CN101496751A - 主动式人腿假肢 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主动式人腿假肢，其特征在于它包括膝关节部分、连接部分和胫骨部分构成的四连杆机构；所述连接部分包括左、右对称的前连接杆和后连接杆，前、后连接杆的上端与作为四连杆机构一个杆的膝关节部分连接，前、后连接杆的下端与作为四连杆机构另一个杆的胫骨部分连接；所述膝关节部分的连接件通过转动件与胫骨部分的线性转换件连接；所述胫骨部分包含把直流电机的旋转运动转换为直线运动的线性驱动机构；胫骨部分支撑件底座下端部包含一个带螺钉用于连接假脚的套圈；产生动力的直流电机固定于胫骨部分的下部，在运动中直流电机相对线性驱动机构位置不变；直流电机的旋转运动转变为直线运动驱动膝关节部分的弯曲伸展转动。

Description

主动式人腿假肢

技术领域

本发明涉及人体假肢技术，具体为一种利用直流电机提供动力的主动式人腿假肢。

技术背景

假肢是截肢者重要的运动功能代偿装置。安装假肢可以恢复患者残缺肢体原有的形态或功能，减轻功能障碍，使患者能够独立地生活、学习和工作。目前进入市场的下肢假肢有单轴膝关节、多轴膝关节、带锁定器膝???关???节、承重自锁膝关节、液压或气压控制膝关节、智能型的假肢膝关节和仿生膝关节等，在一定程度上满足了假肢穿戴者的要求。但是以上假肢均为“被动式”假肢，不包括或不具有帮助人行走的动力机构，不能主动上下楼梯，关节的屈曲依赖于残肢，伸展也是靠机械式储能的释放来实现的，这就在很大程度上限制了残疾人的运动能力。例如，中国专利申请200480040062.X号报道的“假肢膝关节”。该设计为被动式多轴膝关节，加入抵抗弯曲的锁止装置，增加了站立和坐下的稳定性，但是在行走时仍然靠截肢者残端带动假肢弯曲和伸展，长时间行走会使穿戴者产生疲劳感。中国专利申请99255918.9号报道的“改进的膝关节”也为被动式单轴膝关节。该假肢装有缓冲装置，在膝关节旋转时，可以实现逆时针旋转快速和顺时针旋转缓慢，解决了行走不方便和不安全的问题，但在行走过程中该假肢也没有提供行走的动力，并且单轴膝关节设计不能保证站立时的稳定性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种主动式人腿假肢，该假肢利用直流电机为截肢者运动提供动力，可减小使用者的能量消耗，使假肢真正成为人体的一部分而不只是作为一个附属品，在平地行走、上下楼梯和爬斜坡时为人体主动提供动力，提高使用效果和质量。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，设计一种主动式人腿假肢，其特征在于它包括膝关节部分、连接部分和胫骨部分构成的四连杆机构；所述连接部分包括左、右对称的前连接杆和后连接杆，前连接杆和后连接杆的上端与作为四连杆机构一个杆的膝关节部分连接，前连接杆和后连接杆的下端与作为四连杆机构另一个杆的胫骨部分连接；所述膝关节部分的连接件通过转动件与胫骨部分的线性转换件连接；所述胫骨部分包含把直流电机的旋转运动转换为直线运动的线性驱动机构；胫骨部分支撑件底座下端部包含一个带螺钉用于连接假脚的套圈；产生动力的直流电机固定于胫骨部分的下部，在运动中直流电机相对线性驱动机构位置不变；直流电机的旋转运动转变为直线运动驱动膝关节部分的弯曲伸展转动。

与现有技术相比，本发明设计的主动式人大腿机构利用直流电机驱动四连杆假肢机构，应用了旋转变直线的机构实现了直流电机位置的固定，因而在使用者运动时能够主动提供所需动力，同时简化假肢机构，减小假肢体积和重量，方便使用者长期行走，并保证站立时稳定性。

附图说明

图1为本发明主动式人腿假肢一种实施例的侧视结构示意图；

图2为本发明主动式人腿假肢一种实施例的后视结构示意图；

图3为本发明主动式人腿假肢一种实施例的局部分解示意图；

图4为本发明主动式人腿假肢一种实施例的膝关节部分组件结构分解示意图；

图5为本发明主动式人腿假肢一种实施例的膝关节与胫骨连接部分结构分解示意图；

图6为本发明主动式人腿假肢一种实施例的胫骨部分组件结构分解示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及其附图进一步叙述本发明。实施例及其附图仅用于详细描述本发明，不构成对本发明权利要求的限制。

本发明设计的主动式人腿假肢(简称假肢，参见图1—6)，其特征在于它包括膝关节部分1、连接部分2和胫骨部分3构成四连杆机构；所述连接部分2包括左、右对称的前连接杆2.1、2.1’和左、右对称的后连接杆2.2、2.2’，所述左、右前连接杆2.1、2.1’和左、右后连接杆2.2、2.2’的上端与作为四连杆机构一个杆的膝关节部分1连接，左、右前连接杆2.1、2.1’和左、右后连接杆2.2、2.2’的下端与作为四连杆机构另一个杆的胫骨部分3连接；所述膝关节部分1的连接件1.5通过转动件1.9与胫骨部分3的线性转换件3.1连接；所述胫骨部分3包含把直流电机3.2的旋转运动转换为直线运动的线性转换件3.1；胫骨部分3的支撑件底座3.4下端部包含一个带螺钉3.5用于连接假脚的套圈3.44；产生动力的直流电机3.2固定于胫骨部分3的支撑件底座3.4上，在运动中直流电机3.2相对支撑件底座3.4和框式支撑件3.3位置不变。直流电机的旋转运动转变为直线运动主动驱动膝关节部分的弯曲伸展转动。

本发明假肢实施例的进一步结构是(参见图1、2、3和4)：所述膝关节部分1包括端盖1.1、连接件1.5和转动件1.9；螺钉1.6穿过连接件1.5的螺纹孔1.51固定在端盖1.1后端部槽1.4的螺纹孔1.41中，连接件轴1.7和轴端盖1.8实现转动件1.9和连接件1.5的连接。所述端盖1.1的两侧有左右对称的左右8字形凸台1.2和1.2’，在左右8字形凸台1.2和1.2’上打有两对左右对称的轴孔，即端盖前轴孔1.21、1.21’和端盖后轴孔1.22、1.22’。膝关节部分1还包括用于与连接部分2连接的端盖前轴2.3和端盖后轴2.5，用于安装端盖前轴2.3的左右对称的左、右端盖前轴孔1.21、1.21’，用于安装端盖后轴2.5的左右对称的左、右端盖后轴孔1.22、1.22’，同时，所述端盖前轴孔(1.21、1.21’)与端盖后轴孔(1.22、1.22’)之间的距离为连接部分2的一个杆的长度。所述端盖1.1上端部的棱锥体1.3连接截肢者残端的假肢接受腔下部的连接件(图中未画出)。

所述的连接部分2(参见图5)包括左、右对称的前连接杆2.1、2.1’，左、右对称的后连接杆2.2、2.2’，端盖前轴2.3、端盖后轴2.5、支撑件前轴2.4、支撑件后轴2.6。所述端盖前轴2.3和端盖后轴2.5用于连接膝关节部分1的侧部左右对称8字凸出1.2，1.2’，端盖前轴2.3通过左前连接杆2.1的上轴孔2.11、8字形凸台1.2和1.2’的左侧前轴孔1.21和右侧前轴孔1.21’、右前连接件2.1’与端盖1.8相连；端盖后轴2.5依次通过8字形凸台1.2的右侧后轴孔1.22、左后连接件2.2的上轴孔2.21、右后连接件2.2’的上轴孔2.11’、8字形凸台1.2’的左侧前轴孔1.22’与端盖1.8相连。支撑件前轴2.4和支撑件后轴2.6用于连接胫骨部分3的框式支撑件3.3上端部，支撑件前轴2.4依次通过左前连接件2.1的下轴孔2.12、支撑件3.3上端右侧前轴孔3.31和左侧前轴孔3.31’、左前连接件2.1’与端盖1.8相连；支撑件后轴2.6通过支撑件3.3上端右侧后轴孔3.32、左后连接件2.2的下轴孔2.22、右后连接件2.2’的下轴孔2.22’、左侧后轴孔3.32’与轴端盖1.8相连。通过连接部分2的四个轴，即端盖前轴2.3、支撑件前轴2.4、端盖后轴2.5和支撑件后轴2.6，与所述左右对称的左、右前连接杆2.1、2.1’和左右对称的左、右后连接杆2.2、2.2’把膝关节部分1和胫骨部分3连接在一起。

所述的胫骨部分3包括支撑机构和驱动机构。所述支撑机构包括框式支撑件3.3和支撑件底座3.4；所述框式支撑件3.3为横截面为U字的框式柱状结构，框式支撑件3.3内配装驱动机构(参见图6)。所述驱动机构包括直流电机3.2和线性转换件3.1。线性转换件3.1包括固定轴3.12和固定轴端盖3.13，固定轴3.12通过线性转换件3.1的轴孔3.11和转动件下轴孔1.91与轴端盖1.8相连，实现了线性转换件3.1和转动件1.9的连接。直流电机底座3.22上有四个螺纹孔，该螺纹孔与支撑件底座3.4的凹槽3.41中的四个螺纹孔一一相对应，用四个螺钉3.5把直流电机3.2固定在支撑件底座3.4上；支撑件底座3.4的上端面有四个螺纹孔与框式支撑件3.3下端面的四个螺纹孔一一相对应，用四个螺钉3.5可将支撑件底座3.4固定在框式支撑件3.3上。这种安装结构保证了直流电机3.2和框式支撑件3.3的位置相对不动，在假肢运动过程中可减小对直流电机3.2的损害。支撑件底座3.4下部包含一个具有固定螺钉3.43和螺纹孔3.42的套圈3.44，该套圈3.44用来连接假脚(图中未画出)。

为了增加假肢的承载能力，本发明实施例采用了左右对称的四连杆结构(参见图5)：左右对称的前连接杆2.1、2.1’作为四连杆的前杆；左右对称的后连接杆2.2、2.2’作为四连杆的后杆；膝关节部分1的侧部左右对称8字凸出1.2，1.2’作为四连杆的上杆(一个杆)；胫骨部分3的支撑件3.3上端部作为四连杆的下杆(另一个杆)。端盖前轴2.3通过左前连接杆2.1的上轴孔2.11、8字形凸台1.2和1.2’的左侧前轴孔1.21和右侧前轴孔1.21’、右前连接件2.1’与端盖1.8相连；端盖后轴2.5依次通过8字形凸台1.2的右侧后轴孔1.22、左后连接件2.2的上轴孔2.21、右后连接件2.2’的上轴孔2.11’、8字形凸台1.2的左侧前轴孔1.22’与端盖1.8相连；支撑件前轴2.4依次通过左前连接件2.1的下轴孔2.12、支撑件3.3上端右侧前轴孔3.31和左侧前轴孔3.31’、左前连接件2.1’与端盖1.8相连；支撑件后轴2.6通过支撑件3.3上端右侧后轴孔3.32、左后连接件2.2的下轴孔2.22、右后连接件2.2’的下轴孔2.22’、左侧后轴孔3.32’与轴端盖1.8相连。如前所述，所述膝关节部分1和胫骨部分3也都采用了左右对称的结构。

本发明假肢的膝部弯曲和伸展过程和原理如下：膝部的弯曲过程和原理是：由于所述膝关节部分1的端盖1.1上端部的棱锥体1.3连接在假肢接受腔下部的连接件上，所以端盖1.1相对使用者残端是固定不动的。通电后，直流电机3.2控制电机轴3.21顺时针旋转运动，线性转换件3.1将电机轴的旋转运动转换为线性转换件3.1向下的直线运动，进而带动转动件1.9也做向下运动，使转动件1.9绕连接件1.6顺时针转动，带动连接部分2的左右前连接杆2.1、2.1’绕端盖前轴2.3顺时针转动，右后连接杆2.2、2.2’绕端盖后轴2.5顺时针转动，带动胫骨部分3的支撑件3.3绕支撑件后轴2.6和支撑件前轴2.4顺时针转动，实现膝部的主动弯曲。膝部的伸展过程与上述膝部的弯曲过程相反，不赘述。

需要补充说明的是，本发明主动式人腿假肢结构所述的“上、下”、“前、后”、“左、右”等零部件的连接或安装方位词是依据实施例图示而言的，只具有相对性，或者仅是为了叙述方便，不代表该安装位置的唯一性和必须性。本发明主动式人腿假肢的具体实施例完全可以根据需要做非本质的适当地调整和变化。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (1)

1.一种主动式人腿假肢，其特征在于它包括膝关节部分、连接部分和胫骨部分构成的四连杆机构；所述连接部分包括左、右对称的前连接杆和后连接杆，前连接杆和后连接杆的上端与作为四连杆机构一个杆的膝关节部分连接，前连接杆和后连接杆的下端与作为四连杆机构另一个杆的胫骨部分连接；所述膝关节部分的连接件通过转动件与胫骨部分的线性转换件连接；所述胫骨部分包含把直流电机的旋转运动转换为直线运动的线性驱动机构；胫骨部分支撑件底座下端部包含一个带螺钉用于连接假脚的套圈；产生动力的直流电机固定于胫骨部分的下部，在运动中直流电机相对线性驱动机构位置不变；直流电机的旋转运动转变为直线运动驱动膝关节部分的弯曲伸展转动。

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