CN111407472B - 一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂 - Google Patents

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Abstract

一种残疾人专用足部‑小腿部分仿真义肢机械臂，包括大腿部，所述大腿部内设置有开口向上且用于放置腿部的大腿套槽，所述大腿部靠近下侧端面的右侧端面上固定设置有固定块，所述固定块内设置有开口向外的开槽，所述大腿部的下侧端面上可转动的设置有摆动推杆，所述摆动推杆与所述开槽的上侧内壁之间固定连接有顶推弹簧，所述摆动推杆的左侧且位于所述大腿部的下侧端面上可转动的设置有膝关节连接部，所述膝关节连接部内设置有开口向下的套槽，所述膝关节连接部的右侧端面上固定设置有液压连接块，本例旨在设计一种通过人体之重来为人体腿部的行走进行助力，以此来协助残疾人员行走的足部‑小腿部分仿真义肢机械臂。

Description

一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂
技术领域
本发明涉及机械臂领域，具体为一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂。
背景技术
假肢就是用工程技术的手段和方法，为弥补截肢者或肢体不完全缺损的肢体而专门设计和制作装配的人工假体，又称“义肢”。它的主要作用是代替失去肢体的部分功能，使截肢者恢复一定的生活自理和工作能力。其适用对象是因疾病、交通事故、工伤事故、运动创伤等原因的截肢者。
但是，传统义肢只是模仿人体下肢的膝关节以及踝关节转动，使用过程较为费劲，并且需要经过长时间的锻炼才能够适应，其原因在于传统义肢仅是几个杆件连接而成，要模仿人体的行走以及通过杆件进行支撑需要学会调整杆件之间的转动，尤其是在前进时，并且人体前进时，通过大腿、小腿及足部共同用力来完成前进，使用义肢后仅有大腿部分的动力，因此，本例旨在设计一种通过人体之重来为人体腿部的行走进行助力，以此来协助残疾人员行走的足部-小腿部分仿真义肢机械臂。
发明内容
为解决上述问题，本例设计了一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，包括大腿部，所述大腿部内设置有开口向上且用于放置腿部的大腿套槽，所述大腿部靠近下侧端面的右侧端面上固定设置有固定块，所述固定块内设置有开口向外的开槽，所述大腿部的下侧端面上可转动的设置有摆动推杆，所述摆动推杆与所述开槽的上侧内壁之间固定连接有顶推弹簧，所述摆动推杆的左侧且位于所述大腿部的下侧端面上可转动的设置有膝关节连接部，所述膝关节连接部内设置有开口向下的套槽，所述膝关节连接部的右侧端面上固定设置有液压连接块，所述液压连接块内设置有开口向上的小腿回位液压腔，所述小腿回位液压腔内可滑动的设置有小腿回位液压推杆，所述小腿回位液压推杆的上端延伸出所述小腿回位液压腔的上端开口外并可转动的连接在所述摆动推杆上，所述膝关节连接部的下侧设置有足部，所述足部内设置有开口向外的摆转槽，所述摆转槽的前后侧内壁之间可转动的设置有踝关节转动块，所述踝关节转动块的上端固定连接有小腿部，所述小腿部的上端延伸入所述套槽内，所述小腿部的右侧端面上固定设置有液压油箱，所述液压油箱内设置有开口向下的油室，所述油室与所述小腿回位液压腔之间通过第一油管进行连通，且位于所述小腿回位液压腔及所述油室内充斥有液压油，所述油室内可滑动的设置有活塞，所述活塞的下侧端面上可转动的设置有连接杆，所述摆转槽的下侧内壁内设置有开口向外的足部油腔，所述足部油腔内可滑动的设置有脚跟推板，所述脚跟推板与所述足部油腔的前后侧内壁之间设置有导滑组件，所述连接杆的下端延伸出所述油室的下端开口外并可转动的连接在所述脚跟推板上，在使用人员穿戴本装置行走时，可通过所述脚跟推板的滑动来推动所述油室内的液压油流向，进而推动所述小腿回位液压推杆滑动，进而助力所述大腿部与所述膝关节连接部之间的相对摆动。
可优选的，所述踝关节转动块的右侧端面上固定设置有枝丫，所述枝丫的右端可转动的设置有转杆，所述摆转槽的下侧内壁内设置有圆弧形且右端与所述摆转槽相连通的弧形液压腔，所述弧形液压腔内可滑动的设置有弧形液压推杆，所述弧形液压推杆的弧形圆心为所述踝关节转动块的转动圆心，所述弧形液压推杆的上端延伸出所述弧形液压腔的右端开口外并可转动的连接于所述转杆远离所述踝关节转动块的一端上，所述足部油腔的左侧内壁与所述弧形液压腔的左端相连通的设置有第二油管，所述弧形液压腔与所述足部油腔内充斥有液压油，通过所述脚跟推板的滑动可挤压所述足部油腔内的液压油在所述弧形液压腔与所述足部油腔之间流动，进而带动所述弧形液压推杆在所述弧形液压腔内滑动，以此推动所述足部与所述踝关节转动块之间的相对转动，以此使得在所述足部抬起时所述足部相对于所述踝关节转动块顺时针转动，进而使得在所述足部落地时可保障所述脚跟推板先接触地面。
可优选的，所述足部油腔与所述脚跟推板所形成的封闭空间内可滑动的设置有缓冲推板，所述缓冲推板的下侧端面与所述脚跟推板之间固定连接有缓冲弹簧，所述缓冲推板与所述缓冲弹簧可在所述足部相对于所述踝关节转动块逆时针摆转状态下时起到缓冲作用。
可优选的，所述足部的左侧设置有前脚掌，所述前脚掌内设置有开口向上的前脚掌转槽，所述前脚掌转槽的下侧内壁内设置有开口向上的第一弹簧槽，所述足部的左端延伸入所述前脚掌转槽内且可转动的连接于所述前脚掌转槽的前后侧内壁之间，位于所述足部延伸入所述前脚掌转槽内的部分的下侧端面内设置有开口向下的第二弹簧槽，所述第二弹簧槽的上侧内壁与所述第一弹簧槽的下侧内壁之间固定连接有回位弹簧，通过所述前脚掌可降低在使用者行走时所述足部与地面之间的硬接触，也可模仿在行走时足部前脚掌的转动。
可优选的，连接于所述膝关节连接部上以及所述膝关节连接部的本身质量之和大于所述小腿回位液压推杆在所述小腿回位液压腔内的压力，进而在使用人员穿戴所述大腿部并带动时可通过连接于所述膝关节连接部上以及所述膝关节连接部本身的重力带动所述膝关节连接部相对于所述大腿部转动、即在使用人员通过大腿摆动带动所述大腿部摆动时，所述膝关节连接部保持竖直状态，以此模仿人体正常行走时的小腿动作。
可优选的，所述导滑组件包括相连通的设置于所述足部油腔前后侧内壁内的导滑槽，所述脚跟推板的前后侧端面上分别固定设置有可在所述足部油腔内滑动的导滑块，所述导滑块与所述导滑槽用于限制所述脚跟推板在所述足部油腔内仅可上下滑动且不会滑出所述足部油腔外。
可优选的，所述大腿套槽的前后侧内壁上设置有前后贯穿且位于所述大腿部内的缺口，所述缺口的左右两侧且位于所述大腿部内设置有串联孔，通过所述串联孔配合以绳子可调整所述大腿套槽的夹持程度，以此可适应不同胖瘦的人员使用。
可优选的，所述套槽与所述小腿部之间设置有卡扣，通过卡扣可调整所述小腿部伸出所述套槽外的距离，以此可适应使用人员另一只脚的长度。
本发明的有益效果是：在使用时，本装置可根据使用人员大腿的摆动情况来调整机械臂小腿部分以及足部部分的状态，来模仿正常人体在行走时的摆动情况，以此可加强使用人员对装置的适应程度，并且在行走过程中，本装置可借助使用人员自身的重量来驱动大腿部分、小腿部分以及足部部分之间的相对转动，以此模仿正常人体行走时膝关节、踝关节以及肌肉产生的动力，本装置方便有效，值得推荐使用。
附图说明
为了易于说明，本发明由下述的具体实施例及附图作以详细描述。
图1为本发明的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂的整体结构示意图；
图2为本发明的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂的部分结构示意图；
图3为本发明的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂的部分结构示意图；
图4为本发明的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂的部分结构示意图；
图5为本发明的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂的部分结构示意图。
具体实施方式
下面结合图1-图5对本发明进行详细说明，为叙述方便，现对下文所说的方位规定如下：下文所说的上下左右前后方向与图1本身投影关系的上下左右前后方向一致。
本发明涉及一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，下面将结合本发明附图对本发明做进一步说明：
根据本发明一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，包括大腿部101，所述大腿部101内设置有开口向上且用于放置腿部的大腿套槽102，所述大腿部101靠近下侧端面的右侧端面上固定设置有固定块105，所述固定块105内设置有开口向外的开槽108，所述大腿部101的下侧端面上可转动的设置有摆动推杆113，所述摆动推杆113与所述开槽108的上侧内壁之间固定连接有顶推弹簧111，所述摆动推杆113的左侧且位于所述大腿部101的下侧端面上可转动的设置有膝关节连接部126，所述膝关节连接部126内设置有开口向下的套槽127，所述膝关节连接部126的右侧端面上固定设置有液压连接块116，所述液压连接块116内设置有开口向上的小腿回位液压腔117，所述小腿回位液压腔117内可滑动的设置有小腿回位液压推杆115，所述小腿回位液压推杆115的上端延伸出所述小腿回位液压腔117的上端开口外并可转动的连接在所述摆动推杆113上，所述膝关节连接部126的下侧设置有足部133，所述足部133内设置有开口向外的摆转槽136，所述摆转槽136的前后侧内壁之间可转动的设置有踝关节转动块135，所述踝关节转动块135的上端固定连接有小腿部131，所述小腿部131的上端延伸入所述套槽127内，所述小腿部131的右侧端面上固定设置有液压油箱121，所述液压油箱121内设置有开口向下的油室122，所述油室122与所述小腿回位液压腔117之间通过第一油管118进行连通，且位于所述小腿回位液压腔117及所述油室122内充斥有液压油，所述油室122内可滑动的设置有活塞123，所述活塞123的下侧端面上可转动的设置有连接杆124，所述摆转槽136的下侧内壁内设置有开口向外的足部油腔142，所述足部油腔142内可滑动的设置有脚跟推板132，所述脚跟推板132与所述足部油腔142的前后侧内壁之间设置有导滑组件，所述连接杆124的下端延伸出所述油室122的下端开口外并可转动的连接在所述脚跟推板132上，在使用人员穿戴本装置行走时，可通过所述脚跟推板132的滑动来推动所述油室122内的液压油流向，进而推动所述小腿回位液压推杆115滑动，进而助力所述大腿部101与所述膝关节连接部126之间的相对摆动。
有益的，所述踝关节转动块135的右侧端面上固定设置有枝丫138，所述枝丫138的右端可转动的设置有转杆137，所述摆转槽136的下侧内壁内设置有圆弧形且右端与所述摆转槽136相连通的弧形液压腔147，所述弧形液压腔147内可滑动的设置有弧形液压推杆141，所述弧形液压推杆141的弧形圆心为所述踝关节转动块135的转动圆心，所述弧形液压推杆141的上端延伸出所述弧形液压腔147的右端开口外并可转动的连接于所述转杆137远离所述踝关节转动块135的一端上，所述足部油腔142的左侧内壁与所述弧形液压腔147的左端相连通的设置有第二油管148，所述弧形液压腔147与所述足部油腔142内充斥有液压油，通过所述脚跟推板132的滑动可挤压所述足部油腔142内的液压油在所述弧形液压腔147与所述足部油腔142之间流动，进而带动所述弧形液压推杆141在所述弧形液压腔147内滑动，以此推动所述足部133与所述踝关节转动块135之间的相对转动，以此使得在所述足部133抬起时所述足部133相对于所述踝关节转动块135顺时针转动，进而使得在所述足部133落地时可保障所述脚跟推板132先接触地面。
有益的，所述足部油腔142与所述脚跟推板132所形成的封闭空间内可滑动的设置有缓冲推板143，所述缓冲推板143的下侧端面与所述脚跟推板132之间固定连接有缓冲弹簧146，所述缓冲推板143与所述缓冲弹簧146可在所述足部133相对于所述踝关节转动块135逆时针摆转状态下时起到缓冲作用。
有益的，所述足部133的左侧设置有前脚掌134，所述前脚掌134内设置有开口向上的前脚掌转槽157，所述前脚掌转槽157的下侧内壁内设置有开口向上的第一弹簧槽151，所述足部133的左端延伸入所述前脚掌转槽157内且可转动的连接于所述前脚掌转槽157的前后侧内壁之间，位于所述足部133延伸入所述前脚掌转槽157内的部分的下侧端面内设置有开口向下的第二弹簧槽149，所述第二弹簧槽149的上侧内壁与所述第一弹簧槽151的下侧内壁之间固定连接有回位弹簧152，通过所述前脚掌134可降低在使用者行走时所述足部133与地面之间的硬接触，也可模仿在行走时足部前脚掌的转动。
有益的，连接于所述膝关节连接部126上以及所述膝关节连接部126的本身质量之和大于所述小腿回位液压推杆115在所述小腿回位液压腔117内的压力，进而在使用人员穿戴所述大腿部101并带动时可通过连接于所述膝关节连接部126上以及所述膝关节连接部126本身的重力带动所述膝关节连接部126相对于所述大腿部101转动、即在使用人员通过大腿摆动带动所述大腿部101摆动时，所述膝关节连接部126保持竖直状态，以此模仿人体正常行走时的小腿动作。
有益的，所述导滑组件包括相连通的设置于所述足部油腔142前后侧内壁内的导滑槽153，所述脚跟推板132的前后侧端面上分别固定设置有可在所述足部油腔142内滑动的导滑块154，所述导滑块154与所述导滑槽153用于限制所述脚跟推板132在所述足部油腔142内仅可上下滑动且不会滑出所述足部油腔142外。
有益的，所述大腿套槽102的前后侧内壁上设置有前后贯穿且位于所述大腿部101内的缺口103，所述缺口103的左右两侧且位于所述大腿部101内设置有串联孔104，通过所述串联孔104配合以绳子可调整所述大腿套槽102的夹持程度，以此可适应不同胖瘦的人员使用。
有益的，所述套槽127与所述小腿部131之间设置有卡扣，通过卡扣可调整所述小腿部131伸出所述套槽127外的距离，以此可适应使用人员另一只脚的长度。
初始状态时，所述小腿部131处于竖直状态，所述大腿部101处于竖直状态，此时，所述小腿回位液压推杆115处于竖直状态并最大限度伸出所述小腿回位液压腔117外，所述活塞123在所述活塞123内最大限度下滑，所述脚跟推板132的下侧面滑出所述足部油腔142外，所述足部133与所述小腿部131之间呈现九十度状态，所述前脚掌134的下侧端面与所述足部133的下侧端面相齐平。
在使用人员使用本装置时，使用人员将大腿部分伸入所述大腿套槽102内并通过绳索穿过所述串联孔104进行固定，在使用人员行走并抬腿时，使用人员的大腿带动所述大腿部101相对于所述大腿部101的上端发生顺时针摆转；
在所述大腿部101发生摆转时，所述大腿部101与所述膝关节连接部126之间绕着所述大腿部101与所述膝关节连接部126之间的连接铰链发生转动，在此过程中，所述大腿部101相对于所述膝关节连接部126上端的铰链发生顺时针转动，此时，所述膝关节连接部126与所述小腿部131在重力的作用下保持竖直状态（但在穿戴人员带动所述大腿部101的情况下会带动所述膝关节连接部126与所述小腿部131发生位移），此时，所述大腿部101通过所述摆动推杆113及所述顶推弹簧111的推力推动所述小腿回位液压推杆115在所述小腿回位液压腔117内下滑，此时，所述小腿回位液压推杆115将所述小腿回位液压腔117内的液压油通过所述第一油管118挤压入所述油室122内，进而推动所述活塞123在所述油室122内下滑，并通过所述连接杆124推动所述脚跟推板132在所述足部油腔142内下滑，并将所述弧形液压腔147内的液压油抽入所述足部油腔142内，此时，所述足部133相对于所述小腿部131发生逆时针转动，并使得所述小腿部131与所述足部133之间的夹角逐渐增大，以此保障在所述足部133再次接触地面时与地面之间存在最大的接触面积，以此减小磨损，并起到缓冲作用；
当使用人员迈腿并前进时（爬楼梯时幅度较大，效果更为明显），在所述足部133逐渐接触地面时，所述脚跟推板132首先接触地面，并在人体重量的压力下，所述脚跟推板132在反作用的作用下相对于所述足部133滑入所述足部油腔142内，并将所述足部油腔142内的液压油推挤入所述弧形液压腔147内，以此推动所述足部133相对于所述小腿部131摆动，并逐渐转动至水平状态，同时，在所述脚跟推板132的推动下，所述连接杆124推动所述活塞123向上滑动，并将所述油室122内的液压油通过所述第一油管118挤压回所述小腿回位液压腔117内，以此推动所述小腿回位液压推杆115上升，以此通过人体自身的重量推动所述大腿部101摆回竖直状态，并以此推动使用人员转至站立状态；
当使用人员前倾时，所述小腿回位液压推杆115向上滑动，同时，所述脚跟推板132继续上升，此时，所述足部133与所述小腿部131之间的夹角减小。
本发明的有益效果是：在使用时，本装置可根据使用人员大腿的摆动情况来调整机械臂小腿部分以及足部部分的状态，来模仿正常人体在行走时的摆动情况，以此可加强使用人员对装置的适应程度，并且在行走过程中，本装置可借助使用人员自身的重量来驱动大腿部分、小腿部分以及足部部分之间的相对转动，以此模仿正常人体行走时膝关节、踝关节以及肌肉产生的动力，本装置方便有效，值得推荐使用。
通过以上方式，本领域的技术人员可以在本发明的范围内根据工作模式做出各种改变。

Claims (7)

1.一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，包括大腿部部，所述大腿部内设置有开口向上且用于放置腿部的大腿套槽，所述大腿部靠近下侧端面的右侧端面上固定设置有固定块，所述固定块内设置有开口向外的开槽，所述大腿部的下侧端面上可转动的设置有摆动推杆，所述摆动推杆与所述开槽的上侧内壁之间固定连接有顶推弹簧，所述摆动推杆的左侧且位于所述大腿部的下侧端面上可转动的设置有膝关节连接部，所述膝关节连接部内设置有开口向下的套槽，所述膝关节连接部的右侧端面上固定设置有液压连接块，所述液压连接块内设置有开口向上的小腿回位液压腔，所述小腿回位液压腔内可滑动的设置有小腿回位液压推杆，所述小腿回位液压推杆的上端延伸出所述小腿回位液压腔的上端开口外并可转动的连接在所述摆动推杆上，所述膝关节连接部的下侧设置有足部，所述足部内设置有开口向外的摆转槽，所述摆转槽的前后侧内壁之间可转动的设置有踝关节转动块，所述踝关节转动块的上端固定连接有小腿部，所述小腿部的上端延伸入所述套槽内，所述小腿部的右侧端面上固定设置有液压油箱，所述液压油箱内设置有开口向下的油室，所述油室与所述小腿回位液压腔之间通过第一油管进行连通，且位于所述小腿回位液压腔及所述油室内充斥有液压油，所述油室内可滑动的设置有活塞，所述活塞的下侧端面上可转动的设置有连接杆，所述摆转槽的下侧内壁内设置有开口向外的足部油腔，所述足部油腔内可滑动的设置有脚跟推板，所述脚跟推板与所述足部油腔的前后侧内壁之间设置有导滑组件，所述连接杆的下端延伸出所述油室的下端开口外并可转动的连接在所述脚跟推板上，其特征在于：所述踝关节转动块的右侧端面上固定设置有枝丫，所述枝丫的右端可转动的设置有转杆，所述摆转槽的下侧内壁内设置有圆弧形且右端与所述摆转槽相连通的弧形液压腔，所述弧形液压腔内可滑动的设置有弧形液压推杆，所述弧形液压推杆的弧形圆心为所述踝关节转动块的转动圆心，所述弧形液压推杆的上端延伸出所述弧形液压腔的右端开口外并可转动的连接于所述转杆远离所述踝关节转动块的一端上，所述足部油腔的左侧内壁与所述弧形液压腔的左端相连通的设置有第二油管，所述弧形液压腔与所述足部油腔内充斥有液压油，通过所述脚跟推板的滑动可挤压所述足部油腔内的液压油在所述弧形液压腔与所述足部油腔之间流动，进而带动所述弧形液压推杆在所述弧形液压腔内滑动，以此推动所述足部与所述踝关节转动块之间的相对转动。
2.如权利要求1所述的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，其特征在于：所述足部油腔与所述脚跟推板所形成的封闭空间内可滑动的设置有缓冲推板，所述缓冲推板的下侧端面与所述脚跟推板之间固定连接有缓冲弹簧。
3.如权利要求1所述的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，其特征在于：所述足部的左侧设置有前脚掌，所述前脚掌内设置有开口向上的前脚掌转槽，所述前脚掌转槽的下侧内壁内设置有开口向上的第一弹簧槽，所述足部的左端延伸入所述前脚掌转槽内且可转动的连接于所述前脚掌转槽的前后侧内壁之间，位于所述足部延伸入所述前脚掌转槽内的部分的下侧端面内设置有开口向下的第二弹簧槽，所述第二弹簧槽的上侧内壁与所述第一弹簧槽的下侧内壁之间固定连接有回位弹簧。
4.如权利要求1所述的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，其特征在于：连接于所述膝关节连接部上以及所述膝关节连接部的本身质量之和大于所述小腿回位液压推杆在所述小腿回位液压腔内的压力。
5.如权利要求1所述的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，其特征在于：所述导滑组件包括相连通的设置于所述足部油腔前后侧内壁内的导滑槽，所述脚跟推板的前后侧端面上分别固定设置有可在所述足部油腔内滑动的导滑块。
6.如权利要求1所述的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，其特征在于：所述大腿套槽的前后侧内壁上设置有前后贯穿且位于所述大腿部内的缺口，所述缺口的左右两侧且位于所述大腿部内设置有串联孔，通过所述串联孔配合以绳子可调整所述大腿套槽的夹持程度。
7.如权利要求1所述的一种残疾人专用足部-小腿部分仿真义肢机械臂，其特征在于：所述套槽与所述小腿部之间设置有卡扣。
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