[发明专利]一种应用于踝足假肢的变刚度储能机构

说明书

本发明属于变刚度机构领域，并公开了一种应用于踝足假肢的变刚度储能机构，包括小腿板、固定脚、弹簧连接端A、拉伸弹簧、导轮、弹簧连接端B、连杆和传送带；拉伸弹簧的一端固定安装在弹簧连接端A上而其另一端固定连接在弹簧连接端B上；弹簧连接端B上设置有滑动凸台，小腿板上设置有弧形滑槽；连杆的一端安装在滑动凸台上而另一端安装在小腿板上；传送带的一端安装在固定脚上而另一端固定安装在滑动凸台上。本发明通过使用变刚度储能机构模拟类跟腱关节，实现支撑相转变为摆动相时保持小刚度，利于液压缸杆件伸出做正功，摆动相转变为支撑相时刚度非线性增加，吸收、存储能量，缓冲减震。

技术领域

本发明属于变刚度机构领域，更具体地，涉及一种应用于踝足假肢的变刚度储能机构。

背景技术

变刚度储能机构设计已成为医疗假肢器械研究领域中的一个重要研究方向，在人体助力双足行走过程中，处于支撑相的单腿不需要过大刚度，因为在支撑相转换成摆动相时，液压缸驱动杆件伸出做正功，此时刚度过大将影响液压缸的运动；而在由摆动相转换为支撑相时，相比于双足同时直立的过渡姿态，迈开步子时的重心有所降低，重力做正功，此时如果没有弹性元件，将驱动液压缸做负功，遵循能量守恒定律，把重力势能转化为热能消耗掉，这对于能量的最大化循环利用是极其不利的，故此时应该调节脚跟处弹性元件的刚度，吸收、存储能量，在下一个步态周期内转化为动能使用，同时也有减震的作用。

现有的义肢跟腱，在脚踝与脚掌的连接处，多使用刚性连接，这给患者的使用带来了诸多不便，如与地面刚性接触会直接反馈到患者肢体与义肢的连接处，造成患者的痛苦，同时，刚性连接也进一步限制了患者的运动速度，影响了患者的康复效果。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种应用于踝足假肢的变刚度储能机构，采用变刚度进行储能这一特性可以更好地帮助人体高效稳定的行走。

为实现上述目的，按照本发明，提供了一种应用于踝足假肢的变刚度储能机构，其特征在于，包括小腿板、固定脚、弹簧连接端A、拉伸弹簧、导轮、弹簧连接端B、连杆和传送带，其中，

所述固定脚、弹簧连接端A、弹簧连接端B和导轮均安装在所述小腿板上；

所述拉伸弹簧的一端固定安装在所述弹簧连接端A上而其另一端固定连接在所述弹簧连接端B上；

所述弹簧连接端B上设置有滑动凸台，所述小腿板在对应于所述滑动凸台的位置设置有弧形滑槽，所述滑动凸台伸入所述弧形滑槽内并可在所述弧形滑槽内移动；

所述连杆的一端可转动安装在所述滑动凸台上而该连杆的另一端可转动安装在所述小腿板上；

所述传送带的一端固定安装在所述固定脚上而另一端固定安装在所述滑动凸台上，以用于拉动所述滑动凸台在所述弧形滑槽内移动，进而使所述拉伸弹簧伸长，并且所述传送带绕过所述导轮。

优选地，所述导轮可转动安装在所述小腿板上。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

本发明通过使用变刚度储能机构模拟人类的跟腱关节，实现支撑相转变为摆动相时保持小刚度，摆动相转变为支撑相时刚度非线性增加，在此过程中可以起到吸收、存储能量，缓冲减震的作用；此外，该装置可以减轻义肢与地面接触时，地面的作用力对义肢对患者肢体的反馈；仿生人体刚度的踝关节模拟了人类跟腱的刚度，保证了患者对义肢的适应性，并提高了患者的康复效果。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明中的弹簧从竖直状态(虚线段)被拉伸到倾斜状态的示意简图；

图3是本发明工作时的力矩示意图。

具体实施方式