CN209529406U - 双自锁假肢膝关节结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于康复机器人下肢技术领域，尤其涉及一种双自锁假肢膝关节结构，包括第一支撑架(1)，所述第一支撑架(1)两端分别连接第一驱动杆(2)和第二驱动杆(3)，所述第一驱动杆(2)与第二驱动杆(3)间连接有第一连杆(4)；所述第一驱动杆(2)连接有第二连杆(5)，所述第二驱动杆(3)连接有第二支撑架(6)，所述第二连杆(5)与第二支撑架(6)连接；本实用新型能够在模仿人体正常步态轨迹的同时，具有站立支撑和弯曲极限位置双自锁功能。
Description
技术领域
本发明属于康复机器人下肢技术领域，尤其涉及一种双自锁假肢膝关节结构。
背景技术
随着人们生活水平的不断发展，残疾者对下肢假肢的要求越来越高，人体的下肢主要由髓关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节和脚组成，膝关节起到联结大腿和小腿的作用,是人体最大、最复杂的关节，一个能够替代人体膝关节的结构是下肢假肢设计的关键；
针对老年人及步态恢复阶段的残疾人患者，其在使用假肢的过程中，需要假肢能够承受一部分的身体重量并在承重的过程中具有一定的稳定性，目前已有的假肢膝关节分为三种，第一种是带锁定器的膝关节，这类膝关节中装有带拉线或锁定杆控制的锁定器,在腿完全伸直时,膝关节被锁定,用手拉一下拉线或按一下锁定杆解除锁定,膝关节便可自由弯曲，而这种靠手动解锁的膝关节不利于患者的连续行走；第二种是可承重自锁的膝关节，这类膝关节中装有制动块,在腿直立时,可利用体重来制动以防止膝关节弯曲，而这类膝关节不能很好的模拟下肢步态轨迹，对于连续行走具有局限性；第三种是可变瞬时转动中心的多轴膝关节。这类膝关节的特点之一是膝关节的转动中心可以随膝关节弯曲角的变化而变化,瞬时转动中心轨迹为一曲线，但是这种膝关节，不具有承重和自锁的功能；
综上所述，目前对于康复假肢膝关节的主要存在问题在于(1)假肢在行走的过程中不能很好的模拟人体行走的步态轨迹；(2)对于患者在行走过程中对身体的承重和步态的稳定性没有保障，特别是在假肢站立支撑期和膝关节弯曲过程中，没有限制假肢位移的约束，膝关节也没有相应的承重能力，从而容易导致使用者在站立和行走过程中，因用力过大而摔倒。
发明内容
本发明为了有效的解决上述背景技术中的问题，提出了一种双自锁假肢膝关节结构，具体技术方案如下：
一种双自锁假肢膝关节结构，包括第一支撑架(1)，所述第一支撑架(1)两端分别连接第一驱动杆(2)和第二驱动杆(3)，所述第一驱动杆(2)与第二驱动杆(3)间连接有第一连杆(4)；所述第一驱动杆(2)连接有第二连杆(5)，所述第二驱动杆(3)连接有第二支撑架(6)，所述第二连杆(5)与第二支撑架(6)连接；
所述第一支撑架(1)与假肢大腿结构连接，所述第二支撑架(6)与假肢小腿结构连接；
优选地，所述所述各杆的连接方式为铰接；
优选地，所述第一驱动杆(2)、第二驱动杆(3)、第一连杆(4)和第二连杆(5)对称布置在所述第一支撑架(1)与第二支撑架(6)间；所述对称布置的上述杆件间的对称铰接点，通过铰接杆连接；
优选地，所述第一驱动杆(2)与第一支撑架(1)连接的铰接杆上设有第一齿轮(7)，且所述第一齿轮(7)与固定安装在第一支撑架(1)上的第一驱动电机(8)配合安装；所述第二驱动杆(3)与第一支撑架(1)连接的铰接杆上设有第二齿轮(9)，且所述第二齿轮(9)与固定安装在第一支撑架(1)上的第二驱动电机(10)配合安装；
优选地，所述假肢大腿结构包括支撑底座(13)和支撑体(14)，所述支撑体(14)连接支撑底座(13)，所述支撑底座(13)安装在所述第一支撑架(1)上；
优选地，所述假肢小腿结构包括小腿连杆(15)，所述小腿连杆(15)一端连接橡胶假脚(16)，另一端连接所述第二支撑架(6)；
优选地，所述第一连杆(4)与第二驱动杆(3)铰接的铰接杆(11)，与第二支撑架(6)间固定安装有弹簧(12)；
优选地，所述第一支撑架(1)上设有控制第一驱动电机(8)和第二驱动电机(10)的控制器。
其有益效果在于；
1.本发明利用第一驱动杆(2)、第二驱动杆(3)、第一连杆(4)及第一支撑架(1)形成双摇杆四杆机构，并利用四杆机构的自锁特性，使双摇杆机构在两个极限位置时产生自锁，并将两个自锁位置用在膝关节站立和弯曲极限两个位置上，使假肢在站立和弯曲极限两个位置时，产生自锁；并通过四杆机构自锁时瞬停节的传递特性，使整个假肢在两个自锁状态时保持稳定不动，通过自锁来承受使用者的重量并限制约束假肢的弯曲，防止使用者摔倒；
2.通过第一驱动杆(2)和第二驱动杆(3)的交替使用，分别破除两个自锁位置时的约束，增强了膝关节的连贯实用性，第一驱动杆(2)和第二驱动杆(3)还带动假肢的弯曲和站立，实现假肢从弯曲到直立、从直立到弯曲两个过程的转换，同时，控制两个驱动杆的两个电机由搭载的控制器控制，而控制控制器(17)的方法可以采用肌电信号控制方法，也可以通过运动类信息源控制，实现多信息源控制，可用性价值高；
3.通过第一驱动杆(2)、第二驱动杆(3)、第二连杆(5)、第一支撑架(1)和第二支撑架(6)所形成五杆机构，而搭建的五杆机构是串联在上述双摇杆四杆机构上，所以所述的五杆机构即可以利用四杆机构自锁时瞬停节传递特性，保证自锁性能的传递，也可以利用五杆机构轨迹拟合精确点高的特性，有效地使小腿及踝关节的运动轨迹更趋向人体正常行走时的步态轨迹。
附图说明
图1是本发明膝关节站立支撑时结构示意图；
图2是本发明膝关节弯曲极限位置时结构示意图；
图3是本发明膝关节站立支撑时整体装配示意图；
图4为本发明膝关节弯曲极限位置时整体装配示意图；
图5为本发明驱动结构局部装配示意图；
图6为本发明并联连杆局部装配示意图；
图7为本发明整体装配爆炸图。
具体实施方式
结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式
一种双自锁假肢膝关节结构，包括第一支撑架1，所述第一支撑架1两端分别连接第一驱动杆2和第二驱动杆3，所述第一驱动杆2与第二驱动杆3间连接有第一连杆4；所述第一驱动杆2连接有第二连杆5，所述第二驱动杆3连接有第二支撑架6，所述第二连杆5与第二支撑架6连接；所述所述各杆的连接方式为铰接；所述第一支撑架1与假肢大腿结构连接，所述第二支撑架6与假肢小腿结构连接；
所述第一驱动杆2、第二驱动杆3、第一连杆4和第二连杆5对称布置在所述第一支撑架1与第二支撑架6间；所述对称布置的上述杆件间的对称铰接点，通过铰接杆连接；所述第一驱动杆2与第一支撑架1连接的铰接杆上设有第一齿轮7，且所述第一齿轮7与固定安装在第一支撑架1上的第一驱动电机8配合安装；所述第二驱动杆3与第一支撑架1连接的铰接杆上设有第二齿轮9，且所述第二齿轮9与固定安装在第一支撑架1上的第二驱动电机10配合安装；所述假肢大腿结构包括支撑底座13和支撑体14，所述支撑体14连接支撑底座13，所述支撑底座13安装在所述第一支撑架1上；所述假肢小腿结构包括小腿连杆15，所述小腿连杆15一端连接橡胶假脚16，另一端连接所述第二支撑架6；所述第一连杆4与第二驱动杆3铰接的铰接杆11，与第二支撑架6间固定安装有弹簧12；所述第一支撑架1上设有控制第一驱动电机8和第二驱动电机10的控制器17；
所述第一驱动杆2、第二驱动杆3、第一连杆4和第二连杆5对称布置可以有效地保证膝关节结构的稳定、防止偏重，由于膝关节的驱动需要两个电机，而两个电机的安装会导致膝关节偏重，而对称布置连杆结构，使电机和其他部件放置中间，可以有效地保证膝关节结构不向两侧偏置，而是向膝关节的弯曲方向偏，加载的弹簧是为了限制第一连杆4在运行过程中的运行轨迹，及助力膝关节结构从弯曲到站立时的运行。
工作原理：
将没有下肢患者的大腿部分装入支撑体14中，并固定；当下肢站立支撑时，第一驱动杆2与第一连杆4连成一条直线，产生自锁，此时膝关节承受大腿和小腿的压力并保持不动；下肢行走弯曲时，第一驱动杆2驱动带动整个连杆机构运行，当运行到弯曲极限位置时，第二驱动杆3和第一连杆4连成一条直线，产生自锁，第一驱动杆2将因为自锁而停止旋转；此时，膝关节自锁，整个机构停止运行，假肢可以通过膝关节的自锁而弯曲立住，防止使用者摔倒；当假肢从弯曲状态回到站立支撑期时，第二驱动电机10带动第二驱动杆3运行，破除弯曲时的自锁，并带动整个机构弯曲回站立的状态；
所述的双自锁是在使用者步态缓慢且依靠假肢受力情况下自锁，正常步态下，当没有到达极限位置时，可通过控制器17控制驱动电机，使假肢正常行走；而所述的双自锁是用于保护重度瘫痪患者在步态康复过程中，因行动缓慢，对假肢受力大而设定的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围以上所述仅是本发明的优选实施方式。
Claims (7)
1.一种双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，包括第一支撑架(1)，所述第一支撑架(1)两端分别连接第一驱动杆(2)和第二驱动杆(3)，所述第一驱动杆(2)与第二驱动杆(3)间连接有第一连杆(4)；所述第一驱动杆(2)连接有第二连杆(5)，所述第二驱动杆(3)连接有第二支撑架(6)，所述第二连杆(5)与第二支撑架(6)连接；
所述第一支撑架(1)与假肢大腿结构连接，所述第二支撑架(6)与假肢小腿结构连接。
2.根据权利要求1所述的双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，所述各杆的连接方式为铰接。
3.根据权利要求2所述的双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，所述第一驱动杆(2)、第二驱动杆(3)、第一连杆(4)和第二连杆(5)对称布置在所述第一支撑架(1)与第二支撑架(6)间；所述对称布置的上述杆件间的对称铰接点，通过铰接杆连接。
4.根据权利要求3所述的双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，所述第一驱动杆(2)与第一支撑架(1)连接的铰接杆上设有第一齿轮(7)，且所述第一齿轮(7)与固定安装在第一支撑架(1)上的第一驱动电机(8)配合安装；所述第二驱动杆(3)与第一支撑架(1)连接的铰接杆上设有第二齿轮(9)，且所述第二齿轮(9)与固定安装在第一支撑架(1)上的第二驱动电机(10)配合安装。
5.根据权利要求3所述的双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，所述第一连杆(4)与第二驱动杆(3)铰接的铰接杆(11)，与第二支撑架(6)间固定安装有弹簧(12)。
6.根据权利要求1所述的双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，所述假肢大腿结构包括支撑底座(13)和支撑体(14)，所述支撑体(14)连接支撑底座(13)，所述支撑底座(13)安装在所述第一支撑架(1)上。
7.根据权利要求1所述的双自锁假肢膝关节结构，其特征在于，所述假肢小腿结构包括小腿连杆(15)，所述小腿连杆(15)一端连接橡胶假脚(16)，另一端连接所述第二支撑架(6)。
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| CN201821568024.7U CN209529406U (zh) | 2018-09-26 | 2018-09-26 | 双自锁假肢膝关节结构 |
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| CN109172065A (zh) * | 2018-09-26 | 2019-01-11 | 天津工业大学 | 双自锁假肢膝关节结构 |
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