仿生膝關(guān)節(jié)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及仿生裝置，特別涉及一種仿生膝關(guān)節(jié)。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)今社會，由于各種原因喪失了人類最基本的功能之一——直立行走的群體已不斷增多，無疑給他們的生活帶來了極大的不便。然而，人工腿(假肢)的問世從心靈上解決了他們的痛楚。隨著科技的發(fā)展，人工腿的結(jié)構(gòu)和功能也得到了進(jìn)一步的完善。但這始終是一種機(jī)械裝置的概念，并且大部分屬于隨動型產(chǎn)品，缺乏了人類肌肉所特有的功能，偏離了人腿的步行是由主動力摜性力——阻尼力聯(lián)合運動的結(jié)果。
[0003]仿生智能膝關(guān)節(jié)是近年來假肢科技發(fā)展的重要成果之一。目前，仿生智能膝關(guān)節(jié)主要有如下產(chǎn)品:
[0004]日本NABCO智能假肢膝關(guān)節(jié)是內(nèi)置型的可編程控制式氣壓膝關(guān)節(jié)提供實時的、可變的速度節(jié)律來自行適應(yīng)截肢者步行速度的變化，使截肢者獲得更平穩(wěn)、更自然、更協(xié)調(diào)的行走步態(tài)。英國BLATCHF0RD公司研發(fā)的新型智能型大腿假肢，采用無線遙控裝置加上自動反饋系統(tǒng)，能夠自行糾正步態(tài)的偏差，減少行走過程中的不適。德國0TT0B0CK公司最新生產(chǎn)的智能仿生腿(C-1eg)是完全通過微機(jī)控制的液壓型膝關(guān)節(jié)。冰島奧索(OSSUR)公司的Rheo Knee與Powee Knee兩款智能膝關(guān)節(jié)是21世紀(jì)以來的最新智能膝關(guān)節(jié)的產(chǎn)品。
[0005]膝關(guān)節(jié)是人體最大且構(gòu)造最復(fù)雜、損傷機(jī)會亦較多的關(guān)節(jié)，傳統(tǒng)的假肢，由于正常的膝關(guān)節(jié)運動功能被忽略，很多大腿截肢患者裝上假肢后的走路邁步完全是靠僅有的力量將腿甩出去，而不是正常的走路狀態(tài)。目前，市場上的假肢關(guān)節(jié)的屈伸都是由殘肢帶動的，只能通過調(diào)節(jié)假肢關(guān)節(jié)的阻尼力矩，使得假肢側(cè)步態(tài)接近健肢側(cè)步態(tài)。
[0006]假肢上的膝關(guān)節(jié)是大腿假肢的核心部件，它在走路的行進(jìn)過程中不僅起到了支持體重的作用，而且它的性能對假肢的步態(tài)逼真程度起到了決定性的作用。但是目前國內(nèi)智能假肢相對國外水平很落后，而且假肢的運動也缺乏一定的穩(wěn)定性，因此從生物力學(xué)、解剖學(xué)和生理學(xué)的角度出發(fā)，分析膝關(guān)節(jié)在行走過程中的步態(tài)運動規(guī)律、受力特點和生理功能。在已有的概念型仿生人工腿的基礎(chǔ)上，完善其結(jié)構(gòu)和功能，進(jìn)行膝關(guān)節(jié)的簡化和改進(jìn)具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的，就是為了解決上述問題，提供一種仿生膝關(guān)節(jié)。
[0008]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案:一種仿生膝關(guān)節(jié)，用于連接在大腿假肢與小腿假肢之間，包括用于與大腿假肢相連的股骨連接件，用于與小腿假肢相連的脛骨連接件，在股骨連接件與脛骨連接件之間設(shè)有:
[0009]股骨髁定位塊，其與股骨連接件相連；
[0010]一對股骨髁，其分別與股骨髁定位塊固定相連；
[0011]脛骨平臺支架安裝座，其與脛骨連接件固定相連；
[0012]兩個脛骨平臺支架，其分別安裝在脛骨平臺支架安裝座的兩側(cè)；
[0013]脛骨髁固定平臺，其連接在兩個脛骨平臺支架的上端；
[0014]阻尼器安裝座，其連接在脛骨平臺支架安裝座的中間；
[0015]氣缸阻尼器，其連接在阻尼器安裝座和脛骨髁固定平臺之間；
[0016]一對脛骨髁，其分別嵌裝在脛骨髁固定平臺的兩側(cè)并分別與一對股骨髁相對應(yīng)；
[0017]關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊，其嵌裝在脛骨髁固定平臺的中間并向上插入一對股骨髁之間；
[0018]導(dǎo)引桿，其穿越一對股骨髁和關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊設(shè)置，兩端分別與一對股骨髁固定相連，中間與關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊滑動相連；
[0019]一對韌帶模型，其分別連接在一對股骨髁和脛骨髁固定平臺之間的兩側(cè)。
[0020]所述一對股骨髁由剛性材料制成，并具有用于與脛骨髁滑動相連的凸弧面。
[0021]所述一對脛骨髁由柔性材料制成，并具有用于與股骨髁滑動相連的半月面。
[0022]所述一對韌帶模型為一對拉簧。
[0023]所述關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊上設(shè)有導(dǎo)引槽，所述導(dǎo)引桿從該導(dǎo)引槽內(nèi)穿過并可沿導(dǎo)引槽滑動。
[0024]所述兩個脛骨平臺支架上分別設(shè)有多個減重孔。
[0025]所述脛骨髁固定平臺上設(shè)有三個凹槽，所述一對脛骨髁分別嵌裝在兩側(cè)的凹槽內(nèi)并通過螺釘與脛骨髁固定平臺固定相連，所述關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊嵌裝在中間凹槽內(nèi)并通過螺釘與脛骨髁固定平臺固定相連。
[0026]本發(fā)明通過對膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的簡化和通過分析膝關(guān)節(jié)運動學(xué)特性建立的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)的功能并具有柔韌、靈活、穩(wěn)定及輕巧的特點。
【附圖說明】
[0027]圖1、圖2為本發(fā)明仿生膝關(guān)節(jié)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖3為本發(fā)明仿生膝關(guān)節(jié)的如視結(jié)構(gòu)不意圖；
[0029]圖4為本發(fā)明仿生膝關(guān)節(jié)的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0030]參見圖1，配合參見圖2、圖3、圖4，本發(fā)明的仿生膝關(guān)節(jié)，用于連接在大腿假肢與小腿假肢之間，包括用于與大腿假肢相連的股骨連接件1，用于與小腿假肢相連的脛骨連接件2，在股骨連接件與脛骨連接件之間設(shè)有:股骨髁定位塊3、一對股骨髁4、脛骨平臺支架安裝座5、兩個脛骨平臺支架6、脛骨髁固定平臺7、阻尼器安裝座8、氣缸阻尼器9、一對脛骨髁10、關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊11、導(dǎo)引桿12和一對韌帶模型13。
[0031]其中，股骨髁定位塊3與股骨連接件I相連；一對股骨髁4分別與股骨髁定位塊3固定相連；脛骨平臺支架安裝座5與脛骨連接件2固定相連；兩個脛骨平臺支架6分別安裝在脛骨平臺支架安裝座5的兩側(cè)；脛骨髁固定平臺7連接在兩個脛骨平臺支架的上端；阻尼器安裝座8連接在脛骨平臺支架安裝座5的中間；氣缸阻尼器9連接在阻尼器安裝座8和脛骨髁固定平臺7之間；一對脛骨髁10分別嵌裝在脛骨髁固定平臺7的兩側(cè)并分別與一對股骨髁4相對應(yīng)；關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊11嵌裝在脛骨髁固定平臺7的中間并向上插入一對股骨髁4之間；導(dǎo)引桿12穿越一對股骨髁4和關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊11設(shè)置，兩端分別與一對股骨髁4固定相連，中間與關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊11滑動相連；一對韌帶模型13分別連接在一對股骨髁4和脛骨髁固定平臺7之間的兩側(cè)。
[0032]本發(fā)明中的一對股骨髁由剛性材料制成，并具有用于與脛骨髁滑動相連的凸弧面。
[0033]本發(fā)明中的一對脛骨髁由柔性材料制成，并具有用于與股骨髁滑動相連的半月面。
[0034]本發(fā)明中的一對韌帶模型為一對拉簧。
[0035]本發(fā)明中的關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊上設(shè)有導(dǎo)引槽，述導(dǎo)引桿從該導(dǎo)引槽內(nèi)穿過并可沿導(dǎo)引槽滑動。
[0036]本發(fā)明中的兩個脛骨平臺支架上分別設(shè)有多個減重孔。
[0037]本發(fā)明中的脛骨髁固定平臺上設(shè)有三個凹槽，一對脛骨髁分別嵌裝在兩側(cè)的凹槽內(nèi)并通過螺釘與脛骨髁固定平臺固定相連，關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊嵌裝在中間凹槽內(nèi)并通過螺釘與脛骨髁固定平臺固定相連。
[0038]本發(fā)明的工作原理是:股骨髁定位塊3將股骨連接件I和一對股骨髁4固定在一起。當(dāng)假肢擺動時，帶動股骨髁4運動，導(dǎo)引桿12引導(dǎo)股骨髁4和脛骨髁10在關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊11內(nèi)按照導(dǎo)引槽軌跡做包括滑動和滾動的變瞬心運動，實現(xiàn)預(yù)定的仿生腿運動規(guī)律。韌帶模型13即拉簧在膝關(guān)節(jié)擺動時起到拉力的作用，防止仿生腿的過度運動并阻止非生理位移的發(fā)生。氣缸阻尼器9在仿生腿屈曲時提供較大的屈曲阻尼，當(dāng)仿生腿伸展時提供較小的伸展阻尼，從而達(dá)到調(diào)節(jié)腿的擺動進(jìn)而控制步態(tài)的目的，滿足了膝關(guān)節(jié)柔韌性、靈活性、穩(wěn)定性的特性。
【主權(quán)項】
1.一種仿生膝關(guān)節(jié)，用于連接在大腿假肢與小腿假肢之間，包括用于與大腿假肢相連的股骨連接件，用于與小腿假肢相連的脛骨連接件，其特征在于，在股骨連接件與脛骨連接件之間設(shè)有: 股骨髁定位塊，其與股骨連接件相連； 一對股骨髁，其分別與股骨髁定位塊固定相連； 脛骨平臺支架安裝座，其與脛骨連接件固定相連； 兩個脛骨平臺支架，其分別安裝在脛骨平臺支架安裝座的兩側(cè)； 脛骨髁固定平臺，其連接在兩個脛骨平臺支架的上端； 阻尼器安裝座，其連接在脛骨平臺支架安裝座的中間； 氣缸阻尼器，其連接在阻尼器安裝座和脛骨髁固定平臺之間； 一對脛骨髁，其分別嵌裝在脛骨髁固定平臺的兩側(cè)并分別與一對股骨髁相對應(yīng)； 關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊，其嵌裝在脛骨髁固定平臺的中間并向上插入一對股骨髁之間；導(dǎo)引桿，其穿越一對股骨髁和關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊設(shè)置，兩端分別與一對股骨髁固定相連，中間與關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊滑動相連； 一對韌帶模型，其分別連接在一對股骨髁和脛骨髁固定平臺之間的兩側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生膝關(guān)節(jié)，其特征在于:所述一對股骨髁由剛性材料制成，并具有用于與脛骨髁滑動相連的凸弧面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生膝關(guān)節(jié)，其特征在于:所述一對脛骨髁由柔性材料制成，并具有用于與股骨髁滑動相連的半月面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生膝關(guān)節(jié)，其特征在于:所述一對韌帶模型為一對拉簧。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生膝關(guān)節(jié)，其特征在于:所述關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊上設(shè)有導(dǎo)引槽，所述導(dǎo)引桿從該導(dǎo)引槽內(nèi)穿過并可沿導(dǎo)引槽滑動。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生膝關(guān)節(jié)，其特征在于:所述兩個脛骨平臺支架上分別設(shè)有多個減重孔。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的仿生膝關(guān)節(jié)，其特征在于:所述脛骨髁固定平臺上設(shè)有三個凹槽，所述一對脛骨髁分別嵌裝在兩側(cè)的凹槽內(nèi)并通過螺釘與脛骨髁固定平臺固定相連，所述關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊嵌裝在中間凹槽內(nèi)并通過螺釘與脛骨髁固定平臺固定相連。
【專利摘要】一種仿生膝關(guān)節(jié)，用于連接在大腿假肢與小腿假肢之間，包括用于與大腿假肢相連的股骨連接件，用于與小腿假肢相連的脛骨連接件，在股骨連接件與脛骨連接件之間設(shè)有股骨髁定位塊、一對股骨髁、脛骨平臺支架安裝座、兩個脛骨平臺支架、脛骨髁固定平臺、阻尼器安裝座、氣缸阻尼器、一對脛骨髁、關(guān)節(jié)運動導(dǎo)引塊、導(dǎo)引桿和一對韌帶模型。本發(fā)明通過對膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的簡化和通過分析膝關(guān)節(jié)運動學(xué)特性建立的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，實現(xiàn)了膝關(guān)節(jié)的功能并具有柔韌、靈活、穩(wěn)定及輕巧的特點。
【IPC分類】A61F2-64
【公開號】CN104665963
【申請?zhí)枴緾N201310611527
【發(fā)明人】趙改平, 王晨曦, 柏磊磊, 方新果, 尚昆
【申請人】上海理工大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月26日