[實用新型]阻尼自動可調單軸假肢膝關節

無效

• 申請號: 200820157829.2
• 申請日: 2008-12-25
• 公開（公告）號: CN201370655Y
• 公開（公告）日: 2009-12-30
• 發明（設計）人: 喻洪流;沈凌;趙展;簡卓;錢省三
• 申請（專利權）人: 上海理工大學
• 主分類號: A61F2/64
• 分類號: A61F2/64
• 代理公司: 上海申匯專利代理有限公司
• 代理人: 吳寶根

技術領域

本實用新型涉及一種假肢膝關節，尤其是一種可進行伸展與屈曲阻尼調節，具有自動調節膝關節擺動期速度與支撐期穩定性功能的假肢膝關節。

背景技術

人體大腿假肢的性能很大程度上取決于穿戴者的舒適性與安全性。假肢的舒適性主要由擺動速度的跟隨性決定，因為若關節阻尼不能改變，則假肢不能隨著健肢的步速變化而變化，導致步態不對稱，患者能量消耗增大，會產生極大的不舒適感。同時假肢在支撐期的穩定性是行走安全的重要保證。傳統的簡單假肢的采用機械阻尼，其大小不能調整或不能隨步速自動變化，因此假肢在步態擺動相的屈曲與伸展期的膝關節轉動速度與健肢產生不對稱，在站立相的穩定性也主要通過承重自鎖或手動鎖定機構來保證的。上世紀70年代開始，隨著計算機技術的發展，許多學者開始探索應用微機對假肢膝關節的運動進行自動控制，研究微電腦控制膝上假肢。隨著計算機技術的進步，膝上假肢在近年來不斷改進。智能膝上假肢由于采用微處理器控制，能夠自動調節膝關節阻尼，從而近似模擬人腿步態。如何使假腿能夠自動地、全時相地模擬任何步態，完成人腿的所有功能，并與殘疾人有機集成，是當今高級智能假腿的研究方向。為了解決傳統人工腿不行速度不能自然、隨意跟隨步行者不行速度的變化而變化的問題，日本學者中川昭夫在1986年首先構想了一種基于微處理器的膝關節。這種膝關節可通過微處理器控制電機調節氣缸回路針閥開度來調節氣缸阻尼，從而控制擺動相步態。最近冰島OSSUR公司研制了一種應用電磁流變技術控制關節阻尼的新型智能膝上假肢(見國際專利WO01/54630)，這種假肢主要是在高速微電腦和阻尼器上進行了改進。因而能實現更多的步速控制。目前國際上已開發出了多種商品化的液壓/氣壓微電腦假腿膝關節，最有名的包括Otto?Bock的C-LEG、Blatchford的IP、Smart?IP、Adaptive?Knee、Nabco公司的NI-C411、德林公司的Auto-Pilot電子膝關節和Ossur公司的Smart?Magnetix?Knee等，其中NI-C411和Auto-Pilot膝關節是四連桿電子膝關節。綜觀這些微電腦控制膝關節，大部分通過控制氣壓缸或液壓缸控制擺動速度，而通過控制液壓缸或利用四連桿膝關節結構控制支撐相的穩定性。在已有的假肢液壓膝關節中，液壓阻尼缸結構復雜。為了實現液壓油內部正常流通，需要采用儲油缸結構或易受污染的拉桿外伸結構，成本高且使用維護不便。若能在單軸假肢膝關節中集成一種結構簡潔、活塞桿密封工作、尺寸緊湊，且能實現伸展與屈曲雙向阻尼自動控制的液壓缸，將對提高大腿假肢的性能具有重要作用。

發明內容

本實用新型要解決的技術問題是提供一種安全、舒適、安全且結構更簡單合理的微電腦控制單軸的阻尼自動可調單軸假肢膝關節。

為實現上述目的，本實用新型的技術方案是：一種阻尼自動可調單軸假肢膝關節，包括膝關節上部轉動體，其特點是，還包括雙活塞液壓阻尼缸、直流伺服電機、單軸膝關節、角度傳感器。

雙活塞液壓阻尼缸為雙活塞結構阻尼缸，阻尼缸缸體通過樞軸與膝關節下部腔體鉸接；轉動體通過一樞軸與液壓阻尼缸的活塞桿鉸接，活塞桿通過活塞端蓋進入缸體內，活塞缸在缸體內部連接有兩個活塞，兩活塞的中間由一固定塞隔開，分別形成膝關節伸展與屈曲的兩個油腔，且兩個油腔分別連接單向閥和由直流伺服電機驅動的數字針閥，直流伺服電機接收由單片機控制電路板輸出控制指令，用于控制針閥的開度來調節膝關節阻尼力。

膝關節上部轉動體內部為空腔的殼體結構，膝關節上部轉動體通過一轉動軸與與膝關節的下部腔體相連，且一端凸出關節體外，并直接與一角度傳感器的轉動軸連接，角度傳感器的外殼與膝關節上部轉動體連接。

在膝關節下部腔體的底端通過螺紋與一脛管接頭的上部連接。直流伺服電機由螺釘固定在液壓缸體外部，其輸出軸通過其上的螺桿與針閥連接。

本實用新型的有益效果是：阻尼缸采用雙活塞結構，以保證活塞腔兩端體積相等，從而保證液壓缸中液壓油的正常流動。為了使活塞缸結構緊湊，活塞缸的油路通道相錯位地設置在剛體中間的固定盤上，且分別設置膝關節伸展與屈曲的兩個通道，此兩通道上采用兩個單向閥分別實現屈曲與伸展運動時油路流量的分別控制。流量的控制使用了兩個伺服直流電機驅動的數字閥門。這種設計把雙向阻尼控制液壓膝關節的控制執行機構設計成一體化結構，可減少體積。