[发明专利]一种基于可调位置单向并联弹簧的动力踝关节假肢

说明书

本发明涉及一种基于可调位置单向并联弹簧的动力踝关节假肢，主要由支撑机构、动力直驱机构、弹簧机构、调整机构、脚趾机构组成。支撑机构与人体下肢残肢相连，动力直驱机构、弹簧机构、调整机构固定在支撑机构上，脚趾机构与支撑机构铰接。本发明支撑机构提供踝关节假肢的支撑，动力直驱机构和弹簧机构共同提供动力踝关节假肢行走过程中所需的能量输出和支撑力矩，弹簧机构储存被动能量并释放，补偿电机能量消耗，调整机构实现行走过程中对穿戴者步态速度的适应性调节，弹性脚趾机构模拟正常人体行走过程中脚趾的弹性机理，为踝关节提供被动弹性抓地力。

技术领域

本发明属于人工假肢技术领域，具体涉及一种基于可调位置单向并联弹簧的动力踝关节假肢。

背景技术

踝关节假肢作为踝关节的代偿工具，是改善膝下截肢患者工作与生活的关键，具有重要的理论意义和研究价值。但是现有的踝关节假肢大多是采用简单的仿形机构或者仅弹性元件的被动式结构来实现。在人体运动的过程中，踝关节不仅是人体运动与平衡的主要关节，也是人体向前运动的主要能量来源。现有的被动式踝关节假肢有DuPont公司研发的Seattle Foot，Ossur公司研发的Flex-Foot-Assure，WillonWood公司研发的Pathfinder等；现有的半主动式踝关节假肢有Ossur公司研发的Propriofoot，SpringActive公司研发的Robert Holgate，Harrisosn L.Bartlett等人研发的多功能半主动型踝关节假肢等。研究发现，被动式踝关节假肢和半主动式假肢不能在工作工程中对穿戴者在动力跖屈相提供主动的能量补偿，这会导致穿戴者步态周期中的动力跖屈相消耗更多的生物能，还可能由于两侧踝关节非对称性的能量消耗致使穿戴者跛足，严重影响穿戴体验。

普通的直接驱动式主动踝关节假肢，如美国亚利桑那州立大学Joseph K.Hitt等人提出的机器人脚式主动踝关节假肢，是电机直接为踝关节假肢提供所有的运动能量和主动关节转矩。这样做的好处是可以通过对电机转速和转矩的精准控制实现对正常人体生理学中踝关节假肢运动性质的模拟。但是也存在明显的缺陷：一则人体正常运动过程中踝关节的峰值功率和峰值转矩要求所选择的电机输出功率和扭矩较大，踝关节能量和转矩完全由电机提供使得电机本身体积和质量过大，影响动力踝关节假肢整体重量，增加穿戴者的负担；二则人体踝关节在行走过程中会有一些负功产生。如果能量全由电机提供而不考虑对人体负功的回收利用，所设计的主动型踝关节假肢工作过程中能量利用效率势必会大打折扣。此外，该类踝关节假肢自身自适应能力较差，通常仅在单一运动状态或速度下具有良好的性能，却不能针对运动状态的改变做出相应的适应性调整。

发明内容

为了克服踝关节假肢存在的能量利用率低、自适应能力差、重量过重和用户穿戴体验不佳几个方面的不足，本发明提出了一种基于可调位置单向并联弹簧的动力踝关节假肢。

本发明解决技术问题采用的技术方案是：

一种基于可调位置单向并联弹簧的动力踝关节假肢，主要由支撑机构、动力直驱机构、弹簧机构、调整机构、脚趾机构组成。

所述动力直驱机构、所述弹簧机构、所述调整机构固定在所述支撑机构上；所述脚趾机构与所述支撑机构铰接，所述动力直驱机构与所述弹簧机构固连，所述调整机构与所述弹簧机构铰接。

所述支撑机构包括小腿支撑件和踝足支撑件。

所述小腿支撑件位于所述踝足支撑件的上方，所述小腿支撑件与所述踝足支撑件铰接。

所述小腿支撑件包括上盖板，小腿侧板，电机座，丝杠座、轴一。

所述两个小腿侧板分别位于所述上盖板两侧，所述小腿侧板与所述上盖板固定连接；所述电机座、所述丝杠座分别与内侧的所述小腿侧板固定连接，所述轴一位于所述小腿侧板下端。

所述踝足支撑件由底板、踝侧板、脚侧板、轴承组成。