CN110368154A - 踝关节假肢 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种踝关节假肢，包括假脚、脚踝连接座、踝关节助力装置和用于连接小腿连接件的踝关节支撑架，脚踝连接座与踝关节支撑架转动连接，脚踝连接座的底部固定于假脚上；踝关节助力装置包括驱动电机、踝关节传动机构和蓄能组件。本发明的踝关节假肢通过驱动电机驱动滚珠丝杠的丝杠轴转动，使沿着丝杠轴作直线运动的螺母驱动拉杆，拉杆带动脚踝连接座与踝关节支撑架发生相对转动。并且，在固定于踝关节支撑架上的支撑台与螺母之间设有助力弹簧，通过助力弹簧将压缩形变所产生的弹性势能瞬时释放，以足够大的瞬时助力力矩对踝关节假肢进行驱动，能够较好地辅助踝关节的假脚蹬地行走，使截肢患者能够保持平稳自然步态行走。

Description

踝关节假肢

技术领域

本发明属于人体仿生假肢技术领域，更具体地说，是涉及一种踝关节假肢。

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，其存在的问题是动力不足导致步态不自然，并使截肢患者在行走时容易出现疲劳感。主动式假肢的踝关节主要由电机驱动，其能够提供截肢患者在行走过程中需要耗费的部分能量，以达到帮助截肢患者能量消耗的效果。然而，当前的踝关节假肢的助力方式，大多为电机直接在需要助力的时刻提供较大的驱动力，这不仅对电机的瞬时功率要求比较高，还依然存在驱动力不足的问题而导致助力效果不佳，造成截肢患者难以保持平稳自然的步态进行长时间的行走。

发明内容

本发明的目的在于提供一种踝关节假肢，旨在解决现有技术中存在的助力式踝关节假肢对电机的功率要求比较高，驱动力不足，导致截肢患者难以保持平稳自然步态行走的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种踝关节假肢，包括假脚、底部固定于所述假脚上的脚踝连接座、用于对所述踝关节假肢的屈伸运动提供助力的踝关节助力装置和用于连接小腿连接件的踝关节支撑架，所述脚踝连接座的顶部与所述踝关节支撑架的底端转动连接；所述踝关节助力装置包括驱动电机、踝关节传动机构和蓄能组件，所述踝关节传动机构包括用于带动所述脚踝连接座与所述踝关节支撑架发生相对转动的拉杆和用于将所述驱动电机的旋转运动转换成直线运动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括具有外螺纹的丝杠轴和安装于所述丝杠轴上的螺母，所述丝杠轴的两端分别转动支撑于所述踝关节支撑架上，所述拉杆的顶端与所述螺母铰接，所述拉杆的底端与所述脚踝连接座铰接；所述蓄能组件包括用于收集并储蓄所述踝关节假肢在背屈时所产生的能量的助力弹簧以及固定于所述踝关节支撑架上的支撑台，所述助力弹簧套于所述滚珠丝杠上，且所述助力弹簧的底端支撑于所述支撑台上，所述助力弹簧的顶端弹性顶抵于所述螺母的下端面上。

进一步地，所述蓄能组件还包括用于减缓并吸收地面冲击力的弹性缓冲件，所述弹性缓冲件的一端与所述脚踝连接座相连，所述弹性缓冲件的另一端通过销轴与所述拉杆的底端铰接。

进一步地，所述弹性缓冲件包括水平设置的弹性助力板和由所述弹性助力板的一端向上弯折形成的弯折板，所述弯折板与所述脚踝连接座相连，所述弹性助力板的悬空端通过销轴与所述拉杆的底端铰接。

进一步地，所述脚踝连接座包括固定于所述假脚上的安装板、分别设置于所述安装板相对两侧的两个支撑座和支撑并固定于两个支撑座上的固定板，两个所述支撑座分别与所述踝关节支撑架的底端转动连接；所述弹性助力板悬置于所述两个所述支撑座之间，所述弯折板固定于所述固定板上。

进一步地，所述螺母的外周面上凸设有两个导向轴，两个所述导向轴的中心轴线共线，所述踝关节支撑架上对应设有两个导向座，各导向座上开设有配合相应所述导向轴滑移的条形滑道，各条形滑道的长度方向沿所述丝杠轴的轴向延伸，各所述导向轴远离所述螺母的一端置于相应所述条形滑道内。

进一步地，各所述导向轴置于所述条形滑道内的一端设有轴承，各所述轴承的外圈滑设于相应所述条形滑道内。

进一步地，所述踝关节传动机构还包括用于将所述拉杆分别铰接于两个所述导向轴上的曲柄铰接支架，所述曲柄铰接支架的一端分别与两个所述导向轴转动连接，所述曲柄铰接支架的另一端与所述拉杆的顶端相连。

进一步地，所述曲柄铰接支架分别通过滚针轴承与两个所述导向轴转动连接。

进一步地，所述踝关节传动机构还包括用于放大所述驱动电机的输出力矩的同步带机构，所述同步带机构包括与所述驱动电机的输出轴相连的主动带轮、与所述丝杠轴相连的被动带轮以及连接于所述主动带轮和所述被动带轮上的同步带。

进一步地，所述假脚为假脚，所述踝关节假肢还包括用于监测截肢患者步态的监测系统，所述监测系统包括用于测量所述假脚脚尖着地压力的压力传感器、用于测量所述假脚脚后跟着地压力的应变片、用于测量踝关节假肢姿态的惯性传感器的惯性传感器以及用于测量踝关节转动角度的编码器，所述压力传感器安装于所述假脚的前端，所述应变片安装于所述假脚的后端，所述惯性传感器安装于假脚上，所述编码器安装于所述脚踝连接座与所述踝关节支撑架转动连接处。

本发明提供的踝关节假肢的有益效果在于：与现有技术相比，本发明提供的踝关节假肢，在与脚踝连接座转动连接的踝关节支撑架上设有滚珠丝杠，通过驱动电机带动滚珠丝杠的丝杠轴转动，使沿着丝杠轴作往复直线运动的螺母驱动拉杆，拉杆继而带动脚踝连接座与踝关节支撑架发生相对转动，以形成踝关节屈伸动作的助力。由于滚珠丝杠可对驱动电机的力矩进行放大，提高了驱动电机对踝关节假肢提供的助力力矩。并且，在固定于踝关节支撑架上的支撑台与螺母之间设有助力弹簧，使螺母在向下运动的过程中对助力弹簧进行压缩，助力弹簧压缩形变所产生的弹性势能在瞬时释放后，可对驱动电机的输出功率进行有效补偿，以足够大的瞬时助力力矩对踝关节假肢进行助力驱动，能够较好地辅助踝关节的假脚蹬地行走，降低了踝关节假肢对驱动电机功率较高的要求，实现用低功率驱动电机便可对踝关节假肢提供高功率助力驱动的使用效果，从而减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩，使截肢患者能够保持平稳自然步态行走。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的踝关节假肢的立体结构示意图一；

图2为本发明实施例提供的踝关节假肢的纵向剖视结构示意图一；

图3为本发明实施例提供的踝关节假肢的纵向剖视结构示意图二；

图4为本发明实施例提供的踝关节假肢的爆炸结构示意图；

图5为本发明实施例提供的踝关节假肢的立体结构示意图二；

图6为本发明实施例提供的踝关节假肢的踝关节传动机构与蓄能组件分解时的结构示意图。

其中，图中各附图主要标记：

1-假脚；2-脚踝连接座；21-安装板；22-支撑座；23-固定板；

3-踝关节支撑架；31-导向座；311-条形滑道；4-驱动电机；

5-踝关节传动机构；51-拉杆；52-滚珠丝杠；521-丝杠轴；522-螺母；5221-导向轴；53-滑动轴承；54-曲柄铰接支架；55-同步带机构；551-主动带轮；552-被动带轮；553-同步带；56-销轴；57-滚针轴承；58-轴承固定件；

6-蓄能组件；61-助力弹簧；62-支撑台；

7-弹性缓冲件；71-弹性助力板；72-弯折板；

8-编码器；9-连接接头；10-小腿连接件。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“连接于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请一并参阅图1至图6，现对本发明提供的踝关节假肢进行说明。本发明提供的踝关节假肢，包括假脚1、脚踝连接座2、用于对所述踝关节假肢的屈伸运动提供主动助力的踝关节助力装置和用于连接小腿连接件10的踝关节支撑架3，脚踝连接座2的顶部与踝关节支撑架3的底端转动连接，脚踝连接座2的底部固定于假脚1上，以形成供人体穿戴的踝关节假肢；踝关节助力装置包括驱动电机4、踝关节传动机构5和蓄能组件6，踝关节传动机构5包括用于带动脚踝连接座2与踝关节支撑架3发生相对转动的拉杆51和用于将驱动电机4的旋转运动转换成直线运动的滚珠丝杠52，滚珠丝杠52包括具有外螺纹的丝杠轴521和安装于丝杠轴521上的螺母522，丝杠轴521的两端分别通过轴承转动支撑于踝关节支撑架3上，拉杆51的顶端与螺母522铰接，拉杆51的底端与脚踝连接座2铰接，以通过驱动电机4带动的滚珠丝杠52驱动拉杆51，为踝关节假肢的屈伸运动产生足够大的助力。蓄能组件6包括用于收集并储蓄踝关节假肢在背屈时所产生的能量的助力弹簧61以及固定于踝关节支撑架3上的支撑台62，助力弹簧61套于滚珠丝杠52的外侧，且助力弹簧61的底端支撑于支撑台62上，助力弹簧61的顶端弹性顶抵于螺母522的下端面上，助力弹簧61在滚珠丝杠52的螺母522的压缩作用下，发生弹性形变而储蓄弹性势能，其弹性势能在瞬时释放后，可以较好地辅助踝关节在支撑期假脚1趾屈蹬地的蹬地力。

本发明提供的踝关节假肢的基本工作原理：固定于踝关节支撑架3上的驱动电机4通电工作，驱动滚珠丝杠52的丝杠轴521转动，丝杠轴521转动使螺纹连接于丝杠轴521上的螺母522沿着丝杠轴521作直线往复运动，从而通过滚珠丝杠52将驱动电机4的旋转运动转换成直线运动，同时滚珠丝杠52可对驱动电机4的输出力矩起到放大作用，使踝关节假肢具有足够的主动助力。沿着丝杠轴521作直线往复运动的螺母522便会带动拉杆51，通过拉杆51的杠杆作用形成对踝关节假肢进行助力驱动，从而带动脚踝连接座2与踝关节支撑架3发生相对转动，以在在踝关节处提供截肢患者正常行走所需的足够驱动力，从而减少了患者在平地行走所消耗的能量，降低了安装假肢一侧髋关节的输出力矩。并且，在驱动电机4带动丝杠轴521使螺母522沿丝杠轴521下行的过程中，螺母522驱动拉杆51带动踝关节发生背屈的同时，会不断压缩助力弹簧61而致使助力弹簧61发生弹性形变而储蓄弹性势能，助力弹簧61的弹性势能在瞬时释放后，可以较好地辅助踝关节在支撑期假脚1趾屈蹬地的蹬地力，降低了踝关节假肢对驱动电机4功率较高的要求，实现用低功率驱动电机4便可对踝关节假肢提供高功率助力驱动的使用效果，从而减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩，使截肢患者能够保持平稳自然步态行走。

在截肢患者穿戴本发明的踝关节假肢行走过程中，踝关节假肢的正常工作流程如下：

1)在假脚1的脚跟与地面接触之前，踝关节处于自然状态。

2)在假脚1的脚跟与地面接触后，进入行走的支撑相初期，假脚1的脚跟触底承压，踝关节由跖屈状态逐渐背屈至自然状态。

3)在行走的支撑相中期，踝关节继续背屈，直到背屈角度达到最大，踝关节的力也随之矩迅速增大。在此过程中，驱动电机4所做的部分功和踝关节本身于支撑期背屈所做的负功均被助力弹簧61缓冲吸收，并集中地被收集储蓄于发生弹性形变并压缩的助力弹簧61中。

4)在行走的支撑相末期，踝关节进入跖屈蹬地状态。在假脚1蹬地结束后，助力弹簧61由于弹性形变作用开始恢复原长。此时，踝关节在助力弹簧61和驱动电机4的同时驱动作用下，助力弹簧61中收集储蓄的能量在跖屈蹬地时迅速得到释放，以对驱动电机4的功率进行补偿，使踝关节的驱动力矩呈爆发式增加到最大，从而能够在踝关节提供足够人体正常行走的驱动力，然后逐渐降低。

5)在假脚1跖屈蹬地后，踝关节假肢进入行走的摆动相。此时，踝关节的脚趾离地，踝关节假肢恢复到自然状态。

综上，根据本发明设计的动力踝关节，通过驱动电机4驱动踝关节来模拟实现正常腿步行的生物力学参数，使用助力弹簧61储存驱动电机4的能量和回收踝关节背屈所做的负功，然后通过助力弹簧61迅速释放能量以辅助踝关节的假脚1蹬地，降低了传统助力式踝关节假肢对驱动电机4高功率的要求，使采用小功率驱动电机4来满足截肢患者行走中所需要的高功率和大力矩。

本发明提供的踝关节假肢，与现有技术相比，在与脚踝连接座2转动连接的踝关节支撑架3上设有滚珠丝杠52，通过驱动电机4驱动滚珠丝杠52的丝杠轴521转动，使沿着丝杠轴521作往复直线运动的螺母522驱动拉杆51，拉杆51继而带动脚踝连接座2与踝关节支撑架3发生相对转动，以形成踝关节屈伸动作。由于滚珠丝杠52可对驱动电机4的力矩进行放大，提高了驱动电机4对踝关节假肢提供的助力力矩。并且，在固定于踝关节支撑架3上的支撑台62与螺母522之间设有助力弹簧61，使螺母522在向下运动的过程中对助力弹簧61进行压缩，助力弹簧61将压缩形变所产生的弹性势能在瞬时释放，可对驱动电机4的输出功率进行有效补偿，以足够大的瞬时助力力矩对踝关节假肢进行主动驱动，能够较好地辅助踝关节的假脚1蹬地行走，降低了踝关节假肢对驱动电机4功率较高的要求，实现用低功率驱动电机4便可对踝关节假肢提供高功率助力驱动的使用效果，从而减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩，使截肢患者能够保持平稳自然步态行走。

优选地，请一并参阅图1及图2，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，踝关节支撑架3上设有便于快速地将小腿连接件10于踝关节支撑架3上安装与拆卸的连接接头9，以便于根据截肢患者的个体差异和使用目的的不同，定制更换不同长度的小腿连接件10。

优选地，请一并参阅图3、图5及图6，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，滚珠丝杠52的丝杠轴521的两端分别通过装有角接触球轴承的轴承固定件58安装在踝关节支撑架3内部，以提高滚珠丝杠52的传动效率与传动效果。

进一步地，请一并参阅图1、图4及图5，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，蓄能组件6还包括用于减缓并吸收地面冲击力的弹性缓冲件7，弹性缓冲件7的一端与脚踝连接座2相连，弹性缓冲件7的另一端通过销轴56与拉杆51的底端铰接。

本实施例中，拉杆51通过弹性缓冲件7与脚踝连接座2连接，一方面可以使截肢患者在穿戴踝关节假肢行走时，利用弹性缓冲件7吸收地面对踝关节假肢产生的冲击，使截肢患者能够以平稳自然的步态进行长时间行走；另一方面，弹性缓冲件7可以对踝关节在支撑期背屈时做的负功进行集中吸收并储存，形成足够大的瞬时助力力矩对踝关节假肢进行助力驱动，能够较好地辅助踝关节的假脚1蹬地行走，减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩。

进一步地，请一并参阅图1、图4及图5，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，弹性缓冲件7包括水平设置的弹性助力板71和由弹性助力板71的一端向上弯折形成的弯折板72，弯折板72与脚踝连接座2相连，弹性助力板71的悬空端通过销轴56与拉杆51的底端铰接。

本实施例中，弹性缓冲件7包括水平设置的弹性助力板71和由弹性助力板71的一端向上弯折形成的弯折板72，弯折板72与脚踝连接座2相连，弹性助力板71的悬空端通过销轴56与拉杆51的底端铰接。水平设置的弹性助力板71和弯折板72的设置，进一步提高了弹性缓冲件7的减震缓冲能力，并能够较均匀地吸收踝关节假肢行走过程中产生的冲击能量，最终可形成足够大的瞬时助力力矩，以辅助踝关节的假脚1蹬地行走，减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩。

进一步地，请一并参阅图2、图4及图5，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，脚踝连接座2包括固定于假脚1上的安装板21、分别设置于安装板21相对两侧的两个支撑座22和支撑并固定于两个支撑座22上的固定板23，两个支撑座22分别通过轴承与踝关节支撑架3的底端转动连接；弹性助力板71悬置于两个支撑座22之间，弯折板72固定于固定板23上。

本实施例中，在脚踝连接座2的安装板21的两侧分别设置有支撑座22，并将固定板23固定支撑于两个支撑座22的顶部，将弹性缓冲件7的弯折板72固定于固定板23上，就可方便地将弹性缓冲件7固定连接于两个支撑座22的顶部，通过拉杆51推动弹性助力板71形成较大力矩的助力，使脚踝连接座2与踝关节支撑架3发生相对转动，以形成行走时的踝关节屈伸动作。并且，将弹性助力板71置于两个支撑座22之间，避免悬置的弹性助力板71在使用的过程中产生较大的偏摆，并使弹性助力板71能够均匀地将拉杆51的驱动力传递至脚踝连接座2，增强了踝关节屈伸动作的稳定性，提高了截肢患者穿戴踝关节假肢行走的舒适性。

进一步地，请一并参阅图1、图4及图5，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，弯折板72与弹性助力板71成锐角相连。优选地，其锐角角度范围为30°至60°，以使弹性缓冲件7对冲击力进行良好吸收，并保持较佳的力矩传递效果，能够起到良好的助力作用，使踝关节假肢保持稳定的工作性能。

优选地，弯折板72与弹性助力板71均采用弹性性能良好的金属板材制成，以提高弹性缓冲件7的抗弯折能力和缓冲减震效果。但是，弯折板72与弹性助力板71也可采用高强度、韧性良好的塑料板材制成，具体可根据实际需要选取，在此不作唯一限定。

进一步地，请一并参阅图3、图5及图6，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，螺母522的外周面上朝向外侧凸设有两个导向轴5221，两个导向轴5221的中心轴线共线，踝关节支撑架3上对应设有两个导向座31，各导向座31上开设有配合相应导向轴5221滑移的条形滑道311，各条形滑道311的长度方向沿丝杠轴521的轴向延伸，各导向轴5221远离螺母522的一端置于相应条形滑道311内以引导螺母522沿丝杠轴521的轴向作直线往复运动。

本实施中，在螺母522的外周对称地设置有两个导向轴5221，并在踝关节支撑架3上对应设有两个具有条形滑道311的导向座31，在滚珠丝杠52的丝杠轴521驱动螺母522上下直线运动时，通过导向轴5221与条形滑道311的相互配合，使螺母522始终沿丝杠轴521的轴向作直线往复运动，不会发生较大的偏移而影响踝关节假肢的正常使用。并且，通过导向轴5221与条形滑道311的相互配合，使导向轴5221对螺母522起到径向支撑作用，可以抵消拉杆51对螺母522的径向拉力，避免螺母522受到过大的径向作用力而发生卡顿，甚至导致滚珠丝杠52产生较大的弯曲力矩，造成丝杆轴产生弯曲变形，影响踝关节假肢的正常工作使用。

进一步地，请一并参阅图5至图6，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，各导向轴5221置于条形滑道311内的一端设有滑动轴承53，各滑动轴承53的外圈滑设于相应条形滑道311内。

本实施例中，在导向轴5221置于条形滑道311内的一端设有滑动轴承53，导向轴5221通过滑动轴承53可上下滑动地设置于条形滑道311内，既保证了导向轴5221具有足够大的径向支撑力以抵消拉杆51的径向拉力，又可以使各导向轴5221能够沿着相应的条形滑道311上下滑移而不影响螺母522的直线往复运动，从而有效避免导向轴5221在受到拉杆51的径向拉力作用，造成较大的摩擦损坏，发生滑移不畅甚至卡顿现象，阻碍了螺母522的直线往复运动而影响踝关节假肢的正常工作使用。

优选地，各条形滑道311内还设置有与滑动轴承53配合的耐磨衬套(图中未示出)，以使滑动轴承53在耐磨衬套内滑动，进一步减小了摩擦，避免条形滑道311磨损而踝关节假肢的正常工作使用。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，踝关节传动机构5还包括用于将拉杆51分别铰接于两个导向轴5221上的曲柄铰接支架54，曲柄铰接支架54的一端分别与两个导向轴5221转动连接，曲柄铰接支架54的另一端与拉杆51的顶端相连。

本实施例中，拉杆51通过曲柄铰接支架54与两个导向轴5221转动连接，使螺母522能够更灵活高效地带动拉杆51，驱动脚踝连接座2与踝关节支撑架3发生相对转动，以形成行走时的踝关节屈伸动作。本实施例利用曲柄铰接支架54与两个导向轴5221配合形成曲柄滑块结构，传动效率高，传递力矩较大，传动平稳，使踝关节假肢能够产生较大且较稳定的助力，减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩，使截肢患者能够以平稳自然步态轻松地进行长时间行走。

进一步地，请一并参阅图3及图6，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，曲柄铰接支架54分别通过滚针轴承57(图中未示出)与两个导向轴5221转动连接，使拉杆51能够相对螺母522(两个导向轴5221)发生顺畅灵活的转动，以防止拉杆51发生卡顿而对滚珠丝杠52产生弯矩，引起滚珠丝杆弯曲变形。

进一步地，请一并参阅图1及图3，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，踝关节传动机构5还包括用于放大驱动电机4的输出力矩的同步带机构55，同步带机构55包括与驱动电机4的输出轴相连的主动带轮551、与丝杠轴521相连的被动带轮552以及连接于主动带轮551和被动带轮552上的同步带553。

本实施例中，工作使用时，驱动电机4带动主动带轮551转动，主动带轮551通过同步带553动被动带轮552转动，从动带轮带动滚珠丝杆旋转，从而通过同步带机构55与滚珠丝杠52的配合对驱动电机4的力矩起到放大作用，降低了踝关节假肢对驱动电机4功率较高的要求，实现用低功率驱动电机4便可对踝关节假肢提供高功率助力驱动的使用效果。并且，驱动电机4通过同步带机构55与滚珠丝杠52的丝杠轴521传动连接，有效避免驱动电机4直接驱动丝杠轴521转动而引起驱动电机4损坏。此外，通过同步带机构55与丝杠轴521的配合，使驱动电机4与滚珠轴承并联排布，进一步减小了踝关节假肢外形轮廓尺寸，使踝关节假肢整体结构紧凑，体积小，重量轻，穿戴行走更加轻松便捷。

具体地，丝杠轴521、螺母522、导向轴5221、具有条形滑道311的导向座31、曲柄铰接支架54、拉杆51、弹性缓冲件7和脚踝连接座2形成滑块四连杆驱动机构，可对踝关节假肢起到大力矩的助力效果。

进一步地，请一并参阅图2至图5，作为本发明提供的踝关节假肢的一种具体实施方式，踝关节假肢还包括用于监测截肢患者步态的监测系统，监测系统包括用于测量假脚1脚尖着地压力的压力传感器、用于测量假脚1脚后跟着地压力的应变片、用于测量踝关节假肢姿态的惯性传感器以及用于测量踝关节转动角度的编码器8，压力传感器安装于碳纤维脚板的前端，应变片安装于碳纤维脚板的后端，惯性传感器安装于碳纤维脚板上，编码器8安装于脚踝连接座2与踝关节支撑架3转动连接处。

本实施例中，通过监测系统获取相关参数，对截肢患者穿戴的踝关节假肢进行步态监测，再通过控制器控制驱动电机4模拟实现正常腿步行的生物力学参数，优化截肢患者的行走，减少了截肢患者在平地行走所消耗的能量，降低了截肢患者安装假肢一侧髋关节的输出力矩，使截肢患者能够始终保持平稳自然步态行走。而且，通过仿生智能控制，使截肢患者不仅较容易完成上、下楼梯和蹲、起等日常基本动作，还可为截肢患者实现负重行走、起立坐下和跑跳等复杂动作。

优选地，假脚1包括碳纤维脚板与美容脚，假脚1与脚踝连接座2可拆卸相连，以方便根据不同假肢患者的使用需求更换不同型号及尺寸的假脚1，增强踝关节假肢的通用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种踝关节假肢，其特征在于：包括假脚、底部固定于所述假脚上的脚踝连接座、用于对所述踝关节假肢的屈伸运动提供助力的踝关节助力装置和用于连接小腿连接件的踝关节支撑架，所述脚踝连接座的顶部与所述踝关节支撑架的底端转动连接；所述踝关节助力装置包括驱动电机、踝关节传动机构和蓄能组件，所述踝关节传动机构包括用于带动所述脚踝连接座与所述踝关节支撑架发生相对转动的拉杆和用于将所述驱动电机的旋转运动转换成直线运动的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠包括具有外螺纹的丝杠轴和安装于所述丝杠轴上的螺母，所述丝杠轴的两端分别转动支撑于所述踝关节支撑架上，所述拉杆的顶端与所述螺母铰接，所述拉杆的底端与所述脚踝连接座铰接；所述蓄能组件包括用于收集并储蓄所述踝关节假肢在背屈时所产生的能量的助力弹簧以及固定于所述踝关节支撑架上的支撑台，所述助力弹簧套于所述滚珠丝杠上，且所述助力弹簧的底端支撑于所述支撑台上，所述助力弹簧的顶端弹性顶抵于所述螺母的下端面上。

2.如权利要求1所述的踝关节假肢，其特征在于：所述蓄能组件还包括用于减缓并吸收地面冲击力的弹性缓冲件，所述弹性缓冲件的一端与所述脚踝连接座相连，所述弹性缓冲件的另一端通过销轴与所述拉杆的底端铰接。

3.如权利要求2所述的踝关节假肢，其特征在于：所述弹性缓冲件包括横向设置的弹性助力板和由所述弹性助力板的一端向上弯折形成的弯折板，所述弯折板与所述脚踝连接座相连，所述弹性助力板的悬空端通过销轴与所述拉杆的底端铰接。

4.如权利要求3所述的踝关节假肢，其特征在于：所述脚踝连接座包括固定于所述假脚上的安装板、分别设置于所述安装板相对两侧的两个支撑座和支撑并固定于两个支撑座上的固定板，两个所述支撑座分别与所述踝关节支撑架的底端转动连接；所述弹性助力板悬置于所述两个所述支撑座之间，所述弯折板固定于所述固定板上。

5.如权利要求1所述的踝关节假肢，其特征在于：所述螺母的外周面上凸设有两个导向轴，两个所述导向轴的中心轴线共线，所述踝关节支撑架上对应设有两个导向座，各导向座上开设有配合相应所述导向轴滑移的条形滑道，各所述条形滑道的长度方向沿所述丝杠轴的轴向延伸，各所述导向轴远离所述螺母的一端置于相应所述条形滑道内。

6.如权利要求5所述的踝关节假肢，其特征在于：各所述导向轴置于所述条形滑道内的一端设有轴承，各所述轴承的外圈滑设于相应所述条形滑道内。

7.如权利要求5所述的踝关节假肢，其特征在于：所述踝关节传动机构还包括用于将所述拉杆分别铰接于两个所述导向轴上的曲柄铰接支架，所述曲柄铰接支架的一端分别与两个所述导向轴转动连接，所述曲柄铰接支架的另一端与所述拉杆的顶端相连。

8.如权利要求7所述的踝关节假肢，其特征在于：所述曲柄铰接支架分别通过滚针轴承与两个所述导向轴转动连接。

9.如权利要求1所述的踝关节假肢，其特征在于：所述踝关节传动机构还包括用于放大所述驱动电机的输出力矩的同步带机构，所述同步带机构包括与所述驱动电机的输出轴相连的主动带轮、与所述丝杠轴相连的被动带轮以及连接于所述主动带轮和所述被动带轮上的同步带。

10.如权利要求1至9任一项所述的踝关节假肢，其特征在于：所述踝关节假肢还包括用于监测截肢患者步态的监测系统，所述监测系统包括用于测量所述假脚脚尖着地压力的压力传感器、用于测量所述假脚脚后跟着地压力的应变片、用于测量踝关节假肢姿态的惯性传感器以及用于测量踝关节转动角度的编码器，所述压力传感器安装于所述假脚的前端，所述应变片安装于所述假脚的后端，所述惯性传感器安装于假脚上，所述编码器安装于所述脚踝连接座与所述踝关节支撑架转动连接处。