專利名稱：地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸的假腳仿生踝關(guān)節(jié)裝置，尤其是一種用于
模擬人體踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的回轉(zhuǎn)式微型液壓缸，以及一種可根據(jù)不同患者體重與步速調(diào)節(jié)踝關(guān) 節(jié)阻尼力，從而以最佳穩(wěn)定性與靈活性來(lái)適應(yīng)不同地形的踝關(guān)節(jié)阻尼調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。
背景技術(shù)：
據(jù)2006年第二次全國(guó)殘疾人抽樣調(diào)查結(jié)果顯示，我國(guó)肢體殘疾人數(shù)已達(dá)2400多 萬(wàn)人，其中有200多萬(wàn)的截肢者。特別是近年來(lái)因車禍、工傷事故以及糖尿病、心血管病截 肢的人數(shù)還在上升，因此數(shù)量龐大的截肢者人群的康復(fù)問(wèn)題對(duì)假肢技術(shù)革新提出了迫切的 要求。 假腳是下肢假肢中一個(gè)非常重要的組成部分，具有與人體腳部功能相似的仿生假 腳是假腳設(shè)計(jì)的理想目標(biāo)。它對(duì)人體行走的功能代償性能決定了下肢假肢的應(yīng)用價(jià)值。功 能越完善、功能代償性能越強(qiáng)大的假腳，越能給使用者更加正常的步態(tài)和舒適感，讓使用者 恢復(fù)和正常人一樣的步行感受。當(dāng)代假腳的功能已經(jīng)越來(lái)越完善，可是仍然有一定的缺陷， 最突出的一個(gè)缺陷便是無(wú)法適應(yīng)不同的地形。大多數(shù)假腳需要在平地上行走時(shí)才能發(fā)揮 應(yīng)有的功能，而若在具有一定坡度的地形上行走時(shí)，則會(huì)造成行走不穩(wěn)定，甚至導(dǎo)致假腳失 效。主要原因在于現(xiàn)在決大多數(shù)假腳不能很好的實(shí)現(xiàn)正常人體足部踝關(guān)節(jié)的大角度轉(zhuǎn)動(dòng)與 穩(wěn)定功能，導(dǎo)致在遇到陡坡而需要踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角度變大時(shí)，為適應(yīng)平地設(shè)計(jì)的假腳因無(wú)法 滿足這一要求而失效。現(xiàn)在市場(chǎng)上的假腳大多是通過(guò)增加腳板形變能力，或是使用彈性橡 膠來(lái)的適應(yīng)地形坡度的變化，但這些方法效果相當(dāng)有限。踝關(guān)節(jié)適應(yīng)不同坡度路面的角度 調(diào)節(jié)需要滿足如下兩個(gè)條件(l)踝關(guān)節(jié)是非固定的，很方便解鎖或不用解鎖即可通過(guò)對(duì) 腳板施加力來(lái)調(diào)節(jié)；(2)踝關(guān)節(jié)需要一定的阻尼力或鎖定功能，以保證踝關(guān)節(jié)在各種角度 下的穩(wěn)定性。 國(guó)際上已有一些公司開展了相關(guān)的研究，但真正面市的產(chǎn)品卻很少。目前，英國(guó)曾 生產(chǎn)了一種液壓仿生踝，能夠?qū)崿F(xiàn)上/下樓梯或上/下坡的踝關(guān)節(jié)角度的適應(yīng)，但這種踝關(guān) 節(jié)的阻尼力是固定的，不能適應(yīng)不同體重患者的需要進(jìn)行個(gè)性化設(shè)定。最近冰島亦推出了 一款電動(dòng)踝關(guān)節(jié)假腳，以自動(dòng)適應(yīng)不同坡度里面的行走，這種假腳結(jié)構(gòu)復(fù)雜、需要電池且提 供能量的時(shí)間有限，價(jià)格昂貴。如果能設(shè)計(jì)一種可以根據(jù)不同患者體重與習(xí)慣調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié) 阻尼力大小的新型假腳，使患者能更舒適、方便地適應(yīng)不同坡度路面的行走，則對(duì)截肢者來(lái) 說(shuō)無(wú)疑具有很大幫助。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為假腳適應(yīng)各種坡度或不平穩(wěn)地形而提供一種地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié) 裝置，該裝置采用新型設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，使用安全、方便、舒適，且可以安裝于標(biāo)準(zhǔn)踝關(guān)節(jié)接 頭之上，從而可直接與已上市的大多數(shù)假腳腳板配合使用。 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是一種地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，包括小
3腿干接口座，液壓缸連接套，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體兩側(cè)安裝有液壓缸 密封板，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體內(nèi)充滿油液，其特點(diǎn)是回轉(zhuǎn)式微型液壓缸內(nèi)腔為扇形主腔 室，扇形主腔體下端中部連接有活塞轉(zhuǎn)軸，活塞轉(zhuǎn)軸上面固定連接有旋轉(zhuǎn)式液壓活塞，旋轉(zhuǎn) 式液壓活塞將扇形主腔室分隔為左、右兩個(gè)腔室，且左、右腔室分別與跖屈管路和背屈管路 相連通，跖屈管路和背屈管路內(nèi)分別設(shè)有位于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體底部的跖屈、背屈阻尼 調(diào)節(jié)系統(tǒng)。 旋轉(zhuǎn)式液壓活塞嵌入活塞轉(zhuǎn)軸中，其頂部外圓弧面與回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體內(nèi)圓弧
面相重合；活塞轉(zhuǎn)軸穿過(guò)液壓缸密封板在軸兩端與液壓缸連接套相互固定；液壓缸密封板
上凸臺(tái)嵌入回轉(zhuǎn)式微型液壓缸內(nèi)；液壓缸連接套在頂部與小腿干接口座相互固定。 跖屈、背屈阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)由阻尼調(diào)節(jié)器固定套、阻尼調(diào)節(jié)器、阻尼控制彈簧、截流
針閥四個(gè)部件組成，其中阻尼調(diào)節(jié)器固定套通過(guò)螺紋連接安裝于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體側(cè)向
通孔中，阻尼調(diào)節(jié)器通過(guò)螺紋連接安裝于阻尼調(diào)節(jié)器固定套內(nèi)通孔中，截流針閥則通過(guò)其
尾部圓盤安裝于阻尼調(diào)節(jié)器固定套頂部通孔，阻尼控制彈簧安裝于截流針閥與阻尼調(diào)節(jié)器
之間，當(dāng)阻尼調(diào)節(jié)器旋進(jìn)或旋出時(shí)，彈簧的壓縮量則隨之增加或減少，從而控制截流針閥軸
向后移的阻力，進(jìn)而控制油液頂開針閥的阻力。 本發(fā)明的有益效果是 (1)利用油液的不可壓縮性使旋轉(zhuǎn)式液壓活塞在液壓缸中隨油液的流動(dòng)而繞旋轉(zhuǎn) 中心旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而使假腳腳板與小腿干之間發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，從而更加近似地模擬人體踝關(guān)節(jié) 轉(zhuǎn)動(dòng)。 (2)不同于以往的圓柱式液壓缸設(shè)計(jì)，而是將用于提供踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)阻尼的液壓缸 設(shè)計(jì)成圓弧形的回轉(zhuǎn)式液壓缸，使液壓缸內(nèi)的活塞轉(zhuǎn)動(dòng)直接表現(xiàn)成踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)，能夠更 加直接地對(duì)踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行阻尼力的調(diào)節(jié)，踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)更加緊湊。 (3)回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體與液壓缸連接套通過(guò)兩圓弧面接觸，保證了在踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn) 動(dòng)的每一個(gè)角度，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體與液壓缸連接套都能夠有足夠的接觸面積，保證了 踝關(guān)節(jié)的穩(wěn)定性以及結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 (4)使用獨(dú)特設(shè)計(jì)的跖屈、背屈阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)，對(duì)油液流量可以進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)控，所 以本實(shí)用新型可以對(duì)假腳踝關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)阻尼進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)患者體重與步速對(duì)踝關(guān)節(jié) 穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性的不同需要。 (5)將假腳跖屈、背屈分別控制，可以更有效的針對(duì)不同的使用者、步速調(diào)節(jié)出合 適的阻尼設(shè)定，適用范圍更廣。 不同患者根據(jù)行走速度要求進(jìn)行訓(xùn)練，可以設(shè)置相應(yīng)的假腳跖屈、背屈阻尼，行走 時(shí)患者僅需直接通過(guò)殘肢對(duì)腳板施加一定的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩就可以使踝關(guān)節(jié)達(dá)到路面一致的角 度。因此這種回轉(zhuǎn)式液壓假腳踝關(guān)節(jié)能使患者以最舒適的狀態(tài)、方便地適應(yīng)不同坡度路面 的行走。


圖1是本發(fā)明立體整體示意圖；
圖2是本發(fā)明的跖屈管路局部剖視圖；
圖3是本發(fā)明的橫剖視 圖4是跖屈、背屈阻尼液壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖與實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。 如圖1至圖3所示，本發(fā)明的地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，包括小腿干接口座1 、液 壓缸連接套2、回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體3、液壓缸密封板4、、旋轉(zhuǎn)式液壓活塞5、活塞轉(zhuǎn)軸6，跖 屈阻尼調(diào)節(jié)器固定套7、跖屈阻尼調(diào)節(jié)器8、跖屈阻尼控制彈簧9、跖屈截流針閥10、背屈阻 尼調(diào)節(jié)器固定套11、背屈阻尼調(diào)節(jié)器12、背屈阻尼控制彈簧13、背屈截流針閥14。
如圖2所示，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1內(nèi)部為中通，內(nèi)部圓弧面圍成一個(gè)開放式的腔 室，內(nèi)上部圓弧面與旋轉(zhuǎn)式液壓活塞上部的圓弧面同心，能夠互相重合，旋轉(zhuǎn)式液壓活塞5 底部的則嵌入活塞轉(zhuǎn)軸6的內(nèi)部?；钊D(zhuǎn)軸6的外圓弧面則與回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1圓心 處的內(nèi)圓弧面相貼合，此時(shí)，旋轉(zhuǎn)式液壓活塞5與活塞轉(zhuǎn)軸6能繞圓心在回轉(zhuǎn)式微型液壓缸 體1旋轉(zhuǎn)，且將回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1內(nèi)部主腔室分為左右兩個(gè)腔室A， B。結(jié)合附圖4，在 回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1下部有兩條對(duì)稱的油液管路，分別為跖屈管路和背屈管路。在左腔 室的下方有一油液管路連通跖屈管路。跖屈阻尼控制器、背屈阻尼分別控制器控制跖屈、背 屈截流針閥10，14伸入各自油液管路中，控制油液流通管路的開口大小，從而分別控制跖 屈、背屈的油液流通阻尼。 如圖4所示，跖屈、背屈阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)位于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1的底部。由阻尼 調(diào)節(jié)器固定套、阻尼調(diào)節(jié)器、阻尼控制彈簧、截流針閥四個(gè)部件組成。以背屈阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng) 為例，背屈阻尼調(diào)節(jié)器固定套11通過(guò)螺紋連接安裝于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1側(cè)向通孔中， 背屈阻尼調(diào)節(jié)器12通過(guò)螺紋連接安裝于背屈阻尼調(diào)節(jié)器固定套11內(nèi)通孔中。背屈截流針 閥14則通過(guò)其尾部圓盤安裝于背屈阻尼調(diào)節(jié)器固定套11頂部通孔，可以自由做軸向移動(dòng)， 但不可越出背屈阻尼調(diào)節(jié)器固定套11頂部。背屈阻尼控制彈簧13怎安裝于背屈截流針閥 14與背屈阻尼調(diào)節(jié)器12之間，當(dāng)將背屈阻尼調(diào)節(jié)器12旋進(jìn)或旋出時(shí)，彈簧的壓縮量則隨之 增加或減少，從而控制背屈截流針閥14軸向后移的阻力，進(jìn)而控制背屈時(shí)油液頂開針閥的 阻力，增大了背屈阻尼。跖屈阻尼控制與背屈原理是一致的。 使用時(shí)，如圖1，將小腿干與小腿干接口座1連接好，將回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1與標(biāo) 準(zhǔn)接口假腳連接好。同時(shí)將兩塊液壓缸密封板4安裝于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體4兩側(cè)，使左 右兩腔室完全密封。將左右腔室、油液通道內(nèi)注滿油液，此時(shí)，小腿干則可以與假腳發(fā)生相 對(duì)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。跖屈時(shí)，推動(dòng)油液從左腔室向右腔室流動(dòng)，背屈時(shí)，推動(dòng)油液從右腔室向左腔 室流動(dòng)。 使用時(shí)，根據(jù)使用者體重、步速或習(xí)慣的不同，分別調(diào)節(jié)跖屈、背屈阻尼。如上坡 時(shí)，應(yīng)增大跖屈阻尼，而減小背屈阻尼，以防止行走時(shí)向后塌，同時(shí)能輕松向前邁進(jìn)。下坡時(shí) 則相反調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)使患者行走時(shí)感覺(jué)達(dá)到最舒適狀態(tài)。
權(quán)利要求
一種地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，包括小腿干接口座(1)，液壓缸連接套(2)，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體(3)，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體(3)兩側(cè)安裝有液壓缸密封板(4)，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體(3)內(nèi)充滿油液，其特征在于所述回轉(zhuǎn)式微型液壓缸(3)內(nèi)腔為扇形主腔室，扇形主腔體下端中部連接有活塞轉(zhuǎn)軸(6)，活塞轉(zhuǎn)軸(6)上面固定連接有旋轉(zhuǎn)式液壓活塞(5)，旋轉(zhuǎn)式液壓活塞(5)將扇形主腔室分隔為左、右兩個(gè)腔室(A，B)，且左、右腔室(A，B)分別與跖屈管路和背屈管路相連通，跖屈管路和背屈管路內(nèi)分別設(shè)有位于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體1底部的跖屈、背屈阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，其特征在于所述旋轉(zhuǎn)式液壓 活塞(5)嵌入活塞轉(zhuǎn)軸(6)中，其頂部外圓弧面與回轉(zhuǎn)式微型液壓缸(3)內(nèi)圓弧面相重合； 所述活塞轉(zhuǎn)軸(6)穿過(guò)液壓缸密封板(4)在軸兩端與液壓缸連接套(2)相互固定。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，其特征在于所述液壓缸密封 板(4)上凸臺(tái)嵌入回轉(zhuǎn)式微型液壓缸(3)內(nèi)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，其特征在于所述液壓缸連接 套(2)在頂部與小腿干接口座(1)相互固定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，其特征在于所述跖屈、背屈阻尼調(diào)節(jié)系統(tǒng)由阻尼調(diào)節(jié)器固定套、阻尼調(diào)節(jié)器、阻尼控制彈簧、截流針閥四個(gè)部件組成，其 中阻尼調(diào)節(jié)器固定套通過(guò)螺紋連接安裝于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體側(cè)向通孔中，阻尼調(diào)節(jié)器通 過(guò)螺紋連接安裝于阻尼調(diào)節(jié)器固定套內(nèi)通孔中，截流針閥則通過(guò)其尾部圓盤安裝于阻尼調(diào) 節(jié)器固定套頂部通孔，阻尼控制彈簧安裝于截流針閥與阻尼調(diào)節(jié)器之間，當(dāng)阻尼調(diào)節(jié)器旋 進(jìn)或旋出時(shí)，彈簧的壓縮量則隨之增加或減少，從而控制截流針閥軸向后移的阻力，進(jìn)而控 制油液頂開針閥的阻力。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種地形自適應(yīng)仿生踝關(guān)節(jié)裝置，包括小腿干接口座，液壓缸連接套，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體兩側(cè)安裝有液壓缸密封板，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體內(nèi)充滿油液，回轉(zhuǎn)式微型液壓缸內(nèi)腔為扇形主腔室，扇形主腔體下端中部連接有活塞轉(zhuǎn)軸，活塞轉(zhuǎn)軸上面固定連接有旋轉(zhuǎn)式液壓活塞，旋轉(zhuǎn)式液壓活塞將扇形主腔室分隔為左、右兩個(gè)腔室，且左、右腔室分別與跖屈管路和背屈管路相連通，跖屈管路和背屈管路內(nèi)分別設(shè)有位于回轉(zhuǎn)式微型液壓缸體底部的跖屈、背屈阻尼系統(tǒng)。本發(fā)明利用回轉(zhuǎn)式液壓活塞在液壓缸中繞旋轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)來(lái)模擬人體踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)利用油液經(jīng)過(guò)針閥在左、右兩個(gè)腔室之間流動(dòng)產(chǎn)生的阻尼力來(lái)保持踝關(guān)節(jié)在任意角度的穩(wěn)定性。
文檔編號(hào)A61F2/42GK101785716SQ20101012956
公開日2010年7月28日 申請(qǐng)日期2010年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月19日
發(fā)明者喻洪流, 簡(jiǎn)卓 申請(qǐng)人:上海理工大學(xué)