CN102871782A - 一种柔性动力膝下假肢 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：它包括一假肢脚板和一小腿假肢；所述假肢脚板包括一采用碳纤维板制作而成的上脚板和一脚跟弹片，所述脚跟弹片的前部连接在所述上脚板中部底面，所述脚跟弹片的后部与所述上脚板之间留有弹性活动空间，所述上脚板的顶面设置有一支座；所述小腿假肢包括模拟人体小腿形状制作的一壳体，所述壳体内固定设置一电机，所述电机的输出端连接一丝杠，所述丝杠通过螺纹连接一螺套，所述螺套底端穿出所述壳体连接在所述上脚板顶面，所述螺套前方的壳体底部设置有一支柱，所述支柱的底端铰接在所述上脚板的支座上。本发明质量轻、柔性好，且踝关节设计巧妙，它可以广泛适用于各种截肢患者。

Description

一种柔性动力膝下假肢
技术领域
本发明涉及一种膝下假肢，特别是关于一种基于复合材料实现的柔性动力膝下假肢。
背景技术
目前使用的膝下假肢主要分为被动式假肢和主动式假肢，被动式假肢的踝关节采用单轴踝或者万向踝关节等，其存在的问题是步行速度不能自然、随意地跟随截肢者步行速度的变化而变化，患者经常被迫通过身体前倾来弥补推进能力的不足，使截肢者更容易感觉疲劳；主动式假肢由电机驱动，能为身体前进提供足够的能量，从而实现人体自然步态，但是目前的主动式假肢关于踝关节假肢设计相对比较简单，不能很好的满足使用者的需求。
另外，目前膝下假肢使用的假肢脚板多为木质或塑料的，受本身材质的限制，假肢脚板的前脚掌与脚跟比较僵硬，不能符合自然步态的变形要求，影响使用者行走能力，不能满足患者对假肢产品仿生功能的需求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种脚板质量轻、柔性好，且踝关节能够满足截肢者自然步态需求的柔性动力膝下假肢。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：它包括一假肢脚板和一小腿假肢；所述假肢脚板包括采用碳纤维板制作而成的一上脚板和一脚跟弹片，所述脚跟弹片的前部连接在所述上脚板中部底面，所述脚跟弹片的后部与所述上脚板之间留有弹性活动空间，所述上脚板的顶面设置有一支座；所述小腿假肢包括模拟人体小腿形状制作的一壳体，所述壳体内固定设置一电机，所述电机的输出端连接一丝杠，所述丝杠通过螺纹连接一螺套，所述螺套底端穿出所述壳体连接在所述上脚板顶面，所述螺套前方的壳体底部设置有一支柱，所述支柱的底端铰接在所述上脚板的支座上。
所述螺套的底部与所述上脚板之间设置有另一支座，该支座固定在所述上脚板顶面，且与所述螺套的底部铰接。
制作所述脚板的碳纤维板采用碳纤维布经铺层设计制作而成，所述碳纤维板的相邻层碳纤维布中的碳纤维设置有交错的铺层角。
所述假肢脚板外面包覆有一脚套，所述脚套的材质采用聚氨酯材料。
所述脚跟弹片与所述上脚板的连接方式采用粘接剂粘接、螺栓连接和铆钉连接中的一种。
所述上脚板耐磨层采用聚氨酯材料，且采用粘贴和喷涂中的一种方式连接在所述上脚板前部和所述脚跟弹片的下表面。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了一与人体脚板形状相应的假肢脚板，在假肢脚板的顶面通过一支柱和一螺套连接一小腿假肢，支柱的顶端固定在小腿假肢上，底端铰接在假肢脚板上，螺套的上部伸入小腿假肢内，且通过螺纹连接一电机带动的丝杠，螺套的底端连接假肢脚板后端，因此通过电机驱动丝杠正向或反向旋转，可以带动螺套上、下运动，进而带动假肢脚板绕着支柱下端的铰接节点摆动，满足了使用者对膝下假肢踝关节功能的需求，使截肢者行走时能够保持人体自然步态。2、本发明由于假肢脚板采用碳纤维布经铺层设计方式制作的碳纤维板，而碳纤维板是采用碳纤维布经铺层设计而成的，且碳纤维板中各相邻的碳纤维布层中的碳纤维呈交错的角度铺设，因此不但使本发明质量较轻，而且使得假肢脚板上的各处都能够在不同的方向上进行一定的弯曲，实现了本发明假肢脚板的变柔性功能，满足了人体运动时脚板各部位的变形需求。3、本发明的假肢脚板由于设置了一上脚板和一连接在脚板底面中部的脚跟弹片，且在脚跟弹片与上脚板之间设置了弹性活动空间，因此脚跟弹片与上脚板配合就能够实现脚跟部位的弹性，不但能够在使用者行走时起到非常好的储能和减震的作用，而且不需要在脚跟部位连接弹性垫，避免了在脚跟部位设置过多的部件。4、本发明由于在上脚板前部和脚跟弹片的下表面设置了耐磨层，因此可以有效的防止上脚板和脚跟弹片被磨损，从而延长了使用寿命。5、本发明由于在假肢脚板外面包覆了一与人脚形状相应的脚套，且脚套的更换和清洁也非常方便，因此，本发明能够避免上脚板前部和脚跟弹片直接接触地面而造成的磨损，从而进一步延长了假肢脚板的使用寿命。本发明质量轻、柔性好，且踝关节设计巧妙，它可以广泛应用于各种膝下假肢的生产过程中。
附图说明
图1是本发明结构示意图
图2是本发明的假肢脚板的俯视示意图
图3是本发明假肢脚板的内部铺层示意图
图4是本发明的另一实施例结构示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
实施例1：
如图1、图2所示，本发明包括一假肢脚板1和一小腿假肢2，还可以包括一包覆在假肢脚板1外面的脚套3。
本发明的假肢脚板1包括一上脚板11和一脚跟弹片12，脚跟弹片12的前部固定连接在上脚板11底面的中部，脚跟弹片12的后部与上脚板11之间留有弹性活动空间，上脚板21后部的顶面设置有一支座13。
如图3所示，脚板11和脚跟弹片12均采用碳纤维板制作而成，碳纤维板采用碳纤维布经现有技术的铺层设计方式制作而成，碳纤维板的各截面厚度均一，且表面平整。但是，本发明的碳纤维板中各相邻的碳纤维布层中的碳纤维需要呈交错的角度铺设，即铺层角各不相同，比如第一层的铺层角α=68°，第二层的铺层角β=24°，第三层的铺层角γ=168°。这样使得上脚板11和脚跟弹片12上的各处都能在不同的方向上进行一定的弯曲。
如图1所示，本发明的小腿假肢2包括模拟人体小腿形状制作的一壳体21，壳体21内设置有一支架22，支架22上固定安装有一电机23，电机23的输出端通过一联轴器24连接一丝杠25，丝杠25下部通过螺纹连接一螺套26，螺套26的底端穿出壳体21固定连接在上脚板11顶部；螺套26前方的壳体21底部设置有一支柱27，支柱27可以是固定连接在壳体21底部，也可以与壳体21一体成型。支柱27底部铰接在上脚板11顶部的支座13上。
实施例2：
如图4所示，本实施例与实施例1基本相同，其与实施例1不同之处在于：在上脚板11的顶部不但设置有一支座13，在支座13的后方还设置有另一支座14。当螺套26的底端穿出壳体21时，不是固定连接在上脚板11顶部，而是铰接在支座14上。这样可以使假肢脚板1与小腿假肢2之间的运动更加灵活。
上述两实施例中，如图2所示，可以在假肢脚板1的外面设置一与人脚形状相应脚套3，脚套3可以采用聚氨酯材料制作而成，具有耐腐蚀、耐磨损以及电绝缘等性能。
上述各实施例中，电机23具有独立的供电设备，电机23的输出轴可以进行正向或反向旋转。
上述各实施例中，脚板11的下表面设置有耐磨层15，耐磨层15可以采用聚氨酯材料，通过粘贴或喷涂的方式连接在脚板11的下表面。
上述各实施例中，螺套26和支柱27与相应的支座13、14之间可以采用轴承连接和销钉连接中的一种连接方式。
上述各实施例中，本发明还可以根据人体行走时对假肢脚板1脚跟部位弹性和柔性的需求进行铺层角的设计，使得螺套26与支柱27之间的上脚板11的弹性和柔性更好，从而不需要额外增加弹性部件就能够满足截肢者对脚跟部位弹性和柔性的需求。
上述各实施例中，电机23通过丝杠25带动螺套26上、下运动的驱动机构，也可以采用其它结构形式替换，比如电机23的输出轴上连接一蜗轮，蜗轮与一蜗杆啮合，蜗杆的下端通过螺纹连接螺套26；又比如电机23的输出轴上连接一齿轮，齿轮与另一齿轮啮合，该齿轮的输出轴下部通过螺纹连接螺套26；再比如电机23的输出轴上连接一导向轮，导向轮偏心连接一弹性连杆，弹性连杆的另一端通过另一弹性连杆连接螺套26。
截肢者穿着本发明运动时，包括以下几种状态：
1）当脚跟受力下压时，电机23驱动丝杠25正向旋转，丝杠25通过螺纹带动螺套26向下运动，螺套26向下按压上脚板11的后端，使上脚板11后端向下弯曲，从而储存能量。
2）当脚跟抬起时，上脚板11的后端释放其储存的能量，使上脚板11能够轻松复位，同时电机23带动丝杆25反向旋转，带动滑块26复位。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：它包括一假肢脚板和一小腿假肢；
所述假肢脚板包括采用碳纤维板制作而成的一上脚板和一脚跟弹片，所述脚跟弹片的前部连接在所述上脚板中部底面，所述脚跟弹片的后部与所述上脚板之间留有弹性活动空间，所述上脚板的顶面设置有一支座；
所述小腿假肢包括模拟人体小腿形状制作的一壳体，所述壳体内固定设置一电机，所述电机的输出端连接一丝杠，所述丝杠通过螺纹连接一螺套，所述螺套底端穿出所述壳体连接在所述上脚板顶面，所述螺套前方的壳体底部设置有一支柱，所述支柱的底端铰接在所述上脚板的支座上。
2.如权利要求1所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述螺套的底部与所述上脚板之间设置有另一支座，该支座固定在所述上脚板顶面，且与所述螺套的底部铰接。
3.如权利要求1所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：制作所述脚板的碳纤维板采用碳纤维布经铺层设计制作而成，所述碳纤维板的相邻层碳纤维布中的碳纤维设置有交错的铺层角。
4.如权利要求2所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：制作所述脚板的碳纤维板采用碳纤维布经铺层设计制作而成，所述碳纤维板的相邻层碳纤维布中的碳纤维设置交错的铺层角。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述假肢脚板外面包覆有一脚套，所述脚套的材质采用聚氨酯材料。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述脚跟弹片与所述上脚板的连接方式采用粘接剂粘接、螺栓连接和铆钉连接中的一种。
7.如权利要求5所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述脚跟弹片与所述上脚板的连接方式采用粘接剂粘接、螺栓连接和铆钉连接中的一种。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述上脚板耐磨层采用聚氨酯材料，且采用粘贴和喷涂中的一种方式连接在所述上脚板和所述脚跟弹片的下表面。
9.如权利要求5所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述上脚板耐磨层采用聚氨酯材料，且采用粘贴和喷涂中的一种方式连接在所述上脚板和所述脚跟弹片的下表面。
10.如权利要求6所述的一种柔性动力膝下假肢，其特征在于：所述上脚板耐磨层采用聚氨酯材料，且采用粘贴和喷涂中的一种方式连接在所述上脚板和所述脚跟弹片的下表面。
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