CN111084681A - 液压仿生踝关节 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种液压仿生踝关节，其特征在于，包括：固定座，下端可与碳纤维储能脚连接；液压缓冲机构，压装在固定座上，且液压缓冲机构的转轴与冠状轴相平行，用来提供仿生踝关节跖曲运动和背曲运动时的阻尼力；四棱台结构件，上端可与假肢接受腔连接，下端与液压缓冲机构的转轴连接，四棱台结构件可围绕液压缓冲机构的转轴进行前后向的旋转摆动。本发明提供了一种集成液压阻尼和自复位功能为一体的液压仿生踝关节，其具有重量轻、体积小和无噪音的特点，让踝关节接近于真实踝，为更多残疾人士提供便利的优异假肢。
Description
技术领域
本发明涉及一种仿生机械技术领域，具体是关于一种集成液压阻尼和自复位功能为一体的液压仿生踝关节。
背景技术
近年来，由于交通事故、疾病等原因，膝下截肢的人逐渐增多，而穿戴踝关节假肢可以达到对人体缺失功能大代偿。现有踝关节假肢多为被动式，利用脚板自身变形量来满足残肢所需要的回弹力，运动起来较为死板、僵硬、灵活性较差。对于上下楼梯的爬行，上下斜坡的行走基本需要装配者残端和胯部的身体摆动提供动力，行动起来比较吃力，导致残疾人士在正常生活中带来很多不便。
目前，虽然小腿假肢的研究方向倾向于智能化发展，但智能踝的传动装置影响到踝关节的体积、重量、噪音，较为重要的就是在价格上比较昂贵，导致残疾人士在选择假肢佩戴时不得不舍弃装配智能假肢，继续采用被动踝。此外，国内研究主要侧重于膝关节假肢功能的实现，而踝关节仅被当作弹性储能结构辅助人体行走，一些关键技术尚待发展与完善。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种集成液压阻尼和自复位功能为一体的液压仿生踝关节。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种液压仿生踝关节，包括：固定座，下端可与碳纤维储能脚连接；液压缓冲机构，压装在所述固定座上，且所述液压缓冲机构的转轴与冠状轴相平行，用来提供仿生踝关节跖曲运动和背曲运动时的阻尼力；四棱台结构件，上端可与假肢接受腔连接，下端与所述液压缓冲机构的转轴连接，所述四棱台结构件可围绕所述液压缓冲机构的转轴进行前后向的旋转摆动。
所述的液压仿生踝关节，优选的，所述液压缓冲机构包括：液压壳体；转子，转动设置在所述液压壳体内；固定翼片，所述固定翼片的第一端与所述液压壳体连接成一体，第二端与所述转子密封接触；活动翼片，所述活动翼片的第一端与所述转子连接成一体，第二端与所述液压壳体密封接触；所述转子、固定翼片和活动翼片共同将所述液压壳体的内腔分隔为第一液压腔和第二液压腔；在所述固定翼片上开设有至少两个用来连通所述第一液压腔和第二液压腔的液压流道，其中至少一个所述液压流道内设置有控制液压工质由所述第一液压腔流向所述第二液压腔的第一单向阀，其余所述液压流道内设置有控制液压工质由所述第二液压腔流向所述第一液压腔的第二单向阀。
所述的液压仿生踝关节，优选的，所述液压壳体包括液压外壳、密封盖和液压端盖，所述液压外壳为两端敞口的筒形，所述密封盖和液压端盖依次固定在所述液压外壳的两敞口端，以密封所述液压外壳的内腔。
所述的液压仿生踝关节，优选的，在所述液压外壳上沿径向开设有与所述液压流道连通的调节孔，所述调节孔内旋合有用来调节所述液压流道过流面积的调节阀。
所述的液压仿生踝关节，优选的，在所述液压壳体内还设置有用来使所述转子复位的弹性件，复位位置设置为静止状态时所述四棱台结构件水平为正常对线位置。
所述的液压仿生踝关节，优选的，所述弹性件为装配在所述密封盖和液压端盖之间的涡簧，所述涡簧的第一端固定在所述转子上，第二端固定在所述液压外壳上。
所述的液压仿生踝关节，优选的，所述四棱台结构件的上端具有用来与假肢接受腔连接的标准连接件，下端具有倒U型铰座，且所述铰座的两竖臂分别与所述液压缓冲机构的转子连接。
所述的液压仿生踝关节，优选的，在位于所述铰座的横臂前后两侧的所述固定座上均设置有限位块，以使四棱台结构件根据所述固定座上的限位块进行旋转摆动，最大可旋转摆动范围为两所述限位块所形成的夹角。
所述的液压仿生踝关节，优选的，所述液压缓冲机构的转子两端各开设有螺纹孔，所述四棱台结构件的铰座通过键固定钉螺纹锁紧在所述液压缓冲机构的转子上。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明主要由固定座、液压缓冲机构和四棱台结构件组成，假肢穿戴者正常步态行走时液压仿生踝关节节可以根据假肢足下支撑点决定跖屈或背曲的运动，假肢会向前或向后进行角度偏转，与此同时液压缓冲机构对作用力进行吸收，踝关节模拟正常人行走轨迹有一定角度旋转；当足下改变支撑点时，液压缓冲机构内部复位弹性件可以恢复踝旋转角度，等待下次运动执行。2、本发明可以根据个人运动等级状态不同调整调节阀来改变液压缓冲机构内部液压缓冲力，液压缓冲的调整可以改变液压缓冲机构对作用力的吸收，使穿戴者脚步运动曲线更平稳。3、本发明集成液压阻尼和自复位功能为一体，以增加残端运动缓冲，保护残肢二次伤害，对于行走过程中给残疾人士提供部分动力，节省体力。4、本发明针对于灵活性和体积、重量和噪音等方面进行设计踝关节，具有重量轻、体积小和无噪音的特点，让踝关节接近于真实踝，为更多残疾人士提供便利的优异假肢。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的爆炸结构示意图；
图3是本发明液压缓冲机构的爆炸结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
如图1、图2所示，本发明提供的液压仿生踝关节包括固定座1、液压缓冲机构2和四棱台结构件3。其中，固定座1下端可与碳纤维储能脚4连接，液压缓冲机构2压装在固定座1上，且液压缓冲机构2的转轴与冠状轴相平行，液压缓冲机构2主要用来提供仿生踝关节跖曲运动和背曲运动时的阻尼力。四棱台结构件3的上端具有用来与假肢接受腔(图中未示出)连接的标准连接件31，下端具有倒U型铰座32，且该铰座32的两竖臂分别与液压缓冲机构2的转轴连接，这样四棱台结构件3可以围绕液压缓冲机构2的转轴进行前后向的旋转摆动。
如图3所示，液压缓冲机构2包括液压壳体21、转子22、固定翼片23和活动翼片24。转子22转动设置在液压壳体21内，固定翼片23的第一端与液压壳体21连接成一体，第二端与转子22密封接触；活动翼片24的第一端与转子22连接成一体，第二端与液压壳体21密封接触，这样转子22、固定翼片23和活动翼片24共同将液压壳体21的内腔分隔为第一液压腔201和第二液压腔202。在固定翼片23上开设有至少两个用来连通第一液压腔201和第二液压腔202的液压流道(图中未示出)，其中至少一个液压流道内设置有控制液压介质由第一液压腔201流向第二液压腔202的第一单向阀25，其余液压流道内设置有控制液压介质由第二液压腔202流向第一液压腔201的第二单向阀26。由此，当仿生踝关节进行跖曲运动/背曲运动时，转子22带动活动翼片24压缩第一液压腔201/第二液压腔202，第一液压腔201/第二液压腔202内的液压介质经第一单向阀25/第二单向阀26流向第二液压腔202/第一液压腔201，从而为仿生踝关节提供跖曲运动/背曲运动时的阻尼力。
上述实施例中，优选的，液压壳体21包括液压外壳211、密封盖212和液压端盖213，液压外壳211为两端敞口的筒形，密封盖212和液压端盖213依次固定在液压外壳211的两敞口端，以密封液压外壳211的内腔。
上述实施例中，优选的，在液压外壳211上沿径向开设有与液压流道连通的调节孔214，调节孔214内旋合有用来调节液压流道过流面积的调节阀27，这样可以根据使用者体重、运动状态，通过旋出或旋进调节阀27来调节液压流道过流面积的大小，从而控制跖屈、背曲运动时的阻尼大小。
上述实施例中，优选的，在液压壳体21内还设置有用来使转子22复位的弹性件28，复位位置设置为静止状态时四棱台结构件3水平位置，此位置为矢状面对线初始位置)。
上述实施例中，优选的，弹性件28为装配在密封盖212和液压端盖213之间的涡簧，涡簧的第一端固定在转子22上，第二端固定在液压外壳211上。
上述实施例中，优选的，在位于铰座32的横臂前后两侧的固定座1上均设置有限位块5，这样四棱台结构件3可以根据固定座1上的限位块5进行旋转摆动，最大可旋转摆动范围为两限位块5所形成的夹角。
上述实施例中，优选的，液压缓冲机构2的转子22两端各开设有螺纹孔，四棱台结构件3的铰座32通过键固定钉6螺纹锁紧在液压缓冲机构2的转子22上。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。
Claims (9)
1.一种液压仿生踝关节，其特征在于，包括：
固定座(1)，下端可与碳纤维储能脚连接；
液压缓冲机构(2)，压装在所述固定座(1)上，且所述液压缓冲机构(2)的转轴与冠状轴相平行，用来提供仿生踝关节跖曲运动和背曲运动时的阻尼力；
四棱台结构件(3)，上端可与假肢接受腔连接，下端与所述液压缓冲机构(2)的转轴连接，所述四棱台结构件(3)可围绕所述液压缓冲机构(2)的转轴进行前后向的旋转摆动。
2.根据权利要求1所述的液压仿生踝关节，其特征在于，所述液压缓冲机构(2)包括：
液压壳体(21)；
转子(22)，转动设置在所述液压壳体(21)内；
固定翼片(23)，所述固定翼片(23)的第一端与所述液压壳体(21)连接成一体，第二端与所述转子(22)密封接触；
活动翼片(24)，所述活动翼片(24)的第一端与所述转子(22)连接成一体，第二端与所述液压壳体(21)密封接触；
所述转子(22)、固定翼片(23)和活动翼片(24)共同将所述液压壳体(21)的内腔分隔为第一液压腔(201)和第二液压腔(202)；在所述固定翼片(23)上开设有至少两个用来连通所述第一液压腔(201)和第二液压腔(202)的液压流道，其中至少一个所述液压流道内设置有控制液压工质由所述第一液压腔(201)流向所述第二液压腔(202)的第一单向阀(25)，其余所述液压流道内设置有控制液压工质由所述第二液压腔(202)流向所述第一液压腔(201)的第二单向阀(26)。
3.根据权利要求2所述的液压仿生踝关节，其特征在于，所述液压壳体(21)包括液压外壳(211)、密封盖(212)和液压端盖(213)，所述液压外壳(211)为两端敞口的筒形，所述密封盖(212)和液压端盖(213)依次固定在所述液压外壳(211)的两敞口端，以密封所述液压外壳(211)的内腔。
4.根据权利要求3所述的液压仿生踝关节，其特征在于，在所述液压外壳(211)上沿径向开设有与所述液压流道连通的调节孔(214)，所述调节孔(214)内旋合有用来调节所述液压流道过流面积的调节阀(27)。
5.根据权利要求3所述的液压仿生踝关节，其特征在于，在所述液压壳体(21)内还设置有用来使所述转子(22)复位的弹性件(28)，复位位置设置为静止状态时所述四棱台结构件(3)水平为正常对线位置。
6.根据权利要求5所述的液压仿生踝关节，其特征在于，所述弹性件(28)为装配在所述密封盖(212)和液压端盖(213)之间的涡簧，所述涡簧的第一端固定在所述转子(22)上，第二端固定在所述液压外壳(211)上。
7.根据权利要求2到6任一项所述的液压仿生踝关节，其特征在于，所述四棱台结构件(3)的上端具有用来与假肢接受腔连接的标准连接件(31)，下端具有倒U型铰座(32)，且所述铰座(32)的两竖臂分别与所述液压缓冲机构(2)的转子(22)连接。
8.根据权利要7所述的液压仿生踝关节，其特征在于，在位于所述铰座(32)的横臂前后两侧的所述固定座(1)上均设置有限位块(5)，以使四棱台结构件(3)根据所述固定座(1)上的限位块(5)进行旋转摆动，最大可旋转摆动范围为两所述限位块(5)所形成的夹角。
9.根据权利要7所述的液压仿生踝关节，其特征在于，所述液压缓冲机构(2)的转子(22)两端各开设有螺纹孔，所述四棱台结构件(3)的铰座(32)通过键固定钉(6)螺纹锁紧在所述液压缓冲机构(2)的转子(22)上。
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