34，该端部与连接系带连接器24、26的端部相对。带扣组件32、34限定低轮廓的带扣组件，其将系带20、22相对于壳体14、16锁定在位并以类似于美国专利7,198,610中描述的方式起作用。每一个带扣组件32、34均包括第一带扣凸缘69，其与经由系带连接器24、26连接的端部相对的系带端部一体地形成或固定至此。

第一带扣凸缘69中的每一个都沿其前侧表面包括位于带扣凸缘69的第一端处或附近的突起70、76。突起70、76为矩形，但是也可以采用任何合适的形状或形式。突起70、76和带扣凸缘69被设置成与形成在相应的近端壳体14和远端壳体16上的安装槽94、58和保持元件56、60可释放地摩擦接合。保持元件56，60形成为沿相应的近端壳体14和远端壳体16的近端和远端内侧部分的凹部。所述凹部通常被成形为将带扣组件32、34容纳在其中，以提供低轮廓的护膝并降低带扣挂到衣服或其他外界物体上的风险。

安装槽94、58被成形为与带扣凸缘69的突起70、76可释放地摩擦接合。如前所述，安装槽94、58的形状可以是与突起70、76的形状相对应的任何合适的形状。

回到带扣组件32、34，带扣组件32、34类似地构造并在图2-5中示出，第二带扣凸缘72以可枢转的方式连接至与第一带扣凸缘69的第一端相对的第二端。第二带扣凸缘72还在第一端和第二端之间限定出被成形和设置成在其中容纳第三带扣部分74的凹部。第三带扣部分74在第一端以可枢转的方式连接至第二带扣凸缘72的一端，第二带扣凸缘72的这一端与第二带扣凸缘72和第一带扣凸缘之间的枢转连接相对。

第三带扣凸缘72在第二端被固定或连接至近端柔性伸展构件62和远端柔性伸展构件64各自的第一端。柔性伸展构件62，64与带扣组件32，34协作，以选择性地将护膝10锁定和固定至使用者的腿部和膝关节，这将在下面详细描述。

柔性伸展构件62、64分别在其与第一端相对的第二端或附近包括突起构件对66、68。突起构件66、68沿其后端表面形成并以与上述突起54相同的方式设置。类似于突起54，突起构件66、68被设置成与近端和远端框架系带25、27内限定出的选择性开口对67可释放地摩擦接合并互锁。同样应该认识到任何合适的用于开口67和突起构件66、68的对应形状或结构均可使用。用这种方式，对应的带扣组件和柔性伸展构件的有效长度可以根据需要增大或者减小。

应该注意到带扣组件32、34和柔性伸展构件62、64以及系带20、22的部件可以全部被整体地注塑成型在一起作为整体式部件或单元。可替代地，各个部件也可以被分开注塑成型并利用常规的用于枢转连接的枢转销进行连接。

在使用时，使用者可以将护膝10放在腿上并使近端壳体14接合大腿以及远端壳体16接合胫部和小腿。系带20、22可以通过第一和第二系带连接器24、26以及第一和第二柔性伸展构件62、64连接至近端壳体14和远端壳体16。系带20、22与近端和远端壳体14、16在第一和第二框架区段21、23以及近端和远端框架系带25、27处的连接可以被调节，以便提供必要大小的作用力以对膝关节的侧部卸除负荷。

一旦系带20、22已经被连接至近端和远端壳体14、16，近端和远端带扣组件32、34并且特别是第一带扣凸缘69和突起70、76即可与形成在相应的近端和远端壳体14、16上的安装槽94、58以及保持元件56、60相接合。柔性伸展构件62、64弯曲以允许系带20、22和带扣组件32、34围绕腿的后部。

一旦完成上述操作，系带20，22就与近端和远端壳体14，16一起基本上形成圆周形状，从而围绕大腿/腿后腱和胫部/小腿的前部和后部。为了将护膝10固定在位，带扣组件32，34被从脱离位置移动到接合位置。

如图2中所示，带扣组件32，34处于脱离位置。第二带扣凸缘72用作杠杆臂，可以被操作成与第一带扣凸缘69基本齐平地接合或脱离接合，以便用本领域技术人员熟知的方式接合或脱离带扣组件32，34。

如图所示，带扣组件32，34包括弯曲的轮廓以使它们适合护膝穿戴者的腿部。这就形成了一种更为流线型的带扣组件并进一步防止带扣组件挂到衣服上或者成为对护膝穿戴者的妨碍。

应该认识到可对带扣组件32，34设置弹性的可释放锁定结构，以防止带扣组件的意外脱离。这样的可释放锁定结构在美国专利7,198,610中进行了详细介绍。

在系带的一种变型中，如图6所示，长形的系带100形成有至少两个离散区域，所述至少两个离散区域无间断地连续形成。第一区域102用第一聚合物材料形成，并基本限定出系带100的纵向芯部。第二区域104形成第一区域的外缘部分，并且由刚性比用于形成第一区域102的聚合物材料低的聚合物材料形成。尽管第二区域优选地被注塑成型在第一区域的外围并与第一区域互锁或粘合至第一区域，但是其他合适的方式也可以被用于将系带的第二区域固定至第一区域。

第一区域可以根据可穿戴设备的用途被设置为基本上无弹性，或者可替代地是弹性的。外缘部分优选地被形成为用于设备穿戴者的柔软的减压特征。

系带100可以形成有多个开口106，开口106具有一体形成的扣眼或加强环108，扣眼或加强环108由比系带100的第一聚合物材料更硬或者可替代地刚性较低的材料(例如聚合物材料)形成。环208的属性可以适用于特定用途，以使得如果第一区域自身可能会随着开口与对应的钩或其他连接元件接合的重复使用而撕裂，那么可以形成比第一区域硬的环，或者在替代方式中可以使用柔软或柔性的环以通过将连接元件保持在开口内来确保更好地与钩或其他连接元件锁定。

在第一区域102上可以一体地形成有多个突起110，突起110被设置成与开口106或形成在护膝框架上的开口接合。这些突起110可以由第一聚合物材料形成，或者可替代地由另一种聚合物材料形成，并与第一区域102连续且一体地形成。其他手段可以被提供用于将突起形成、连接或粘附至系带100，例如紧固件、粘合剂或其他合适的手段。

根据设备的另一个实施例，设备由第一和第二框架组件形成，第一和第二框架组件一起形成铰接部。在观察图1-5中示出的设备10时，铰接部18可以通过将分别属于第一和第二框架组件14，16的第一和第二连接部分以及与铰接部18组合安装的覆盖部78组合起来而形成。

转至图7，铰接部的一个实施例被作为铰接部200示出，其可以适用于图1-5中的实施例。铰接部200包含具有第一端的第一连接部分202，该第一端与近端框架部分(未示出)之间无间断地一体形成。第一连接部分202包括长形的中间部分206以及沿中间部分206外围的至少一部分延伸的外缘部分208。铰接部200还包括第二连接部分204，第二连接部分204与远端框架部分(未示出)之间无间断地一体形成，并且同样包括长形的中间部分210以及沿中间部分210外围的至少一部分延伸的柔性外缘部分212。

在第一和第二连接部分中，均利用比形成中间部分的材料的刚性低的聚合物材料来形成外缘部分，由此形成对铰接部的减压部分。应该注意到中间部分可以由聚合物材料、纤维增强材料或任何其他合适的材料形成一个与外缘部分以及对应的近端和远端框架部分无间断的连续结构。

第一和第二连接部分202，204的第二端部214，216均限定有具有基本圆形的齿轮部分218，220的头部。第二端部214，216围绕覆盖部228的枢转点230，232可枢转地安装以使齿轮部分218，220彼此啮合。

每一个第二端部214，216都设有第一止挡结构224，234。第一止挡结构224，234位于铰接部200的前侧或前向侧并且被设置成与形成在覆盖部228上的止挡面226相结合以限制铰接部260沿铰接部的前方或向前方向旋转。第二止挡结构236形成在铰接部的基本后侧或后向侧，并且被设置用于限制铰接部沿后方或向后方向旋转。

可以沿齿轮部分218，220旋转时止挡结构的路径在覆盖部228中形成孔230，232。这些孔适于容纳螺钉或销。螺钉或销可以被设置用于阻挡或接合第一和第二止挡结构中的一个，以进一步限制铰接部的旋转。

可以沿第一和第二中间部分206，210设置加强肋237以在铰接部200向外侧和内侧的移动中加固第一和第二连接部分202，204。可替代地，肋237可以用具有类似轮廓的开口代替，以减轻重量并增强第一和第二连接部分的柔性。

图8示出了铰接部240的另一实施例。在该实施例中，第一连接部分241包括具有外缘部分244的长形中间部分242，以及具有基本为圆形的头部245的端部。第二连接部分243包括具有外缘部分248的长形中间部分246，以及具有基本为圆形的头部247的端部。第一和第二连接部分241，243的中间部分242，246以及外缘部分244，248可以与图7中的实施例类似地形成。第一和第二连接部分241，243在其头部245，247枢转连接，以使第一和第二连接部分241，243被各自彼此连接。覆盖板252可以被用来覆盖圆形的头部245，247。

鉴于以上说明，介绍了提供运动控制的可穿戴设备的示例性实施例。这种设备可以通过注塑成型和外模成型技术基本上以单个整体式框架组件或者多个整体式框架组件形成。另外，本文中介绍的框架组件可以与不是以整体形式提供的其他框架组件或部件相结合。设备的其他部件，包括系带和带扣组件，也可以注塑成型，或者与框架组件一体地形成，或者与框架组件分开地形成。

由于本文中提供和介绍的解决方案及其所有的等同设置，设备可以相对较低的成本以现成的方式或直接在店面提供给大批的普通人，而与众多不同使用者的腿部和膝盖的不同几何形状无关。

C.结论

尽管以上介绍的可穿戴设备的具体实施例使用的全部或者基本上全部都是注塑成型的部件，但是本文中介绍的护膝的部件可以用本领域技术人员能够想到的任何合适的方式来形成，例如铸造、机加工、立体印刷或任何其他合适的工艺。

公开的可穿戴设备实施例提供了一种改进的护膝，其重量轻、成本低并且具有比一般的护膝低的轮廓。

应该理解设备及其部件的尺寸可以进行调节，以使更大数量的具有不同尺寸的关节和身体部分的不同使用者均可从本设计中获益。

还应理解各种互锁突起和开口的位置均可从图示的位置进行变化，以使开口和互锁突起的位置可以与图示的位置互换。

当然，应该理解根据本发明的任何特定实施例可能并不一定能够实现所有的目的和优点。因此，例如本领域普通技术人员应该认识到本发明可以通过实现或优化了本文所教导的一个或一组优点的方式来实施或实现，而并不是一定要实现本文所教导或建议的其他目的或优点。

本领域技术人员应该认识到所公开的各种特征的可互换性。除了本文中介绍的各种变型之外，其他的用于每一特征的已知等同形式均可由本领域普通技术人员进行混合和匹配以根据本发明的原理来构建护膝。

尽管在某些示例性实施例和示例的内容中公开了本发明，但是本领域普通技术人员还是应该理解，本发明可以超出具体公开的实施例而扩展至其他的替代性实施例和/或发明用途及其明显的改动和等同形式。因此，应该理解本文中公开的本发明的保护范围不应由所公开的上述特定实施例限制。

Claims (15)

1.一种可穿戴设备(10)，包括：

由至少第一聚合物材料和第二聚合物材料一体形成的整体式第一框架组件(14)，由所述第一聚合物材料形成第一框架部分(44)，所述第一框架部分(44)围绕由所述第二聚合物材料形成的第二框架部分(46)的至少一部分延伸，所述第一框架组件(14)形成柔性的第一壳体和悬挂于所述第一壳体的第一连接部分(202)，所述第二框架部分(46)形成所述第一壳体的一部分并且无间断地连续延伸至所述第一连接部分(202)；以及

第二框架组件(16)，其具有连接至所述第一连接部分(202)的第二连接部分(204)；

其中所述第二聚合物材料具有比所述第一聚合物材料高的刚性；

其中，由对应的所述第一聚合物材料和所述第二聚合物材料形成的所述第一框架部分(44)和所述第二框架部分(46)是注塑成型的热塑性塑料、并且彼此一体地模制成使得所述第一框架部分(44)粘合至所述第二框架部分(46)的外缘。

2.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一连接部分(202)和第二连接部分(204)无间断地彼此连续形成，并且限定出铰接部(18)，所述铰接部(18)所包括的几何形状提供比所述第一框架组件(14)和第二框架组件(16)中的至少一个高的强度和硬度，并允许所述第一框架组件(14)相对于所述第二框架组件(16)沿第一方向平移。

3.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一连接部分(202)相对于所述第二连接部分(204)偏置，以便于所述第一连接部分(202)相对于所述第二连接部分(204)沿所述第一方向弯曲。

4.如权利要求2所述的可穿戴设备(10)，其中所述铰接部的几何形状被设置为使其纵向长度通常变硬，以阻止所述第一框架组件(14)相对于所述第二框架组件(16)沿基本垂直于所述第一方向的第二方向移动。

5.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一连接部分(202)和第二连接部分(204)以枢转的方式彼此连接，从而形成铰接部(18)。

6.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一连接部分(202)和第二连接部分(204)均具有形成弧形齿(218)组的端部，所述第一连接部分(202)和第二连接部分(204)的齿(218)彼此啮合并允许所述第一框架组件(14)相对于所述第二框架组件(16)旋转。

7.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一框架组件(14)具有设置为形成多种曲线轮廓的柔性弧形几何形状。

8.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，进一步包括由至少两种不同的聚合物材料形成的第一系带(100)，所述聚合物材料各具有不同的刚性属性，所述第一系带(100)固定至所述第一框架组件(14)并且能够选择性地定位在所述第二框架组件(16)上的预定位置处。

9.如权利要求8所述的可穿戴设备(10)，其中第一聚合物材料形成所述第一系带(100)的纵向芯部(102)，第二聚合物材料形成围绕所述纵向芯部(102)的至少一部分的外缘部分(104)，所述第一聚合物材料具有比所述第二聚合物材料高的刚性。

10.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一框架组件(14)形成有长形的系带区段(21)，所述长形的系带区段(21)柔性地悬挂于所述第一框架组件(14)并限定有至少一个锁定突起(36)；

所述可穿戴设备(10)进一步包括无弹性的系带连接器(24)，所述系带连接器(24)具有第一端和第二端，所述第一端形成第一开口(80)，所述第二端形成突起(54)，所述第一开口(80)被设置为与所述锁定突起(36)接合以与所述第一框架组件(14)固定在一起；以及

基于聚合物材料的第一系带(22)，所述第一系带(22)具有第一端和第二端，所述第一端形成有设置为容纳所述系带连接器(24)的所述突起(54)的开口，所述第二端固定至所述第一框架组件(14)和第二框架组件(16)中的至少一个。

11.如权利要求10所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一系带(22)的所述第二端限定有一体形成的带扣(32，34)，所述带扣(32，34)适于与所述第一框架组件(14)和第二框架组件(16)接合。

12.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述第一框架组件(14)和第一连接部分(202)由不同的聚合物材料形成，所述第一框架组件(14)的聚合物材料的一部分与位于所述第一连接部分(202)的第一端部的聚合物材料至少部分地混合。

13.如权利要求1所述的可穿戴设备(10)，其中所述设备设置为固定于穿戴者的腿部以使所述第一框架组件(14)对应于腿部的股骨部分，所述第一连接部分(202)和第二连接部分(204)形成对应于腿部的膝盖部分的铰接部(18)的至少一部分，并且所述第二框架组件(16)对应于腿部的胫骨部分，所述第一框架组件(14)和第二框架组件(16)被设置为分别绕腿部的大腿部分和小腿部分弯曲。

14.如权利要求13所述的可穿戴设备(10)，其中所述铰接部(18)设置为允许膝盖的伸展和弯曲，同时限制膝盖沿伸展方向和弯曲方向的运动范围。

15.如权利要求13所述的可穿戴设备(10)，其中所述铰接部(18)设置为基本限制膝盖沿外侧方向和内侧方向的运动，同时允许膝盖沿伸展方向和弯曲方向的运动。

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