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(huì)，由于各種原因喪失了人類(lèi)最基本的功能之一——直立行走的群體已不斷增多，無(wú)疑給他們的生活帶來(lái)了極大的不便。然而，人工腿(假肢)的問(wèn)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(dòng)型產(chǎn)品，缺乏了人類(lèi)肌肉所特有的功能，偏離了人腿的步行是由主動(dòng)力摜性力——阻尼力聯(lián)合運(yùn)動(dòng)的結(jié)果。
[0003]仿生智能膝關(guān)節(jié)是近年來(lái)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(shí)時(shí)的、可變的速度節(jié)律來(lái)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(guó)BLATCHF0RD公司研發(fā)的新型智能型大腿假肢，采用無(wú)線遙控裝置加上自動(dòng)反饋系統(tǒng)，能夠自行糾正步態(tài)的偏差，減少行走過(guò)程中的不適。德國(guó)0TT0B0CK公司最新生產(chǎn)的智能仿生腿(C-1eg)是完全通過(guò)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(lái)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(huì)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(yùn)動(dòng)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?jī)H有的力量將腿甩出去，而不是正常的走路狀態(tài)。目前，市場(chǎng)上的假肢關(guān)節(jié)的屈伸都是由殘肢帶動(dòng)的，只能通過(guò)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(guò)程中不僅起到了支持體重的作用，而且它的性能對(duì)假肢的步態(tài)逼真程度起到了決定性的作用。但是目前國(guó)內(nèi)智能假肢相對(duì)國(guó)外水平很落后，而且假肢的運(yùn)動(dòng)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(guò)程中的步態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律、受力特點(diǎn)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(jiǎn)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(wèn)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(duì)股骨髁，其分別與股骨髁定位塊固定相連；
[0011]脛骨平臺(tái)支架安裝座，其與脛骨連接件固定相連；
[0012]兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架，其分別安裝在脛骨平臺(tái)支架安裝座的兩側(cè)；
[0013]脛骨髁固定平臺(tái)，其連接在兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架的上端；
[0014]阻尼器安裝座，其連接在脛骨平臺(tái)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(tái)之間；
[0016]一對(duì)脛骨髁，其分別嵌裝在脛骨髁固定平臺(tái)的兩側(cè)并分別與一對(duì)股骨髁相對(duì)應(yīng)；
[0017]關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊，其嵌裝在脛骨髁固定平臺(tái)的中間并向上插入一對(duì)股骨髁之間；
[0018]導(dǎo)引桿，其穿越一對(duì)股骨髁和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊設(shè)置，兩端分別與一對(duì)股骨髁固定相連，中間與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊滑動(dòng)相連；
[0019]一對(duì)韌帶模型，其分別連接在一對(duì)股骨髁和脛骨髁固定平臺(tái)之間的兩側(cè)。
[0020]所述一對(duì)股骨髁由剛性材料制成，并具有用于與脛骨髁滑動(dòng)相連的凸弧面。
[0021]所述一對(duì)脛骨髁由柔性材料制成，并具有用于與股骨髁滑動(dòng)相連的半月面。
[0022]所述一對(duì)韌帶模型為一對(duì)拉簧。
[0023]所述關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)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(guò)并可沿導(dǎo)引槽滑動(dòng)。
[0024]所述兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架上分別設(shè)有多個(gè)減重孔。
[0025]所述脛骨髁固定平臺(tái)上設(shè)有三個(gè)凹槽，所述一對(duì)脛骨髁分別嵌裝在兩側(cè)的凹槽內(nèi)并通過(guò)螺釘與脛骨髁固定平臺(tái)固定相連，所述關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊嵌裝在中間凹槽內(nèi)并通過(guò)螺釘與脛骨髁固定平臺(tái)固定相連。
[0026]本發(fā)明通過(guò)對(duì)膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和通過(guò)分析膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性建立的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，實(shí)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(diǎn)。
【附圖說(shuō)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(shí)施方式】
[0030]參見(jiàn)圖1，配合參見(jiàn)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(duì)股骨髁4、脛骨平臺(tái)支架安裝座5、兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架6、脛骨髁固定平臺(tái)7、阻尼器安裝座8、氣缸阻尼器9、一對(duì)脛骨髁10、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊11、導(dǎo)引桿12和一對(duì)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(duì)股骨髁4分別與股骨髁定位塊3固定相連；脛骨平臺(tái)支架安裝座5與脛骨連接件2固定相連；兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架6分別安裝在脛骨平臺(tái)支架安裝座5的兩側(cè)；脛骨髁固定平臺(tái)7連接在兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架的上端；阻尼器安裝座8連接在脛骨平臺(tái)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(tái)7之間；一對(duì)脛骨髁10分別嵌裝在脛骨髁固定平臺(tái)7的兩側(cè)并分別與一對(duì)股骨髁4相對(duì)應(yīng)；關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊11嵌裝在脛骨髁固定平臺(tái)7的中間并向上插入一對(duì)股骨髁4之間；導(dǎo)引桿12穿越一對(duì)股骨髁4和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊11設(shè)置，兩端分別與一對(duì)股骨髁4固定相連，中間與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊11滑動(dòng)相連；一對(duì)韌帶模型13分別連接在一對(duì)股骨髁4和脛骨髁固定平臺(tái)7之間的兩側(cè)。
[0032]本發(fā)明中的一對(duì)股骨髁由剛性材料制成，并具有用于與脛骨髁滑動(dòng)相連的凸弧面。
[0033]本發(fā)明中的一對(duì)脛骨髁由柔性材料制成，并具有用于與股骨髁滑動(dòng)相連的半月面。
[0034]本發(fā)明中的一對(duì)韌帶模型為一對(duì)拉簧。
[0035]本發(fā)明中的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)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(guò)并可沿導(dǎo)引槽滑動(dòng)。
[0036]本發(fā)明中的兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架上分別設(shè)有多個(gè)減重孔。
[0037]本發(fā)明中的脛骨髁固定平臺(tái)上設(shè)有三個(gè)凹槽，一對(duì)脛骨髁分別嵌裝在兩側(cè)的凹槽內(nèi)并通過(guò)螺釘與脛骨髁固定平臺(tái)固定相連，關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊嵌裝在中間凹槽內(nèi)并通過(guò)螺釘與脛骨髁固定平臺(tái)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(duì)股骨髁4固定在一起。當(dāng)假肢擺動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)股骨髁4運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)引桿12引導(dǎo)股骨髁4和脛骨髁10在關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊11內(nèi)按照導(dǎo)引槽軌跡做包括滑動(dòng)和滾動(dòng)的變瞬心運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)預(yù)定的仿生腿運(yùn)動(dòng)規(guī)律。韌帶模型13即拉簧在膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)時(shí)起到拉力的作用，防止仿生腿的過(guò)度運(yùn)動(dòng)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(shí)提供較大的屈曲阻尼，當(dāng)仿生腿伸展時(shí)提供較小的伸展阻尼，從而達(dá)到調(diào)節(jié)腿的擺動(dòng)進(jìn)而控制步態(tài)的目的，滿(mǎn)足了膝關(guān)節(jié)柔韌性、靈活性、穩(wěn)定性的特性。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(duì)股骨髁，其分別與股骨髁定位塊固定相連； 脛骨平臺(tái)支架安裝座，其與脛骨連接件固定相連； 兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架，其分別安裝在脛骨平臺(tái)支架安裝座的兩側(cè)； 脛骨髁固定平臺(tái)，其連接在兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架的上端； 阻尼器安裝座，其連接在脛骨平臺(tái)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(tái)之間； 一對(duì)脛骨髁，其分別嵌裝在脛骨髁固定平臺(tái)的兩側(cè)并分別與一對(duì)股骨髁相對(duì)應(yīng)； 關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊，其嵌裝在脛骨髁固定平臺(tái)的中間并向上插入一對(duì)股骨髁之間；導(dǎo)引桿，其穿越一對(duì)股骨髁和關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊設(shè)置，兩端分別與一對(duì)股骨髁固定相連，中間與關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊滑動(dòng)相連； 一對(duì)韌帶模型，其分別連接在一對(duì)股骨髁和脛骨髁固定平臺(tái)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(duì)股骨髁由剛性材料制成，并具有用于與脛骨髁滑動(dòng)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(duì)脛骨髁由柔性材料制成，并具有用于與股骨髁滑動(dòng)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(duì)韌帶模型為一對(duì)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(yùn)動(dòng)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(guò)并可沿導(dǎo)引槽滑動(dòng)。
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(gè)脛骨平臺(tái)支架上分別設(shè)有多個(gè)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(tái)上設(shè)有三個(gè)凹槽，所述一對(duì)脛骨髁分別嵌裝在兩側(cè)的凹槽內(nèi)并通過(guò)螺釘與脛骨髁固定平臺(tái)固定相連，所述關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊嵌裝在中間凹槽內(nèi)并通過(guò)螺釘與脛骨髁固定平臺(tái)固定相連。
【專(zhuān)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(duì)股骨髁、脛骨平臺(tái)支架安裝座、兩個(gè)脛骨平臺(tái)支架、脛骨髁固定平臺(tái)、阻尼器安裝座、氣缸阻尼器、一對(duì)脛骨髁、關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)引塊、導(dǎo)引桿和一對(duì)韌帶模型。本發(fā)明通過(guò)對(duì)膝關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化和通過(guò)分析膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)學(xué)特性建立的導(dǎo)引機(jī)構(gòu)，實(shí)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(diǎn)。
【IPC分類(lèi)】A61F2-64
【公開(kāi)號(hào)】CN104665963
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310611527
【發(fā)明人】趙改平, 王晨曦, 柏磊磊, 方新果, 尚昆
【申請(qǐng)人】上海理工大學(xué)
【公開(kāi)日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月26日