[发明专利]一种可变传动比的假肢膝关节

说明书

本发明公开了一种可变传动比的假肢膝关节，包括转台、两个拉簧、转轴、两个导轨滑块模组、丝杠、丝杠固定件、第一齿轮、力传感器、腿管连接件、下支撑件、连接座、电机、螺母连接件、丝杠螺母、两个连杆、两个侧支撑件、膝关节编码器、滑动转轴和第二齿轮，采用滑槽结构来改变传动比，在假肢触地期，滑动转轴在滑槽里运动到最下端，可以使假肢系统传动比变大，力臂变大，满足触地期大扭矩低转速的需求；在假肢摆动期，滑动转轴滑动到最上端，此时传动比变小，力臂变小，满足摆动期小扭矩高转速的需求。

技术领域

本发明属于康复辅具技术领域，具体涉及一种可变传动比的假肢膝关节。

背景技术

据中国残联数据统计，2020年持证肢体残疾人数为542.8万。由于疾病、外伤导致的下肢截肢致使患者无法完成日常的行走活动，假肢作为一种辅助器具能够很好的协助残疾人完成日常运动。现有的假肢膝关节可以分为被动式假肢膝关节、主动式假肢膝关节和主被动混合式假肢膝关节。被动式膝关节结构简单、可靠性高，但是由于不能提供主动力矩进行助力，用户无法完成诸如上楼、上坡等需要助力的活动。主动驱动式膝关节采用外接动力源来控制膝关节的屈伸运动，可以在上楼梯、爬坡等需要大扭矩的运动时满足膝上截肢患者的需求，相比被动膝关节可以完成更多的活动。主被动混合式假肢膝关节则可以在平路行走等简单运动状态下使用被动阻尼机械系统，而在诸如上楼梯、爬坡等需要主动力矩的运动状态下切换为主动驱动方式，融合了主动和被动膝关节的优点，但是其结构复杂，体积较大。

将人的步态分为触地期和摆动期，在一个步态中，膝关节在触地期需求大扭矩低转速的运动来保证人体稳定不摔倒，而在摆动期则需求小扭矩高转速的运动以保证快速运动到指定角度。文献调研表明，目前的主动假肢膝关节，普遍存在如下不足：传动系统单一，电机的效率较低，当电机功率一定时，在需求大扭矩低转速的运动中可能出现扭矩输出不足的情况，在需求小扭矩高转速的运动中可能出现转速不足的情况。

发明内容

为了解决以上问题，本发明提出了一种可变传动比的假肢膝关节。

本发明通过设计一个带滑槽的转台结构，可以使膝关节在运动中根据不同的扭矩转速需求改变传动比，在触地期大扭矩低转速需求下传动比变得较大，在摆动期小扭矩高转速需求下传动比变得较小。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可变传动比的假肢膝关节，其特征在于：包括转台、两个拉簧、转轴、两个导轨滑块模组、丝杠、丝杠固定件、第一齿轮、力传感器、腿管连接件、下支撑件、连接座、电机、螺母连接件、丝杠螺母、两个连杆、两个侧支撑件、膝关节编码器、滑动转轴和第二齿轮。

所述转台包括四棱台、转台轴、转轴孔、滑槽和限位块，四棱台通过法兰盘和大腿接受腔连接，转台轴和侧支撑件形成转动副，转轴可以在转轴孔里转动，转轴的两端用卡簧卡住以限制与转台的轴向相对位移，滑动转轴可以在滑槽里滑动以改变传动比的大小，此时力臂大小也会跟着改变，在站立期需要大扭矩低转速时，滑动转轴移动到最下端，传动比较大，而在摆动期需要小扭矩高转速时，滑动转轴移动到最上端，此时在膝关节转角相同的条件下对应的假肢传动比较小。滑槽两端可以安装减震垫，限位块和凸台相互阻碍防止膝关节过度伸展。

拉簧两端有耳环，其一端与转轴连接形成转动副，另一端与滑动转轴连接形成转动副。导轨滑块模组中的导轨固定在侧支撑件上，滑块与螺母连接件固定连接，螺母连接件固定在丝杠螺母上，丝杠和丝杠螺母形成转动副，丝杠的一端固定在丝杠固定件中，导轨滑块模组起到防止丝杠产生轴向位移的作用。

丝杠固定件固定在连接座内，连接座与侧支撑件固定连接；第一齿轮固定连接在丝杠的固定端，并与第二齿轮形成齿轮啮合传动；力传感器固定在下支撑件底部，下支撑件同时还与两个侧支撑件固定连接，腿管连接件固定在力传感器下端。