CN110559108A - 一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节 - Google Patents

Abstract

本发明设计了一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，包括假肢膝关节上连接装置、连杆杆一、连杆二、缓冲连接件、驱动连杆、限定套筒、固定支架、磁流变液缓冲装置、蓄电池插槽、固定环、微控制器、传感器固定架、压力传感器、测压弹簧。假肢膝关节上连接装置通过辅助器件与大腿相连带动四连杆结构运动，通过压力传感器对行走过程中的冲击力进行检测，通过反馈调节磁流变液缓冲装置接收微控制器调节信号改变阻尼力从而达到缓冲调节的目的，提高假肢膝关节的舒适性。本发明专利可对行走过程所受冲击实时监测，通过实际情况进行缓冲调节，本发明性能优良，可实现协同调节，极大地提高假肢膝关节使用的舒适性。

Description

一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节

所属技术领域

本发明专利涉及假肢领域，具体适用于主动控制智能假肢膝关节。

背景技术

近年来，交通事故及自然灾害的频发，截肢患者的数量在急剧上升。为了补全他们行走能力的缺陷，通常会安装假肢来代偿行走。随着社会的发展和生活质量的整体提高，现代假肢不仅要求实现代步功能，同时要求努力提高受用者的灵活性和舒适性。

科学技术的发展推动传统的假肢向着智能化方向发展。智能假肢膝关节是智能检测与控制技术结合用于假肢上的成果，能够按照用户意向进行运动，主动调整以适应外部环境变化，显著提高假肢装置的性能和舒适程度，使得假肢能够模拟人体缺失部分的功能。现有智能假肢膝关节主要研究行走过程的步态特征控制，忽略了行走过程中缓冲调节。目前市场上销售的智能假肢膝关节多采用机械、液压和气压控制，其提供的阻尼性能差并且不能达到良好的缓冲调节的目的。使用者在行走过程中往往会出现强烈的振动冲击，从而引起不适。使用磁流变液缓冲装置的智能假肢膝关节可有效的缓解冲击，通过实施反馈调节假肢膝关节所受冲击。

磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性；而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的体特性。通过改变外加电流的大小，可使其阻尼力发生改变从而达到缓冲调节的目的。

发明内容

本发明设计了一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，通过上部假肢膝关节连接装置将膝关节与大腿相连接，小腿部分与缓冲装置相连接，通过压力传感器对行走过程中发生的冲击进行实时监测，经反馈为控制器调节电流对缓冲装置的输出阻尼进行相应的调节一达到缓冲调控的目的。设计的传感器固定架与传感器、测压弹簧和调节活塞杆共同组成压力测试装置，行走过程中所受冲击力经由该装置反馈到微控制器，控制器调节输入电流的大小进而实现缓冲调节。设计的缓冲装置使用磁流变液，可通过改变线圈中电流的大小改变磁场来调节器自身阻尼力的大小，缓冲装置调节活塞杆所受作用力改变实现缓冲调节的目的。假肢膝关节的微控制器、压力传感器和磁流变缓冲装置均由内置蓄电池供电，所设计的缓冲装置能耗小，调节装置响应速度快，可保证调节过程的平稳与舒适性。

本发明的技术方案如下：

一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，包括假肢膝关节上连接装置、连杆杆一、连杆二、缓冲连接件、驱动连杆、限定套筒、固定支架、磁流变液缓冲装置、蓄电池插槽、固定环、微控制器、传感器固定架、压力传感器、测压弹簧。所述假肢膝关节上连接装置和辅助装置配合与上截止患者大腿部分连接；所述连杆二、所述连杆一、所述驱动连杆和所述的限定套筒共同组成四连杆机构，除所述的限定套筒外其它任意一所述连杆作为原动件另两个连杆发生相应的运动，其中所述连杆一、所述驱动杆与所述假肢膝关节上连接装置、所述限定套筒相连接；所述缓冲连接件与所述磁流变液缓冲装置连接做上下往复运动；所述固定支架与所述固定环、所述驱动连杆相连接；所述蓄电池与所述微控制器安装在所述固定环锁装置内；所述压力传感器安装在所述传感器固定架并与所述缓冲连接件相连接；所述测压弹簧与所述压力传感器相连接。

进一步优选，所述缓冲连接件与所述驱动连杆突出部分采用轴连接方式，当所述驱动连杆位置发生改变能够式始终保证所述缓冲连接件沿轴线位置进行上下往复运动。

进一步优选，所述磁流变液缓冲装置线圈导线外侧使用胶密封，线圈导线有调节活塞杆外侧伸出。

进一步优选，所述磁流变液缓冲装置内部采用磁流变液加弹簧的设计，保证在为施加电流是其本身具有一定的缓冲性能。

进一步优选，所述磁流变液缓冲装置改用唇形密封，相较于密封圈密封其性能更加优良。

进一步优选，所述磁流变液缓冲装置与所述缓冲连接件通过螺钉连接，将其置于所述缓冲连接件内部便于维修更换。

进一步优选，所述传感器固定架由右左右两部分组成，用螺钉将其与所述缓冲连接件连接。

进一步优选，所述调节活塞杆由上下两部分组成，通过螺纹连接，便于调节弹簧以及测压弹簧的安装。

进一步优选，所述压力传感器响应经由微控制器与所述磁流变液缓冲装置可协同响应。

与现有技术对比，本发明专利的有益效果如下：

第一：本发明的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，提高了假肢膝关节使用过程中的舒适性。相较于传统智能假肢膝关节更注重假肢膝关节使用过程中的缓冲调节，设计了一种缓冲调节装置，提高其使用的舒适性。

第二：传统的缓冲装置多实用机械、气压和液压装置，现采用的缓冲装置基于磁流变液材料设计，比现有缓冲装置提供的阻尼力更大，调节过程更平稳舒适。能在受冲击时更快更好的缓解冲击，舒适性以及性能得到极大的改善。

第三：本发明设计中加入压力监测模块，能够对行走过程中所受冲击力实时监测，将监测结果反馈到微控制器，经控制器实现对缓冲装置的电流进行调控，能够实现协同调节。

附图说明

图1为一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节结构示意图。

图2为磁流变液缓冲装置结构示意图。

图3为传感器固定架结构示意图。

具体实施方案

本发明一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节主要包括三大部分，即作为驱动部分的四连杆运动部分、缓冲调节部分以及实现实时监测的冲击检测部分。如图1所示为该假肢膝关节的整体结构示意图。其中大腿带动四连杆结构驱动假肢膝关节运动，在行走过程中实时监测部分对过程中的冲击力进行检测并反馈到控制器，缓冲调节装置接收控制信号对行走过程的冲击进行实时调控。假肢膝关节上连接装置1受大腿带动，四连杆结构中的除机架部分限定套筒6按照既定运动轨迹运动。驱动连杆5带动由缓冲连接件6、磁流变液缓冲装置8以及实时监测装置沿垂直方向做上下往复运动。蓄电池9与微控制器11按装在固定环锁10内，并且蓄电池9为传感器13、磁流变液缓冲装置8以及微控制器11提供所需的电能。压力传感器13安装传感器固定架12安装在限定套筒6下测。

如图2所示，本结构主要是磁流变液缓冲装置转配好的结构示意图。包括磁流变液1、上缓冲弹簧2、线圈3、箱体4、下缓冲弹簧5、调节活塞杆6、端盖。其中缓冲专职腔体填充有磁流变液1，线圈3位于调节活塞杆6上，并在线圈外侧用胶密封，线圈导线从调节活塞杆外6侧伸出。端盖7与箱体4通过螺钉连接。

如图3所示，本结构是传感器固定架结构示意图。其分为左右两部分对称，便于相关元器件安装，其与缓冲连接件6相连接，压力传感器安装于其上的凹槽内。

Claims (8)

1.一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，包括假肢膝关节上连接装置、连杆杆一、连杆二、缓冲连接件、驱动连杆、限定套筒、固定支架、磁流变液缓冲装置、蓄电池插槽、固定环、微控制器、传感器固定架、压力传感器、测压弹簧，所述假肢膝关节上连接装置和辅助装置配合与上截止患者大腿部分连接；所述连杆二、所述连杆一、所述驱动连杆和所述的限定套筒共同组成四连杆机构，除所述的限定套筒外其它任意一所述连杆作为原动件另两个连杆发生相应的运动，其中所述连杆一、所述驱动杆与所述假肢膝关节上连接装置、所述限定套筒相连接；所述缓冲连接件与所述磁流变液缓冲装置连接做上下往复运动；所述固定支架与所述固定环、所述驱动连杆相连接；所述蓄电池与所述微控制器安装在所述固定环锁装置内；所述压力传感器安装在所述传感器固定架并与所述缓冲连接件相连接；所述测压弹簧与所述压力传感器相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述缓冲连接件与所述驱动连杆突出部分采用轴连接方式，当所述驱动连杆位置发生改变能够式始终保证所述缓冲连接件沿轴线位置进行上下往复运动。

3.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述磁流变液缓冲装置线圈导线外侧使用胶密封，线圈导线有调节活塞杆外侧伸出，所述磁流变液缓冲装置内部采用磁流变液加弹簧的设计，保证在为施加电流是其本身具有一定的缓冲性能。

4.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述磁流变液缓冲装置改用唇形密封，相较于密封圈密封其性能更加优良。

5.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述磁流变液缓冲装置与所述缓冲连接件通过螺钉连接，将其置于所述缓冲连接件内部便于维修更换。

6.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述传感器固定架由右左右两部分组成，用螺钉将其与所述缓冲连接件连接。

7.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述调节活塞杆由上下两部分组成，通过螺纹连接，便于调节弹簧以及测压弹簧的安装。

8.根据权利要求1所述的一种具有智能缓冲调节的假肢膝关节，其特征在于，所述压力传感器响应经由微控制器与所述磁流变液缓冲装置可协同响应。