一种智能仿生膝关节制造技术

一种智能仿生膝关节，该智能仿生膝关节用于连接在大腿假肢和小腿假肢之间，其包括与大腿假肢固定连接的连接件、固定设置在连接件下方用于模拟人体假肢的膝关节模拟装置、与膝关节模拟装置配合工作的气压阻尼装置、用于检测当前移动状态的检测装置以及响应于检测装置用于调节气压阻尼的气压阻尼装置，从而实现根据人体行走步速来实时调节膝关节运动状态的效果。

An intelligent bionic knee joint

A kind of intelligent bionic knee joint, the intelligent bionic knee joint for connecting between artificial thigh and crus prosthesis, comprising a thigh prosthesis and fixedly connected with the connecting piece and is fixedly arranged on the connecting piece is used to simulate the human prosthetic knee joint simulation apparatus, and the knee joint device with pneumatic damping device, a detection device for work the current state of the mobile detection and response to detecting device for pneumatic damping device for regulating pressure damping, so as to achieve the effect of real-time gait speed according to the human body to regulate the knee joint motion.

【技术实现步骤摘要】
一种智能仿生膝关节
本专利技术涉及仿生装置，特别涉及一种智能仿生膝关节。
技术介绍
当今社会，由于各种原因丧失了人类基本的功能之一——不能直立行走的群体时刻发生着，无疑给他们的生活带来了极大的不便。然而，人工腿（假肢）的问世从心灵上解决了他们的痛楚。随着科技的发展，人工腿的结构和功能也得到了进一步的完善。但这始终是一种机械装置的概念，并且大部分属于随动型产品，缺乏了人类肌肉所特有的功能，人腿的步行是由：主动力-惯性力-阻尼力联合运动所产生的结果，这是现代人工腿机构所不具备的。膝关节是人体最大且构造最复杂、损伤机会亦较多的关节，传统的假肢，由于正常的膝关节运动功能被忽略，很多大腿截肢患者装上假肢后的走路迈步完全是靠仅有的力量将腿甩出去，而不是正常的走路状态。目前，市场上的假肢关节的屈伸都是由残肢带动的，只能通过调节假肢关节的阻尼力矩，使得假肢侧步态接近健肢侧步态。现有的大部分假肢上的膝关节，大都通过人调节液体或气体的阻尼来实现调节步速，但是调节完的步速在行走时是处于同一步速的，需要人体适应假肢的步速，当想要变速时，需要人为实时调节，极为困难。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种智能仿生膝关节，具有根据人的步态调节假肢行走步速。本专利技术的上述目的是通过以下技术方案得以实现的：一种智能仿生膝关节，用于连接在大腿假肢和小腿假肢之间，包括，连接件，与大腿假肢固定；膝关节模拟装置，设置在连接件下方且与连接件固定连接，用于模拟人体膝关节移动；气压阻尼装置，设置在膝关节模拟装置下方且与膝关节模拟装置固定，所述气压阻尼装置包括气腔室、与膝关节模拟装置连接的连杆组件、与连杆组件固定且与气腔室滑移连接的活塞、设置在活塞背离连杆一侧且位于气腔室内的弹簧以及气体回路，所述活塞将气腔室分为上腔室和下腔室，所述上腔室和下腔室分别设置有连通孔，气体回路通过连通孔连通上腔室和下腔室，所述连通孔设置有节流阀；调节装置，用于调节节流阀对空气的阻尼大小；检测装置，包括固定设置在活塞上的检测元件、用于感应检测元件当前位置的感应元件以及电性连接感应元件并输出控制信号控制调节装置的控制器。通过采用上述技术方案，通过连接件与大腿假肢固定连接，当人行走时，由膝关节模拟装置模拟人体膝关节行走的动作过程，并且将力传递给气压阻尼装置，气压阻尼装置上设置有活塞，并且在活塞上设置有检测人体当前步速的检测元件；人体在行走时活塞会随着膝关节的受力做往复运动，因为可以通过感应元件感应检测元件的当前位置或者往复的频率来感应当前的步速，在将控制信号输出至控制器，由控制器控制调节装置实现调节节流阀对空气的阻尼。进一步的，所述膝关节模拟装置为四连杆机构。通过采用上述技术方案，采用四连杆机构来模拟人体膝关节的动作，在支撑期，瞬心偏向后上方，保证膝关节的稳定性，在摆动期，瞬心偏前下方，保证膝关节的灵活性。进一步的，所述连杆组件包括与四连杆机构转动连接的连接活塞连杆和与所述活塞连杆转动连接的活塞直杆，所述活塞直杆与所述活塞固定连接，位于所述气腔室部分的活塞直杆周圈设置有密封件。通过采用上述技术方案，活塞连杆与四连杆机构转动连接配合四连杆机构动作，并将力传送给活塞直杆，使活塞直杆在气腔室内做往复运动。进一步的，所述检测元件设置为磁铁，所述磁铁嵌设在所述活塞内，所述感应元件设置有干簧管。通过采用上述技术方案，将磁铁作为检测元件，在人体移动过程中，磁铁会随着活塞做往复运动，将干簧管作为感应元件与磁铁配合，通过检测干簧管的开闭频率来实现检测人体的步速。进一步的，所述调节装置包括受控于控制器动作的电机和与电机配合的推动件，所述推动件带动节流阀与连通孔滑移，以调节对气体的阻尼。通过采用上述技术方案，电机接收到控制器输出的控制信号时，电机带动推动件动作以控制节流阀堵塞连通孔的面积，实现调节阻尼的效果。进一步的，所述推动件设置为偏心凸轮，所述偏心凸轮的转轴受控于电机转动。通过采用上述技术方案，采用偏心凸轮作为推动件，利用凸轮结构推动节流阀控制连通孔的通气量的大小。进一步的，所述偏心凸轮与电机之间设置有变速箱。通过采用上述技术方案，由于电机的转速较快，因此设置变速箱以减弱电机的转速，实现精确控制。进一步的，所述节流阀包括呈阶梯状的针阀、套设在针阀上的且与通气孔的外壁抵触的针阀弹簧以及固定设置在针阀若干阶梯的外壁的密封圈。通过采用上述技术方案，密封圈实现密封效果，将针阀设置为阶梯状实现调节通气流量的大小更精准。综上所述，本专利技术具有以下有益效果：通过连接件与大腿假肢固定连接，当人行走时，由膝关节模拟装置模拟人体膝关节行走的动作过程，并且将力传递给气压阻尼装置，气压阻尼装置上设置有活塞，并且在活塞上设置有检测人体当前步速的检测元件；人体在行走时活塞会随着膝关节的受力做往复运动，因为可以通过感应元件感应检测元件的当前位置或者往复的频率来感应当前的步速，在将控制信号输出至控制器，由控制器控制调节装置实现调节节流阀对空气的阻尼。附图说明图1是膝关节结构示意图；图2是膝关节后视图；图3是图2的A-A剖视图；图4是图3的B部放大图；图5是图2的C-C剖视图。图中，1、连接件；21、气腔室；211、上腔室；212、下腔室；22、连杆组件；221、活塞连杆；222、活塞直杆；23、密封件；24、气体回路；241、连通孔；25、节流阀；251、针阀；252、针阀弹簧；253、密封圈；26、活塞；27、弹簧；3、膝关节模拟装置；41、电机；42、变速箱；43、偏心凸轮；51、磁铁；52、干簧管；53、电路板。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。实施例，一种智能仿生膝关节，参照图1至图5所示，该智能仿生膝关节用于连接在大腿假肢和小腿假肢之间，其包括与大腿假肢固定连接的连接件1、固定设置在连接件1下方用于模拟人体假肢的膝关节模拟装置3、与膝关节模拟装置3配合工作的气压阻尼装置、用于检测当前移动状态的检测装置以及响应于检测装置用于调节气压阻尼的气压阻尼装置，从而实现根据人体行走步速来实时调节膝关节运动状态的效果。具体的参照图3所示，连接件1为方锥连接件1使与大腿假肢连接的更为稳定，膝关节模拟装置3为四连杆结构（如图1所示），其瞬时转动中心位置与人体膝关节相似，在支撑期瞬心偏向后上方，保证了膝关节的稳定性，在摆动期瞬心偏前下方，保证了器关节的灵活性。气体阻尼装置设置在膝关节模拟装置3的下方，其包括气腔室21、与膝关节模拟装置3连接的连杆组件22、活塞26、弹簧27以及气体回路24，其中，连杆组件22包括活塞连杆221和活塞直杆222，活塞连杆221与四连杆结构转动连接，当人体在走动时，四连杆结构会摆动，从而带动活塞连杆221转动并上下移动，活塞直杆222的一端与活塞连杆221转动连接另一端与活塞26固定连接并伸入气腔室21内，当活塞连杆221转动时，带动活塞直杆222和活塞26在气腔室21内做直线运动，活塞直杆222的周圈设置有用于密封气腔室21的密封件23，防止气腔室21内的气体泄漏；活塞26背离活塞直杆222的一端固定设置一弹簧27，该弹簧27通过轴套限位在气腔室21内并与活塞26抵接。参照图5所示，活塞26将气腔室21分为上腔室211和下腔室212，并且气腔室21的外侧设置有连通上腔室211和下腔室2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种智能仿生膝关节，用于连接在大腿假肢和小腿假肢之间，其特征在于：包括，连接件(1)，与大腿假肢固定；膝关节模拟装置(3)，设置在连接件(1)下方且与连接件(1)固定连接，用于模拟人体膝关节移动；气压阻尼装置，设置在膝关节模拟装置(3)下方且与膝关节模拟装置(3)固定，所述气压阻尼装置包括气腔室(21)、与膝关节模拟装置(3)连接的连杆组件(22)、与连杆组件(22)连接且与气腔室(21)滑移连接的活塞(26)、设置在活塞(26)背离连杆组件(22)一侧且位于气腔室(21)内的弹簧(27)以及气体回路(24)，所述活塞(26)将气腔室(21)分为上腔室(211)和下腔室(212)，所述上腔室(211)和下腔室(212)分别设置有连通孔(241)，气体回路(24)通过连通孔(241)连通上腔室(211)和下腔室(212)，所述连通孔(241)设置有节流阀(25)；调节装置，用于调节节流阀(25)对空气的阻尼大小；检测装置，包括固定设置在活塞(26)上的检测元件、用于感应检测元件当前位置的感应元件以及电性连接感应元件并输出控制信号控制调节装置的控制器。

【技术特征摘要】
1.一种智能仿生膝关节，用于连接在大腿假肢和小腿假肢之间，其特征在于：包括，连接件(1)，与大腿假肢固定；膝关节模拟装置(3)，设置在连接件(1)下方且与连接件(1)固定连接，用于模拟人体膝关节移动；气压阻尼装置，设置在膝关节模拟装置(3)下方且与膝关节模拟装置(3)固定，所述气压阻尼装置包括气腔室(21)、与膝关节模拟装置(3)连接的连杆组件(22)、与连杆组件(22)连接且与气腔室(21)滑移连接的活塞(26)、设置在活塞(26)背离连杆组件(22)一侧且位于气腔室(21)内的弹簧(27)以及气体回路(24)，所述活塞(26)将气腔室(21)分为上腔室(211)和下腔室(212)，所述上腔室(211)和下腔室(212)分别设置有连通孔(241)，气体回路(24)通过连通孔(241)连通上腔室(211)和下腔室(212)，所述连通孔(241)设置有节流阀(25)；调节装置，用于调节节流阀(25)对空气的阻尼大小；检测装置，包括固定设置在活塞(26)上的检测元件、用于感应检测元件当前位置的感应元件以及电性连接感应元件并输出控制信号控制调节装置的控制器。2.根据权利要求1所述的一种智能仿生膝关节，其特征在于：所述膝关节模拟装置(3)为四连杆机构。3.根据权利要求2所述的一种智能仿生膝关节，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡大伟，李锋，
申请(专利权)人：北京精博现代假肢矫形器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11