專利名稱：用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及康復(fù)工程領(lǐng)域，具體涉及一種用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器 人裝置。
背景技術(shù)：
2006年殘疾人抽樣調(diào)查結(jié)果表明，我國(guó)有各類殘疾人8296萬，其中肢體殘疾2412 萬，其中有很多截肢者。安裝假肢使截肢者能夠平衡和裝飾缺失的肢體，而且能夠部分恢復(fù) 和代償因肢體缺失帶來的功能喪失。尤其是對(duì)于大腿等下肢截肢的患者，假肢能夠幫助他 們代償站立和行走，恢復(fù)生活自理，甚至回歸社會(huì)，提高他們的生活質(zhì)量，減輕家庭和社會(huì) 負(fù)擔(dān)。經(jīng)歷數(shù)百年的發(fā)展，假肢的材質(zhì)從木頭和皮革發(fā)展到用鈦合金、碳纖維和硅膠等 材料，假肢的關(guān)節(jié)阻尼從固定不變發(fā)展到可以根據(jù)步速和路況等變化而進(jìn)行自適應(yīng)控制， 下肢假肢從自身力源驅(qū)動(dòng)發(fā)展到用電機(jī)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的屈伸。尤其是自20世紀(jì)90年代智能膝 關(guān)節(jié)的出現(xiàn)，有效地改善了假肢的步態(tài)。但是下肢假肢性能的測(cè)試設(shè)備仍然只能進(jìn)行簡(jiǎn)單的磨損等壽命相關(guān)的檢測(cè)，對(duì)智 能膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)等與步速等變化相關(guān)的假肢性能的測(cè)試，通常要通過截肢者穿戴實(shí)驗(yàn)來 進(jìn)行定性調(diào)試和評(píng)估，因此急需能夠模擬人行走步態(tài)，進(jìn)行對(duì)智能下肢假肢進(jìn)行定量調(diào)試 和評(píng)估的裝置。

發(fā)明內(nèi)容
(一)要解決的技術(shù)問題本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于，針對(duì)缺乏能夠模擬人體步態(tài)、對(duì)智能下肢假肢進(jìn) 行定量調(diào)試和評(píng)估的裝置，提供一種能夠在平地和跑步機(jī)上進(jìn)行智能下肢假肢定量測(cè)試和 評(píng)估的雙足步行機(jī)器人裝置。( 二 )技術(shù)方案為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是采用一種用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步 行機(jī)器人裝置，包括支撐底座；腳輪，安裝于所述支撐底座的下部；支架，垂直固定在所述 支撐底座上；支座；上直桿和下直桿，兩端均分別鉸接在所述支架和支座之間，并且上直桿 位于下直桿的上側(cè)；右腿組件和左腿組件，分別設(shè)于所述支座的兩側(cè)，并與地面垂直。其中，所述右腿組件和左腿組件的組成部件相同，均包括假腳、小腿桿、小腿桿連 接件、膝關(guān)節(jié)碼盤、膝關(guān)節(jié)電機(jī)、膝關(guān)節(jié)減速器、膝關(guān)節(jié)連接件、大腿桿、大腿桿連接件、髖關(guān) 節(jié)碼盤、髖關(guān)節(jié)電機(jī)、髖關(guān)節(jié)減速器和髖關(guān)節(jié)連接件，假腳通過小腿桿經(jīng)小腿桿連接件固連 到由膝關(guān)節(jié)碼盤、膝關(guān)節(jié)電機(jī)和膝關(guān)節(jié)減速器組成的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上，膝關(guān)節(jié)驅(qū) 動(dòng)器通過膝關(guān)節(jié)連接件經(jīng)大腿桿和大腿桿連接件固連到由髖關(guān)節(jié)碼盤、髖關(guān)節(jié)電機(jī)和髖關(guān) 節(jié)減速器組成的髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上，髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器經(jīng)髖關(guān)節(jié)連接件固連到支座上。其中，所述支架為長(zhǎng)度可調(diào)式支架。
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其中，所述上直桿和下直桿的長(zhǎng)度相同。其中，所述上直桿及下直桿的兩端與所述支座、支架鉸接的四個(gè)鉸接軸在其矢狀 面構(gòu)成平行四邊形。其中，所述上直桿為Y型直桿。其中，還包括隨動(dòng)彈簧，其兩端分別與所述支架和所述下直桿鉸接。其中，所述腳輪為具有鎖緊機(jī)構(gòu)，用于鎖緊腳輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。其中，所述支撐底座為四方形框架結(jié)構(gòu)，所述腳輪設(shè)有四個(gè)，分別設(shè)于所述支撐底 座的四個(gè)角下方。(三)有益效果本發(fā)明能夠在平地和跑步機(jī)上進(jìn)行智能下肢假肢定量測(cè)試和評(píng)估。


圖1是本發(fā)明的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置在平地上的軸測(cè) 圖；圖2是本發(fā)明的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置在跑步機(jī)上的軸 測(cè)圖；圖3是本發(fā)明的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置的右腿組件軸測(cè) 圖；圖4是待測(cè)試的假肢膝關(guān)節(jié)安裝在雙足步行機(jī)器人裝置左腿組件上時(shí)的軸測(cè)圖。圖中1、腳輪；2、支撐底座；3、支架；4、隨動(dòng)彈簧；5、下直桿；6、上直桿；7、支座； 8、右腿組件；9、左腿組件；11、假腳；12、小腿桿；13、小腿桿連接件；14、膝關(guān)節(jié)碼盤；15、膝 關(guān)節(jié)電機(jī)；16、膝關(guān)節(jié)減速器；17、膝關(guān)節(jié)連接件；18、大腿桿；19、大腿桿連接件；20、髖關(guān)節(jié) 碼盤；21、髖關(guān)節(jié)電機(jī)；22、髖關(guān)節(jié)減速器；23、髖關(guān)節(jié)連接件；31、小腿桿連接座；32、假肢膝 關(guān)節(jié)；33、假肢膝關(guān)節(jié)連接座。
具體實(shí)施例方式以下實(shí)施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。本發(fā)明的核心構(gòu)思在于，利用一個(gè)可以在平地或者跑步機(jī)模仿人體矢狀面步態(tài)的 雙足步行機(jī)器人，將其膝關(guān)節(jié)換成待測(cè)試假肢膝關(guān)節(jié)或?qū)⑵浼倌_換成待測(cè)假腳，模仿截肢 者由大腿或者小腿殘端帶動(dòng)假肢在平地或者跑步機(jī)上進(jìn)行行走功能測(cè)試。髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié) 電機(jī)可以根據(jù)需要按照快中慢多種步速行走，帶動(dòng)假肢膝關(guān)節(jié)或者假腳完成相應(yīng)步速的性 能測(cè)試。參考圖1所示，本發(fā)明的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置由腳輪1、 支撐底座2、可調(diào)支架3、隨動(dòng)彈簧4、下直桿5、上直桿6、支座7、右腿組件8和左腿組件9 組成。支撐底座2采用四方形框架結(jié)構(gòu)。四個(gè)腳輪1通過螺栓安裝在四方形框架的四個(gè) 角上。腳輪1為帶有鎖緊機(jī)構(gòu)(未圖示)的腳輪。四個(gè)腳輪起到支撐雙足步行機(jī)器人并保 持其平衡的作用。在跑步機(jī)上行走時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu)鎖緊腳輪1不動(dòng)；在平地行走時(shí)，鎖緊機(jī)構(gòu) 開啟，腳輪1在地面上滾動(dòng)。支架3垂直安裝在支撐底座2上。支架3采用長(zhǎng)度可調(diào)式支架，在跑步機(jī)上行走時(shí)，支架3可以伸長(zhǎng)，把機(jī)器人右腿組件8及左腿組件9的假腳11底面 升高到跑步機(jī)表面所在高度。在支架3和下直桿5之間鉸接一個(gè)隨動(dòng)彈簧4，使得在行走過 程中，整個(gè)機(jī)構(gòu)的重心能夠類似人行走一樣上下起伏，步態(tài)接近人體步態(tài)。在圖1中，上直桿6采用Y型直桿。下直桿5和上直桿6長(zhǎng)度相同，兩端都分別鉸 接在支架3和支座7之間，且矢狀面四個(gè)鉸鏈軸構(gòu)成平行四邊形，以保證機(jī)器人雙腿在行走 時(shí)，機(jī)器人只進(jìn)行上下被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，而無傾斜。支座7起到與下直桿5、上直桿6和可調(diào)支架3 構(gòu)成平行四桿機(jī)構(gòu)，以及支撐右腿組件8和左腿組件9的作用。參考圖2所示，本發(fā)明的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置可以在跑 步機(jī)上使用。參考圖3所示，本發(fā)明的右腿組件8 (左腿組件8與右腿組件9的區(qū)別只是電機(jī)安 裝的方向，其所有零部件都相同)由假腳11、小腿桿12、小腿桿連接件13、膝關(guān)節(jié)碼盤14、 膝關(guān)節(jié)電機(jī)15、膝關(guān)節(jié)減速器16、膝關(guān)節(jié)連接件17、大腿桿18、大腿桿連接件19、髖關(guān)節(jié)碼 盤20、髖關(guān)節(jié)電機(jī)21、髖關(guān)節(jié)減速器22和髖關(guān)節(jié)連接件23組成。假腳11通過小腿桿12 經(jīng)小腿桿連接件13固連到由膝關(guān)節(jié)碼盤14、膝關(guān)節(jié)電機(jī)15和膝關(guān)節(jié)減速器16組成的膝 關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上。膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器通過膝關(guān)節(jié)連接件17經(jīng)大腿桿18和大腿桿連接件 19固連到由髖關(guān)節(jié)碼盤20、髖關(guān)節(jié)電機(jī)21和髖關(guān)節(jié)減速器22組成的髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出 軸上。髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器經(jīng)髖關(guān)節(jié)連接件23固連到支座上。圖4是待測(cè)試的假肢膝關(guān)節(jié)安裝在雙足步行機(jī)器人裝置左腿組件上時(shí)的軸測(cè)圖。 如圖4所示，將待測(cè)試的假肢膝關(guān)節(jié)32的上端通過假肢膝關(guān)節(jié)連接座33連接到本發(fā)明的 大腿桿18上，將待測(cè)試的假肢膝關(guān)節(jié)32的下端通過小腿桿連接座31連接到小腿桿12上， 這就完成了用待測(cè)試的假肢膝關(guān)節(jié)替換本發(fā)明的機(jī)器人膝關(guān)節(jié)的過程，構(gòu)成了假肢膝關(guān)節(jié) 性能測(cè)試雙足步行機(jī)器人裝置，可以模仿截肢者由大腿帶動(dòng)假肢膝關(guān)節(jié)在平地或者跑步機(jī) 上進(jìn)行行走功能測(cè)試。以上實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對(duì)本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通 技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有 等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護(hù)范圍應(yīng)由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
一種用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于，包括支撐底座(2)；腳輪(1)，安裝于所述支撐底座(2)的下部；支架(3)，垂直固定在所述支撐底座(2)上；支座(7)；上直桿(6)和下直桿(5)，兩端均分別鉸接在所述支架(3)和支座(7)之間，并且上直桿(5)位于下直桿(6)的上側(cè)；右腿組件(8)和左腿組件(9)，分別設(shè)于所述支座(7)的兩側(cè)，并與地面垂直。
2.如權(quán)利要求1所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 所述右腿組件(8)和左腿組件(9)的組成部件相同，均包括假腳(11)、小腿桿(12)、小腿桿連接件(13)、膝關(guān)節(jié)碼盤(14)、膝關(guān)節(jié)電機(jī)(15)、膝關(guān) 節(jié)減速器(16)、膝關(guān)節(jié)連接件(17)、大腿桿(18)、大腿桿連接件(19)、髖關(guān)節(jié)碼盤(20)、髖 關(guān)節(jié)電機(jī)(21)、髖關(guān)節(jié)減速器(22)和髖關(guān)節(jié)連接件(23)，假腳(11)通過小腿桿(12)經(jīng)小腿桿連接件(13)固連到由膝關(guān)節(jié)碼盤(14)、膝關(guān)節(jié)電 機(jī)(15)和膝關(guān)節(jié)減速器(16)組成的膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上，膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器通過膝關(guān)節(jié)連接件(17)經(jīng)大腿桿(18)和大腿桿連接件(19)固連到由 髖關(guān)節(jié)碼盤(20)、髖關(guān)節(jié)電機(jī)(21)和髖關(guān)節(jié)減速器(22)組成的髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器的輸出軸上， 髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)器經(jīng)髖關(guān)節(jié)連接件(23)固連到支座(7)上。
3.如權(quán)利要求1所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 所述支架(3)為長(zhǎng)度可調(diào)式支架。
4.如權(quán)利要求1所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 所述上直桿(6)和下直桿(5)的長(zhǎng)度相同。
5.如權(quán)利要求4所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 所述上直桿(6)及下直桿(5)的兩端與所述支座(7)、支架(3)鉸接的四個(gè)鉸接軸在其矢狀 面構(gòu)成平行四邊形。
6.如權(quán)利要求1所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 所述上直桿(6)為Y型直桿。
7.如權(quán)利要求1所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 還包括隨動(dòng)彈簧(4)，其兩端分別與所述支架(3)和所述下直桿(5)鉸接。
8.如權(quán)利要求1所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，其特征在于， 所述腳輪(1)為具有鎖緊機(jī)構(gòu)，用于鎖緊腳輪的轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置， 其特征在于，所述支撐底座(2)為四方形框架結(jié)構(gòu)，所述腳輪(1)設(shè)有四個(gè)，分別設(shè)于所述支撐底座 (2)的四個(gè)角下方。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于下肢假肢性能測(cè)試的雙足步行機(jī)器人裝置，包括支撐底座(2)；腳輪(1)，安裝于所述支撐底座(2)的下部；支架(3)，垂直固定在所述支撐底座(2)上；支座(7)；上直桿(6)和下直桿(5)，兩端均分別鉸接在所述支架(3)和支座(7)之間，并且上直桿(5)位于下直桿(6)的上側(cè)；右腿組件(8)和左腿組件(9)，分別設(shè)于所述支座(7)的兩側(cè)，并與地面垂直。本發(fā)明能夠在平地和跑步機(jī)上進(jìn)行智能下肢假肢定量測(cè)試和評(píng)估。
文檔編號(hào)A61F2/76GK101856286SQ20101018273
公開日2010年10月13日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者劉啟棟, 楊鵬, 沈強(qiáng), 王人成 申請(qǐng)人:清華大學(xué)