[发明专利]双活塞正负压气压泵定轴摆动假肢膝关节

说明书

技术领域

人体单膝关节缺失者的辅助器具。

背景技术

用电能控制或驱动的假肢膝关节并不实用，因它造价高，结构复杂，性能不稳定，缺乏安全性。本发明只是利用使用者的残肢的摆动势能，轻松实现安全行走功能，获得助力和缓冲的功能。目前市场上类似的假肢膝关节产品都是平面连杆机构设计。平面连杆机构的“累积误差”要求精度提高并增加了阻尼，平面连杆机构在伸展时连接件与连接件的距离增加，压缩时连接件与连接件的距离变短，具体到装配出来的假肢抬腿腾空时变长费力，站立时变短，人体歪斜。而且由于市场上的假肢膝关节的气压机构都是单压缩，膝关节的摆动造成气压系统的行程过长，压缩末端需要较大外来压力，而为了获得这个压力，必然加大脚掌的重量，这也是目前假肢装配总重量减不下来原因。以上这些连杆假肢膝关节产品者造成了使用者的额外能耗，影响行走能力，造成明显“停顿”、“垫脚”等不美观现象。

发明内容

本发明是由定轴轴承来摆动的假肢膝关节，关节灵活，通过本发明的双活塞正负压气压泵，多了一个方向的动力，达到缓冲作用，实现假肢摆动的平稳过度，相对的也减少了压缩的行程，减少了压缩行程压力需求，从而减小整个假肢装配的总重量，并保持了单压缩气压泵假肢膝关节的助力功能。

本发明解决技术问题的技术方案是：采用轴承传动，并利用双活塞正负压气压泵所产生的正压力和负压力调节，实现对假肢膝关节摆动的助力和缓冲，避免假肢膝关节因太灵活而产生冲撞回击，不能正常使用情况。本发明假肢膝关节主要由支架座1，支架2，双活塞正负压气压泵3（以下简称气压泵3）组成。支架座1上重力线已前移的螺丝孔23实现与残肢接受腔联结。支架座1与支架2通过轴承4实现相互摆动。支架1上的挡板5和挡板6构成一夹角，这个夹角的角度就是整个假肢膝关节的摆动总角度，可以满足假肢站立、屈腿至深蹲的摆动角度要求。挡板6与垂直中心线有一个5度以内的夹角，使假肢膝关节的最大张开角度为大于180度小于185度，这样装配出来的假肢在使用者依靠假肢站立时，重力线与假肢的受力线形成一个稳定的三角形结构，达到站立稳定，还能承受一定的横向冲击力作用。因为关节灵活，摆动越过180度的“死点”位置额外能耗不大，其弯曲角度小于5度，可以通过外包装来修正，使之看起来“笔直”，其假肢长度站立时会细微缩小，增加的能耗相对很小。支架座1通过连接杆7与气压泵3上的移动轴8联结，气压泵3上的轴孔28绕支架2上的轴9摆动。支架2的下端与小腿假肢联结实现装配。气压泵3包含移动轴8，气缸上座13，气缸套14，气缸下座15，密封圈16，气缸外部的移动轴8上有定位孔10，定位孔11，定位孔12，移动轴8在气缸套14内装配有定位片17，上活塞18，两片制造相同，安装相反，斜面相对，形成稳定空气通道的斜面开口垫片19，下活塞20。移动轴8在开口垫片19的相对应高度有槽孔21，槽孔21与轴心孔24相连，轴心孔24在气缸套14内的移动轴8上开口至开口垫片19的高度位置。这样当轴8上的开口垫片19移动至排气孔25时，排气孔25，开口垫片19，槽孔21，轴心孔24和气缸套14内的压力腔26形成一个可靠的空气通道，压力腔26压力为零，气压泵3的移动轴8此点行程点应为假肢使用者向前摆动残肢末期，准备假肢着地时角度的对应点。当支架座1与支架2在外来压力的作用下伸展，支架座1上的连接杆会对气压泵3上的轴8产生向上拉力，轴8向上移动，活塞20堵住排气孔25，空气通路被切断，轴8继续上行，活塞18、活塞20工作，压力腔26内形成负压，这个负压力反映在实际假肢膝关节的功用中，就是当灵活膝关节的摆动即将或越过180度（死点位）时，产生的反牵引的拉力，实现假肢膝关节运动方向改变前的缓冲作用，实现平稳过渡。在假肢膝关节张开最大角度（大于180度小于185度）状况下，使用者依靠假肢的支撑，完成身体的前倾、正常大腿的迈出，人体重心前移，正常腿撑起身体重量，此时假肢在正常腿后面，使用者残肢抬起假肢，假肢膝关节的负压释放，配合残肢摆动，假肢膝关节弯曲，气压泵3上轴8的开口垫片轻松越过排气孔25，假肢膝关节在残肢的带动下，轴8继续下行，活塞18和活塞20工作，气缸套14内的压力腔26形成正压力，随着轴8的继续下行，压力腔26内正压力逐渐加大，腾空的假肢小腿的重力与转动轴的力矩也越来越大，当假肢膝关节的张开角度为145度左右时，残肢的摆动力量克服不了以上两个力量之和，假肢膝关节由“屈”转向“伸”的过程，压力泵3正压力释放，助力残肢带动假肢膝关节继续伸张的摆动，由于轴承4的使用，假肢膝关节可以轻松张开使压力泵3移动轴8移动到压力腔26压力为零位置，并进入负压行程，进行缓冲，达到假肢膝关节最大张角大于180度而小于185度，完成假肢使用者身体前倾，依靠假肢支撑的站立的动作循环。本发明假肢膝关节因为在假肢刚离地时有一个负压存在，故假肢膝关节更早弯曲，整个装配假肢的摆动角度更大，仿真程度更高，走路姿势更美观。当假肢膝关节作从直立到深蹲动作时，也就是假肢膝关节最大张开角度（大于180度小于185度）到最小张开角度45度左右，压力泵3还要多进入另一行程，残肢依靠身体重量带动假肢膝关节弯曲到气压泵3的移动轴8、支架座1上的连结杆7、支架2的轴9的受力线成一直线时（“死点”位），压力泵3正压力至最大，转过“死点”，正压力释放，由深蹲到站立，气压泵3动作相反。这过程与单压缩气压泵工作无异，深蹲也是由健康大腿主导动作，故不赘述。使用者后退行走时，依靠正常大腿的支撑，抬起假肢腾空后探，残肢的摆动方向与假肢小腿的弯曲方向相反，加上假肢脚掌的重量，假肢膝关节并不弯曲，保持伸张状态，气压泵负压不释放，因为后退是假肢脚尖先着地，受力线仍成三角形状态，是安全稳定的。