CN104665963A - 仿生膝关节 - Google Patents
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Abstract
一种仿生膝关节，用于连接在大腿假肢与小腿假肢之间，包括用于与大腿假肢相连的股骨连接件，用于与小腿假肢相连的胫骨连接件，在股骨连接件与胫骨连接件之间设有股骨髁定位块、一对股骨髁、胫骨平台支架安装座、两个胫骨平台支架、胫骨髁固定平台、阻尼器安装座、气缸阻尼器、一对胫骨髁、关节运动导引块、导引杆和一对韧带模型。本发明通过对膝关节结构的简化和通过分析膝关节运动学特性建立的导引机构，实现了膝关节的功能并具有柔韧、灵活、稳定及轻巧的特点。
Description
技术领域
本发明涉及仿生装置，特别涉及一种仿生膝关节。
背景技术
当今社会，由于各种原因丧失了人类最基本的功能之一——直立行走的群体已不断增多，无疑给他们的生活带来了极大的不便。然而，人工腿(假肢)的问世从心灵上解决了他们的痛楚。随着科技的发展，人工腿的结构和功能也得到了进一步的完善。但这始终是一种机械装置的概念，并且大部分属于随动型产品，缺乏了人类肌肉所特有的功能，偏离了人腿的步行是由主动力——惯性力——阻尼力联合运动的结果。
仿生智能膝关节是近年来假肢科技发展的重要成果之一。目前，仿生智能膝关节主要有如下产品：
日本NABCO智能假肢膝关节是内置型的可编程控制式气压膝关节提供实时的、可变的速度节律来自行适应截肢者步行速度的变化，使截肢者获得更平稳、更自然、更协调的行走步态。英国BLATCHFORD公司研发的新型智能型大腿假肢，采用无线遥控装置加上自动反馈系统，能够自行纠正步态的偏差，减少行走过程中的不适。德国OTTOBOCK公司最新生产的智能仿生腿(C-leg)是完全通过微机控制的液压型膝关节。冰岛奥索(OSSUR)公司的Rheo Knee与Powee Knee两款智能膝关节是21世纪以来的最新智能膝关节的产品。
膝关节是人体最大且构造最复杂、损伤机会亦较多的关节，传统的假肢，由于正常的膝关节运动功能被忽略，很多大腿截肢患者装上假肢后的走路迈步完全是靠仅有的力量将腿甩出去，而不是正常的走路状态。目前，市场上的假肢关节的屈伸都是由残肢带动的，只能通过调节假肢关节的阻尼力矩，使得假肢侧步态接近健肢侧步态。
假肢上的膝关节是大腿假肢的核心部件，它在走路的行进过程中不仅起到了支持体重的作用，而且它的性能对假肢的步态逼真程度起到了决定性的作用。但是目前国内智能假肢相对国外水平很落后，而且假肢的运动也缺乏一定的稳定性，因此从生物力学、解剖学和生理学的角度出发，分析膝关节在行走过程中的步态运动规律、受力特点和生理功能。在已有的概念型仿生人工腿的基础上，完善其结构和功能，进行膝关节的简化和改进具有重要意义。
发明内容
本发明的目的，就是为了解决上述问题，提供一种仿生膝关节。
为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种仿生膝关节，用于连接在大腿假肢与小腿假肢之间，包括用于与大腿假肢相连的股骨连接件，用于与小腿假肢相连的胫骨连接件，在股骨连接件与胫骨连接件之间设有：
股骨髁定位块，其与股骨连接件相连；
一对股骨髁，其分别与股骨髁定位块固定相连；
胫骨平台支架安装座，其与胫骨连接件固定相连；
两个胫骨平台支架，其分别安装在胫骨平台支架安装座的两侧；
胫骨髁固定平台，其连接在两个胫骨平台支架的上端；
阻尼器安装座，其连接在胫骨平台支架安装座的中间；
气缸阻尼器，其连接在阻尼器安装座和胫骨髁固定平台之间；
一对胫骨髁，其分别嵌装在胫骨髁固定平台的两侧并分别与一对股骨髁相对应；
关节运动导引块，其嵌装在胫骨髁固定平台的中间并向上插入一对股骨髁之间；
导引杆，其穿越一对股骨髁和关节运动导引块设置，两端分别与一对股骨髁固定相连，中间与关节运动导引块滑动相连；
一对韧带模型，其分别连接在一对股骨髁和胫骨髁固定平台之间的两侧。
所述一对股骨髁由刚性材料制成，并具有用于与胫骨髁滑动相连的凸弧面。
所述一对胫骨髁由柔性材料制成，并具有用于与股骨髁滑动相连的半月面。
所述一对韧带模型为一对拉簧。
所述关节运动导引块上设有导引槽，所述导引杆从该导引槽内穿过并可沿导引槽滑动。
所述两个胫骨平台支架上分别设有多个减重孔。
所述胫骨髁固定平台上设有三个凹槽，所述一对胫骨髁分别嵌装在两侧的凹槽内并通过螺钉与胫骨髁固定平台固定相连，所述关节运动导引块嵌装在中间凹槽内并通过螺钉与胫骨髁固定平台固定相连。
本发明通过对膝关节结构的简化和通过分析膝关节运动学特性建立的导引机构，实现了膝关节的功能并具有柔韧、灵活、稳定及轻巧的特点。
附图说明
图1、图2为本发明仿生膝关节的立体结构示意图；
图3为本发明仿生膝关节的前视结构示意图；
图4为本发明仿生膝关节的侧视结构示意图。
具体实施方式
参见图1，配合参见图2、图3、图4，本发明的仿生膝关节，用于连接在大腿假肢与小腿假肢之间，包括用于与大腿假肢相连的股骨连接件1，用于与小腿假肢相连的胫骨连接件2，在股骨连接件与胫骨连接件之间设有：股骨髁定位块3、一对股骨髁4、胫骨平台支架安装座5、两个胫骨平台支架6、胫骨髁固定平台7、阻尼器安装座8、气缸阻尼器9、一对胫骨髁10、关节运动导引块11、导引杆12和一对韧带模型13。
其中，股骨髁定位块3与股骨连接件1相连；一对股骨髁4分别与股骨髁定位块3固定相连；胫骨平台支架安装座5与胫骨连接件2固定相连；两个胫骨平台支架6分别安装在胫骨平台支架安装座5的两侧；胫骨髁固定平台7连接在两个胫骨平台支架的上端；阻尼器安装座8连接在胫骨平台支架安装座5的中间；气缸阻尼器9连接在阻尼器安装座8和胫骨髁固定平台7之间；一对胫骨髁10分别嵌装在胫骨髁固定平台7的两侧并分别与一对股骨髁4相对应；关节运动导引块11嵌装在胫骨髁固定平台7的中间并向上插入一对股骨髁4之间；导引杆12穿越一对股骨髁4和关节运动导引块11设置，两端分别与一对股骨髁4固定相连，中间与关节运动导引块11滑动相连；一对韧带模型13分别连接在一对股骨髁4和胫骨髁固定平台7之间的两侧。
本发明中的一对股骨髁由刚性材料制成，并具有用于与胫骨髁滑动相连的凸弧面。
本发明中的一对胫骨髁由柔性材料制成，并具有用于与股骨髁滑动相连的半月面。
本发明中的一对韧带模型为一对拉簧。
本发明中的关节运动导引块上设有导引槽，述导引杆从该导引槽内穿过并可沿导引槽滑动。
本发明中的两个胫骨平台支架上分别设有多个减重孔。
本发明中的胫骨髁固定平台上设有三个凹槽，一对胫骨髁分别嵌装在两侧的凹槽内并通过螺钉与胫骨髁固定平台固定相连，关节运动导引块嵌装在中间凹槽内并通过螺钉与胫骨髁固定平台固定相连。
本发明的工作原理是：股骨髁定位块3将股骨连接件1和一对股骨髁4固定在一起。当假肢摆动时，带动股骨髁4运动，导引杆12引导股骨髁4和胫骨髁1O在关节运动导引块11内按照导引槽轨迹做包括滑动和滚动的变瞬心运动，实现预定的仿生腿运动规律。韧带模型13即拉簧在膝关节摆动时起到拉力的作用，防止仿生腿的过度运动并阻止非生理位移的发生。气缸阻尼器9在仿生腿屈曲时提供较大的屈曲阻尼，当仿生腿伸展时提供较小的伸展阻尼，从而达到调节腿的摆动进而控制步态的目的，满足了膝关节柔韧性、灵活性、稳定性的特性。
Claims (7)
1.一种仿生膝关节，用于连接在大腿假肢与小腿假肢之间，包括用于与大腿假肢相连的股骨连接件，用于与小腿假肢相连的胫骨连接件，其特征在于，在股骨连接件与胫骨连接件之间设有：
股骨髁定位块，其与股骨连接件相连；
一对股骨髁，其分别与股骨髁定位块固定相连；
胫骨平台支架安装座，其与胫骨连接件固定相连；
两个胫骨平台支架，其分别安装在胫骨平台支架安装座的两侧；
胫骨髁固定平台，其连接在两个胫骨平台支架的上端；
阻尼器安装座，其连接在胫骨平台支架安装座的中间；
气缸阻尼器，其连接在阻尼器安装座和胫骨髁固定平台之间；
一对胫骨髁，其分别嵌装在胫骨髁固定平台的两侧并分别与一对股骨髁相对应；
关节运动导引块，其嵌装在胫骨髁固定平台的中间并向上插入一对股骨髁之间；
导引杆，其穿越一对股骨髁和关节运动导引块设置，两端分别与一对股骨髁固定相连，中间与关节运动导引块滑动相连；
一对韧带模型，其分别连接在一对股骨髁和胫骨髁固定平台之间的两侧。
2.根据权利要求1所述的仿生膝关节，其特征在于：所述一对股骨髁由刚性材料制成，并具有用于与胫骨髁滑动相连的凸弧面。
3.根据权利要求1所述的仿生膝关节，其特征在于：所述一对胫骨髁由柔性材料制成，并具有用于与股骨髁滑动相连的半月面。
4.根据权利要求1所述的仿生膝关节，其特征在于：所述一对韧带模型为一对拉簧。
5.根据权利要求1所述的仿生膝关节，其特征在于：所述关节运动导引块上设有导引槽，所述导引杆从该导引槽内穿过并可沿导引槽滑动。
6.根据权利要求1所述的仿生膝关节，其特征在于：所述两个胫骨平台支架上分别设有多个减重孔。
7.根据权利要求1所述的仿生膝关节，其特征在于：所述胫骨髁固定平台上设有三个凹槽，所述一对胫骨髁分别嵌装在两侧的凹槽内并通过螺钉与胫骨髁固定平台固定相连，所述关节运动导引块嵌装在中间凹槽内并通过螺钉与胫骨髁固定平台固定相连。
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