[发明专利]一种膝踝关节一体化主动假肢及其控制方法

说明书

本发明涉及一种膝踝关节一体化主动假肢及其控制方法，主动假肢包括膝关节、踝关节、假肢支撑杆、脚板、同轴设置的膝关节驱动源和踝关节驱动源，膝关节驱动源和踝关节驱动源设置在假肢支撑杆远离脚板一侧的端部，其中：膝关节驱动源设置在膝关节的回转中心，膝关节驱动源带动膝关节相对于假肢支撑杆转动；踝关节驱动源通过假肢连接杆与踝关节、假肢支撑杆组合构成四连杆结构，踝关节驱动源通过假肢连接杆带动踝关节相对于假肢支撑杆转动。本发明膝关节动力单元和踝关节动力单元同轴设置在更靠近患者残肢端的原膝关节位置，在假肢支撑杆上没有设置动力单元，使得假肢支撑杆质量更轻，转动惯量更低，从而减小对运动控制系统的动态性能的影响。

技术领域

本发明涉及假肢技术领域，尤其是指一种膝踝关节一体化主动假肢及其控制方法。

背景技术

现有的人体关节假肢机构依据是否提供动力源，可分为主动式假肢机构、被动式假肢机构和主被动混合式假肢机构。传统假肢大多数是被动式假肢，被动假肢没有任何动力源，需要用户自己提供驱动力，带动假肢运动，这增加了患者的负担，不便于行走和运动，残疾人穿戴这类假肢行走,要比健康人多耗费20％～30％的能量,且健肢侧和患肢侧的运动表现出明显的不对称性。主被动混合式和主动式膝踝假肢引入了电机，液压缸和减速器等各种动力源来提供人体所需的速度和扭矩，实现人体的各种运动。但是这类假肢同时也面临着机构复杂，重量大，控制难度高，价格成本昂贵等问题，而且大多数假肢为单一的膝关节假肢或踝关节假肢，能实现由控制器控制膝关节和踝关节联动的假肢很少。

现有的主被动混合式和主动式膝踝假肢在结构上一般采用电机+滚珠丝杠分别为膝关节和踝关节提供动力，或采用减速器或者电机+滚珠丝杠+液压缸的形式为膝关节提供动力，然后采用弹性碳纤维材料和液压阻尼的被动形式为踝关节提供动力，这两类假肢都有着机构复杂，重量大，控制难度高的问题，并且，无论采用何种形式，都需要在踝关节的位置设置主动或被动的驱动源，这样，当运动变化幅度大时，导致转动惯量较大，而转动惯量是直接影响运动控制系统动态性能的一个参数，转动惯量变化幅度大对运动控制系统的动态性能影响较大。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中膝踝一体化假肢存在的机构复杂，重量大，转动惯量大的缺点，提供膝踝关节一体化主动假肢及其控制方法，其中，膝关节动力单元和踝关节动力单元同轴设置在更靠近患者残肢端的原膝关节位置，在假肢支撑杆上没有设置动力单元，使得假肢支撑杆质量更轻，转动惯量更低，从而减小对运动控制系统的动态性能的影响。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种膝踝关节一体化主动假肢，包括膝关节、踝关节、设置在膝关节与踝关节之间的假肢支撑杆以及与所述踝关节连接的脚板，还包括：同轴设置的膝关节驱动源和踝关节驱动源，所述膝关节驱动源和踝关节驱动源设置在假肢支撑杆远离脚板一侧的端部，其中：

所述膝关节驱动源设置在所述膝关节的回转中心，所述膝关节驱动源带动所述膝关节相对于所述假肢支撑杆转动；

所述踝关节驱动源通过假肢连接杆与踝关节、假肢支撑杆组合构成四连杆结构，所述踝关节驱动源通过四连杆结构带动所述踝关节相对于所述假肢支撑杆转动。

在本发明的一个实施例中，还包括支撑组件，所述膝关节驱动源和踝关节驱动源均安装在所述支撑组件上，所述支撑组件包括：

支撑壳体，具有分隔板，在所述分隔板的两侧分别设置有膝关节驱动源容置槽和踝关节驱动源容置槽；

膝关节简支梁，设置在所述支撑壳体的侧面，所述膝关节简支梁与所述支撑壳体配合构成支撑所述膝关节驱动源的膝关节简支结构；

踝关节简支梁，与所述膝关节简支梁对应设置在所述支撑壳体的另一侧面，所述踝关节简支梁与所述支撑壳体配合构成支撑所述踝关节驱动源的踝关节简支结构。