一种模块化动力假肢制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化动力假肢，包括关节电机驱动模块、膝关节传动减速模块、控制器模块、踝关节传动减速模块，脚足模块和接受腔连接件模块；关节电机驱动模块包括第一关节电机驱动模块和第二关节电机驱动模块，第一关节驱动模块与膝关节传动减速模块连接组成膝驱动关节，第二关节电机驱动模块与踝关节传动减速模块连接组成踝驱动关节；接受腔连接件模块、膝驱动关节、控制器模块、踝驱动关节和脚足模块依次从上至下排列并相互连接。本发明专利技术的一种模块化动力假肢，设计紧凑，减少了动力假肢质量，能够保护相应昂贵的组件，减少假肢使用难度和后期维护成本；能够适应地形变化，有利于截肢者不平整地面行走。于截肢者不平整地面行走。于截肢者不平整地面行走。

【技术实现步骤摘要】
一种模块化动力假肢


[0001]本专利技术涉及步行辅助工具，尤其涉及一种模块化动力假肢。

技术介绍

[0002]2006年的全国人口普查显示我国现有残疾人8296万人，其中肢体残疾人数约为2412万人。其中每年大约一半多下肢截肢患者经历二次摔倒。被动假肢穿戴截肢者半数以上有跌倒恐惧，60％截肢者无法在非结构化环境行走。步态的不对称性和关节负荷增加常常导致疼痛，跌倒和其它伤害的风险的增加，严重降低了截肢患者的活动能力和生活质量。另据报道，由于肥胖症和糖尿病的发病率不断上升，预计到2050年，截肢的人数就将翻两番，因此急需智能化主动假肢的得到开发应用。
[0003]目前，传统假肢绝大多数为被动假肢，不能为截肢患者提供主动力，只能辅助截肢患者完成正常行走。传统踝关节假肢穿戴者在平坦路面行走时，消耗的能量需要比健康人多30％，而穿戴传统膝关节假肢的患者在平坦路面行走时消耗的能量则比健康人高60％，假肢侧的髋部力矩高达正常人的3倍之多。然而，现有的主动假肢多处于研发阶段，价格昂贵，如MIT研发的小腿动力假肢高达10万美元，普通截肢患者难以承担。此外，传统假肢只适应于平坦路面，但生活中，截肢患者需要面对各种不同的路况。传统假肢不具有与截肢患者动作协调的功能。这些传统假肢的局限性很大程度上限制了截肢患者的活动空间和使用体验，影响了截肢患者穿戴假肢时候的生活质量。
[0004]近年来，主动假肢的发展取得了很大的进展，例如。在提高人体运动能力、降低行走新陈代谢等方面展现了有益的结果，但仍然存在许多挑战。例如，装置往往笨重，限制了大扭矩和电池寿命；驱动结构复杂、可靠性差，元器件的可更换新差和巨额的维护成本等。这大大限制了用户充分利用主动假肢的能力，因此，现有动力假肢很难进行商业化。

技术实现思路

[0005]有鉴于现有技术的上述缺陷，本专利技术所要解决的技术问题是现有的传统假肢局限性大于人体不协调，而动力假肢价格昂贵、装置笨重、驱动结构辅助等问题。本专利技术的一种模块化动力假肢，其驱动和传动模块设计紧凑，减少了动力假肢质量；模块化的设计扩大了假肢适应不同用户群体(例如，不同体重、年龄关节需求力矩和尺寸不同，只需通过定制膝关节传动减速模块或踝关节减速模块实现)，同时能够保护相应昂贵的组件，减少假肢使用难度和后期维护成本。本专利技术有望实现动力假肢的商业化，恢复截肢患者尤其是大腿截肢患者主动行走能力，大大提高截肢患者的生活质量。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种模块化动力假肢，包括关节电机驱动模块、膝关节传动减速模块、控制器模块、踝关节传动减速模块，脚足模块和接受腔连接件模块；接受腔连接件模块、膝关节传动减速模块、控制器模块、踝关节传动减速模块和脚足模块依次从上至下排列并相互连接，关节电机驱动模块包括第一关节电机驱动模块和第二关节电机驱动模块，第一关节驱动模块与膝关节传动减速模块连接组成膝驱动关节，第二关节电机
驱动模块与踝关节传动减速模块连接组成踝驱动关节。
[0007]进一步地，控制模块分别与第一关节驱动模块和第二关节驱动模块的一端连接，并分别控制第一关节驱动模块和第二关节驱动模块运动。
[0008]进一步地，脚足模块与踝关节传动减速模块通过销轴连接，实现脚足与踝关节转动。
[0009]进一步地，接受腔连接件模块设置为两侧与膝驱动关节连接，接受腔连接件的上端设置有四棱柱连接板，用于与接受腔连接。
[0010]进一步地，第一关节驱动模块包括旋转编码器、电机右盖、电机左盖、电机定子、电机转子、编码器磁块、转子右压盖和转子左压盖，旋转编码器用于记录电机转动圈速，电机右盖和电机左盖用于压紧电机定子，转子右压盖和转子左压盖用于压紧电机转子；转子右压盖和转子左压盖通过轴承分别与电机右盖和电机左盖固定，形成旋关节。
[0011]进一步地，膝关节传动减速模块包括谐波端盖、动力输出端盖、谐波输入轴和谐波组件；谐波组件通过螺钉安装于谐波端盖上，谐波端盖通过螺钉与电机左盖连接固定，谐波输入轴设置为插入电机右盖和电机左盖中空结构中，并且通过键连接，用于传递电机扭矩。
[0012]进一步地，控制器模块包括主控制器、电机驱动器、控制器连接外壳和供电接头；控制器连接外壳的上端通过螺钉与膝驱动关节的两侧固定，控制器连接外壳的下端通过螺钉安装于电机驱动器上；供电接头通过电线与主控制器和电机驱动器连接，为主控制器和电机驱动器提供动力电源。
[0013]进一步地，踝关节传动减速模块包括第一惯性传感器、传感器连接板、模拟信号放大器、滚珠丝杆组件、丝杠螺母连接件、滑动导轨、踝关节传动减速模块外壳、弹簧、拉杆和踝关节编码器；第一惯性传感器和模拟信号放大器通过传感器连接板固定于踝关节传动减速模块外壳上；滚珠丝杆组件连接关节电机驱动模块，提供动力输出，并通过丝杠螺母和丝杠螺母连接件和拉杆把电机旋转运动传递给踝关节；滑动导轨用于抵消拉杆对滚珠丝杠组件的径向力或力矩，滑动导轨包括滑块和导轨，滑块通过丝杠螺母连接件连接丝杠螺母，导轨被螺钉固定在踝关节传动减速模块外壳上；弹簧用于提高踝关节柔顺性，弹簧的一端通过螺钉锁紧在丝杠螺母连接件上，另一端悬空；踝关节编码器固定于踝关节传动减速模块外壳上，编码器磁铁固定于脚足模块的踝关节连接块上，用于测量踝关节转角；拉杆的一端与丝杠螺母连接件连接，另一端与踝关节连接块连接。
[0014]进一步地，脚足模块包括第二惯性传感器、踝关节连接块、销轴、六维力传感器、脚板垫块以及脚板；脚足模块上的第二惯性传感器和六维力传感器配合使用，用于测量脚姿态和足底与底面的交互力；六维力传感器的下端通过螺钉与脚板垫块连接，上端通过螺钉连接踝关节连接块，惯性传感器安装于脚板垫块上，脚板垫块通过螺钉连接在脚板上，销轴固定于踝关节连接块的后端，用于固定拉杆。
[0015]技术效果
[0016]本专利技术的一种模块化动力假肢，可为截肢者行走时提供膝关节和踝关节主动力，便于恢复截肢者行走对称性，可实现多种路况环境下的自然行走，有望使智能动力假肢得到正在实际应用。
[0017]本专利技术提出一种模块化动力假肢，驱动和传动模块设计紧凑，减少了动力假肢质量；模块化的设计扩大了假肢适应不同用户群体(例如，不同体重、年龄关节需求力矩和尺
寸不同，只需通过定制膝关节传动减速模块或踝关节减速模块实现)，同时能够保护相应昂贵的组件，减少假肢使用难度和后期维护成本。本专利技术的一种模块化动力假肢有望实现动力假肢的商业化，恢复截肢患者尤其是大腿截肢患者主动行走能力，大大提高截肢患者的生活质量。
[0018]以下将结合附图对本专利技术的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步说明，以充分地了解本专利技术的目的、特征和效果。
附图说明
[0019]图1是本专利技术的一个较佳实施例的一种模块化动力假肢的示意图；
[0020]图2是本专利技术的一个较佳实施例的一种模块化动力假肢的膝驱动关节的示意图；
[0021]图3是本专利技术的一个较佳实施例的一种模块化动力假肢的膝驱动关节的组成结构示意图；
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模块化动力假肢，其特征在于，包括关节电机驱动模块、膝关节传动减速模块、控制器模块、踝关节传动减速模块，脚足模块和接受腔连接件模块；所述接受腔连接件模块、所述膝关节传动减速模块、所述控制器模块、所述踝关节传动减速模块和所述脚足模块依次从上至下排列并相互连接，所述关节电机驱动模块包括第一关节电机驱动模块和第二关节电机驱动模块，所述第一关节驱动模块与所述膝关节传动减速模块连接组成膝驱动关节，所述第二关节电机驱动模块与所述踝关节传动减速模块连接组成踝驱动关节。2.如权利要求1所述的一种模块化动力假肢，其特征在于，所述控制模块分别与所述第一关节驱动模块和所述第二关节驱动模块的一端连接，并分别控制所述第一关节驱动模块和所述第二关节驱动模块运动。3.如权利要求1所述的一种模块化动力假肢，其特征在于，所述脚足模块与所述踝关节传动减速模块通过销轴连接，实现脚足与踝关节转动。4.如权利要求1所述的一种模块化动力假肢，其特征在于，所述接受腔连接件模块设置为两侧与所述膝驱动关节连接，所述接受腔连接件的上端设置有四棱柱连接板，用于与接受腔连接。5.如权利要求1所述的一种模块化动力假肢，其特征在于，所述第一关节驱动模块包括旋转编码器、电机右盖、电机左盖、电机定子、电机转子、编码器磁块、转子右压盖和转子左压盖，旋转编码器用于记录电机转动圈速，电机右盖和电机左盖用于压紧电机定子，转子右压盖和转子左压盖用于压紧电机转子；转子右压盖和转子左压盖通过轴承分别与电机右盖和电机左盖固定，形成旋关节。6.如权利要求5所述的一种模块化动力假肢，其特征在于，所述膝关节传动减速模块包括谐波端盖、动力输出端盖、谐波输入轴和谐波组件；所述谐波组件通过螺钉安装于所述谐波端盖上，谐波端盖通过螺钉与所述电机左盖连接固定，所述谐波输入轴设置为插入所述电机右盖和所述电机左盖中空结构中，并且通过键连接，用于传递电机扭矩。7.如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：张稳，徐鉴，张晓旭，方虹斌，
申请(专利权)人：复旦大学，
类型：发明
国别省市：