CN109223262A - 阻尼可调式动力型假肢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种阻尼可调式动力型假肢，包括接受腔、支杆、直流伺服电机、减速器、四连杆机构、磁流变阻尼器、小腿结构。接受腔安装在使用者的大腿残肢上，行走时残肢带动假肢摆动，与此同时，在单片机的控制下，直流伺服电机和磁流变阻尼器同时作用于四连杆机构的摇杆上，模拟正常人的步行运动。四连杆机构能够较好模拟正常人体的膝关节，使假肢的踝关节的轨迹尽可能接近理想轨迹。行走过程中，直流伺服电机的扭矩以及磁流变阻尼器的阻尼力，根据使用者的步态进行动态调整。该阻尼可调式动力型假肢，能够帮助使用者很好地完成步行过程，并使他们的行走步态尽可能接近正常步态。

Description

阻尼可调式动力型假肢
技术领域
本发明涉及一种步行辅助装置，尤其涉及一种阻尼可调式动力型假肢。
背景技术
每年由于交通事故、地震等自然灾害以及生理疾病等，都会造成一部分人因截肢而失去正常步行的能力。因此，设计一款智能化步行辅助装置，帮助这部分人进行正常行走显得尤为重要。
检索发现，中国专利号为ZL200810118210.5，授权公告日为2010年06月02日，发明创造名称为一种气缸固定式四杆机构智能假肢膝关节，该申请案涉及一种假肢膝关节，包括大腿假肢部件，膝关节前臂，膝关节后臂，小腿假肢部件，气缸部件以及用于提供智能驱动输出的直线电机和针阀。该发明，膝关节在运动过程中只随小腿假肢运动，而无自身摆动，避免了缸体的相对摆动带来的占用空间较大且会产生较大附加回转惯量，影响步态控制的不足和缺陷。然而，该装置主要是通过直线电机的驱动来控制针阀孔的开合，从而来动态调节阻尼，而不能为小腿结构提供摆动的主动力；另外，该发明通过直线电机、针阀、气缸部件、摆杆等来完成阻尼大小的调控，结构过于复杂。
正常人在行走时，小腿是在肌力的作用下迈出的。然而，现有的大部分智能假肢的申请案并不包括帮助小腿摆动的动力装置，其小腿结构通常是在惯性的作用下甩出。这样使用者行走时会比较费力，另外，会造成使用者的步态难以接近正常步态，使用者会感到很不舒服。
膝关节的运动同时需要阻尼作用，在小腿结构迈出时，阻尼力大小相对较小，起到缓冲减振的作用而不至于影响正常的迈出运动；在小腿结构支撑时，阻尼力大小相对较大，起到支撑助力的作用，从而避免因膝关节弯曲而导致使用者摔倒。磁流变阻尼器，作为一种性能优良的智能器件，具有结构简单、反应快速、功耗低、阻尼力可控等优异性能，可以在电子控制和机械系统之间提供简单和快速反应的接口。
发明内容
为了克服背景技术中提到的问题，并且结合步行辅助装置的实际使用要求，本发明提出一种结构简单、功能完善的阻尼可调式动力型假肢，其通过四连杆机构巧妙地模拟人体膝关节，使行走时假肢的踝关节轨迹尽可能接近理想轨迹。另外，通过直线伺服电机和磁流变阻尼器的同时作用，帮助使用者轻松自如地行走。
为了实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案。
一种阻尼可调式动力型假肢，包括：接受腔、支杆、直流伺服电机、减速器、四连杆机构、磁流变阻尼器、小腿结构；所述的四连杆机构由支架、摆杆、摇杆和连杆组成，支架、摆杆、摇杆和连杆之间相互铰接；支杆将接受腔和支架连在一起，直流伺服电机安装在支架上，小腿结构与连杆固定在一起。
所述的阻尼可调式动力型假肢，磁流变阻尼器的一端与摇杆铰接，另一端与小腿结构铰接。
所述的阻尼可调式动力型假肢，减速器连接在直流伺服电机与摇杆之间。
由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性。
四连杆机构能够巧妙地模拟人体膝关节，使行走时假肢的踝关节轨迹尽可能接近理想轨迹，以至于在迈步时脚底不容易触及到地面。
直线伺服电机和磁流变阻尼器在控制器的控制下，同时作用于四连杆机构的摇杆，使用者可以更加轻松地迈步、支撑和减振，从而具有轻松自如的行走步态。
装阻尼可调式动力型假肢，结构较为简单紧凑，减轻了装配难度和重量，可以给使用者带来更好的行走体验。
附图说明
图1是本发明阻尼可调式动力型假肢的主视图。
图2是图1的局部放大图。
附图标记：1-接受腔、2-支杆、3-直流伺服电机、4-减速器、5-支架、6-摆杆、7-摇杆、8-连杆、9-磁流变阻尼器、10-小腿结构。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做一步说明。
图1所示为本发明阻尼可调式动力型假肢的主视图，主要包括：接受腔、支杆、直流伺服电机、减速器、四连杆机构、磁流变阻尼器、小腿结构。
图2是图1的局部放大图，所述的四连杆机构由支架、摆杆、摇杆和连杆组成，支架、摆杆、摇杆和连杆之间相互铰接；支杆将接受腔和支架连在一起，直流伺服电机安装在支架上，小腿结构与连杆固定在一起。磁流变阻尼器的一端与摇杆铰接，另一端与小腿结构铰接，减速器连接在直流伺服电机与摇杆之间。
本发明的工作原理如下：将接受腔与使用者的大腿残肢连接，调节支杆和小腿结构的长度，使假肢在自然下垂时其膝关节与踝关节的高度与正常侧的关节高度保持一致。行走时，在残肢带动下支架发生摆动，与此同时，直流伺服电机带动四连杆机构，磁流变阻尼器提供较小的阻尼力，小腿结构在直流伺服电机的扭矩和磁流变阻尼器的阻尼力共同作用下向前摆动，此时的阻尼力主要起到减缓冲击、振动的作用。当穿戴由该装置的一侧作为支撑腿时，直流电机停止转动，磁流变阻尼器产生较大的阻尼力，使穿戴由该装置的一侧能够很好地完成支撑。整个行走过程中，直流伺服电机的扭矩和磁流变阻尼器的阻尼力，根据使用者的行走步态进行动态调整，保证使用者轻松自如地完成行走。

Claims (3)

1.一种阻尼可调式动力型假肢，其特征在于，包括：接受腔（1）、支杆（2）、直流伺服电机（3）、减速器（4）、四连杆机构、磁流变阻尼器（9）、小腿结构（10）；所述的四连杆机构由支架（5）、摆杆（6）、摇杆（7）和连杆（8）组成，支架（5）、摆杆（6）、摇杆（7）和连杆（8）之间相互铰接；支杆（2）将接受腔（1）和支架（5）连在一起，直流伺服电机（3）安装在支架（5）上，小腿结构（10）与连杆（8）固定在一起。
2.根据权利要求1所述的一种阻尼可调式动力型假肢，其特征在于：磁流变阻尼器（9）的一端与摇杆（7）铰接，另一端与小腿结构（10）铰接。
3.根据权利要求1所述的一种阻尼可调式动力型假肢，其特征在于：减速器（4）连接在直流伺服电机（3）与摇杆（7）之间。
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