CN110478094B - 一体智能假肢 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一体智能假肢，包括膝关节基座、膝关节轴、液压杆、支撑架和支撑杆，以及踝足装置；膝关节基座的上端连接有大腿套筒座，膝关节轴贯穿设置在膝关节基座的左右两侧，支撑架套装在膝关节轴的两端，液压杆的上端铰接在膝关节基座的后端，液压杆的下端通过液压铰接座铰接在支撑架的底部中间，支撑杆设置在支撑架的底端，踝足装置连接在支撑杆的底端；膝关节基座的前部设置有膝关节电机，膝关节轴连接有齿轮限位装置，膝关节电机通过齿轮限位装置与支撑架相连接；踝足装置与膝关节基座之间设置有联动机构。本发明实现膝关节和踝足的联动协调工作，可有效的完成前摆、触地和后摆各种动作，做到了提供稳定支撑躯体，防止摔倒的目的。

Description

一体智能假肢

技术领域

本发明涉及康复辅具技术领域，具体涉及一体智能假肢。

背景技术

由于战争、疾病、工伤、交通事故及自然灾害等各种原因，致使数以百万计的人失去健康的下肢，一些人失去了劳动能力，阻碍了他们进行正常社会交往，承受着巨大的身心压力；另一方面，肢体残疾往往影响人的日常生活，降低他们生存质量的同时也为护理他们的家人以及社会带来沉重的负担。由于目前医疗水平尚不能使肢体再生，因此，为这些截肢者安装假肢也就成为了代偿缺损肢体的重要手段。

现有的假肢膝关节主要为被动型和半主动型假肢膝关节，普遍采用复杂的气压/液压阻尼系统模拟人体肌肉-肌腱组织，靠残端带动膝关节运动，在能量提供方面存在缺陷，不能主动上、下楼梯和爬斜坡，长时间穿戴会使截肢者产生疲劳感。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术存在的上述缺陷，提供实现膝关节和踝足的联动协调工作，可有效的完成前摆、触地和后摆各种动作，做到了提供稳定支撑躯体，防止摔倒的一体智能假肢。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一体智能假肢，包括膝关节基座、膝关节轴、液压杆、支撑架和支撑杆，以及踝足装置；所述膝关节基座的上端连接有大腿套筒座，所述膝关节轴贯穿设置在膝关节基座的左右两侧，所述支撑架套装在膝关节轴的两端，所述液压杆的上端铰接在膝关节基座的后端，液压杆的下端通过液压铰接座铰接在支撑架的底部中间，所述支撑杆设置在支撑架的底端，所述踝足装置连接在支撑杆的底端；所述膝关节基座的前部设置有膝关节电机，所述膝关节轴连接有齿轮限位装置，所述膝关节电机通过齿轮限位装置与支撑架相连接；所述踝足装置与膝关节基座之间设置有联动机构；所述膝关节电机与设置在支撑架一侧的控制器相连接。

进一步的，所述齿轮限位装置，包括驱动齿轮、限位齿轮、活动锁头和电磁铁；所述驱动齿轮设置在膝关节电机的输出轴上，所述限位齿轮设置在膝关节轴上，限位齿轮的齿段与驱动齿轮相啮合，限位齿轮的下端设置有限位头，所述限位头下方的支撑架上设置有活动锁头，所述活动锁头与设置在下方的电磁铁相连接，所述电磁铁与控制器相连接，所述活动锁头后方的支撑架上设置有限位块，所述限位块与其前方的限位头相对应。

进一步的，所述液压杆的下部设置有阻尼板，所述阻尼板的末端连接有阻尼电机。

进一步的，所述阻尼板为扇形齿轮，且与阻尼电机的输出轴通过齿轮连接。

进一步的，所述联动机构包括上连接杆、枢接板和Y形连杆，所述上连接杆的上端铰接在膝关节轴后方的限位齿轮上，上连接杆的下端铰接在枢接板的上部，所述枢接板的前端铰接在支撑架的底端，所枢接板的下部与Y形连杆的上端相铰接，所述Y形连杆的下端与设置在踝足装置后侧的铰接座相连接。

进一步的，所述膝关节轴的一侧设置有角度传感器，所述角度传感器与控制器相连接。

进一步的，所述踝足装置包括支撑座、铰接座、球冠座、脚板、后跟座和后跟板，所述支撑座的上端与支撑杆相连接，支撑座的下端通过铰接腔与铰接座相连接，所述铰接座的下端通过固定腔与球冠座相连接，所述球冠座的下方依次固定安装有脚板、后跟座和后跟板。

进一步的，所述球冠座与脚板的后端相连接，所述后跟座的后端与脚板的后端相连接，所述后跟板的前端与后跟座的前端相连接。

进一步的，所述球冠座的上端为球冠，所述球冠中设置有连接螺杆，所述连接螺杆通过螺栓固定在固定腔中。

进一步的，所述球冠座的前端设置有向下开口的上安装腔，所述上安装腔中安装有与控制器相连接的前压力传感器，所述后跟座的底端设置有向下开口的下安装腔，所述下安装腔中安装有与控制器相连接的后压力传感器。

进一步的，所述前压力传感器的下端设置有缓冲橡胶。

进一步的，所述支撑座的前端设置有斜面。

进一步的，所述支撑杆为伸缩杆。

进一步的，所述膝关节基座与支撑架之间的夹角范围为0度～85度，所述铰接座的活动范围为0度～25度。

工作原理：

当佩戴者上楼弯曲腿部时，控制器通过控制膝关节电机和齿轮限位装置，使支撑架连同支撑杆绕膝关节轴转动，进而大腿组件与小腿组件之间的活动夹角范围为0度～85度；与此同时，在上连接杆、枢接板和Y形连杆的联动下，使得脚板的前端抬起，连接铰接座的脚板的活动范围为0度～25度。

本发明的有益效果是，通过控制器集成控制有膝关节电机、阻尼电机、液压杆、角度传感器和前、后压力传感器，以及联动机构和踝足装置，实现膝关节和踝足的联动协调工作，可有效的完成前摆、触地和后摆各种动作，做到了提供稳定支撑躯体，防止摔倒的目的。

附图说明

图l是本发明的结构示意图；

图2是本发明联动的结构示意图；

图3是本发明齿轮限位装置的结构示意图；

图4是本发明阻尼调节装置的结构示意图；

图5是本发明踝足部的结构分解示意图；

图6是本发明踝足部的结构整体示意图；

图7是本发明前摆状态时的结构示意图；

图8是本发明后摆状态时结构示意图。

附图中：1、膝关节基座，11、大腿套筒座，12、膝关节轴，121、齿轮限位装置，1211、驱动齿轮，1212、限位齿轮，12121、限位头，12122、齿段，1213、活动锁头，1214、电磁铁，122、膝关节电机，1231、角度传感器，1232、控制器，13、液压杆，131、液压铰接座，132、阻尼板，133、阻尼电机，14、上连接杆，141、枢接板，142、Y形连杆，2、支撑架，20、限位块，21、支撑杆，22、支撑座，221、斜面，222、铰接腔，23、铰接座，233、固定腔，31、连接螺杆，32、球冠座，321、球冠，332、上安装腔，3321、前压力传感器，3322、缓冲橡胶，341、脚板，342、后跟座，3421、下安装腔，3422、后压力传感器，343、后跟板。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明：

如图1-图6所示，一体智能假肢，包括膝关节基座1、膝关节轴12、液压杆13、支撑架2和支撑杆21，以及踝足装置；膝关节基座1的上端连接有大腿套筒座11，膝关节轴12贯穿设置在膝关节基座1的左右两侧，支撑架2套装在膝关节轴12的两端，液压杆13的上端铰接在膝关节基座1的后端，液压杆13的下端通过液压铰接座131铰接在支撑架2的底部中间，支撑杆21设置在支撑架2的底端，踝足装置连接在支撑杆21的底端；膝关节基座1的前部设置有膝关节电机122，膝关节轴12连接有齿轮限位装置121，膝关节电机122通过齿轮限位装置121与支撑架2相连接；踝足装置与膝关节基座1之间设置有联动机构；膝关节电机122与设置在支撑架2一侧的控制器1232相连接，支撑杆21为伸缩杆。

齿轮限位装置121，包括驱动齿轮1211、限位齿轮1212、活动锁头1213和电磁铁1214；驱动齿轮1211设置在膝关节电机122的输出轴上，限位齿轮1212设置在膝关节轴12上，限位齿轮1212的齿段12122与驱动齿轮1211相啮合，限位齿轮1212的下端设置有限位头12121，限位头12121下方的支撑架2上设置有活动锁头1213，活动锁头1213与设置在下方的电磁铁1214相连接，电磁铁1214与控制器1232相连接，活动锁头1213后方的支撑架2上设置有限位块20，限位块20与其前方的限位头12121相对应。

液压杆13的下部设置有阻尼板132，阻尼板132的末端连接有阻尼电机133，阻尼板132为扇形齿轮，且与阻尼电机133的输出轴通过齿轮连接。

联动机构包括上连接杆14、枢接板141和Y形连杆142，上连接杆14的上端铰接在膝关节轴12后方的限位齿轮1212上，上连接杆14的下端铰接在枢接板141的上部，枢接板141的前端铰接在支撑架2的底端，所枢接板141的下部与Y形连杆142的上端相铰接，Y形连杆142的下端与设置在踝足装置后侧的铰接座23相连接，膝关节轴12的一侧设置有角度传感器1231，角度传感器1231与控制器1232相连接。

踝足装置包括支撑座22、铰接座23、球冠座32、脚板341、后跟座342和后跟板343，支撑座22的上端与支撑杆21相连接，支撑座22的下端通过铰接腔222与铰接座23相连接，铰接座23的下端通过固定腔233与球冠座32相连接，球冠座32的下方依次固定安装有脚板341、后跟座342和后跟板343；球冠座32与脚板341的后端相连接，后跟座342的后端与脚板341的后端相连接，后跟板343的前端与后跟座342的前端相连接，球冠座32的上端为球冠321，球冠321中设置有连接螺杆31，连接螺杆31通过螺栓固定在固定腔233中；球冠座32的前端设置有向下开口的上安装腔332，上安装腔332中安装有与控制器1232相连接的前压力传感器3321，后跟座342的底端设置有向下开口的下安装腔3421，下安装腔3421中安装有与控制器1232相连接的后压力传感器3422；前压力传感器3321的下端设置有缓冲橡胶3322；支撑座22的前端设置有斜面221。

膝关节基座1与支撑架2之间的夹角范围为0度～85度，铰接座23的活动范围为0度～25度。

前摆动作：如图7所示，控制器1232控制电磁铁1214伸出活动锁头1213，使活动锁头1213处于限位头12121和限位块20之间；控制器1232控制膝关节电机和驱动齿轮1211并带动限位齿轮1212转动，限位头12121推动与活动锁头1213和限位块20连同支撑架2一起运动，使支撑架2绕旋膝关节基座1向前方旋转，缓慢加大与大腿之前的夹角，进而使支撑架2连同踝足装置向前抬起；在此过程中，由于联动机构的作用，可使得脚板341向前稍抬起。

触地动作：随着脚板341和后跟板343的依次着地，前压力传感器321和后压力传感器3422将信号传输给控制器1232，控制器1232则将控制输出给阻尼电机133，使阻尼电机133驱动液压杆13做阻尼调节，保证转动动作的柔和；脚板341触地后，当膝关节基座1与支撑架2之间的夹角达到85度时，控制器1232控制液压杆13锁死，此时液压杆13为小腿提供支撑力；当脚板341离地时就控制液压杆13松开，做到了提供稳定支撑躯体，防止摔倒的目的。

后摆动作：如图8所示，控制器1232控制电磁铁1214缩回活动锁头1213，使活动锁头1213位于限位头12121之下；同时膝关节电机122处于无负载状态，此时支撑架2通过人行走的惯性伸直，当佩戴者逐步抬起大腿时，膝关节基座1抬高，使支撑架2随重力作用缓慢缩小与大腿之前的夹角，支撑架2在重力作用下，可自由地保持竖直状态。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应当视为在本发明的保护范围之内。

说明书中未详细说明的内容属于本领域技术人员熟知的现有技术。

Claims (2)

1.一体智能假肢，其特征在于，包括膝关节基座、膝关节轴、液压杆、支撑架和支撑杆，以及踝足装置；所述膝关节基座的上端连接有大腿套筒座，所述膝关节轴贯穿设置在膝关节基座的左右两侧，所述支撑架套装在膝关节轴的两端，所述液压杆的上端铰接在膝关节基座的后端，液压杆的下端通过液压铰接座铰接在支撑架的底部中间，所述支撑杆设置在支撑架的底端，所述踝足装置连接在支撑杆的底端；所述膝关节基座的前部设置有膝关节电机，所述膝关节轴连接有齿轮限位装置，所述膝关节电机通过齿轮限位装置与支撑架相连接；所述踝足装置与膝关节基座之间设置有联动机构；所述膝关节电机与设置在支撑架一侧的控制器相连接，所述齿轮限位装置，包括驱动齿轮、限位齿轮、活动锁头和电磁铁；所述驱动齿轮设置在膝关节电机的输出轴上，所述限位齿轮设置在膝关节轴上，限位齿轮的齿段与驱动齿轮相啮合，限位齿轮的下端设置有限位头，所述限位头下方的支撑架上设置有活动锁头，所述活动锁头与设置在下方的电磁铁相连接，所述电磁铁与控制器相连接，所述活动锁头后方的支撑架上设置有限位块，所述限位块与其前方的限位头相对应，所述液压杆的下部设置有阻尼板，所述阻尼板为扇形齿轮，所述阻尼板与阻尼电机的输出轴通过齿轮连接，所述联动机构包括上连接杆、枢接板和Y形连杆，所述上连接杆的上端铰接在膝关节轴后方的限位齿轮上，上连接杆的下端铰接在枢接板的上部，所述枢接板的前端铰接在支撑架的底端，所枢接板的下部与Y形连杆的上端相铰接，所述Y形连杆的下端与设置在踝足装置后侧的铰接座相连接，所述膝关节轴的一侧设置有角度传感器，所述角度传感器与控制器相连接，所述踝足装置包括支撑座、铰接座、球冠座、脚板、后跟座和后跟板，所述支撑座的上端与支撑杆相连接，支撑座的下端通过铰接腔与铰接座相连接，所述铰接座的下端通过固定腔与球冠座相连接，所述球冠座的下方依次固定安装有脚板、后跟座和后跟板，所述球冠座与脚板的后端相连接，所述后跟座的后端与脚板的后端相连接，所述后跟板的前端与后跟座的前端相连接，所述球冠座的上端为球冠，所述球冠中设置有连接螺杆，所述连接螺杆通过螺栓固定在固定腔中，所述球冠座的前端设置有向下开口的上安装腔，所述上安装腔中安装有与控制器相连接的前压力传感器，所述后跟座的底端设置有向下开口的下安装腔，所述下安装腔中安装有与控制器相连接的后压力传感器，所述前压力传感器的下端设置有缓冲橡胶，所述支撑座的前端设置有斜面。

2.根据权利要求1所述的一体智能假肢，其特征在于，所述膝关节基座与支撑架之间的夹角范围为0度～85度，所述铰接座的活动范围为0度～25度。