CN112168438B - 一种基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，包括踝关节部和足部；所述的足部包括足部支撑件下底板、足部支撑件上顶板、足部支撑件前组件、足部支撑件后组件、足部上承载板、足部前进气腔、足部后挤压气腔、足部受力中组件前气腔、足部受力中组件后气腔。本发明的柔性假肢仿生设计中，将人体骨骼的拉压体工作原理运用到假肢设计中的方式，更符合人体自然特性，能够有效改善人体自然步态，为现如今的柔性假肢设计提供一种可行的思路方法，助力未来假肢设计的发展。

Description

一种基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢

技术领域

本发明涉及踝足关节假肢领域，具体为一种基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢。

背景技术

现如今随着科技的进步发展，人在截肢后可以安装假肢以取代双足，起到支撑人体与辅助行走的各项功能。但是由于假肢器械自身重量原因，截肢者不仅在佩戴时会多做无用功，同时也增加人体负荷以及提高了新陈代谢速率。并且由于截肢者在佩戴假肢时会产生肢体侧向肌肉承受载荷过大以及残肢末端肌肉载荷增加等一系列额外肌肉功能的损伤，从而导致截肢者所需承受更多的疼痛，因此如何降低继发性的危害将关系到一款假肢产品是否优良的标准所在。

并且传统的假肢设计均采用弹簧辅助的作用，这种能量转换方式不但会增加假肢的自重，为截肢者带来更多无义的能量消耗，同时由于弹簧自身的特性所致，在用于被动假肢后，其并不能给人体运动步态带来真正连续自然的动力输出。

而将假肢的整体材质由刚性转变为柔性将会较好地同时改善上述问题，因此柔性假肢作为未来一个重要的假肢发展方向，将具有无可比拟的作用；但现在研究人员对柔性假肢的研究却少之又少。

发明内容

本发明旨在提供一种基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，将人体骨骼的拉压体工作原理运用到假肢设计中的方式，使其更符合人体的自然特性，从而能够有效地改善人体自然步态，为现如今的柔性假肢设计提供一种可行的思路方法，助力未来假肢设计的发展。

本发明的技术方案如下：

所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，包括踝关节部和足部；

所述的足部包括足部支撑件下底板、足部支撑件上顶板、足部支撑件前组件、足部支撑件后组件、足部上承载板、足部前进气腔、足部后挤压气腔、足部受力中组件前气腔、足部受力中组件后气腔；

所述的足部支撑件下底板的前端与足部支撑件前组件连接，后端与足部支撑件后组件连接，足部支撑件下底板上设有足部支撑件上顶板；所述的足部支撑件上顶板的弓形对应模拟了人体的足弓弧度；

所述的足部前进气腔设于足部支撑件前组件上，所述的足部后挤压气腔设于后端足部支撑件后组件上；所述的足部前进气腔上设有足部前进气腔单向进气阀，所述的足部后挤压气腔上设有足部后挤压气腔单向排气阀，所述的足部前进气腔和足部后挤压气腔之间通过导气管连通，所述的导气管上设有导气管中单向气阀，所述的导气管中单向气阀的导气通方向为从足部前进气腔向足部后挤压气腔导气；

所述的足部受力中组件前气腔设于足部前进气腔上，所述的足部受力中组件后气腔设于足部后挤压气腔上；所述的足部受力中组件前气腔与足部受力中组件后气腔之间通过受力中组件导气管连通；

所述的足部上承载板前部和后部分别安装于足部受力中组件前气腔和足部受力中组件后气腔的上表面之上，足部上承载板后部的顶面上设有踝足连接定位槽，所述的踝关节部通过踝足连接定位槽安装于足部上承载板的后部上。

所述的足部前进气腔单向进气阀设有两组，每组两个，两组足部前进气腔单向进气阀分别设于足部前进气腔的左右两侧面上；

所述的挤压气腔单向排气阀设有三组，水平间隔设于足部后足部后挤压气腔的后侧面上。

所述的足部支撑件下底板上设有三排底部形变气腔，每排两个，各个底部形变气腔的顶面分别与足部支撑件上顶板的底面连接；所述的底部形变气腔的两侧的下部分别设有一个底部形变气腔单向进气阀和一个底部形变气腔单向排气阀；

所述的足部前进气腔后侧面和足部后挤压气腔前侧面分别水平间隔设置两个足部气腔内导气管孔，所述的导气管设有两根，导气管的前后两端分别与足部前进气腔后侧面和足部后挤压气腔前侧面的足部气腔内导气管孔连接。

所述的足部前进气腔内设有呈正五边形分布的五个弹性橡胶柱，所述的弹性橡胶柱的上下两端分别与足部前进气腔内的顶面和底面连接。

所述的足部受力中组件前气腔顶部的内侧边沿处与足部上承载板之间设有空隙Ⅰ，所述的空隙Ⅰ的顶面和底面构成的夹角的角度为10°。

所述的足部受力中组件后气腔顶部的外侧边沿处与足部上承载板之间设有空隙Ⅱ，所述的空隙Ⅱ的顶面和底面构成的夹角的角度为10°。

所述的足部受力中组件后气腔内的后部设有足部受力中组件蜂窝后缓震装置，所述的足部受力中组件蜂窝后缓震装置分别与足部受力中组件后气腔内的顶面和底面连接。

所述的足部支撑件后组件的底面设有由弹性材料制成的足部支撑件防滑波纹后板；所述的足部上承载板前部通过足部上中板件前固定装置安装于足部受力中组件前气腔上；所述的足部上承载板前部通过足部上中板件后固定装置安装于足部受力中组件后气腔上。

所述的足部支撑件上顶板的顶面上设有由高强度橡胶制成的足部受力中组件，所述的足部受力中组件的顶面与足部上承载板的底面连接，足部受力中组件的两端分别与足部受力中组件前气腔、足部受力中组件后气腔接触，所述的受力中组件导气管设有三组，均设于足部受力中组件内，三组受力中组件导气管位于同一水平面内，沿矢状面方向设置。

所述的踝关节部包括踝关节支撑底座、踝关节中部翻转限定装置、踝关节上部运动翻转件、踝关节前部挤压气腔、踝关节后部挤压气腔、踝关节顶部连接圆盘；

所述的所述的踝关节支撑底座安装于踝足连接定位槽中，所述的踝关节中部翻转限定装置设于踝关节支撑底座的顶面上，踝关节中部翻转限定装置的上部是模仿人体距骨矢状面边缘结构的弧形轮廓，所述的踝关节上部运动翻转件的内轮廓是模仿胫腓骨内部剖面的结构轮廓，所述的踝关节上部运动翻转件通过内轮廓与弧形面配合，装配在踝关节中部翻转限定装置上，能够前后翻转；所述的踝关节支撑底座的前侧面上部设有踝关节前部挤压气腔，踝关节支撑底座的后侧面上部设有踝关节后部挤压气腔；所述的踝关节前部挤压气腔和踝关节后部挤压气腔用于限制踝关节上部运动翻转件前后翻转的位置；所述的踝关节前部挤压气腔和踝关节后部挤压气腔与踝关节中部翻转限定装置的左右侧面上分别设有弹性连接件总成，所述的弹性连接件总成使得踝关节中部翻转限定装置不会脱离踝关节支撑底座与踝关节上部运动翻转件；所述的踝关节顶部连接圆盘设于踝关节上部运动翻转件的顶面上。

所述的弹性连接件总成包括踝关节弹性拉管Ⅰ、踝关节弹性拉管Ⅱ、踝关节弹性拉管Ⅲ、踝关节弹性拉管Ⅳ、踝关节弹性拉管Ⅴ、踝关节弹性拉管Ⅵ；

所述的踝关节前部挤压气腔的左右侧面的上部分别设有沿竖直方向间隔排布的两个踝关节前部挤压气腔定位气孔；所述的踝关节弹性拉管Ⅰ在踝关节部左右侧面各设一根；

踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅰ的前端安装于位于下方的踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔中，与踝关节前部挤压气腔连通，各根踝关节弹性拉管Ⅰ的尾端通过定位件固定安装于踝关节支撑底座左侧面或右侧面的后下角处；

所述的踝关节弹性拉管Ⅱ在踝关节部左侧面和右侧面上各设一根；踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅱ的前端安装于位于上方的踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔中，与踝关节前部挤压气腔连通，各根踝关节弹性拉管Ⅱ的尾端通过定位件固定安装于踝关节上部运动翻转件左侧面或右侧面的后上角处；

所述的踝关节后部挤压气腔的左侧面和右侧面的上部分别设有沿竖直方向间隔排布的两个踝关节后部挤压气腔定位气孔；

所述的踝关节弹性拉管Ⅲ在踝关节部左侧面和右侧面上各设有一根；踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅲ的后端分别对应安装于位于下方的踝关节后部挤压气腔定位气孔中，与踝关节后部挤压气腔连通，各根踝关节弹性拉管Ⅲ的前端通过定位件固定安装于踝关节支撑底座左侧面或右侧面的前下角处；

所述的踝关节弹性拉管Ⅳ在踝关节部左侧面和右侧面各设有一根；踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅳ的后端分别对应安装于位于上方踝关节后部挤压气腔定位气孔中，与踝关节后部挤压气腔连通，踝关节弹性拉管Ⅳ的前端通过定位件固定安装于踝关节上部运动翻转件左侧面或右侧面的前上角处；

踝关节部左侧面或右侧面上，所述的踝关节弹性拉管Ⅰ的前部和踝关节弹性拉管Ⅳ前部之间通过踝关节弹性拉管Ⅴ连通，所述的踝关节弹性拉管Ⅱ的后部和踝关节弹性拉管Ⅲ的后部之间通过踝关节弹性拉管Ⅵ连通。

在本发明中，足部支撑件下底板、足部支撑件上顶板、足部支撑件前组件、足部支撑件后组件、底部形变气腔单向进气阀、底部形变气腔单向排气阀、足部前进气腔单向进气阀、导气管中单向气阀、足部后挤压气腔单向排气阀、足部上承载板、踝关节支撑底座、踝关节中部翻转限定装置、踝关节上部运动翻转件、踝关节顶部连接圆盘平面均由硬质材料制成。

足部支撑件防滑波纹后板、足部前进气腔、足部后挤压气腔、足部受力中组件前气腔、足部受力中组件后气腔、导气管、足部受力中组件、足部受力中组件导气管、足部受力中组件蜂窝后缓震装置、足部上中板件前固定装置、足部上中板件后固定装置、踝关节前部挤压气腔、踝关节后部挤压气腔、踝关节弹性拉管Ⅰ、踝关节弹性拉管Ⅱ、踝关节弹性拉管Ⅲ、踝关节弹性拉管Ⅳ、踝关节弹性拉管Ⅴ、踝关节弹性拉管Ⅵ均由弹性材料制成。

所述的硬质材料可以选择炭纤维材料，所述柔性材料可以选择橡胶材料。

本发明中的方向设计如下，足部支撑件前组件为前侧，足部支撑件后组件为后侧，左右方向依此设置。

本发明的有益效果为：

本发明主要通过足部前进气腔、足部后挤压气腔、足部受力中组件前气腔、足部受力中组件后气腔内气压的变化从而实现被动的助力作用，这种方式取代了传统踝足假肢弹簧的功能，采用柔性被动假肢替代如今的刚性假肢，柔性假肢相较于刚性假肢而言，质量大为减轻，能够有效降低截肢者的佩戴负担，同时其较为简单的内部结构也更易于降低假肢的生产难度，并且更为节约维护成本。

本发明中的这种仿生柔性的设计方式，充分考虑了人体本身的固有运动方式，可以使截肢者在佩戴假肢的运动过程中能更为贴近人体的自然步态。

本发明应用过程中，人在正常行走的过程，会将身体的重量逐渐压在足部上承载板中，而足部上承载板受力后会将力从上至下依次传递到假肢的各部位。由于空隙Ⅰ的存在，形成了一种足部受力中组件后气腔坡度结构，使得人体足部会略微的向外翻转。这种设计模拟了正常人在行走时的方式，即在支撑相的前期足跟触地阶段，足部会略微外翻；而到了支撑相的后期也就是足趾登离的过程中，由于空隙Ⅱ的存在，形成了一种足部受力中组件前气腔坡度，人的脚会向着坡度方向进行内翻，这符合了人体运动机理的过程。

人体重量经由足部上承载板传递至足部受力中组件后气腔上，足部受力中组件后气腔会由于受到力的挤压而发生压缩形变，并将自己腔内的空气经由足部受力中组件导气管传递至足部受力中组件前气腔中，使其产生向外膨胀的趋势，从而顶起足部上承载板的前部。这一过程所实现的人体自然运动包含了足部受力中组件后气腔的挤压减震过程，以及当气体行至足部受力中组件前气腔使其膨胀时，会给足部上承载板一个向上的弹性助力，如同人趾尖离地的蹬地反馈作用。

当人体重量经由足部受力中组件后气腔传递至足部后挤压气腔时，由于受到力的挤压作用，位于足部后挤压气腔中的气体会通过足部后挤压气腔单向排气阀被排除气腔外，从而使得整个气腔内的压强变小；由于足部前进气腔与足部后挤压气腔之间通过导气管相互连通，当足部后挤压气腔中的气压低于外界大气压且自身却没有进气通道时，外部空气会由于气压差的作用经由足部前进气腔单向进气阀进入到足部前进气腔，并通过导气管回到被压缩的足部后挤压气腔中，从而使其恢复原来的形态；这一过程挤压气腔中会产生恢复性弹力，能有助于抬起足部上承载板的尾部，配合着上述足部中组件的弹性助力，可以有效地协助假肢产生一定的力。

本发明底部的足部支撑件上顶板较好地模拟了人体的足弓弧度，同时将足部支撑件下底板和底部形变气腔巧妙的配合在了一起；足部支撑件防滑波纹后板起到了类如鞋底花纹防滑的作用，尽可能的保障截肢者在行走时的稳定性。当人体处于自然的运动步态时，正常人的足弓会经历下降减震，恢复抬起增加刚度这一循环过程。在本假肢的工作原理中，当处于支撑相早期至中期时，人体重量在假肢上的增加会导致底部后形变气腔中的空气通过底部形变气腔单向排气阀被排除腔室之外，这时由于大气压强的差异，外界的空气会被底部前形变气腔单向进气阀吸入前腔室中，并通过导气管再次进入到底部后形变气腔中；这一整个循环流程就犹如气体的充盈程度代表着底部形变气腔的刚度，当气体减少时刚度下降，同时当气体充满时刚度增强。这一过程很好的模拟了足弓地形态变化，并且也起着良好地减震作用。

本发明在足部受力中组件后气腔中还设计了蜂窝状缓震胶管，该组织是根据人体足跟下脂肪垫的结构进行装配的，能有效地吸收足跟下压的冲击力，辅助减缓人体重心的下降速率。并且，本发明在足部前进气腔中设计有足部前进气腔内部弹性橡胶柱，这些橡胶柱的主要作用是在承受重力形变时将自身的形变能转化为弹性势能从而辅助趾尖蹬离地面。

当截肢者在进行跖屈与背屈时，会带动假肢的踝关节部分进行运动，由于踝关节中部翻转限定装置的外侧形状是模仿人体距骨的矢状面边缘结构的弧形面，并且踝关节上部运动翻转件的内轮廓是模仿胫腓骨内部剖面设计而成的，因此本发明踝关节上部运动翻转件与踝关节中部翻转限定装置之间的连接方式主要为类骨骼形状定位。

当人具体开始进行跖屈运动的过程中，由踝关节顶部连接圆盘传递而来的力驱使踝关节上部运动翻转件整体围绕踝关节中部翻转限定装置进行向前旋转并同时作用于踝关节前部挤压气腔，由于踝关节前部挤压气腔自身属于弹性材料制成的空气腔，因此在受到外界力的挤压时会产生相应的形变。这一过程所带来的结果有两个，1.由于气腔内部空间受到压缩后变小，会将腔室中的气体排入通过踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔连接的踝关节弹性拉管Ⅰ、踝关节弹性拉管Ⅱ中，踝关节弹性拉管Ⅰ、踝关节弹性拉管Ⅱ因为内部空气的充盈，会产生膨胀伸缩过程，并且由于其尾部被固定于踝关节上部运动翻转件和踝关节支撑底座的尾端，所以当跖屈过程结束后，踝关节弹性拉管的伸缩弹性会带动整个踝关节装置恢复原位，起到了助力复原的作用，连接于踝关节弹性拉管Ⅰ、踝关节弹性拉管Ⅱ之间的踝关节弹性拉管Ⅴ主要起到导通气压的作用，使上、下两端受力均等。2.由于气腔本身为橡胶材质具有一定的弹性，因此当受到踝关节上部运动翻转件时会产生一定的回弹性，从而辅助假肢踝关节部恢复原状。

在以上这段文字的表述可知，本发明的踝关节在进行跖屈过程时，主要是踝关节上部运动翻转件、踝关节中部翻转限定装置和踝关节支撑底座承受人体的重量，而踝关节弹性拉管Ⅰ、踝关节弹性拉管Ⅱ则起到传导力的作用，并且其回弹性起到了驱动效应，这种工作方式即为拉压体运动。拉压体的主要特征为：受压的硬质构件间通过具有三维构型的接触面进行力的传递，而受拉的柔质构件具有特定的三维形态和驱动传动一体化特性。同理当人具体开始进行背屈运动的过程与跖屈过程相同，踝关节弹性拉管Ⅲ、踝关节弹性拉管Ⅳ、踝关节弹性拉管Ⅵ作用原理相同，在此便不再赘述。

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为本发明的踝关节部的结构示意图；

图3为本发明的足部受力中组件后气腔的内部结构剖视图；

图4为本发明足部受力中组件的矢状面剖视图；

图5为本发明弹性橡胶柱的结构示意图；

图6为本发明底部形变气腔的立体结构示意图；

图7为本发明底部形变气腔的侧视图。

图中各序号和名称如下：

1-足部支撑件下底板；2-足部支撑件上顶板；3-足部支撑件前组件；4-足部支撑件后组件；5-足部上承载板；6-足部前进气腔；7-足部后挤压气腔；8-足部受力中组件前气腔；9-足部受力中组件后气腔；10-足部前进气腔单向进气阀；11-足部后挤压气腔单向排气阀；12-导气管；13-单向气阀；14-底部形变气腔；15-足部受力中组件；16-空隙Ⅰ；17-空隙Ⅱ；18-足部受力中组件蜂窝后缓震装置；19-足部支撑件防滑波纹后板；20-弹性拉力件；21-踝关节支撑底座；22-踝关节中部翻转限定装置；23-踝关节上部运动翻转件；24-踝关节前部挤压气腔；25-踝关节后部挤压气腔；26-踝关节顶部连接圆盘；27-足部上中板件后固定装置；28-踝关节弹性拉管Ⅰ；29-踝关节弹性拉管Ⅱ；30-踝关节弹性拉管Ⅲ；31-踝关节弹性拉管Ⅳ；32-踝关节弹性拉管Ⅴ；33-踝关节弹性拉管Ⅵ；34-足部上中板件前固定装置，35-受力中组件导气管，36-底部形变气腔单向进气阀，37-底部形变气腔单向排气阀， 38-弹性橡胶柱，39-定位件。

具体实施方式

下面结合附图通过具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1-2所示，所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，包括踝关节部和足部；

所述的足部包括足部支撑件下底板1、足部支撑件上顶板2、足部支撑件前组件3、足部支撑件后组件4、足部上承载板5、足部前进气腔6、足部后挤压气腔7、足部受力中组件前气腔8、足部受力中组件后气腔9；

所述的足部支撑件下底板1的前端与足部支撑件前组件3连接，后端与足部支撑件后组件4连接，足部支撑件下底板1上设有足部支撑件上顶板2；所述的足部支撑件上顶板2的弓形对应模拟了人体的足弓弧度；

所述的足部前进气腔6设于足部支撑件前组件3上，所述的足部后挤压气腔7设于后端足部支撑件后组件4上；所述的足部前进气腔6上设有足部前进气腔单向进气阀10，所述的足部后挤压气腔7上设有足部后挤压气腔单向排气阀11，所述的足部前进气腔6和足部后挤压气腔7之间通过导气管12连通，所述的导气管12上设有导气管中单向气阀13，所述的导气管12中单向气阀13的导气通方向为从足部前进气腔6向足部后挤压气腔7导气；

所述的足部受力中组件前气腔8设于足部前进气腔6上，所述的足部受力中组件后气腔9设于足部后挤压气腔7上；所述的足部受力中组件前气腔8与足部受力中组件后气腔9之间通过受力中组件导气管35连通；

所述的足部上承载板5前部和后部分别安装于足部受力中组件前气腔8和足部受力中组件后气腔9的上表面之上，足部上承载板5后部的顶面上设有踝足连接定位槽20，所述的踝关节部通过踝足连接定位槽20安装于足部上承载板5的后部上。

所述的足部前进气腔单向进气阀10设有两组，每组两个，两组足部前进气腔单向进气阀10分别设于足部前进气腔6的左右两侧面上；

所述的挤压气腔单向排气阀11设有三组，水平间隔设于足部后足部后挤压气腔7的后侧面上。

所述的足部支撑件下底板1上设有三排底部形变气腔14，每排两个，各个底部形变气腔14的顶面分别与足部支撑件上顶板2的底面连接；所述的底部形变气腔14的两侧的下部分别设有一个底部形变气腔单向进气阀36和一个底部形变气腔单向排气阀37；

所述的足部前进气腔6后侧面和足部后挤压气腔7前侧面分别水平间隔设置两个足部气腔内导气管孔，所述的导气管12设有两根，导气管12的前后两端分别与足部前进气腔6后侧面和足部后挤压气腔7前侧面的足部气腔内导气管孔连接。

所述的足部前进气腔6内设有呈正五边形分布的五个弹性橡胶柱38，所述的弹性橡胶柱的上下两端分别与足部前进气腔6内的顶面和底面连接。

所述的足部受力中组件前气腔8顶部的内侧边沿处与足部上承载板5之间设有空隙Ⅰ16，所述的空隙Ⅰ16的顶面和底面构成的夹角的角度为10°

所述的足部受力中组件后气腔9顶部的外侧边沿处与足部上承载板5之间设有空隙Ⅱ17，所述的空隙Ⅱ17的顶面和底面构成的夹角的角度为10°。

所述的足部受力中组件后气腔9内的后部设有足部受力中组件蜂窝后缓震装置18，所述的足部受力中组件蜂窝后缓震装置18分别与足部受力中组件后气腔9内的顶面和底面连接。

所述的足部支撑件后组件4的底面设有由弹性材料制成的足部支撑件防滑波纹后板19；所述的足部上承载板5前部通过足部上中板件前固定装置34安装于足部受力中组件前气腔8上；所述的足部上承载板5前部通过足部上中板件后固定装置27安装于足部受力中组件后气腔9上。

所述的足部支撑件上顶板2的顶面上设有由高强度橡胶制成的足部受力中组件15，所述的足部受力中组件15的顶面与足部上承载板5的底面连接，足部受力中组件15的两端分别与足部受力中组件前气腔8、足部受力中组件后气腔9接触，所述的受力中组件导气管35设有三组，均设于足部受力中组件15内，三组受力中组件导气管35位于同一水平面内，沿矢状面方向设置。

所述的踝关节部包括踝关节支撑底座21、踝关节中部翻转限定装置22、踝关节上部运动翻转件23、踝关节前部挤压气腔24、踝关节后部挤压气腔25、踝关节顶部连接圆盘26；

所述的所述的踝关节支撑底座21安装于踝足连接定位槽20中，所述的踝关节中部翻转限定装置22设于踝关节支撑底座21的顶面上，踝关节中部翻转限定装置22的上部是模仿人体距骨矢状面边缘结构的弧形轮廓，所述的踝关节上部运动翻转件23的内轮廓是模仿胫腓骨内部剖面的结构轮廓，所述的踝关节上部运动翻转件23通过内轮廓与弧形面配合，装配在踝关节中部翻转限定装置22上，能够前后翻转；所述的踝关节支撑底座21的前侧面上部设有踝关节前部挤压气腔24，踝关节支撑底座21的后侧面上部设有踝关节后部挤压气腔25；所述的踝关节前部挤压气腔24和踝关节后部挤压气腔25用于限制踝关节上部运动翻转件23前后翻转的位置；所述的踝关节前部挤压气腔24和踝关节后部挤压气腔25与踝关节中部翻转限定装置22的左右侧面上分别设有弹性连接件总成，所述的弹性连接件总成使得踝关节中部翻转限定装置22不会脱离踝关节支撑底座21与踝关节上部运动翻转件23；所述的踝关节顶部连接圆盘26设于踝关节上部运动翻转件23的顶面上。

所述的弹性连接件总成包括踝关节弹性拉管Ⅰ28、踝关节弹性拉管Ⅱ29、踝关节弹性拉管Ⅲ30、踝关节弹性拉管Ⅳ31、踝关节弹性拉管Ⅴ32、踝关节弹性拉管Ⅵ33；

所述的踝关节前部挤压气腔24的左右侧面的上部分别设有沿竖直方向间隔排布的两个踝关节前部挤压气腔定位气孔；所述的踝关节弹性拉管Ⅰ28在踝关节部左右侧面各设一根；

踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅰ28的前端安装于位于下方的踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔中，与踝关节前部挤压气腔24连通，各根踝关节弹性拉管Ⅰ28的尾端通过定位件39固定安装于踝关节支撑底座21左侧面或右侧面的后下角处；

所述的踝关节弹性拉管Ⅱ29在踝关节部左侧面和右侧面上各设一根；踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅱ29的前端安装于位于上方的踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔中，与踝关节前部挤压气腔24连通，各根踝关节弹性拉管Ⅱ29的尾端通过定位件39固定安装于踝关节上部运动翻转件23左侧面或右侧面的后上角处；

所述的踝关节后部挤压气腔25的左侧面和右侧面的上部分别设有沿竖直方向间隔排布的两个踝关节后部挤压气腔定位气孔；

所述的踝关节弹性拉管Ⅲ30在踝关节部左侧面和右侧面上各设有一根；踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅲ30的后端分别对应安装于位于下方的踝关节后部挤压气腔定位气孔中，与踝关节后部挤压气腔25连通，各根踝关节弹性拉管Ⅲ30的前端通过定位件固定安装于踝关节支撑底座21左侧面或右侧面的前下角处；

所述的踝关节弹性拉管Ⅳ31在踝关节部左侧面和右侧面各设有一根；踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅳ31的后端分别对应安装于位于上方踝关节后部挤压气腔定位气孔中，与踝关节后部挤压气腔25连通，踝关节弹性拉管Ⅳ31的前端通过定位件固定安装于踝关节上部运动翻转件23左侧面或右侧面的前上角处；

踝关节部左侧面或右侧面上，所述的踝关节弹性拉管Ⅰ28的前部和踝关节弹性拉管Ⅳ31前部之间通过踝关节弹性拉管Ⅴ32连通，所述的踝关节弹性拉管Ⅱ29的后部和踝关节弹性拉管Ⅲ30的后部之间通过踝关节弹性拉管Ⅵ33连通。

Claims (9)

1.一种基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，包括踝关节部和足部；其特征在于：

所述的足部包括足部支撑件下底板（1）、足部支撑件上顶板（2）、足部支撑件前组件（3）、足部支撑件后组件（4）、足部上承载板（5）、足部前进气腔（6）、足部后挤压气腔（7）、足部受力中组件前气腔（8）、足部受力中组件后气腔（9）；

所述的足部支撑件下底板（1）的前端与足部支撑件前组件（3）连接，后端与足部支撑件后组件（4）连接，足部支撑件下底板（1）上设有足部支撑件上顶板（2）；所述的足部支撑件上顶板（2）的弓形对应模拟了人体的足弓弧度；

所述的足部前进气腔（6）设于足部支撑件前组件（3）上，所述的足部后挤压气腔（7）设于后端足部支撑件后组件（4）上；所述的足部前进气腔（6）上设有足部前进气腔单向进气阀（10），所述的足部后挤压气腔（7）上设有足部后挤压气腔单向排气阀（11），所述的足部前进气腔（6）和足部后挤压气腔（7）之间通过导气管（12）连通，所述的导气管（12）上设有导气管中单向气阀（13），所述的导气管（12）中单向气阀（13）的导气通方向为从足部前进气腔（6）向足部后挤压气腔（7）导气；

所述的足部受力中组件前气腔（8）设于足部前进气腔（6）上，所述的足部受力中组件后气腔（9）设于足部后挤压气腔（7）上；所述的足部受力中组件前气腔（8）与足部受力中组件后气腔（9）之间通过受力中组件导气管（35）连通；

所述的足部上承载板（5）前部和后部分别安装于足部受力中组件前气腔（8）和足部受力中组件后气腔（9）的上表面之上，足部上承载板（5）后部的顶面上设有踝足连接定位槽（20），所述的踝关节部通过踝足连接定位槽（20）安装于足部上承载板（5）的后部上；

所述的足部支撑件下底板（1）上设有三排底部形变气腔（14），每排两个，各个底部形变气腔（14）的顶面分别与足部支撑件上顶板（2）的底面连接；所述的底部形变气腔（14）的两侧的下部分别设有一个底部形变气腔单向进气阀（36）和一个底部形变气腔单向排气阀（37）；

所述的踝关节部包括踝关节支撑底座（21）、踝关节中部翻转限定装置（22）、踝关节上部运动翻转件（23）、踝关节前部挤压气腔（24）、踝关节后部挤压气腔（25）、踝关节顶部连接圆盘（26）；

所述的踝关节支撑底座（21）安装于踝足连接定位槽（20）中，所述的踝关节中部翻转限定装置（22）设于踝关节支撑底座（21）的顶面上，踝关节中部翻转限定装置（22）的上部是模仿人体距骨矢状面边缘结构的弧形轮廓，所述的踝关节上部运动翻转件（23）的内轮廓是模仿胫腓骨内部剖面的结构轮廓，所述的踝关节上部运动翻转件（23）通过内轮廓与弧形面配合，装配在踝关节中部翻转限定装置（22）上，能够前后翻转；所述的踝关节支撑底座（21）的前侧面上部设有踝关节前部挤压气腔（24），踝关节支撑底座（21）的后侧面上部设有踝关节后部挤压气腔（25）；所述的踝关节前部挤压气腔（24）和踝关节后部挤压气腔（25）用于限制踝关节上部运动翻转件（23）前后翻转的位置；所述的踝关节前部挤压气腔（24）和踝关节后部挤压气腔（25）与踝关节中部翻转限定装置（22）的左右侧面上分别设有弹性连接件总成，所述的弹性连接件总成使得踝关节中部翻转限定装置（22）不会脱离踝关节支撑底座（21）与踝关节上部运动翻转件（23）；所述的踝关节顶部连接圆盘（26）设于踝关节上部运动翻转件（23）的顶面上；

所述的弹性连接件总成包括踝关节弹性拉管Ⅰ（28）、踝关节弹性拉管Ⅱ（29）、踝关节弹性拉管Ⅲ（30）、踝关节弹性拉管Ⅳ（31）、踝关节弹性拉管Ⅴ（32）、踝关节弹性拉管Ⅵ（33）；

所述的踝关节弹性拉管Ⅰ（28）在踝关节部左右侧面各设一根；所述的踝关节弹性拉管Ⅱ（29）在踝关节部左侧面和右侧面上各设一根；所述的踝关节弹性拉管Ⅲ（30）在踝关节部左侧面和右侧面上各设有一根；所述的踝关节弹性拉管Ⅳ（31）在踝关节部左侧面和右侧面各设有一根。

2.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部前进气腔单向进气阀（10）设有两组，每组两个，两组足部前进气腔单向进气阀（10）分别设于足部前进气腔（6）的左右两侧面上；

所述的挤压气腔单向排气阀（11）设有三组，水平间隔设于足部后足部后挤压气腔（7）的后侧面上。

3.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部前进气腔（6）后侧面和足部后挤压气腔（7）前侧面分别水平间隔设置两个足部气腔内导气管孔，所述的导气管（12）设有两根，导气管（12）的前后两端分别与足部前进气腔（6）后侧面和足部后挤压气腔（7）前侧面的足部气腔内导气管孔连接。

4.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部前进气腔（6）内设有呈正五边形分布的五个弹性橡胶柱（38），所述的弹性橡胶柱的上下两端分别与足部前进气腔（6）内的顶面和底面连接。

5.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部受力中组件前气腔（8）顶部的内侧边沿处与足部上承载板（5）之间设有空隙Ⅰ（16），所述的空隙Ⅰ（16）的顶面和底面构成的夹角的角度为10°

所述的足部受力中组件后气腔（9）顶部的外侧边沿处与足部上承载板（5）之间设有空隙Ⅱ（17），所述的空隙Ⅱ（17）的顶面和底面构成的夹角的角度为10°。

6.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部受力中组件后气腔（9）内的后部设有足部受力中组件蜂窝后缓震装置（18），所述的足部受力中组件蜂窝后缓震装置（18）分别与足部受力中组件后气腔（9）内的顶面和底面连接。

7.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部支撑件后组件（4）的底面设有由弹性材料制成的足部支撑件防滑波纹后板（19）；所述的足部上承载板（5）前部通过足部上中板件前固定装置（34）安装于足部受力中组件前气腔（8）上；所述的足部上承载板（5）前部通过足部上中板件后固定装置（27）安装于足部受力中组件后气腔（9）上。

8.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的足部支撑件上顶板（2）的顶面上设有由高强度橡胶制成的足部受力中组件（15），所述的足部受力中组件（15）的顶面与足部上承载板（5）的底面连接，足部受力中组件（15）的两端分别与足部受力中组件前气腔（8）、足部受力中组件后气腔（9）接触，所述的受力中组件导气管（35）设有三组，均设于足部受力中组件（15）内，三组受力中组件导气管（35）位于同一水平面内，沿矢状面方向设置。

9.根据权利要求1所述的基于气压变化的被动助力柔性仿生拉压体踝足关节假肢，其特征在于：

所述的踝关节前部挤压气腔（24）的左右侧面的上部分别设有沿竖直方向间隔排布的两个踝关节前部挤压气腔定位气孔；

踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅰ（28）的前端安装于位于下方的踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔中，与踝关节前部挤压气腔（24）连通，各根踝关节弹性拉管Ⅰ（28）的尾端通过定位件（39）固定安装于踝关节支撑底座（21）左侧面或右侧面的后下角处；

踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅱ（29）的前端安装于位于上方的踝关节前部挤压气腔弹性拉管定位孔中，与踝关节前部挤压气腔（24）连通，各根踝关节弹性拉管Ⅱ（29）的尾端通过定位件（39）固定安装于踝关节上部运动翻转件（23）左侧面或右侧面的后上角处；

所述的踝关节后部挤压气腔（25）的左侧面和右侧面的上部分别设有沿竖直方向间隔排布的两个踝关节后部挤压气腔定位气孔；

踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅲ（30）的后端分别对应安装于位于下方的踝关节后部挤压气腔定位气孔中，与踝关节后部挤压气腔（25）连通，各根踝关节弹性拉管Ⅲ（30）的前端通过定位件固定安装于踝关节支撑底座（21）左侧面或右侧面的前下角处；

踝关节部左侧面或右侧面上，踝关节弹性拉管Ⅳ（31）的后端分别对应安装于位于上方踝关节后部挤压气腔定位气孔中，与踝关节后部挤压气腔（25）连通，踝关节弹性拉管Ⅳ（31）的前端通过定位件固定安装于踝关节上部运动翻转件（23）左侧面或右侧面的前上角处；

踝关节部左侧面或右侧面上，所述的踝关节弹性拉管Ⅰ（28）的前部和踝关节弹性拉管Ⅳ（31）前部之间通过踝关节弹性拉管Ⅴ（32）连通，所述的踝关节弹性拉管Ⅱ（29）的后部和踝关节弹性拉管Ⅲ（30）的后部之间通过踝关节弹性拉管Ⅵ（33）连通。

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