專利名稱：一種具有四個(gè)被動(dòng)自由度的假肢踝關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及截肢患者使用的假肢，具體是一種假肢踝關(guān)節(jié)，屬于康復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
踝關(guān)節(jié)作為人體下肢關(guān)節(jié)的重要組成部分，需要較大的運(yùn)動(dòng)靈活性，需滿足三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度以適應(yīng)各種步態(tài)的要求。這三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度分別描述為背屈-拓屈；內(nèi)翻-外翻；腳底板前進(jìn)線夾角。然而，針對(duì)大腿截肢患者來說，其假肢踝關(guān)節(jié)的自由度數(shù)多未必是件好事，因?yàn)榇笸冉刂颊呤チ讼リP(guān)節(jié)，對(duì)多自由度的踝關(guān)節(jié)不易控制，容易導(dǎo)致踝關(guān)節(jié)支撐不穩(wěn)，從而使穿戴者跌倒。這也是目前市場(chǎng)上的假肢踝關(guān)節(jié)以無自由度的彈性儲(chǔ)能腳為主的原因之一。
因此，對(duì)于上述的三個(gè)自由度，應(yīng)表現(xiàn)為具有較大剛度的被動(dòng)自由度，能為上述三個(gè)自由度的運(yùn)動(dòng)提供回復(fù)力，以保證踝關(guān)節(jié)在不受外力或受到較小的外力時(shí)保持踝關(guān)節(jié)處于站立時(shí)的狀態(tài)，使穿戴者容易控制，以此提高踝關(guān)節(jié)支撐身體的可靠性和安全性。此外，對(duì)于踝關(guān)節(jié)來說，還有兩個(gè)重要的作用，即儲(chǔ)能和緩沖。在步行周期的支撐相前期，地面對(duì)人身體的反作用力很大，踝關(guān)節(jié)應(yīng)能緩沖該反作用力，保護(hù)膝關(guān)節(jié)，并在此過程中將能量?jī)?chǔ)存起來；在支撐相的后期，另一條腿即將邁出的時(shí)候，將儲(chǔ)存好的能量釋放。由于人類在步行時(shí)，踝關(guān)節(jié)的主要運(yùn)動(dòng)形式表現(xiàn)為背屈-拓屈運(yùn)動(dòng)，因此國內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)針對(duì)該轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的實(shí)現(xiàn)做了較多的研究。如美國專利US2011166674A1和US6436149B分別公開了一種能實(shí)現(xiàn)背屈和拓屈的假肢踝關(guān)節(jié)，具有一個(gè)被動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其中提到了一種平面單軸的鉸鏈機(jī)構(gòu)踝關(guān)節(jié)，其缺點(diǎn)在于僅能實(shí)現(xiàn)一個(gè)方向的被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，不能內(nèi)翻與外翻，不能產(chǎn)生腳底板前進(jìn)線夾角，因此不能適應(yīng)較多的地形，在不平的路面上行走容易跌倒，且不能在假腳處于支撐相時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身。美國專利US3196463B公開的一種踝關(guān)節(jié)，其具有兩個(gè)方向的被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，能實(shí)現(xiàn)背屈和拓屈，內(nèi)翻和外翻，但其缺點(diǎn)在于踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心與腳底板的距離較小，處于假腳內(nèi)部，與解剖學(xué)上的踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)中心距離腳底板有一定距離這一點(diǎn)不相符，不能獲得自然的步態(tài)，且從其結(jié)構(gòu)上分析，其回復(fù)力較小，被動(dòng)自由度的剛度過小，針對(duì)大腿截肢患者來說難以控制，此外其無法實(shí)現(xiàn)腳底板前進(jìn)線夾角，因此亦不能在假腳處于支撐相時(shí)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)身。中國專利201020270556. X提出了一種踝關(guān)節(jié)，該踝關(guān)節(jié)由一個(gè)四方錐、萬向踝關(guān)節(jié)頭，萬向踝關(guān)節(jié)體，緩沖橡膠、左右擺動(dòng)軸、前后擺動(dòng)軸、活動(dòng)片及螺桿組成，通過三個(gè)串聯(lián)的平面鉸鏈結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，并通過緩沖橡膠來提供回復(fù)力，其結(jié)構(gòu)原理圖如圖I。該結(jié)構(gòu)能很好的實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，但其缺點(diǎn)在于，每個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)獨(dú)立而且串聯(lián)，其三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)中心不在一個(gè)點(diǎn)上，且三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸異面正交，因此容易發(fā)生關(guān)節(jié)出現(xiàn)斷點(diǎn)的現(xiàn)象，穿戴者很難控制三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸不相交的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，因此導(dǎo)致使用不便，且難以獲得自然的步態(tài)。中國專利200810034002. 7提出了一種具有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度、一個(gè)移動(dòng)自由度的萬向踝關(guān)節(jié)，其原理圖如圖2。該方案中采用了機(jī)構(gòu)學(xué)中3-PRS并聯(lián)機(jī)構(gòu)，通過三個(gè)伺服電機(jī)來驅(qū)動(dòng)三根導(dǎo)桿進(jìn)而實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)角的控制，能很好地避免串聯(lián)機(jī)構(gòu)關(guān)節(jié)出現(xiàn)斷點(diǎn)的缺點(diǎn)，降低誤差積累和放大效應(yīng)，其缺點(diǎn)是僅能實(shí)現(xiàn)兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，并非真正意義上的“萬向”，且該踝關(guān)節(jié)沒有緩沖、減震和儲(chǔ)能的功能，此外，其結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，外形尺寸過大，需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)，而且不夠美觀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供了一種具有四個(gè)被動(dòng)自由度的踝關(guān)節(jié)，包括三個(gè)被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度及一個(gè)被動(dòng)移動(dòng)自由度，其利用球鉸方式而非簡(jiǎn)單的平面鉸鏈方式來實(shí)現(xiàn)仿生的三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，使三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)方向的軸線交于一點(diǎn)，和解剖學(xué)上的踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)類似，采用一組彈簧來提供兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的回復(fù)力，采用另一個(gè)彈簧來提供一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)自 由度的回復(fù)力，并起到減震和緩沖的目的，從而解決假肢踝關(guān)節(jié)對(duì)多種地形的適應(yīng)，對(duì)人體踝關(guān)節(jié)解剖結(jié)構(gòu)的最大程度的類似，以獲得自然的行走步態(tài)。該踝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸較小無需借助電機(jī)等外部助力。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種基于球鉸形式的踝關(guān)節(jié)，包括腳底板；假肢脛骨；具有三個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)自由度的球鉸結(jié)構(gòu)；為該球鉸結(jié)構(gòu)提供回復(fù)力的兩組彈簧，該兩組彈簧包括脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧，回復(fù)彈簧。進(jìn)一步的，為方便描述,定義一個(gè)坐標(biāo)系以胚骨為Z軸,腳底板前進(jìn)方向?yàn)閄軸，坐標(biāo)系原點(diǎn)為該球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)中心，根據(jù)右手笛卡爾坐標(biāo)系確定的直角坐標(biāo)系C。上述球鉸結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在坐標(biāo)系C中分別表現(xiàn)為繞Z軸旋轉(zhuǎn)，在解剖學(xué)上表現(xiàn)為腳底板前進(jìn)線夾角這一自由度；繞X軸旋轉(zhuǎn)，在步態(tài)中表現(xiàn)為內(nèi)翻與外翻這一自由度；繞丫軸旋轉(zhuǎn)，在解剖學(xué)上表現(xiàn)為背屈與拓屈這一自由度。進(jìn)一步的，本發(fā)明所述的球鉸結(jié)構(gòu)由球體和球碗兩部分組成。其中球體鉆一通孔，與一根調(diào)節(jié)桿通過螺栓連接相固連，構(gòu)成一體，且球鉸位于調(diào)節(jié)桿的中間部分，調(diào)節(jié)桿的兩端都分別伸出了球體；球碗為一球殼結(jié)構(gòu)，且該球殼結(jié)構(gòu)兩端開有凹槽。球體在上述球碗中轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿，上述凹槽能防止調(diào)節(jié)桿與球碗發(fā)生干涉。進(jìn)一步的，上述球鉸在上述坐標(biāo)系C中三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度為被動(dòng)自由度。Z方向的被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，其回復(fù)力由脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧的扭轉(zhuǎn)力提供；脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧的一端連接脛骨，另一端與上述球鉸結(jié)構(gòu)中的球碗連接；而上述的球碗同時(shí)通過球鉸支架，與腳底板相固連。當(dāng)腳底板相對(duì)脛骨發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)力，為該轉(zhuǎn)動(dòng)提供回復(fù)力；上述脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧的剛度系數(shù)由使用者的身體素質(zhì)及步行參數(shù)，比如體重、步行周期中踝關(guān)節(jié)所受的最大沖擊力來決定。進(jìn)一步的，上述球鉸在上述坐標(biāo)系C中繞X、Y軸兩個(gè)方向的被動(dòng)自由度，其回復(fù)力由三個(gè)參數(shù)完全相同的彈簧來提供。上述三個(gè)回復(fù)彈簧，均勻分布在一個(gè)圓形支架上，該圓形支架通過螺栓連接與腳底板相固連。上述回復(fù)彈簧的一段連接該彈簧支架，另一端連接一調(diào)節(jié)套，而該調(diào)節(jié)套套在上述調(diào)節(jié)桿的一端中，當(dāng)上述球鉸結(jié)構(gòu)中的球體轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，必然會(huì)帶動(dòng)與之固連的調(diào)節(jié)桿，此時(shí)調(diào)節(jié)桿的一端受到了調(diào)節(jié)套的限制，并通過回復(fù)彈簧的彈力來獲得回復(fù)力。進(jìn)一步的，上述調(diào)節(jié)桿的另一端穿過假肢脛骨部分，且為上述脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧提供導(dǎo)向作用；上述調(diào)節(jié)桿另一端的末端，固連一限位塊，該限位塊防止上述脛骨與球碗分離，使得脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧在未受力時(shí)便處于壓縮狀態(tài)，由于上述脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧的原因，本發(fā)明所述踝關(guān)節(jié)能起到減震緩存和儲(chǔ)能的功能。通過上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)繞三個(gè)軸轉(zhuǎn)動(dòng)的被動(dòng)自由度，使得假肢踝關(guān)節(jié)具有充分的靈活性，以適應(yīng)各種不同的地形；由于每個(gè)自由度都是被動(dòng)的，即存在回復(fù)力使假肢踝關(guān)節(jié)回復(fù)到站立相的狀態(tài)，因此在假肢踝關(guān)節(jié)受到較小作用力的時(shí)候不易受到擾動(dòng)，能使假肢穿戴者易于控制假肢腳部的運(yùn)動(dòng)；進(jìn)一步的，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧還能在假肢穿戴者在步行中儲(chǔ)能和減震，使得整個(gè)假肢具有優(yōu)良的運(yùn)動(dòng)性能。


圖I所示為現(xiàn)有技術(shù)中的一種萬向假肢踝關(guān)節(jié)。圖2所示為現(xiàn)有技術(shù)中的另一種萬向假肢踝關(guān)節(jié)。圖3所示為本發(fā)明的踝關(guān)節(jié)的原理圖。圖4所示為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5所示為本發(fā)明實(shí)施例的軸側(cè)示意圖。圖6所示為本發(fā)明實(shí)施例的分解示意圖。圖7所示為本發(fā)明實(shí)施例的調(diào)節(jié)套的結(jié)構(gòu)示意圖。圖8所示為本發(fā)明實(shí)施例的球鉸上端蓋結(jié)構(gòu)示意圖。圖9所示為本發(fā)明實(shí)施例的彈性橡膠端蓋示意圖。圖10所示為本發(fā)明實(shí)施例的彈性橡膠端蓋受力時(shí)的示意圖。圖中I-脛骨101-脛骨連接桿102-彈簧連接軸2-脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧3-球鉸球碗 301-球碗下端蓋302-球碗上端蓋4-球鉸支架5-腳底板501-后腳掌502-前腳掌 503-后腳掌墊6-回復(fù)彈簧 7-圓形支架8-調(diào)節(jié)套9-調(diào)節(jié)桿901-下調(diào)節(jié)桿 902-上調(diào)節(jié)桿903-限位塊 10-球鉸球體
具體實(shí)施例方式為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面特舉較佳實(shí)施例，并配合附圖，作詳細(xì)說明如下。實(shí)施例一圖3為本實(shí)施實(shí)例的一種具有四個(gè)被動(dòng)自由度的假肢踝關(guān)節(jié)，其包括脛骨部分I、球鉸結(jié)構(gòu)3，10、脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2、腳底板5和回復(fù)彈簧裝置。球鉸結(jié)構(gòu)由兩部分組成,包括球鉸球體10及球鉸球碗3,兩者組成一轉(zhuǎn)動(dòng)副，因此球鉸球體10可實(shí)現(xiàn)三個(gè)方向的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。調(diào)節(jié)桿9與上述球鉸球體10通過焊接的方式固連，球鉸球體10位于調(diào)節(jié)桿9的中部，將調(diào)節(jié)桿9分為上調(diào)節(jié)桿902和下調(diào)節(jié)桿901，上調(diào)節(jié)桿902和下調(diào)節(jié)桿901 —端分別與球鉸球體10焊接固定。其中上調(diào)節(jié)桿902穿過脛骨1，并且脛骨I可以通過上調(diào)節(jié)桿902的導(dǎo)向作用相對(duì)調(diào)節(jié)桿9上下滑動(dòng)。上調(diào)節(jié)桿902固連一限位塊，防止脛骨I與調(diào)節(jié)桿9發(fā)生脫離。脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2套裝在上調(diào)節(jié)桿902上，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2的上端與脛骨I通過焊接的方式相固連，下端通過焊接的方式與球鉸結(jié)構(gòu)的球碗3相固連，同時(shí)調(diào)節(jié)桿上端902也為脛骨減震彈簧2起導(dǎo)向作用。為方便描述,定義一個(gè)坐標(biāo)系以胚骨I為Z軸,腳底板5前進(jìn)方向?yàn)閄軸,坐標(biāo)系原點(diǎn)為該球鉸轉(zhuǎn)動(dòng)中心，根據(jù)右手笛卡爾坐標(biāo)系確定的直角坐標(biāo)系C。球鉸結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)的三個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，在坐標(biāo)系C中分別表現(xiàn)為繞Z軸旋轉(zhuǎn)，在解剖學(xué)上表現(xiàn)為腳底板5前進(jìn)線 夾角這一自由度；繞X軸旋轉(zhuǎn)，在步態(tài)中表現(xiàn)為內(nèi)翻與外翻這一自由度；繞Y軸旋轉(zhuǎn)，在解剖學(xué)上表現(xiàn)為背屈與拓屈這一自由度。當(dāng)假肢腿不受外力時(shí)，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2處于壓縮狀態(tài)，當(dāng)假肢腿處于支撐相時(shí)，脛骨I沿著上調(diào)節(jié)桿902滑下，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2的彈力便可以起到緩沖地面壓力的作用；當(dāng)假肢腿處于支撐相末期時(shí)，彈簧回復(fù)，將儲(chǔ)存的能量釋放，讓穿戴者感到省力。上述過程表現(xiàn)為本實(shí)施例的假肢踝關(guān)節(jié)在前述坐標(biāo)系C中沿Z軸方向移動(dòng)的被動(dòng)自由度。球鉸結(jié)構(gòu)的球碗3通過焊接的方式與一球鉸支架4相固連,而球鉸支架4又與腳底板5焊接在一起。球碗3、球鉸支架3及腳底板5可看作為一個(gè)剛體。當(dāng)假肢腿處于支撐狀態(tài)時(shí)，若此時(shí)人需要轉(zhuǎn)身，即脛骨I會(huì)以上調(diào)節(jié)桿902為軸線旋轉(zhuǎn)，球碗3和脛骨I發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而假肢穿戴者在假肢腳的腳掌著地時(shí)可以順利的轉(zhuǎn)身。于此同時(shí)，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2會(huì)受到扭轉(zhuǎn)力，進(jìn)而會(huì)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)反力，迫使脛骨I回復(fù)到原來的狀態(tài)，因此當(dāng)人轉(zhuǎn)身結(jié)束時(shí)，假肢腿的腳掌會(huì)自動(dòng)地恢復(fù)到原來的狀態(tài)。上述過程表現(xiàn)為本實(shí)施例的假肢踝關(guān)節(jié)在前述坐標(biāo)系C中繞Z軸轉(zhuǎn)動(dòng)的被動(dòng)自由度?；貜?fù)彈簧裝置包括回復(fù)彈簧6、圓形支架7及調(diào)節(jié)套8。本實(shí)施例中回復(fù)彈簧6共有三個(gè)，其參數(shù)完全相同，各間隔120°徑向均布在圓形支架7上，圓形支架7與腳底板5通過焊接的方式相固連?；貜?fù)彈簧6的一段固連在圓形支架7上，另一端固連在調(diào)節(jié)套8上，當(dāng)調(diào)節(jié)套不受外力時(shí)，調(diào)節(jié)套8由于回復(fù)彈簧6的作用處于圓形支架7的中間，其軸線與圓形支架7的軸線共線。下調(diào)節(jié)桿901與球鉸球體10相固連，且下調(diào)節(jié)桿901被套在調(diào)節(jié)套8中。當(dāng)球鉸球體10相對(duì)球碗3做轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，必然會(huì)帶動(dòng)下調(diào)節(jié)桿901發(fā)生偏斜運(yùn)動(dòng)，由于下調(diào)節(jié)桿901被套在調(diào)節(jié)套8中，因此會(huì)帶動(dòng)調(diào)節(jié)套8運(yùn)動(dòng)。而調(diào)節(jié)套8與回復(fù)彈簧6固連，因此回復(fù)彈簧6受到外力后會(huì)施加一反力給調(diào)節(jié)套，進(jìn)而限制調(diào)節(jié)桿9的偏斜運(yùn)動(dòng)，給踝關(guān)節(jié)在前述坐標(biāo)系C中繞X軸、Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)中提供回復(fù)力。當(dāng)調(diào)節(jié)套8往任意方向偏移時(shí)，由于三個(gè)均布回復(fù)彈簧6的作用，分別會(huì)施加給調(diào)節(jié)套8彈力，而三者彈力的合理與調(diào)節(jié)套8的偏移方向恰好相反。因此回復(fù)彈簧產(chǎn)生的回復(fù)力會(huì)使得假肢踝關(guān)節(jié)在不受外力或者受到較小外力時(shí)，不發(fā)生背屈和拓屈、內(nèi)翻和外翻，使得穿戴者容易控制；當(dāng)假肢踝關(guān)節(jié)受到較大外力時(shí)，比如踩在石塊上、走上坡路時(shí)，假肢踝關(guān)節(jié)能順利的實(shí)現(xiàn)上述兩個(gè)自由度的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此上述過程中，球鉸結(jié)構(gòu)可以繞前述坐標(biāo)系C的X軸和Y軸轉(zhuǎn)動(dòng)，體現(xiàn)為兩個(gè)被動(dòng)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度。實(shí)施例二 圖4、5、6為另一種具有四個(gè)被動(dòng)自由度的假肢踝關(guān)節(jié)，本實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別在于實(shí)施實(shí)例一中球鉸結(jié)構(gòu)的球碗被剖分成兩個(gè)部分，此外，球鉸支架4和腳底板5的連接及其構(gòu)造均不一樣。如圖5，6所示，脛骨I被分為了兩個(gè)部分，脛骨連接桿101和彈簧連接軸102。脛骨連接桿101與整個(gè)假肢的膝關(guān)節(jié)相連，彈簧連接軸102與脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧2相連。脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧套裝在彈簧連接軸102上，該彈簧連接軸102徑向開有一孔，脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧，且其末端插入上述孔中。彈簧連接軸102和脛骨連接桿101通過螺紋連接相固連。如圖4、6所示，球鉸結(jié)構(gòu)的球碗制成一體，這在加工時(shí)可能會(huì)遇到困難，本實(shí)施實(shí)例中的球碗剖分成兩個(gè)部分球碗下端蓋301和球碗上端蓋302。兩部分合并成為一球碗，兩者的連接通過六個(gè)均布的螺栓連接。且連接兩者的螺栓還將其與球鉸支架4連接起來，并非如實(shí)施實(shí)例一中采用焊接的方式，從而實(shí)現(xiàn)球鉸球碗結(jié)構(gòu)和球鉸支架4相固連。本實(shí)施實(shí)例中，腳底板被分成了 3部分后腳掌501、前腳掌502、后腳掌墊503。三者的連接均采用螺栓連接，而非實(shí)施實(shí)例一中采用焊接的方式，如此拆裝方便，亦可以實(shí)現(xiàn) 零部件更換。后腳掌為一折彎的鋼板，其豎直的一面通過螺栓連接與球鉸支架4相固連，水平一面通過螺栓連接與后腳掌墊503固連，斜面部分通過螺栓連接與前腳掌502相連。上述后腳掌墊503具有少量的彈性，其厚度可以更換，以適應(yīng)鞋底厚度不同的鞋子，優(yōu)選為橡膠墊；前腳掌502優(yōu)選為折成弓形的碳纖維板，與后腳掌501的斜面部分相固連。本實(shí)施實(shí)例中，調(diào)節(jié)桿9為一體成型，在調(diào)節(jié)桿9的頂端通過螺栓連接限位塊903 ；調(diào)節(jié)桿9的固定部位攻有外螺紋，球鉸球體10沿其直徑開有一螺紋通孔，調(diào)節(jié)桿9伸入其中，調(diào)節(jié)桿9穿過球鉸球體10中心與其螺紋連接固定。本實(shí)施例中的兩者對(duì)應(yīng)的螺紋部分相配合通過螺紋連接緊固，而非采用實(shí)施實(shí)例一中焊接的方式。當(dāng)球鉸球體10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),帶動(dòng)調(diào)節(jié)桿9圍繞球鉸球體10的中心轉(zhuǎn)動(dòng),呈現(xiàn)出一圓錐形的運(yùn)動(dòng)空間。為不與調(diào)節(jié)桿9發(fā)生干涉，球碗上端蓋302及球碗下端蓋301應(yīng)開一錐形槽，如圖7所示。上述錐型槽的錐度應(yīng)根據(jù)人體在步行時(shí)背屈和拓屈、內(nèi)翻與外翻產(chǎn)生的最大角度amax而定。同樣的，為了使調(diào)節(jié)套8在調(diào)節(jié)桿9的帶動(dòng)下，順利地在一個(gè)平面內(nèi)發(fā)生偏移，其結(jié)構(gòu)形式同球碗上端蓋302、球碗下端蓋301類似，開一錐形槽，如圖8所示，且其錐度的確定同球碗上端蓋302、球碗下端蓋301類似。實(shí)施例三如圖9和10所示，為一彈性橡膠端蓋，用以取代上述實(shí)施實(shí)例中的回復(fù)彈簧組。彈性橡膠端蓋直接套在調(diào)節(jié)桿9上，不需要再通過調(diào)節(jié)套8來限制調(diào)節(jié)桿9的運(yùn)動(dòng)，直接約束約束調(diào)節(jié)桿9的運(yùn)動(dòng)。當(dāng)調(diào)節(jié)桿9因球鉸球體10轉(zhuǎn)動(dòng)而發(fā)生偏斜時(shí)，須克服彈性橡膠端蓋的彈力。如圖9和10所示，此彈性橡膠端蓋中心鉆通孔，直徑大小與調(diào)節(jié)桿9 一致，調(diào)節(jié)桿9同軸穿過該中心通孔。彈性橡膠端蓋安裝在圓形支架7上，二者通過螺釘連接，而圓形支架7通過螺釘與后腳掌501及后腳掌墊503相固連。
權(quán)利要求
1.一種假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，包括 調(diào)節(jié)桿(9)，其一端與脛骨(I)可相對(duì)移動(dòng)地連接，另一端設(shè)置在腳底板(5)上，用于脛骨(I)和腳底板(5)的連接； 球鉸(3，10 )，其包括球碗(3 )和可在該球碗(3 )內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的球體(10 )，其中，該球體(10)固定設(shè)置在調(diào)節(jié)桿(9)中部，球碗(3)通過球鉸支架(4)固定在腳底板(5)上； 回復(fù)組件，其包括套裝在脛骨(I)和球體(10)之間的調(diào)節(jié)桿(9)上的脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧(2)，和固定在腳底板(5)上且套在所述調(diào)節(jié)桿(9)的下端的回復(fù)盤，踝關(guān)節(jié)的各向運(yùn)動(dòng)通過該組件提供回復(fù)力，實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)自動(dòng)回位。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述回復(fù)盤包括圓形支架(7)、調(diào)節(jié)套(8)和多個(gè)回復(fù)彈簧(6)，其中，所述圓形支架(7)固定設(shè)置在腳底板(5)上，所述各回復(fù)彈簧(6)—端固定在所述圓形支架(7)上，另一端均連接到所述調(diào)節(jié)套(8)，從而在圓形支架(7)上形成徑向均勻分布并保持所述調(diào)節(jié)套(8)位于圓形支架(7)中心，所述調(diào)節(jié)桿(9)的另一端穿過該調(diào)節(jié)套(8)并固定其上。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述回復(fù)盤包括圓形支架(7)和彈性橡膠端蓋，該彈性橡膠端蓋固定安裝在圓形支架(7)上，其中心開有通孔，所述調(diào)節(jié)桿(9)另一端同軸穿過該中心通孔后固定其上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述調(diào)節(jié)桿(9)包括上調(diào)節(jié)桿(902)和下調(diào)節(jié)桿(901)，該上調(diào)節(jié)桿(902)和下調(diào)節(jié)桿(902) —端均分別與球鉸球體(10)焊接固定，各自的另一端分別連接到脛骨(I)和腳底板(5)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述上調(diào)節(jié)桿(902)與所述脛骨(1)連接的一端設(shè)置有限位塊(903)，用于防止脛骨(I)與所述上調(diào)節(jié)桿(902 )脫離。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-3之一所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述球體(10)開有具有內(nèi)螺紋的中心通孔，所述調(diào)節(jié)桿(9)穿過該中心通孔后，通過其外周的外螺紋與所述球體(10)螺紋連接固定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之一所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述球碗(3)包括球碗下端蓋(301)和球碗上端蓋(302 )，兩者組合形成球形內(nèi)腔，用以容納所述球體(10 )。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，球碗上端蓋(302)及球碗下端蓋(301)開有錐型槽，用于防止所述調(diào)節(jié)桿(9)在發(fā)生偏斜運(yùn)動(dòng)時(shí)與其干涉，導(dǎo)致調(diào)節(jié)桿(9)無法偏斜，從而使球鉸(3,10)無法轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8之一所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述腳底板包括依次固連的前腳掌(502)、后腳掌(501)和后腳掌墊(503)，其中，所述后腳掌(501)為一折彎板，包括呈腳弓形的第一部分，用于連接前腳掌(502)，呈豎直狀的第二部分，用于與所述球鉸支架(4)連接，和呈水平狀的第二部分，其底部設(shè)置有所述后腳掌墊(503)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1-9之一所述的假肢踝關(guān)節(jié)，其特征在于，所述脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧(2)套裝在所述上調(diào)節(jié)桿(902)上，其一端與脛骨(I)固連，另一端與所述球碗(3)固連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種假肢踝關(guān)節(jié)，包括調(diào)節(jié)桿，其一端與脛骨可相對(duì)移動(dòng)地連接，另一端設(shè)置在腳底板上，用于脛骨和腳底板的連接；球鉸，其包括球碗和可在該球碗內(nèi)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的球體，其中，該球體固定設(shè)置在調(diào)節(jié)桿中部，球碗通過球鉸支架固定在腳底板上；回復(fù)組件，其包括套裝在脛骨和球體之間的調(diào)節(jié)桿上的脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧，和固定在腳底板上且套在所述調(diào)節(jié)桿的下端的回復(fù)盤，踝關(guān)節(jié)的各向運(yùn)動(dòng)通過該組件提供回復(fù)力，實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)自動(dòng)回位。本發(fā)明利用球鉸結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)假肢踝關(guān)節(jié)的四個(gè)被動(dòng)自由度，通過脛骨減震扭轉(zhuǎn)彈簧及回復(fù)彈簧組為轉(zhuǎn)動(dòng)自由度提供回復(fù)力，能保證假肢在支撐相時(shí)踝關(guān)節(jié)保持穩(wěn)定，使得踝關(guān)節(jié)具有減震、緩沖的功能。
文檔編號(hào)A61F2/66GK102940542SQ20121040583
公開日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者李小平, 賀鑫, 陳學(xué)東 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)