基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢制造技术

本发明专利技术旨在提供一种基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，包括小腿部和足部；所述的小腿部包括上壳体、上壳体连接板件、辅助跖背屈限定组件、中壳体、被动支撑及上中壳体连接件、下壳体、内外翻限定组件、被动支撑及中下壳体连接件；所述的上壳体、上壳体连接板件、辅助跖背屈限定组件、中壳体、下壳体均由硬质材料制成；所述的被动支撑及上中壳体连接件、被动支撑及中下壳体连接件均由软质材料制成。该假肢产品具有柔顺性高，自稳定、自平衡且抗冲击等特性，能够完善截肢患者的自然步态行走和提高其自身行走能量效率。

【技术实现步骤摘要】
基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢
本专利技术涉及踝足关节假肢领域，具体涉及一种基于刚柔耦合的仿生被动低能耗柔性踝足关节假肢。
技术介绍
支持人体的正常行走是下肢各关节的基本功能所在，下肢任何部位的缺失都会给截肢者的运动步态带来严重的影响。当人以较大的步行偏差姿势行走时，除了降低整体美感外，甚者更会影响人其他的正常身体机能。正因如此，下体假肢在结构的设计与生产装配过程中，应该尽量以模仿人的正常步态为首要目标。现阶段市面上大多数踝足关节假肢均为刚性设计，通病是自身重量过重，且结构复杂、成本花费高昂；为了克服这些缺点，柔性假肢的概念则被提出。柔性假肢归属于柔顺机构，柔顺机构可以理解为是一种传递能量或运动的机构，柔顺机构最大的益处在于可以简化整体装配、降低成本、减小摩擦与维护。对于传统的刚性假肢来说，其在行走时以产生弹簧的反馈响应为基础，工作原理是以牺牲人的自然行走步态为代价提供反作用力从而促使人行走。相较于刚性假肢，柔性踝足关节假肢具有的高应变性，能尽量辅助截肢者以真正的自然步态行走。因此，设计一种性能可靠的柔性踝足关节假肢具有重要意义。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，该假肢产品具有柔顺性高，自稳定、自平衡且抗冲击等特性，能够完善截肢患者的自然步态行走和提高其自身行走能量效率。本专利技术的技术方案如下：所述的基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，包括小腿部和足部；所述的小腿部包括上壳体、上壳体连接板件、辅助跖背屈限定组件、中壳体、被动支撑及上中壳体连接件、下壳体、内外翻限定组件、被动支撑及中下壳体连接件；所述的上壳体、上壳体连接板件、辅助跖背屈限定组件、中壳体、下壳体均由硬质材料制成；所述的被动支撑及上中壳体连接件、被动支撑及中下壳体连接件均由弹性材料制成；所述的上壳体的下端与上壳体连接板件的上端固定连接；所述的上壳体为梯形体结构，梯形体的坡度仿生人体胫、腓骨组成的前后轮廓设计，上壳体并排设有两块，两块上壳体分别位于人体方向的左右两侧，两块上壳体上设有相互对应的螺栓孔I，通过穿入螺栓连接；所述的上壳体连接件也对应上壳体设有两块，两块上壳体连接件上设有相互对应的螺栓孔Ⅱ，两块条形板件的上端分别与两块梯形体的下端固定连接；所述的中壳体模仿人体距骨梯度曲线结构设计，中壳体并排设有两块，分别位于人体方向的左右两侧，两块中壳体上设有相互对应的螺栓孔Ⅲ，通过穿入螺栓连接；所述的辅助跖背屈限定组件为弧形板，模仿人体距骨关节面曲线设置，辅助跖背屈限定组件设有平行的两块，分别设于两块中壳体上部，位于人体方向的左右两侧，两块辅助跖背屈限定组件之间留有间距；所述的被动支撑及上中壳体连接件的位于两块辅助跖背屈限定组件之间；所述的被动支撑及上中壳体连接件的下端从两块中壳体拼接结构的上表面伸入两块中壳体拼接结构内，并与其固定连接；所述的被动支撑及上中壳体连接件的上端从两块上壳体连接件拼接结构的下表面伸入两块上壳体连接件拼接结构内，并与其固定连接；所述的被动支撑及中下壳体连接件的下端与下壳体固定连接；所述的被动支撑及中下壳体连接件的上端从两块中壳体组成结构的下表面伸入两块中壳体拼接结构内，并与其固定连接；所述的下壳体的上表面上，位于被动支撑及中下壳体连接件连接部的前后两侧分别设有内外翻限定组件，限制中壳体前后摆动的角度；所述的下壳体与足部固定连接。所述的上壳体连接件下表面左右两侧的中部分别靠近两块辅助跖背屈限定组件的顶点，当人站立时，上壳体连接件下表面与两块辅助跖背屈限定组件的顶点接触。所述的两块上壳体上分别设有沿左右方向的通槽，所述的通槽由两条斜槽组成，两条斜条的上端相互连接，两条斜槽内分别镶嵌有被动形变连接件，所述的被动形变连接件由软质材料制成。所述的硬质材料均为碳纤维材料。所述的被动支撑及上中壳体连接件包括中部连接体I、支撑板I和连接件，所述的支撑板I设有两块，分别位于中部连接体I的前后两侧，两块支撑板I的中部通过连接件与中部连接体I的前后两侧面的中部固定连接；所述的中部连接体I和两块支撑板I的上下端分别嵌入上壳体连接件的下表面和中壳体的上表面内，与它们固定连接；所述的中部连接体I为橡胶材质，所述的支撑板I和连接件为硅胶材质。所述的被动支撑及中下壳体连接件包括中部连接体Ⅱ、支撑板Ⅱ、连接条；所述的支撑板Ⅱ设有两块，分别位于中部连接体Ⅱ的左右两侧，所述的支撑板Ⅱ的两侧边中部通过连接条连接，形成一个中空的框体结构；所述的中部连接体Ⅱ设于该框体结构内；所述的中部连接体Ⅱ和支撑板Ⅱ的上下两端分别嵌入中壳体下端面和下壳体上表面，与它们固定连接；所述的中部连接体Ⅱ为橡胶材质，所述的支撑板Ⅱ和连接条为硅胶材质。所述的足部包括踝足部定位连接组件、足弓硬质板件、硬质被动形变连接件、足跟部组件、足趾组件；所述的足弓硬质板件包括底板、脚背板和连接竖板，所述的底板模仿人体足弓部的曲面形状设计，所述的脚背板模拟人体足背的曲面形状设计；所述的底板和脚背板的前端通过连接竖板连接，底板和脚背板的后部通过硬质被动形变连接件连接；所述的足弓硬质板件的后端底部设置足跟部组件，足弓硬质板件的后端顶部设置踝足部定位连接组件，所述的踝足部定位连接组件与下壳体固定连接；所述的足趾组件设于足弓硬质板件的前端上；所述的踝足部定位连接组件、足弓硬质板件、硬质被动形变连接件、足跟部组件均为碳纤维材料制成。所述的踝足部定位连接组件包括安装座、安装槽、阻挡块，所述的安装座上表面的中部槽口处设有安装槽，安装座的上表面上位于安装槽的左右两侧分别设有阻挡块；所述的下壳体插入安装槽内，并与安装槽固定连接。所述的足趾组件包括第一足趾、第二足趾、第三足趾，所述的第一足趾对应人体大脚趾位置设置，所述的第二足趾对应人体的二趾和三趾位置设置，第三足趾对应人体的四趾和五趾位置设置，所述的第一足趾的体积大于第二足趾、第三足趾的体积；所述的第一足趾、第二足趾、第三足趾的组成结构相同，分别包括足趾弯曲固定壳体、软质连接件、足趾上部造型件、足趾中部组件、足趾底部弧形板、足趾底部被动形变连接件、足趾足弓连接件；所述的第一足趾、第二足趾、第三足趾的足趾足弓连接件依次固定设于足弓硬质板件的前端上，足趾足弓连接件的前端设有水平连接板；所述的足趾中部组件的后端与足趾弯曲固定壳体的前端固定连接；所述的足趾弯曲固定壳体为开口向后的槽形结构，足趾弯曲固定壳体的槽口套住水平连接板的前端，足趾弯曲固定壳体的槽口宽度大于水平连接板的厚度；所述的足趾弯曲固定壳体的上下两内壁上分别通过软质连接件与水平连接板的上下表面的前端固定连接；所述的足趾被动形变连接件的前部上表面设有足趾上部造型件；所述的足趾底部弧形板为模仿人体足趾底部曲线结构，所述的足趾底部弧形板的两端分别与足趾中部组件的下表面的前后部固定连接，足趾底部弧形板的上表面与足趾中部组件之间设有足趾底部被动形变连接件；所述的足趾弯本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，包括小腿部（1）和足部（2），其特征在于：/n所述的小腿部（1）包括上壳体（3）、上壳体连接板件（4）、辅助跖背屈限定组件（5）、中壳体（6）、被动支撑及上中壳体连接件（7）、下壳体（8）、内外翻限定组件（9）、被动支撑及中下壳体连接件（10）；/n所述的上壳体（3）、上壳体连接板件（4）、辅助跖背屈限定组件（5）、中壳体（6）、下壳体（8）均由硬质材料制成；/n所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）、被动支撑及中下壳体连接件（9）均由弹性材料制成；/n所述的上壳体（3）的下端与上壳体连接板件（4）的上端固定连接；所述的上壳体（3）为梯形体结构，梯形体的坡度仿生人体胫、腓骨组成的前后轮廓设计，上壳体（3）并排设有两块，两块上壳体（3）分别位于人体方向的左右两侧，两块上壳体（3）上设有相互对应的螺栓孔I（11），通过穿入螺栓连接；所述的上壳体连接件（4）也对应上壳体（3）设有两块，两块上壳体连接件（4）上设有相互对应的螺栓孔Ⅱ（12），两块条形板件的上端分别与两块梯形体的下端固定连接；/n所述的中壳体（6）模仿人体距骨梯度曲线结构设计，中壳体（6）并排设有两块，分别位于人体方向的左右两侧，两块中壳体（6）上设有相互对应的螺栓孔Ⅲ（13），通过穿入螺栓连接；所述的辅助跖背屈限定组件（5）为弧形板，模仿人体距骨关节面曲线设置，辅助跖背屈限定组件（5）设有平行的两块，分别设于两块中壳体（6）上部，位于人体方向的左右两侧，两块辅助跖背屈限定组件（5）之间留有间距；/n所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）的位于两块辅助跖背屈限定组件（5）之间；所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）的下端从两块中壳体（6）拼接结构的上表面伸入两块中壳体（6）拼接结构内，并与其固定连接；所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）的上端从两块上壳体连接件（4）拼接结构的下表面伸入两块上壳体连接件（4）拼接结构内，并与其固定连接；/n所述的被动支撑及中下壳体连接件（10）的下端与下壳体（8）固定连接；所述的被动支撑及中下壳体连接件（10）的上端从两块中壳体（6）组成结构的下表面伸入两块中壳体（6）拼接结构内，并与其固定连接；/n所述的下壳体（8）的上表面上，位于被动支撑及中下壳体连接件（10）连接部的前后两侧分别设有内外翻限定组件（9），限制中壳体（6）前后摆动的角度；所述的下壳体（8）与足部（2）固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，包括小腿部（1）和足部（2），其特征在于：
所述的小腿部（1）包括上壳体（3）、上壳体连接板件（4）、辅助跖背屈限定组件（5）、中壳体（6）、被动支撑及上中壳体连接件（7）、下壳体（8）、内外翻限定组件（9）、被动支撑及中下壳体连接件（10）；
所述的上壳体（3）、上壳体连接板件（4）、辅助跖背屈限定组件（5）、中壳体（6）、下壳体（8）均由硬质材料制成；
所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）、被动支撑及中下壳体连接件（9）均由弹性材料制成；
所述的上壳体（3）的下端与上壳体连接板件（4）的上端固定连接；所述的上壳体（3）为梯形体结构，梯形体的坡度仿生人体胫、腓骨组成的前后轮廓设计，上壳体（3）并排设有两块，两块上壳体（3）分别位于人体方向的左右两侧，两块上壳体（3）上设有相互对应的螺栓孔I（11），通过穿入螺栓连接；所述的上壳体连接件（4）也对应上壳体（3）设有两块，两块上壳体连接件（4）上设有相互对应的螺栓孔Ⅱ（12），两块条形板件的上端分别与两块梯形体的下端固定连接；
所述的中壳体（6）模仿人体距骨梯度曲线结构设计，中壳体（6）并排设有两块，分别位于人体方向的左右两侧，两块中壳体（6）上设有相互对应的螺栓孔Ⅲ（13），通过穿入螺栓连接；所述的辅助跖背屈限定组件（5）为弧形板，模仿人体距骨关节面曲线设置，辅助跖背屈限定组件（5）设有平行的两块，分别设于两块中壳体（6）上部，位于人体方向的左右两侧，两块辅助跖背屈限定组件（5）之间留有间距；
所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）的位于两块辅助跖背屈限定组件（5）之间；所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）的下端从两块中壳体（6）拼接结构的上表面伸入两块中壳体（6）拼接结构内，并与其固定连接；所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）的上端从两块上壳体连接件（4）拼接结构的下表面伸入两块上壳体连接件（4）拼接结构内，并与其固定连接；
所述的被动支撑及中下壳体连接件（10）的下端与下壳体（8）固定连接；所述的被动支撑及中下壳体连接件（10）的上端从两块中壳体（6）组成结构的下表面伸入两块中壳体（6）拼接结构内，并与其固定连接；
所述的下壳体（8）的上表面上，位于被动支撑及中下壳体连接件（10）连接部的前后两侧分别设有内外翻限定组件（9），限制中壳体（6）前后摆动的角度；所述的下壳体（8）与足部（2）固定连接。


2.如权利要求1所述的基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，其特征在于：所述的上壳体连接件（4）下表面左右两侧的中部分别靠近两块辅助跖背屈限定组件（5）的顶点，当人站立时，上壳体连接件（4）下表面与两块辅助跖背屈限定组件（5）的顶点接触。


3.如权利要求1所述的基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，其特征在于：所述的两块上壳体（3）上分别设有沿左右方向的通槽（14），所述的通槽（14）由两条斜槽组成，两条斜条的上端相互连接，两条斜槽内分别镶嵌有被动形变连接件（15），所述的被动形变连接件（15）由软质材料制成。


4.如权利要求3所述的基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，其特征在于：所述的硬质材料均为碳纤维材料。


5.如权利要求1所述的基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，其特征在于：所述的被动支撑及上中壳体连接件（7）包括中部连接体I（16）、支撑板I（17）和连接件（18），所述的支撑板I（17）设有两块，分别位于中部连接体I（16）的前后两侧，两块支撑板I（17）的中部通过连接件（18）与中部连接体I（16）的前后两侧面的中部固定连接；所述的中部连接体I（16）和两块支撑板I（17）的上下端分别嵌入上壳体连接件（4）的下表面和中壳体（6）的上表面内，与它们固定连接；
所述的中部连接体I（16）为橡胶材质，所述的支撑板I（17）和连接件（18）为硅胶材质。


6.如权利要求1所述的基于刚柔耦合的仿生被动柔性低能耗踝足关节假肢，其特征在于：所述的被动支撑及中下壳体连接件（10）包括中部连接体Ⅱ（19）、支撑板Ⅱ（20）、连接条（21）；所述的支撑板Ⅱ（20）设有两块，分别位于中部连接体Ⅱ（...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雷，靳剑桥，王坤阳，钱志辉，修豪华，梁威，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22