[發明專利]一種基于氣動人工肌肉的變剛度柔性下肢假肢轉彎器

在審

• 申請號: 202010629386.8
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111631847A
• 公開（公告）日: 2020-09-08
• 發明（設計）人: 任雷;修豪華;王旭;錢志輝;任露泉
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: A61F2/60
• 分類號: A61F2/60;A61F2/74
• 代理公司: 長春市四環專利事務所(普通合伙) 22103
• 代理人: 張建成

本發明公開了一種基于氣動人工肌肉的變剛度柔性下肢假肢轉彎器，包括上蓋，下蓋，滾珠，兩個氣動人工肌肉，兩個彈簧和兩個導氣管。氣體經導氣管分別通過第一固定梁和第二固定梁中的通孔進入氣動人工肌肉，根據不同轉彎角度，調節進氣量的大小，可以改變氣動人工肌肉的剛度，進而調節轉彎器的剛度。本發明采用基于氣動人工肌肉的柔性變剛度系統，可以改善假肢穿戴者在轉彎時的剛性沖擊，提高殘疾人行走舒適性，減少殘肢皮膚磨損，根據不同轉彎角度，進行剛度的實時調節，使假肢更好地模擬了人的步態。

技術領域

本發明屬于人體仿生假肢技術領域，具體涉及一種基于氣動人工肌肉的變剛度柔性下肢假肢轉彎器。

背景技術

在世界上，有許多因為疾病、外傷或者戰爭而失去雙腿的人。下肢假肢作為一種可以幫助殘疾人行走的康復器械，在經過幾十年的發展，已經能夠成熟地應用于殘疾人。傳統下肢假肢包含接受腔、膝關節、連接桿、假腳等部件。安裝假肢的殘疾人在行走時，不但要直線行走，更要經常轉彎進行曲線行走。現有的假肢在膝踝之間的連接件多采用如碳纖維連接桿和四棱臺適配器等剛性結構，因此尤其在轉彎時候，截肢者往往會比較生硬地轉動假肢，對殘肢帶來較大的剛性沖擊，穿戴舒適性不好，并且使假肢更容易磨損殘疾人的殘肢皮膚，給殘疾人帶來一定的困擾。

人在行走時下肢橫截面需要有扭矩載荷的作用。現有的假肢穿戴者在進行曲線行走過程中，傳統的剛性結構會產生較大的峰值載荷和不必要的沖擊。人在轉彎時的角度往往是不斷變化的，單一剛度的轉彎器并不能針對不同轉動角度實現瞬時的載荷響應調節。

發明內容

為了解決以上問題，本發明提出一種基于氣動人工肌肉的變剛度柔性下肢假肢轉彎器，以解決截肢者在轉彎時下肢假肢剛性沖擊較大和不能瞬時調節剛度的缺點。氣動人工肌肉為硅膠材質，通過調節充氣量的大小，可以實現剛度的調節。

為了實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種基于氣動人工肌肉的變剛度柔性下肢假肢轉彎器，包括上蓋、下蓋、滾珠、兩個氣動人工肌肉、兩個彈簧和兩個導氣管。所述上蓋包括膝關節連接件、第一固定梁和第二固定梁，膝關節連接件可以通過標準管連接膝關節，標準管為假肢常用鋼管或者碳纖維管，第一固定梁的一側固定連接氣動人工肌肉，第一固定梁的另一側固定連接導氣管。第二固定梁的一側固定連接氣動人工肌肉，第二固定梁的另一側固定連接導氣管，氣體經導氣管分別通過第一固定梁和第二固定梁中的通孔進入氣動人工肌肉，導氣管可以從膝關節連接件內部穿過而接入氣泵。第一氣動人工肌肉被第一彈簧包裹，第二氣動人工肌肉被第二彈簧包裹。如圖4所示，氣動人工肌肉為內部中空圓柱形，硅膠材質，彈簧的作用為加強氣動人工肌肉強度并提供一定剛度，防止人工肌肉斷裂。根據不同的轉彎角度，調節氣動人工肌肉的進氣量，改變氣動人工肌肉的剛度，進而調節整個轉彎器的剛度。第一彈簧的兩端分別與第一固定梁和下蓋內部凸臺固定連接，第二彈簧的兩端分別與第二固定梁和下蓋內部凸臺固定連接，氣動人工肌肉的另一端固定連接在下蓋內部的凸臺上；上蓋與下蓋之間嵌入滾珠，上蓋和下蓋可以相對轉動。下蓋上的踝關節連接件為管型，用于連接假肢踝關節。

氣動人工肌肉進氣量的不同會使其形變不同，進而剛度會隨著進氣量的改變而改變，整個轉彎器的剛度因此改變。

本發明的有益效果：

(1)假肢轉彎器使用柔性彈簧-氣動人工肌肉系統，能夠有效減輕剛性假肢在轉彎時的剛性沖擊，改善傳統假肢的舒適性，減少殘肢皮膚的磨損，并可以增加剛性假肢的使用壽命。

(2)采用變剛度的氣動人工肌肉，可以根據不同的轉彎角度來調節系統剛度的大小，實現假肢橫截面的瞬時載荷調節，可以更好地模擬人的步態。

附圖說明

圖1是本發明的軸測圖。

圖2是本發明的橫向剖視圖。

圖3是本發明的縱向剖視圖。