CN115192278A - 一种穿戴式无外动力膝下假肢 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种穿戴式无外动力膝下假肢，包括：小腿连接部，其内部具有小腿接受腔；大腿穿戴托，其为带状；两个穿戴托杆，其分别固定连接在大腿穿戴托的两端；其中，两个穿戴托杆分别与小腿连接部的上端铰接；两个膝关节转动连杆，其与两个穿戴托杆一一对应设置；膝关节转动连杆的上端与穿戴托杆的下端铰接；支撑杆，其为可变长度的伸缩杆；支撑杆的上端固定连接在小腿连接部的下端，支撑杆的下端与假肢脚板的脚踝处铰接；滑块，其空套在支撑杆上；滑块的两端分别与两个膝关节转动连杆的下端铰接；两个导轨，其沿竖直方向设置；其中，滑块同时匹配连接在两个导轨上；膝踝连杆机构，其一端与滑块铰接，另一端与假肢脚板的后脚跟处铰接。

Description

一种穿戴式无外动力膝下假肢
技术领域
本发明属于用于膝下假肢技术领域，特别涉及一种穿戴式无外动力膝下假肢。
背景技术
在正常行走过程中，可以将人体步态划分成循环的周期。而在每个步态内，当脚尖即将离地时，人体的踝关节具有蹬地促进下肢向前迈步的作用；当下肢向前迈进的过程中，人体的踝关节具有主动背屈的功能，使得脚尖上扬，可以提高人体跨域障碍能力，避免摔倒。对于膝下截肢者而言，由于失去了踝关节，为了能够恢复接近正常人的步态，需要穿戴的假肢在踝关节处有动力输出，这就要求所穿戴的假肢要有足够的能量储备，需要储能装置(比如电池等)和动力输出装置(比如电机等)以满足穿戴者的正常生活需要。同时，所穿戴的假肢重量不能太大，尽可能小于人体下肢组织的重量，这样可以减轻穿戴者的能量消耗，提高穿戴舒适性。
而当前由于电池功率密度和电机性能的限制，动力踝关节假肢普遍存在重量大，对外界能量有很强的依赖性，且长期穿戴重量偏大的膝下假肢，严重影响假肢穿戴的舒适性；为了提高舒适性，许多被动踝关节被采用。但由于被动踝关节无法像人体踝关节一样向外输出能量，使得截肢者步态不对称，为了正常行走，需要人体髋关节做更多的功，消耗更多的体能；并且在向前迈步过程中，由于脚尖无法主动上扬，需要大腿抬的更高，以防止脚尖触地被绊倒。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷，提供了一种穿戴式无外动力膝下假肢，踝关节为被动式，通过穿戴式设计，辅助具有能量传递功能的膝踝连杆机构将假肢踝关节与人体残肢相配合，连杆机构下端铰接点与脚后跟相连，能够同时实现向前迈步时踝关节的蹬地和即将触地时踝关节的主动背屈。
本发明提供的技术方案为：
一种穿戴式无外动力膝下假肢，包括：
小腿连接部，其内部具有小腿接受腔，所述小腿连接部的上端具有开口；
大腿穿戴托，其为带状；
两个穿戴托杆，其分别固定连接在所述大腿穿戴托的两端；
其中，所述两个穿戴托杆分别位于所述小腿连接部的两侧，并且分别与所述小腿连接部的上端铰接；
两个膝关节转动连杆，其设置在所述小腿连接部的两侧，并且与所述两个穿戴托杆一一对应设置；所述膝关节转动连杆的上端与所述穿戴托杆的下端铰接；
支撑杆，其为可变长度的伸缩杆；所述支撑杆的上端固定连接在所述小腿连接部的下端，所述支撑杆的下端与假肢脚板的脚踝处铰接；
滑块，其空套在所述支撑杆上；所述滑块的两端分别与所述两个膝关节转动连杆的下端铰接；
两个导轨，其沿竖直方向设置，并且对称设置在所述支撑杆的两侧；
其中，所述滑块同时匹配连接在所述两个导轨上；
膝踝连杆机构，其包括：第一连杆、第二连杆和第三连杆；
所述第一连杆的一端与所述滑块铰接，并且所述第一连杆沿轴向开设有第一容纳腔；
所述第二连杆的一端设置同轴在所述第一容纳腔内，并且能够选择性的沿所述第一容纳腔的轴向移动，或与所述第一连杆接合；所述第二连杆的另一端内同轴开设有第二容纳腔；
所述第三连杆的一端同轴设置在所述第二容纳腔内，并且能够选择性的沿所述第二容纳腔的轴向移动，或与所述第二连杆接合，另一端延伸至所述第二容纳腔外部并且与所述假肢脚板的脚后跟处铰接；
其中，所述第二容纳腔内设置有膝踝连杆弹簧，所述膝踝连杆弹簧套设在第三连杆上；所述膝踝连杆弹簧的一端抵靠在所述第二容纳腔的端板上，另一端抵靠在所述第三连杆的一端；当所述第二连杆与所述第三连杆接合时，所述膝踝连杆弹簧处于最大压缩状态。
优选的是，所述支撑杆包括：
支撑杆座，其为一端开口的筒状结构；
其中，所述支撑杆座的开口端的外壁上沿轴向开设有通槽，所述通槽将所述支撑杆座的开口端分隔成两个相对的连接部；
连接杆，其一端匹配插入所述支撑杆座中，并能够沿所述支撑杆座的轴向移动；
紧固螺栓，其设置在所述支撑杆座上，并且对应所述通槽处设置，所述紧固螺栓能够将两个所述连接部之间锁紧，将所述连接杆固定在所述支撑杆座中。
优选的是，还包括支撑杆接头，其一端固定连接在所述连接杆的另一端，另一端与所述小腿连接部的下端固定连接。
优选的是，所述的穿戴式无外动力膝下假肢，还包括踝关节连接头，其一端固定在所述支撑杆座的另一端，另一端与所述假肢脚板的脚踝处铰接。
优选的是，所述大腿穿戴托对应假肢的后侧设置，所述大腿穿戴托的前侧设置有束缚带，并且通过所述束缚带固定在使用者的大腿部。
优选的是，所述导轨为圆柱型滑轨，所述滑块上设置有两个通孔，所述两个通孔与所述导轨一一对应设置；所述滑块通过所述通孔套设在所述导轨上。
优选的是，所述的穿戴式无外动力膝下假肢，还包括：离合装置，其安装在所述第一连杆与所述第二连杆之间，所述第一连杆与所述第二连杆通过所述离合装置实现接合或分离。
优选的是，所述离合装置包括：
离合器壳体，其为筒状，并且同轴固定套接在所述第一连杆上；所述离合器壳体与所述第一连杆的外壁之间围合形成环形的第三容纳腔；
活塞，其包括内活塞和外活塞；
所述内活塞的一端同轴设置在所述第一容纳腔中，并且能够沿所述第一容纳腔的轴向移动；所述外活塞的一端设置在所述第三容纳腔中，并且能够沿所述第三容纳腔的轴向移动；所述内活塞和所述外活塞的另一端同时与所述第二连杆固定连接；
其中，所述第一容纳腔和所述第三容纳腔中充满油液；所述外活塞将所述第三容纳腔分隔为第一油液室和第二油液室，所述第一容纳腔与所述第一油液室连通；所述第一油液室与所述第二油液室选择性的连通；通过所述第一油液室与所述第二油液室的断开或连通，使所述第一连杆与所述第二连杆接合或分离。
优选的是，所述的穿戴式无外动力膝下假肢，还包括：锁止机构，其设置在所述第二连杆与所述第三连杆之间，所述第二连杆和所述第三连杆通过所述锁止机构实现接合或分离。
优选的是，所述锁止机构包括：
锁止滑套，其空套在所述第二连杆上；所述锁止滑套的一端固定连接在所述离合器壳体上，锁止滑套的另一端为自由端；
多个锁止卡扣，其沿所述第二连杆的周向间隔设置；所述第二连杆上开设有多个矩形通孔，所述通孔与所述第二容纳腔连通；并且所述通孔与所述锁止卡扣一一对应；
其中，所述锁止卡扣的一端能够穿过所述通孔进入所述第二容纳腔中，另一端通过锁止弹簧连接在所述第二连杆上；
锁止卡扣销，其连接在所述锁止卡扣上，并且位于所述锁止卡扣的两端之间；
其中，所述锁止卡扣通过所述锁止卡扣销铰接在所述第二连杆上；当所述锁止滑套相对于所述第二连杆轴向移动时，能够压紧或释放所述锁止卡扣连接锁止弹簧的一端，使所述锁止卡扣设置在通孔中的一端绕所述锁止卡扣销转动，进入或退出所述第二容纳腔。
本发明的有益效果是：
(1)本发明提供的穿戴式无外动力膝下假肢，其通过大腿穿戴托与束缚带固定，小腿残肢插入小腿接受腔，达到穿戴效果，较传统单纯接受腔的方式，提高了穿戴稳定性和舒适性。
(2)本发明提供的穿戴式无外动力膝下假肢，设置有膝踝连杆机构，其采用离合装置和被动锁止机构将三杆与弹簧组合于一体，满足人体行走需求，弹簧被锁止后，达到最大压缩极限，无法继续被压缩，解锁时弹簧向上拉下侧杆，提脚后跟实现蹬地。
(3)本发明膝踝连杆机构的被动锁止机构采用复位弹簧，利用人体行走步态规律，使得组合连杆伸长，然后通过两个杆件之间的相对运动进行按压解锁，无需额外的能量输入。
(4)本发明提供的穿戴式无外动力膝下假肢，将膝踝连杆机构与穿戴部分相结合，膝踝连杆机构上端与大腿穿戴托拉动的滑块连接，三杆组合连杆下端与被动脚踝脚后跟相连接，通过行走过程中穿戴者膝关节的屈曲，收集膝关节能量并用于蹬地，使得穿戴者恢复对称步态；
(5)发明膝踝连杆机构设置有液压离合装置，在向前迈步过程中可以主动背屈、上扬脚尖，提高穿戴者跨越障碍的能力，减少大腿抬高角度，降低能量消耗。
(6)本发明提供的穿戴式无外动力膝下假肢，在无外在能量输入的情况下，可以实现踝关节在脚掌离地前的蹬地和脚掌触地前的背屈，在提高膝下假肢性能的同时，降低了对外界能量(比如电池电能)的依赖，可以有更长地单次使用时间。
(7)本发明提供的穿戴式无外动力膝下假肢，仅在离合装置中采用低容量电池和微型控制板对高频电磁开关阀进行控制，无需动力电池，用电量极低。
附图说明
图1为本发明所述的穿戴式无外动力膝下假肢的总体结构示意图。
图2为本发明所述的滑块的结构示意图。
图3为本发明所述的支撑杆的结构示意图。
图4为图3的A-A方向剖视图。
图5为本发明所述的膝踝连杆机构的结构简图。
图6为本发明所述的膝踝连杆机构的外部结构示意图。
图7为图6的A-A方向剖视图。
图8为本发明所述的第一连杆与第二连杆的分解状态示意图。
图9为本发明所述的离合装置的工作原理图。
图10为本发明所述的膝踝连杆机构伸长时离合装置的油液流动示意图。
图11为本发明所述的膝踝连杆机构缩短时离合装置的油液流动示意图。
图12为本发明所述的穿戴式无外动力膝下假肢的工作原理图。
图13为平地行走过程中膝关节的角度示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
如图1-2所示，本发明提供了一种穿戴式无外动力膝下假肢，其主要包括：穿戴托杆1，大腿穿戴托2，膝关节铰链销3，小腿连接部4，转动连杆铰链销5，膝关节转动连杆6，固定螺母7，滑轨8，踝关节铰链销9，假肢脚板10，膝踝连杆下铰链销11，踝关节连接头12，支撑杆13，膝踝连杆机构14，膝踝连杆上铰链销15，滑块16及支撑杆接头17。
小腿连接部4的内部具有小腿接受腔，小腿连接部4的上端具有开口；所述开口与所述小腿接受腔连通，使用者残肢的膝盖以下部分从所述开口插入所述小腿接受腔中。
大腿穿戴托2为带状，采用非弹性布料材质。大腿穿戴托2对应假肢的后侧设置，并且大腿穿戴托2的前侧设置有束缚带(图中未示出)，并且通过所述束缚带固定在使用者的大腿部；大腿穿戴托2和所述束缚带对大腿部形成周向包裹。
两个穿戴托杆1分别固定连接在大腿穿戴托2的两端。其中，两个穿戴托杆1分别位于小腿连接部4的两侧，并且两个穿戴托杆1分别通过膝关节铰链销3与所述小腿连接部4的上端铰接。通过使用者自主的弯曲和伸展膝关节，可以实现大腿穿戴托2与小腿连接部4之间的相对转动。
两个膝关节转动连杆6对称设置在小腿连接部4的两侧，并且与两个穿戴托杆1一一对应设置；膝关节转动连杆6的上端通过转动连杆铰链销5与穿戴托杆1的下端铰接。其中，转动连杆铰链销5与膝关节铰链销3之间具有一定的间隔。
支撑杆13为可变长度的伸缩杆，通过改变支撑杆13的长度，能够调节假肢整体的长度，以适应不同腿长的使用者。支撑杆13的上端固定连接在小腿连接部4的下端，支撑杆13的下端与假肢脚板10的脚踝处铰接。
滑块16的中心处镂空，并且空套在13支撑杆上。滑块16的两端分别设置有连接销钉16a，滑块16通过两个连接销钉16a与两个膝关节转动连杆6的下端铰接。其中，连接销钉16a上加工有外螺纹，膝关节转动连杆6的下端设置有销钉孔，连接销钉16a可转动的穿过所述销钉孔，连接销钉16a的端部安装固定螺母7进行固定。
如图3-4所示，作为一种优选，支撑杆13包括：连接杆1301、紧固螺栓1302以及支撑杆座1303。支撑杆座1303为上端开口的筒状结构；其中，所述支撑杆座的开口端的外壁上沿轴向开设有通槽1303a，通槽1303a将支撑杆座1303的开口端分隔成两个相对的连接部。连接杆1301下端匹配插入支撑杆座1303中，并能够沿支撑杆座1303轴向移动。紧固螺栓1302安装在支撑杆座1303上，并且对应通槽1303a处设置，两个所述连接部上分别设置有螺栓连接件1303b；连接部紧固螺栓1303a同时连接在两个螺栓连接件1303b上，能够将两个所述连接部之间锁紧，将连接杆1301固定在支撑杆座1303中。
支撑杆接头17下端通过螺纹连接在连接杆1303的上端，支撑杆接头17上端通过四棱台和螺钉与小腿连接部4的下端固定连接。
踝关节连接头12上端通过螺纹连接在支撑杆座1303的下端，踝关节连接头12下端通过踝关节铰链销9与假肢脚板10的脚踝处铰接；使假肢脚板10能够相对踝关节接头12自由转动。
两个导轨8沿竖直方向设置，并且对称固定安装在所述支撑杆13的两侧。其中，滑块16同时匹配连接在两个导轨8上，能够沿导轨8移动。其中，当使用者膝关节弯曲或伸直时，能够通过膝关节转动连杆6带动滑块16上下移动。
作为一种优选，导轨8采用圆柱型滑轨，滑块16上设置有两个通孔16b，两个通孔16b与导轨8一一对应设置；滑块16通过通孔16b套设在导轨8上。
如图5所示，膝踝连杆机构14包括：第一连杆1401、第二连杆1402、锁止机构1403、第三连杆1404、膝踝连杆弹簧1405和离合装置1406。
第一连杆1401的上端与滑块16的后侧铰接，并且第一连杆1401沿轴向开设有第一容纳腔。第二连杆1402的上端设置同轴在所述第一容纳腔内，并且能够选择性的沿所述第一容纳腔的轴向移动，或与第一连杆1401接合。离合装置1406安装在第一连杆1401与所述第二连杆1402之间，第一连杆1401与所述第二连杆1402通过离合装置1406实现接合或分离。第二连杆1402的下端内同轴开设有第二容纳腔；第三连杆1404的上端同轴设置在所述第二容纳腔内，并且能够选择性的沿所述第二容纳腔的轴向移动，或与第二连杆1402接合。锁止机构1403设置在第二连杆1402与第三连杆1404之间，第二连杆1402与第三连杆1404通过所述锁止机构1403实现接合或分离。第三连杆1404的下端延伸至所述第二容纳腔外部并且与假肢脚板10的脚后跟处铰接。其中，所述第二容纳腔内设置有膝踝连杆弹簧1405，膝踝连杆弹簧1405套设在第三连杆1404上；膝踝连杆弹簧1405的下端抵靠在所述第二容纳腔的下端板上，上端抵靠在第三连杆1404的上端；当第二连杆1402与第三连杆1404接合时，膝踝连杆弹簧1405处于最大压缩状态。
如图6-11所示，作为一种优选，第一连杆1401包括：第一连杆接头14011、密封缸筒14012、内密封盘14013和外密封盘14014。其中，第一连杆接头14011通过膝踝连杆上铰链销15与滑块16的后侧铰接，密封缸筒14012为一端开口的圆筒状结构，第一连杆接头14011通过螺纹与第一密封缸筒14012的一端固定连接，内密封盘14013通过螺纹与第一密封缸筒14012的另一端(开口端)固定连接。密封缸筒14012和内密封盘14013围合形成所述第一容纳腔。
离合装置1406包括：离合器壳体14061、高频电磁开关阀14062、内活塞14063、外活塞14064和离合装置固定盘14065。
离合器壳体14061为筒状，离合器壳体14061的上端通过螺纹同轴固定套接在密封缸筒14012的外侧；离合器壳体14061的下端通过安装外密封盘14014与密封缸筒14012之间形成密封，使离合器壳体14061与密封缸筒14012的外壁之间围合形成环形的第三容纳腔。
内活塞14063的一端同轴设置在所述第一容纳腔中，并且能够沿所述第一容纳腔的轴向移动；外活塞14064的一端设置在所述第三容纳腔中，并且能够沿所述第三容纳腔的轴向移动。内密封盘14013上开设有中心通孔，内活塞14063的活塞杆穿过所述中心通孔延伸至所述第一容纳腔外部，并且固定连接在离合装置固定盘14065上。外密封盘14014上开设有通孔，外活塞14064的活塞杆下端穿过外密封盘14014的通孔延伸至第三容纳腔外部，并且固定连接在离合装置固定盘14065上。离合装置固定盘14065与第二连接1402固定连接，使第二连杆1402与内活塞14063、外活塞14064同步运动。
其中，所述第一容纳腔和所述第三容纳腔中充满油液；内活塞14063与密封缸筒14012的内壁之间具有缝隙，供油液在内活塞14063两侧的腔体之间相互流动。外活塞14064与第三容纳腔的腔壁紧密接触，将所述第三容纳腔分隔为第一油液室和第二油液室，所述第一容纳腔与所述第一油液室连通；所述第一油液室上开设有通孔P2与第二油液室上开设有通孔P1，通孔P1和通孔P2之间通过外接油管连接。通过控制高频电磁开关阀14062控制通孔P1的开和关，实现第一油液室和第二油液室之间的油路的连通与断开，当第一油液室和第二油液室之间的油路连通时，第一连杆1401和第二连杆1402可以自由运动，实现膝踝连杆机构14的伸长与缩短(阻尼力很小)；当第一油液室和第二油液室之间的油路断开时，第一连杆1401和第二连杆1402之间运动仅仅时压缩油液，由于液体仅能提供较小的压缩量，所以第一连杆1401和第二连杆1402之间相对运动很小，几乎可以忽略不记，此时第一连杆1401和第二连杆1402强制接合，第一连杆1401和第二连杆1402一起运动。
其中，高频电磁开关阀14062通过微型控制板和小容量电池进行供电和控制；所述微型控制板和小容量电池安装在支撑杆座1303上(图中未示出)。
作为一种优选，所述小容量电池采用5V-100mAh的锂电池，所述微型控制板采用Arduino nano控制板。
作为一种优选，第二连杆1402包括：杆架14021和第二连杆固定盘14022，杆架14021的一端具有杆状连接体，用于连接离合装置固定盘14065，杆架14021的另一端为圆柱形套筒，所述圆柱形套筒的一端具有开口。第二连杆固定盘14022为圆盘状结构，第二连杆固定盘14022通过螺纹与所述圆柱形套筒的开口端紧固连接。其中，所述圆柱形套筒和第二连杆固定盘14022围合形成所述第二容纳腔。
锁止机构1403主要包括：锁止滑套14031、多个锁止卡扣14032、锁止弹簧14033和锁止卡扣销14034。
锁止滑套14031空套在第二连杆1402上；锁止滑套14031的一端通过螺纹固定连接在离合器壳体14061上，锁止滑套14031的另一端为自由端。
多个锁止卡扣14032沿第二连杆固定盘14022的周向间隔设置；杆架14021的套筒壁上开设有多个矩形通孔，所述矩形通孔与所述第二容纳腔连通；并且所述矩形通孔与锁止卡扣14032一一对应。其中，锁止卡扣14032的一端能够穿过所述矩形通孔进入所述第二容纳腔中，另一端通过锁止弹簧14033连接在杆架14021的套筒端盖的外壁上。
锁止卡扣销14034连接在锁止卡扣14032上，并且位于锁止卡扣14032的两端之间。其中，锁止卡扣14032通过锁止卡扣销14034铰接在杆架14021的套筒壁上；当锁止滑套14031相对于第二连杆1402轴向移动时，能够压紧或释放所述锁止卡扣14032连接锁止弹簧14033的一端，使锁止卡扣14032设置在通孔中的一端绕锁止卡扣销14034转动，进入或退出所述第二容纳腔。使多个使锁止卡扣14032的设置在所述矩形通孔中的一端向外张开(实现解锁)或向内聚拢(实现锁止)。锁止弹簧14033为压簧，当释放锁止卡扣14032连接有锁止弹簧14033的一端被释放时，使锁止卡扣14032在弹簧回复力的作用下回到锁止位置。
作为进一步的优选，杆架14021的套筒端盖上开设有多个弹簧安装槽，所述弹簧安装槽与锁止弹簧14033一一对应设置；所述弹簧安装槽为圆柱形凹槽，所述弹簧安装槽沿杆架14021的套筒端盖的径向开设；其中，锁止弹簧14033安装在所述弹簧安装槽中。
作为一种优选，第三连杆1404包括：顶板和假肢脚板连杆；其中，所述顶板位于所述第二容纳腔中，膝踝连杆弹簧1405位于第二连杆固定盘14022与所述顶板之间；所述假肢脚板连杆的一端同轴固定连接所述顶板，另一端可移动的穿过第二连杆固定盘14022并与假肢脚板10的脚后跟处通过膝踝连杆下铰链销11铰接。
如图5所示，锁止机构1403的状态取决于第一连杆1401、第二连杆1402和第三连杆1404之间的位置关系，当膝踝连杆弹簧1405长度为l0时，锁止机构1403未工作(处于解锁状态)，当第三连杆1404相对于第二连杆1402向下运动时，膝踝连杆弹簧1405被压缩，当膝踝连杆弹簧1405压缩后的长度为ll时，锁止机构1403工作，使锁止卡扣14032的设置在所述矩形通孔中的一端向内聚拢，抵住第三连杆1404顶板的顶面(上侧面)，将第三连杆1404锁止住，使膝踝连杆弹簧1405保持压缩状态存储能量，且此时膝踝连杆弹簧1405也处在最大压缩量的长度，无法继续被压缩。当第一连杆1401相对第二连杆1402运动时，锁止机构1403的锁止滑套14031随第一连杆1401运动，当锁止滑套14031按压到锁止卡扣14032连接有锁止弹簧14033的一端时，锁止卡扣14032的设置在所述矩形通孔中的一端向外张开，解除对第三连杆1404的约束，锁止机构1403解锁；之后，膝踝连杆弹簧1405释放弹性势能，使第三连杆1404相对于第二连杆1402向上运动。
如图12所示，取步态周期中关键的7个时刻，依次用A到G表示，其中时刻A对应脚后跟着地，时刻D对应脚尖蹬地，不同时刻1403膝踝连杆锁止机构和1406膝踝连杆离合装置的工作状态如表1所示：
表1不同时刻离合装置和锁止机构的工作状态表
状态时刻 A B C D E F G
离合装置 接合 分离 分离 分离 接合 分离 分离
锁止机构 未锁止 锁止 锁止 解锁 未锁止 未锁止 未锁止
时刻A处，离合装置状态通过主动控制高频电磁开关阀14062由分离变为结合，锁止机构1403未锁止，膝踝连杆弹簧1405处于原长状态；在时刻A到时刻B的过程中，膝踝连杆14的长度逐渐增长，由于离合装置已经将第一连杆1401和第二连杆1402接合为一体，所以此时第三连杆1404相对于第二连杆1402向下运动，压缩膝踝连杆弹簧1405，当膝踝连杆弹簧1405压缩到最大变形量后(选择膝踝连杆弹簧1405时，其最大变形量要比时刻A到时刻B伸长行程略小一些，以保证可以将膝踝连杆弹簧1405压缩到极限位置，无法继续被压缩)，则接近时刻B；时刻B处，离合装置状态通过主动控制高频电磁开关阀14062由结合变为分离，锁止机构1403锁止，且膝踝连杆弹簧1405达到最大压缩量；时刻C处，离合保持分离状态，锁止机构1403处于锁止状态，弹簧保持储能状态；时刻D处，离合装置保持分离状态，锁止机构1403解锁，膝踝连杆弹簧1405将释放能量，通过第三连杆1404向上拉脚后跟，产生蹬地力；时刻E处，离合装置通过主动控制高频电磁开关阀14062由分离变为结合，锁止机构1403未锁止；时刻F处，离合装置通过主动控制高频电磁开关阀14062由结合变为分离，锁止机构1403未锁止；时刻G处，离合保持分离状态，锁止机构1403未锁止。随后往返进入时刻A，离合装置通过主动控制进行结合。
平地行走时，膝关节运动可以分为站立相和摆动相，其中站立相又可根据触地事件细分为触地屈曲期、触地伸展期以及预摆动期；摆动相可以细分为摆动屈曲期和摆动伸展期。
如图13所示，平地行走站立相，以1801足跟触地作为起始位置，在足跟即将触地前，假肢穿戴者会使得膝关节略微屈曲，以有效降低足跟触地时的冲击，当足跟触地后，离合装置1406通过主动控制将第一连杆1401和第二连杆1402接合，由于这个过程中膝关节在屈曲，滑块16沿着滑轨8向膝关节靠近，而假肢脚板10与地面接触，无法自由转动，这时滑块16会拉着膝踝连杆14使其长度增加，这使得第三连杆1404相对于第二连杆1402向下运动，从而压缩膝踝连杆弹簧1405，将一部分重力势能也存储在膝踝连杆弹簧1405中。根据正常行走步态，当膝关节角度达到20度左右，膝关节完成触地屈曲期，此时，对应时刻B，膝踝连杆弹簧1405也达到最大压缩量，锁止机构1403锁止，膝关节角速度由正变为负，即1802膝关节角速度小于0度/秒，离合装置1406通过主动控制分离，即第一连杆1401和第二连杆1402之间可以自由滑动。进入触地伸展期，伴随着人体重心前移，穿戴者的膝关节逐渐伸展，直至膝关节角度接近0度；当膝关节弯曲屈曲时，膝关节角速度由负变为正，即1803膝关节角速度大于0度/秒，进入预摆动期，膝关节继续屈曲，当屈曲角度到达20度左右时，穿戴者自主弯曲膝关节以便向前迈步，滑块16会拉着膝踝连杆14使其长度增加，由于锁止机构1403已将第二连杆1402和第三连杆1404锁止，为了满足膝踝连杆14长度增大的需求，则第一连杆1401相对于第二连杆1402向上运动，此时触发锁止机构1403解锁，使膝踝连杆弹簧1405将弹性势能释放出来，在膝踝连杆弹簧1405弹性力的作用下，推动第三连杆1404向上运动，从而拉动假肢脚板10的脚后跟，为穿戴者提供蹬地力，当脚趾完全离地，完成站立相。
当脚趾完全离地，事件1805完成，进入摆动相，为了提高越障能力，穿戴者自主弯曲膝关节，当膝关节转角到达60度左右时，事件1806发生，进入摆动伸展期，滑块16向下运动，此时通过主动控制将离合装置1406接合，第一连杆1401与第二连杆1402固定连接，而由于第三连杆1404已经顶住第二连杆1402的限位，膝踝连杆14无法被压缩，而随着滑块16一直向下运动，假肢脚板10将被推到背屈的极限位置(提高了跨越障碍的能力)，当假肢脚板10运动到背屈极限位置时，离合装置1406通过主动控制将第一连杆1401和第二连杆1402进行分离，由于膝踝连杆14一直被压缩，所以此时第一连杆1401相对于第二连杆1402向下运动直到时刻G，完成整个步态周期，并准备进入下一个步态。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，包括：
小腿连接部，其内部具有小腿接受腔，所述小腿连接部的上端具有开口；
大腿穿戴托，其为带状；
两个穿戴托杆，其分别固定连接在所述大腿穿戴托的两端；
其中，所述两个穿戴托杆分别位于所述小腿连接部的两侧，并且分别与所述小腿连接部的上端铰接；
两个膝关节转动连杆，其设置在所述小腿连接部的两侧，并且与所述两个穿戴托杆一一对应设置；所述膝关节转动连杆的上端与所述穿戴托杆的下端铰接；
支撑杆，其为可变长度的伸缩杆；所述支撑杆的上端固定连接在所述小腿连接部的下端，所述支撑杆的下端与假肢脚板的脚踝处铰接；
滑块，其空套在所述支撑杆上；所述滑块的两端分别与所述两个膝关节转动连杆的下端铰接；
两个导轨，其沿竖直方向设置，并且对称设置在所述支撑杆的两侧；
其中，所述滑块同时匹配连接在所述两个导轨上；
膝踝连杆机构，其包括：第一连杆、第二连杆和第三连杆；
所述第一连杆的一端与所述滑块铰接，并且所述第一连杆沿轴向开设有第一容纳腔；
所述第二连杆的一端设置同轴在所述第一容纳腔内，并且能够选择性的沿所述第一容纳腔的轴向移动，或与所述第一连杆接合；所述第二连杆的另一端内同轴开设有第二容纳腔；
所述第三连杆的一端同轴设置在所述第二容纳腔内，并且能够选择性的沿所述第二容纳腔的轴向移动，或与所述第二连杆接合，另一端延伸至所述第二容纳腔外部并且与所述假肢脚板的脚后跟处铰接；
其中，所述第二容纳腔内设置有膝踝连杆弹簧，所述膝踝连杆弹簧套设在第三连杆上；所述膝踝连杆弹簧的一端抵靠在所述第二容纳腔的端板上，另一端抵靠在所述第三连杆的一端；当所述第二连杆与所述第三连杆接合时，所述膝踝连杆弹簧处于最大压缩状态。
2.根据权利要求1所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，所述支撑杆包括：
支撑杆座，其为一端开口的筒状结构；
其中，所述支撑杆座的开口端的外壁上沿轴向开设有通槽，所述通槽将所述支撑杆座的开口端分隔成两个相对的连接部；
连接杆，其一端匹配插入所述支撑杆座中，并能够沿所述支撑杆座的轴向移动；
紧固螺栓，其设置在所述支撑杆座上，并且对应所述通槽处设置，所述紧固螺栓能够将两个所述连接部之间锁紧，将所述连接杆固定在所述支撑杆座中。
3.根据权利要求2所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，还包括支撑杆接头，其一端固定连接在所述连接杆的另一端，另一端与所述小腿连接部的下端固定连接。
4.根据权利要求3所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，还包括踝关节连接头，其一端固定在所述支撑杆座的另一端，另一端与所述假肢脚板的脚踝处铰接。
5.根据权利要求3或4所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，所述大腿穿戴托对应假肢的后侧设置，所述大腿穿戴托的前侧设置有束缚带，并且通过所述束缚带固定在使用者的大腿部。
6.根据权利要求5所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，所述导轨为圆柱型滑轨，所述滑块上设置有两个通孔，所述两个通孔与所述导轨一一对应设置；所述滑块通过所述通孔套设在所述导轨上。
7.根据权利要求6所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，还包括：离合装置，其安装在所述第一连杆与所述第二连杆之间，所述第一连杆与所述第二连杆通过所述离合装置实现接合或分离。
8.根据权利要求7所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，所述离合装置包括：
离合器壳体，其为筒状，并且同轴固定套接在所述第一连杆上；所述离合器壳体与所述第一连杆的外壁之间围合形成环形的第三容纳腔；
活塞，其包括内活塞和外活塞；
所述内活塞的一端同轴设置在所述第一容纳腔中，并且能够沿所述第一容纳腔的轴向移动；所述外活塞的一端设置在所述第三容纳腔中，并且能够沿所述第三容纳腔的轴向移动；所述内活塞和所述外活塞的另一端同时与所述第二连杆固定连接；
其中，所述第一容纳腔和所述第三容纳腔中充满油液；所述外活塞将所述第三容纳腔分隔为第一油液室和第二油液室，所述第一容纳腔与所述第一油液室连通；所述第一油液室与所述第二油液室选择性的连通；通过所述第一油液室与所述第二油液室的断开或连通，使所述第一连杆与所述第二连杆接合或分离。
9.根据权利要求8所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，还包括：锁止机构，其设置在所述第二连杆与所述第三连杆之间，所述第二连杆和所述第三连杆通过所述锁止机构实现接合或分离。
10.根据权利要求9所述的穿戴式无外动力膝下假肢，其特征在于，所述锁止机构包括：
锁止滑套，其空套在所述第二连杆上；所述锁止滑套的一端固定连接在所述离合器壳体上，锁止滑套的另一端为自由端；
多个锁止卡扣，其沿所述第二连杆的周向间隔设置；所述第二连杆上开设有多个矩形通孔，所述通孔与所述第二容纳腔连通；并且所述通孔与所述锁止卡扣一一对应；
其中，所述锁止卡扣的一端能够穿过所述通孔进入所述第二容纳腔中，另一端通过锁止弹簧连接在所述第二连杆上；
锁止卡扣销，其连接在所述锁止卡扣上，并且位于所述锁止卡扣的两端之间；
其中，所述锁止卡扣通过所述锁止卡扣销铰接在所述第二连杆上；当所述锁止滑套相对于所述第二连杆轴向移动时，能够压紧或释放所述锁止卡扣连接锁止弹簧的一端，使所述锁止卡扣设置在通孔中的一端绕所述锁止卡扣销转动，进入或退出所述第二容纳腔。
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