[发明专利]一种磁流变式膝关节假肢及控制方法

说明书

一种磁流变式膝关节假肢及控制方法属医疗器械技术领域，本发明的假肢接受腔、磁流变膝关节假肢、小腿和脚板自上而下顺序排列；磁流变膝关节假肢由转子组件、定子组件、运动测量控制组件、单轴压力传感器和腿管连接件组成，定子组件、运动测量控制组件、单轴压力传感器和腿管连接件自上而下顺序排列并固接；本发明基于磁流变的特性，其可控制调节的阻尼值范围较大，响应时间快，稳定性高，能自动适应起立/坐下、常速、慢速和快速的步态，能根据平地、上/下坡、下楼梯等运动环境自主调试，开发的配套控制方法可高度拟合人体的正常运动步态，本发明的假肢整体结构紧凑，质量轻便，可提高患者穿戴的舒适性，帮助膝上截肢患者重建行走的运动功能。

技术领域

本发明属医疗器械技术领域，具体涉及一种磁流变式膝关节假肢及控制方法。

背景技术

膝关节假肢能够帮助膝上截肢患者重建行走的运动功能，提高生活自理水平，正常参与社会和经济活动，弥补截肢给患者带来的生理和心理上的伤害。假肢膝关节可按其驱动方式分为被动式、主动式和半主动式。其中被动式假肢膝关节由通过弹簧和阻尼等被动器件进行动作调控，行走过程中只具备恒定的力矩扭矩曲线。然而，在实际行走中膝关节的力矩是根据步长、步速和地形等因素实时改变的，因此被动型假肢膝关节无法保证人体步态协调性与舒适性；主动式假肢膝关节由外部驱动器如电机驱动输入动力并可由各类嵌入式传感器辅助调控、可协助截肢者进行多种日常运动，然而外部驱动器的功率质量比远低于健康腿部骨骼肌肉系统，且需携带大容量的电池，无法保证假肢结构的轻量化；根据步态周期中膝关节主要做负功的特性，智能调控型膝关节假肢的通过传感器反馈的数据实时调节膝关节的阻尼，而不需要外接驱动的动力，即可保证其运动的稳定性和流畅性，这种类型的膝关节假肢既弥补了被动式假肢膝关节不可控制的缺点，又没有主动性膝关节中能耗高的驱动设备，减少了关节的整体重量。因此，本发明基于智能调控型膝关节假肢的理念，设计了一种磁流变式膝关节假肢，通过调节磁流变液的摩擦系数来调节膝关节的阻尼。关节整体结构紧凑，质量轻便，并开发了配套的控制方法，高度拟合人体的正常运动步态。

发明内容

本发明的目的是帮助膝上截肢患者重建行走的运动功能，设计了一种磁流变式膝关节假肢及控制方法，关节整体结构紧凑，质量轻便，基于磁流变的特性，其可控制调节的阻尼值范围较大，且响应时间快，除正常的平地行走外可自动适应下楼，斜坡行走等需要大阻尼以维持自身稳定的运动，通过开发的配套控制方法，高度拟合人体的正常运动步态。

本发明的一种磁流变式膝关节由假肢接受腔1、磁流变膝关节假肢A、小腿2和脚板3组成，其中假肢接受腔1、小腿2和脚板3为市售的零件，其中假肢接受腔1、磁流变膝关节假肢A、小腿2和脚板3自上而下顺序排列并固接；所述的磁流变膝关节假肢A由转子组件B、定子组件C、运动测量控制组件D、单轴压力传感器4和腿管连接件5组成，其中转子组件B和定子组件C的水平中心线重合；定子组件C、运动测量控制组件D、单轴压力传感器4和腿管连接件5自上而下顺序排列；转子组件B的轴承Ⅰ9a外圈与定子组件C中右侧定子外壳21的圆台Ⅰ21f过盈连接；转子组件B的轴承Ⅱ9b外圈与定子组件C中左侧定子外壳31的圆台Ⅱ31d过盈连接；运动测量控制组件D的电池座39固接于定子组件C中的右侧定子外壳21的凹槽Ⅰ21e和左侧定子外壳31的凹槽Ⅱ31c中；单轴压力传感器4上端面固接于定子组件C中右侧定子外壳21的螺纹孔Ⅲ21g和左侧定子外壳31的螺纹孔Ⅴ31e；腿管连接件5固接于单轴压力传感器4下端。