一种假肢关节仿生动力装置的制作方法

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种假肢关节仿生动力装置。

背景技术：

现有类似的假肢关节仿生动力装置，例如清华大学在2016年申请的“人体仿生膝关节、髋关节传动系统”(申请号：201610884289.7)，和电子科技大学在2015年申请的“一种人体关节运动辅助装置及人体运动助力装置”(申请号：201510741175.2)。

通过现有技术本发明人发现现有的类似于假肢关节仿生动力装置通常存在如下弊端：

1、矢状面，动力装置和运动关节完全不对称。

2、柔性的动力传输结构不具备分担人体创伤处的受力。

3、动力装置产生的运动特性和人正常运动特性差异大，人体两侧的步长、步速、步态、抬腿高度不对称，行走步态机械僵硬。

4、现有的动力装置体积较大、形状规整，安装在假肢上之后使假肢外观发生较大变化，仿生特征不明显。

5、现有装置只能单纯的产生动力，无法实现人体假肢关节定量角度转动，无法与人体的运动特征相互配合

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种应用广泛、且可以分担人体创面受力的假肢关节仿生动力装置。

为达到上述目的，本发明提出一种假肢关节仿生动力装置，包括两根连接杆、支撑组件和驱动模块；两根所述连接杆分别设于所述支撑组件相对的两侧；所述连接杆的一端与外接的假肢关节活动连接，所述连接杆的另一端通过缓冲组件与所述驱动模块传动连接；所述驱动模块固定于所述支撑组件的尾端，所述支撑组件的首端与所述假肢关节活动连接。

优选的，还包括传感器模块；所述传感器模块包括压力传感器和扭矩传感器；所述压力传感器设于所述缓冲组件与所述驱动模块的连接端；

所述扭矩传感器设于所述支撑组件的首端，位于所述支撑组件与所述假肢关节的连接端。

优选的，所述连接杆为具有一定弯曲度的实心杆；所述连接杆的一端通过销轴与所述假肢关节活动连接，使得所述连接杆和所述假肢关节均实现以所述销轴为轴心完成轴向转动。

优选的，所述支撑组件包括支撑杆、侧边支架和底部支架；

两个所述侧边支架可拆卸安装于所述支撑杆相对的两侧；所述侧边支架内预设有槽孔，所述缓冲组件预埋于所述槽孔内，所述连接杆的一端插设于所述槽孔内与所述缓冲组件的一端相互搭接；所述驱动模块的一端插设于所述槽孔内与所述缓冲组件的另一端相互搭接；

所述底部支架连接于所述支撑杆的尾端；所述底部支架上预设有驱动组件安装槽，所述驱动模块安置于所述驱动组件安装槽内；

所述支撑杆的顶端通过销轴与所述假肢关节活动连接，使得所述假肢关节以所述销轴为轴心实现轴向转动。

优选的，所述槽孔内预设有限位挡板，用于防止缓冲组件从槽孔内弹出。

优选的，所述缓冲组件为螺旋弹簧。

优选的，所述驱动模块为直线电机，所述直线电机传动轴与所述弹簧非固定式相互搭接。

与现有技术相比，本发明的优势之处在于：

1、在矢状面上动力装置和运动关节完全对称。

2、刚性和柔性混合的动力传输结构可以分担人体创伤处的受力。

3、直线电机和弹簧的助力装置产生的运动特性和人正常运动特性相近，人健肢与假肢的步长、步速、步态对称性较好，行走步态自然。

4、直线电机体积较小、形状灵活可变，安装在假肢上之后使假肢外观与人体健康肢体外貌相似，仿生特征明显，外观自然。

5、结构设计简单，具有配合假肢运动参数采集、分析和处理的功能，实现人体假肢关节精准运动控制。

6、具有拮抗运动和缓冲减震功能，使用过程中可以减轻冲击和磨损，提高使用舒适度。

7、装置使用时，假肢受力分布合理，假肢寿命较长。

附图说明

图1为本发明实施例中假肢关节仿生动力装置在假肢站立状态下的结构示意图。

图2为本发明实施例中假肢关节仿生动力装置在半剖视图状态下的结构示意图。

图3为本本发明实施例中假肢关节仿生动力装置在侧视状态下的结构示意图。

图4为本本发明实施例中假肢关节仿生动力装置安装在假肢髋关节处的结构示意图。

图5为本本发明实施例中假肢关节仿生动力装置安装在假肢膝关节处的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案作进一步地说明。

实施例1：

如图1、图2和图3所示，本实施例提出一种假肢关节仿生动力装置，其中，两个侧边支架3可拆卸安装于支撑杆4相对的两侧；侧边支架3内预设有槽孔，缓冲组件预埋于槽孔内，连接杆1的一端插设于槽孔内与缓冲组件的一端相互搭接；驱动模块的一端插设于槽孔内与缓冲组件的另一端相互搭接，在本实施例中，缓冲组件为弹簧9；弹簧9起到缓冲，以及为驱动模块和连接杆1之间传输动力的目的。

在本实施例中，槽孔内预还设有限位挡板2，用于防止弹簧9从槽孔内弹出，以及限制连接杆1的转动范围，避免角度转动过大。

底部支架7连接于支撑杆4的尾端；底部支架7上预设有驱动组件安装槽，驱动模块安置于驱动组件安装槽内；在本实施例中，驱动电机为直线电机6。直线电机6用于为弹簧9传输力并且控制压缩量。

支撑杆4的顶端通过销轴与假肢关节活动连接，使得假肢关节以销轴为轴心实现轴向转动；同时也起到整体支撑的作用。

在本实施例中，连接杆1为具有一定弯曲度的实心杆；连接杆1的一端通过销轴与假肢关节活动连接，使得连接杆1和假肢关节均实现以销轴为轴心完成轴向转动。连接杆1与弹簧9之间的连接端为球形连接头10，便于连接杆1与弹簧9之间的传动，以及连接杆1的活动。

在本实施例中，本发明还包括传感器模块；传感器模块包括压力传感器5和扭矩传感器11；压力传感器5设于所述缓冲组件与所述驱动模块的连接端，具体位于弹簧9与直线电机6传动杆的搭接点处，用于检测直线电机6和弹簧9之间的压力值，为假肢提供更加高质量作用力。为了便于压力传感器5的搭接，本发明在弹簧9与直线电机6传动杆之间搁置一块夹板8。

扭矩传感器11设于支撑组件的首端，位于支撑组件与假肢关节的连接端，其主要用于检测关节处的扭矩值，进一步将信息反馈至直线电机6，进而精准控制关节转动角度。

如图4所示，本实施例所采用的假肢关节为髋假肢；髋假肢通过销轴与支撑杆4以及支撑杆4两侧的连接杆1实现活动连接；两个连接杆1的结构根据假肢运动关节需要而设计；在使用过程中，当人体健侧肢运动后，假肢会受人体重心变化的的作用而后屈，两个直线电机6根据角度测量装置等检测元件的参数调节伸长量，扭矩传感器11和压力传感器5反馈给控制中心准确的调节参数，进而调节两个弹簧9的空间位置，两侧的连接杆1在特定位置与弹簧9接触，弹簧9发生定量压缩，在人体健侧肢体处于步态支撑期时，假肢离开地面，弹簧9释放能量，在连接杆1的作用下，进而实现支撑杆4绕定轴做相应量的角度旋转，最终实现髋假肢关节精准定量运动。

实施例2

如图5所示，实施例2与实施例1的大体结构相似，相似的结构在此不再赘述，其区别技术特征在于，实施例2采用膝关节假肢；在使用过程中，当人体迈出抬腿后，假肢会受人体重力的作用而弯曲，两个直线电机6根据安装在健侧腿的角度测量装置等检测元件的参数调节伸长量，扭矩传感器11和压力传感器5反馈给控制中心准确的调节参数，进而调节两个弹簧9的空间位置，两侧的连接杆1在特定位置与弹簧9接触，假肢关节弯曲，弹簧9发生定量压缩，在人体健侧肢体处于步态支撑期时，假肢离开地面，对称的两侧弹簧9一个舒张给连接杆1施加作用力，另一侧弹簧9受压缩吸收连接杆1的作用力并限制运动位置，进而实现支撑杆4绕定轴做相应量的角度旋转和限制支撑杆4的运动范围，最终实现膝关节假肢精准定量运动。

上述仅为本发明的优选实施例而已，并不对本发明起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本发明的技术方案的范围内，对本发明揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本发明的技术方案的内容，仍属于本发明的保护范围之内。