CN102247229A

CN102247229A - 主被动假肢膝关节

Info

Publication number: CN102247229A
Application number: CN2011100876182A
Authority: CN
Inventors: 路敦民; 陶燚; 高道祥; 田野; 李琼砚; 钱桦
Original assignee: Beijing Forestry University
Current assignee: Beijing Forestry University
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2011-11-23

Abstract

本发明提出了一种主被动假肢膝关节机构，它由主动驱动机构、被动约束机构、膝关节轴、超越离合器等组成。主动驱动机构由直流伺服电机、减速器、齿轮组成。被动约束机构由直流伺服电机、锥齿轮轴构成。膝关节轴安装在由左侧板、右侧板、顶板构成的U形块上。膝关节轴上带有锥齿轮，一个单向超越离合器的星轮和该轴通过键连接固连，该离合器的外环和一个圆柱齿轮通过键固连。主动驱动机构和被动约束机构通过这两个圆柱齿轮的啮合建立关系，相当于一个驱动离合器的星轮，另一个驱动离合器的外环。假肢穿戴者在行走过程中，在假肢控制系统的控制与协调下，主动驱动机构起主动驱动作用，被动约束机构起被动约束作用。

Description

主被动假肢膝关节

(一)技术领域

本发明涉及假肢与矫形器技术领域，具体为一种主被动假肢膝关节。

(二)背景技术

疾病、工伤、交通事故及意外伤害等造成大量的下肢截肢者，这些截肢者由于失去行走功能，对他们的工作、生活造成很多不便。乘坐轮椅和使用拐杖是补偿他们步行能力缺陷的两种方法。轮椅的占地面积比较大，上下楼梯等也比较困难。使用拐杖同样不便于上下楼梯等运动，同时行走时需要手来配合，占用了手的功能。另外，这两种方法在装饰性方面也存在不足。因此，对于满足安装假肢条件的下肢截肢者，通常会选择安装假肢来代偿其行走功能。假肢在功能性、安全性、装饰性和舒适性等几个方面具有优势。目前的下肢假肢主要分为主动方式和被动方式两类，两类方式均存在各自的缺点和不足。

(三)发明内容

本发明的目的是公开一种可工作于主动方式和被动方式的假肢膝关节，其可以作为主被动下肢假肢的核心部件。

本发明所提出的主被动假肢膝关节机构组成和原理如下：

它由主动驱动机构、被动约束机构、膝关节轴、超越离合器及其它辅助构件组成。主动驱动机构由直流伺服电机、减速器、齿轮组成。被动约束机构由直流伺服电机、锥齿轮轴构成。膝关节安装在由左侧板、右侧板、顶板构成的U形块上，该种结构便于拆装。膝关节轴两端利用轴承和左、右侧板实现运动配合。膝关节轴上带有锥齿轮，一个单向超越离合器的星轮和该轴通过键连接固连，该离合器的外环和一个圆柱齿轮通过键固连。主动驱动机构和被动约束机构通过这两个圆柱齿轮的啮合建立关系，相当于一个驱动离合器的星轮，另一个驱动离合器的外环。假肢穿戴者在行走过程中，由于单向超越离合器的单向超越原理，主动驱动机构起主动驱动作用，例如，小腿抬起时克服小腿重力，被动约束机构起被动约束作用，例如小腿放下时。

本发明还有其它一些特征：

1.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是由两套直流伺服电机组成。

2.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是由单向超越离合器实现主动驱动和被动约束的切换。

3.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是直流伺服电机通过减速器和齿轮传动后和单向超越离合器外环相固连，另一个直流伺服电机通过锥齿轮传动后和单向超越离合器星轮相连。

4.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是膝关节安装在由左侧板、右侧板、顶板构成的U形块上。

该发明中的主动驱动和被动约束方式的切换，依据于假肢穿戴者行走过程中腿部的抬起、下落、支撑情况而定。

(四)附图说明

图1是本发明主被动假肢膝关节的正面视图。

图2是本发明主被动假肢膝关节的背面视图。

图3是本发明主被动假肢膝关节的直流伺服电机9和膝关节轴10的传动原理图。

图4是本发明主被动假肢膝关节的膝关节轴10和直流伺服电机14的传动原理图。

(五)具体实施方式

结合图1-4，对本发明的具体实施方式作进一步描述。

结合图1-4，本发明实施例是由主动驱动机构、被动约束机构、膝关节轴、超越离合器及其它辅助构件组成。附图中，1，2，5，6，13框架类零件的材料采用轻质铝合金。主动驱动机构由直流伺服电机9、减速器8、齿轮7组成。被动约束机构由直流伺服电机14以及和该电机输出轴固连的锥齿轮轴12组成。膝关节轴10安装在由左侧板5、右侧板13、顶板6连接构成的U形块上。膝关节轴两端利用轴承11和左侧板5、右侧板13实现运动配合。膝关节轴10上带有锥齿轮，该锥齿轮和锥齿轮轴12上的锥齿轮配合。单向超越离合器3的星轮和膝关节轴通过键连接固连，离合器3的外环和圆柱齿轮4通过键固连。主动驱动机构和被动约束机构通过圆柱齿轮4和圆柱齿轮7的啮合建立关系。相当于一个驱动离合器3的星轮，另一个驱动离合器3的外环。

假肢穿戴者在行走过程中，由于单向超越离合器的单向超越原理，主动驱动机构起主动驱动作用，例如，小腿抬起时克服小腿重力，被动约束机构起被动约束作用，例如小腿放下时。主动驱动和被动约束方式的切换，依据于假肢穿戴者行走过程中腿部的抬起、下落、支撑情况而定。

由以上实施例可以看出，本发明的实施例通过两个直流伺服电机、单向超越离合器实现对假肢膝关节的主动驱动作用和被动约束作用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于不脱离本发明技术原理的前提下，做出的改进和变型，亦属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种主被动假肢膝关节机构。其特征是：由主动驱动机构、被动约束机构、膝关节轴、超越离合器及其它辅助构件组成。主动驱动机构由直流伺服电机、减速器、齿轮组成。被动约束机构由直流伺服电机、锥齿轮轴构成。膝关节安装在由左侧板、右侧板、顶板构成的U形块上，该种结构便于拆装。膝关节轴两端利用轴承和左、右侧板实现配合。膝关节轴上带有锥齿轮，一个单向超越离合器的星轮和该轴通过键连接固连，该离合器的外环和一个圆柱齿轮通过键固连。主动驱动机构和被动约束机构通过这两个圆柱齿轮的啮合建立关系，相当于一个驱动离合器的星轮，另一个驱动离合器的外环。假肢穿戴者在行走过程中，由于单向超越离合器的单向超越原理，主动驱动机构起主动驱动作用，例如，小腿抬起时克服小腿重力，被动约束机构起被动约束作用，例如小腿放下时。

2.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是由两套直流伺服电机组成。

3.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是由单向超越离合器实现主动驱动和被动约束的切换。

4.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是直流伺服电机通过减速器和齿轮传动后和单向超越离合器外环相固连，另一个直流伺服电机通过传动后和单向超越离合器星轮相连。

5.根据权利要求1所述的主被动假肢膝关节机构，其特征是膝关节安装在由左侧板、右侧板、顶板构成的U形块上。