一种新型微电脑控制的无源自助膝关节的制作方法

本发明涉及于生物医学工程和康复辅具技术领域，具体涉及一种新型微电脑控制的无源自助膝关节。

背景技术

21世纪，假肢技术发展迅速，伴随着生活品质的提高，截肢患者对下肢假肢的要求也不断提高。目前市场上大部分大腿假肢为被动式，被动式大腿假肢又可分为普通型和智能型两种。普通型被动式大腿假肢膝关节阻尼力矩大小在安装时设定，难以适应步速等外部环境的变化，无法根据穿戴者的意愿完成行走。在步行过程中，下肢运动模式非常复杂，腿的总长以及膝关节的速度瞬心都是实时变化的。单轴膝关节机构的运动瞬心是固定的，无法模拟人腿膝关节的运动瞬心变化。但是目前的多轴膝关节机构需要的动能较高。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明旨在提供一种由多轴假肢膝关节运动控制的智能操作的新型微电脑控制的无源自助膝关节。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种新型微电脑控制的无源自助膝关节，包括膝关节摆件、驱动机构、控制阀、止回阀、传感器和微电脑控制器，膝关节摆件设置在用户身上，膝关节摆件与驱动机构连接，传感器分别设置在用户和驱动机构上，膝关节摆件用于接收到来自髋关节屈肌和伸肌力量，传感器用于将从膝关节摆件接收到的信号传送到微电脑控制器，所述微电脑控制器分别与驱动机构、控制阀、止回阀和传感器通讯连接，所述驱动机构用于为所述新型微电脑控制的无源自助膝关节提供驱动力；所述止回阀和控制阀分别设置在驱动机构上，止回阀和控制阀连接，所述控制阀包括第一控制阀和第二控制阀，用于根据穿戴者的要求控制步距的大小；所述止回阀包括第一止回阀和第二止回阀，用于锁定所述新型微电脑控制的无源自助膝关节，保持穿戴者的步态，所述第一控制阀和第一止回阀连接，控制第二控制阀和第二止回阀连接。

当穿戴者站立时，传感器接收到来自髋关节屈肌和伸肌力量信号发送至微电脑控制器，此时微电脑控制器控制第一控制阀工作，第二控制阀截止，通过第一止回阀，保持穿戴者站立的姿态。

当穿戴者需要前行时，此时穿戴者重心改变，使左足的传感器失去压力，信号消失，微电脑控制器控制第一控制阀截止，第二控制阀工作，左足在髋关节伸肌的作用下，按穿戴者的意愿向前迈出n厘米距离左足落地，髋关节伸肌的伸展力量带动驱动机构的气压缸和、或液压缸中的气和、或液体运动，左足的传感器先后受压，发出信号，第二控制阀截止，第一控制阀工作。

同时右足受左足的影响向后伸，使得右足的第一压力传感器、第二压力传感器先后失去压力，而信号消失，微电脑控制器控制右足的第一控制阀截止，第二控制阀工作，在右髋关节的屈肌作用下，使有关节弯曲，随后带动驱动机构的气压缸和、或液压缸中的气和、或液体运动，带动右足前行，右足落地，传感器得到信号，右足的第二控制阀截止，右足的第一控制阀工作。如此往复根据穿戴者的意愿完成行走。

进一步，所述驱动机构包括气压缸和、或液压缸，所述气压缸和、或液压缸分别和膝关节摆件和传感器连接。气压缸将气压能转化为机械能，液压缸能将液压能转为机械能，两者任一或者两者组合起来都能为所述微电脑控制的无源自助膝关节提供驱动力。

再进一步，所述传感器包括霍尔传感器和压力传感器，所述霍尔传感器包括第一霍尔传感器和第二霍尔传感器，均设置在驱动机构的气压缸和、液压缸上，所述压力传感器包括第一压力传感器和第二压力传感器，第一压力传感器设置在穿戴者足底后部；第二压力传感器设置在穿戴者足底前部。

进一步，所述第一控制阀和第二控制阀的工作状态为互锁关系，就是当第一控制阀工作时，第二控制阀处于休眠状态；反之亦然，这样可以有效防止两个按钮同时通电造成机械故障或人身伤害事故。

再进一步，所述第一控制阀和第一止回阀串联，第二控制阀和第二止回阀串联，止回阀是配合控制阀根据穿戴者的要求控制步距的大小并自动锁定漆关节，以防步态发生改变。

进一步，所述微电脑控制器、传感器和控制阀工作电压为直流3v电压，工作电流小于150ma，微电脑控制的无源自助膝关节在低电压低电流的条件下即可运作，减少能源耗费，节能环保。

再进一步，所述膝关节摆件通过连接件与驱动机构的气压缸和、或液压缸连接，通过连接件可实现膝关节摆件和驱动机构气压缸和、或液压缸的动态连接，连接件的角度和长度自由改变。

本发明的有益技术效果为：

1、以穿戴者的髋关节的屈肌和伸肌力量作为一种微电脑控制的无源自助漆关节工作时的动力，克服了多轴假肢膝关节运动控制方法需要动能高的缺点。

2、微电脑控制的无源自助膝关节在工作电压为直流3v和工作电流小于150ma的低电压低电流的条件下即可运作，减少能源耗费，节能环保。

3、由于第一控制阀和第二控制阀工作在互锁的状态下，第一控制阀和第一止回阀串联，第二控制阀和第二止回阀串联，所以，第一止回阀和第二止回阀能保证随时自动锁定漆关节，确保能按穿戴者的意愿完成要求的步态。

附图说明

图1为新型微电脑控制的无源自助膝关节示意图；

图2为微电脑控制器操作控制示意图；

图3为微电脑控制器控制电路示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围并不限于本实施例。

如图1所示，所述新型微电脑控制的无源自助膝关节包括：膝关节摆件1；连接件2；气压缸和、或液压缸3；第一止回阀4；第一控制阀5；第二控制阀6；第二止回阀7；第一霍尔传感器8；第二霍尔传感器9；第一压力传感器10；第二压力传感器11。

如图3所示，微电脑控制器的控制电路对应关系如下：i1对应的是第一霍尔传感器8；i2对应的是第二霍尔传感器9；i3对应的是第一传感器10；i4对应的是第二传感器11；o1对应的是第一控制阀5；o2对应的是第二控制阀6。

一种新型微电脑控制的无源自助膝关节，包括膝关节摆件1、驱动机构、控制阀、止回阀、传感器和微电脑控制器，膝关节摆件设置在用户身上，膝关节摆件1与驱动机构连接，传感器分别设置在用户和驱动机构上，膝关节摆件1用于接收到来自髋关节屈肌和伸肌力量，传感器用于将从膝关节摆件接收到的信号传送到微电脑控制器，所述微电脑控制器分别与驱动机构、控制阀、止回阀和传感器通讯连接，所述驱动机构用于为所述新型微电脑控制的无源自助膝关节提供驱动力；所述止回阀和控制阀分别设置在驱动机构上，止回阀和控制阀连接，所述控制阀包括第一控制阀5和第二控制阀6，用于根据穿戴者的要求控制步距的大小；所述止回阀包括第一止回阀4和第二止回阀7，用于锁定所述新型微电脑控制的无源自助膝关节，保持穿戴者的步态，所述第一控制阀5和第一止回阀4连接，第二控制阀6和第二止回阀7连接。

进一步，所述驱动机构包括气压缸和、或液压缸3，所述气压缸和、或液压缸3分别和膝关节摆件和传感器连接。气压缸将气压能转化为机械能，液压缸能将液压能转为机械能，两者任一或者两者组合起来都能为所述微电脑控制的无源自助膝关节提供驱动力。

再进一步，所述传感器包括霍尔传感器和压力传感器，所述霍尔传感器包括第一霍尔传感器8和第二霍尔传感器9，均设置在驱动机构的气压缸和、或液压缸3上，所述压力传感器包括第一压力传感器10和第二压力传感器11，第一压力传感器10设置在穿戴者足底后部，第二压力传感器11设置在穿戴者足底前部。

进一步，所述第一控制阀5和第二控制阀6的工作状态为互锁关系，就是当第一控制阀5工作时，第二控制阀6处于休眠状态；反之亦然，这样可以有效防止两个按钮同时通电造成机械故障或人身伤害事故。

再进一步，所述第一控制阀5和第一止回阀4串联，第二控制阀6和第二止回阀7串联，止回阀是配合控制阀根据穿戴者的要求控制步距的大小并自动锁定漆关节，以防步态发生改变。

进一步，所述微电脑控制器、传感器和控制阀工作电压为直流3v电压，工作电流小于150ma，微电脑控制的无源自助膝关节在低电压低电流的条件下即可运作，减少能源耗费，节能环保。

再进一步，所述膝关节摆件1通过连接件2与驱动机构的气压缸和、或液压缸3连接，通过连接件可实现膝关节摆件1和驱动机构的气压缸和、或液压缸3的动态连接，连接件的角度和长度自由改变。

如图2所示，微电脑控制器为全自动控制，无需人工干预，传感器接收电路将信号传送到微电脑控制器的cpu，然后微电脑控制器的cpu控制功率放大电路工作，再将信号传送到开关控制电路，具体表现为在膝关节外部有一电源和复位复合开关，当穿戴者不需要使用此自助膝关节时，只需要关闭电源即可，当使用时，打开电源程序自动复位，控制开始。

s1当穿戴者站立时，位于足底后部的第一压力传感器10、位于足底前部第二压力传感器11和第一霍尔传感器8接收到来自髋关节屈肌和伸肌力量信号发送至微电脑控制器，此时微电脑控制器控制第一控制阀5工作，第二控制阀6截止，通过第一止回阀4，保持穿戴者站立的姿态。

s2当穿戴者需要前行时，此时穿戴者重心改变，使左足的第一压力传感器10、第二压力传感器11失去压力，信号消失，微电脑控制器控制第一控制阀5截止，第二控制阀6工作，左足在髋关节伸肌的作用下，按穿戴者的意愿向前迈出n厘米距离左足落地，髋关节伸肌的伸展力量带动驱动机构的气压缸和、或液压缸3中的气和、或液体运动，左足的第一压力传感器10、第二压力传感器11先后受压，发出信号，微电脑控制器控制第二控制阀6截止，第一控制阀5工作。

s3同时右足受左足的影响向后伸，使得右足的第一压力传感器10、第二压力传感器11先后失去压力，而信号消失，微电脑控制器控制右足的第一控制阀5截止，第二控制阀6工作，在右髋关节的屈肌作用下，使有关节弯曲，随后带动驱动机构气压缸和、或液压缸中的气和、或液体运动，带动右足前行，右足落地，右足的第一压力传感器10、第二压力传感器11先后得到信号，微电脑控制器控制右足的第二控制阀6截止，右足的第一控制阀5工作。如此往复根据穿戴者的意愿完成行走。

本发明以穿戴者的髋关节的屈肌和伸肌力量作为一种微电脑控制的无源自助漆关节工作时的动力，克服了多轴假肢膝关节运动控制方法需要动能高的缺点。而且微电脑控制的无源自助膝关节在工作电压为直流3v和工作电流小于150ma的低电压低电流的条件下即可运作，减少能源耗费，节能环保。

由于第一控制阀5和第二控制阀6工作在互锁的状态下，第一控制阀5和第一止回阀4串联，第二控制阀6和第二止回阀7串联，所以，第一止回阀4和第二止回阀7能保证随时自动锁定漆关节，确保能按穿戴者的意愿完成要求的步态。

对于本领域的技术人员来说，可以根据以上的技术方案和构思，给出各种相应的改变和变形，而所有的这些改变和变形，都应该包括在本发明权利要求的保护范围之内。