一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元及其调节方法技术

本发明专利技术提出了一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元及其调节方法，属于医疗器械技术领域。解决了现有的前臂假肢接受腔大多注重保证假肢力与运动的传递性能，对患者前臂因长期受压迫而造成的安全问题考虑较少，因此可能导致假肢佩戴处肌肉水泡、疼痛等问题。该变刚度单元安装在假肢接受腔中并与人体肌肉接触，可以方便、可靠、精确地实现软硬切换，在截肢患者需要放松休息时，可以主动调低单元的刚度，从而减小假肢对肌肉的压迫，提升舒适度；在截肢患者需要用力、进行一系列动作时，可以主动调高单元的刚度，从而满足力和位移的精确传递特性。特性。特性。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元及其调节方法


[0001]本专利技术属于医疗器械
，特别是涉及一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元。

技术介绍

[0002]随着交通和工作环境中出现的安全事故逐年累加，肢体残疾患者总数也在逐年增加，患者对假肢的需求也越来越大。作为假肢与残肢之间的界面，接受腔的性能直接影响到假肢功能的实现以及患者是否持续使用的选择。
[0003]现有的前臂假肢接受腔大多注重保证假肢力与运动的传递性能，对患者前臂因长期受压迫而造成的安全问题考虑较少，因此可能导致假肢佩戴处肌肉水泡、疼痛等问题。可见，在舒适度上的研究是假肢质量提升的另一个突破点，在力和运动传递精确的基础上，患者的舒适度成为了假肢设计的另一大要求。所以，保证假肢力与运动高效的传递的前提下提升假肢的舒适性，有着较大的实际意义。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术旨在提出一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元及其调节方法，以解决现有的前臂假肢接受腔大多注重保证假肢力与运动的传递性能，对患者前臂因长期受压迫而造成的安全问题考虑较少，因此可能导致假肢佩戴处肌肉水泡、疼痛等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，包括单元底板、螺杆、前行程开关、单元顶板、减速电机、拉簧、杠杆片、后行程开关、滑动机构和螺母；
[0006]所述杠杆片和滑动机构组成杠杆结构，所述杠杆片前端折起部分固定于单元顶板的槽中，杠杆片后端连接拉簧，所述拉簧另一端与单元底板连接，所述减速电机固定在单元底板上，且与螺杆相连，将滑动机构固定在螺母上，使其在减速电机的驱动下沿单元底板上的滑槽作直线运动，进而改变杠杆结构中支点的作用位置，使得支点两侧力臂长度发生变化，实现输出刚度的变化；在滑动机构的运动行程前后端分别设置有前行程开关和后行程开关，使其在运动到行程两端时触发行程开关，实现断电，令滑动机构停止运动。
[0007]更进一步的，所述螺杆由轴套支承，所述轴套固定在单元底板。
[0008]更进一步的，螺母的一平面紧贴单元底板，用于限制螺母的旋转。
[0009]更进一步的，所述单元底板与单元顶板之间由四个限位销连接，并可以在底板1的限位孔中滑动，改变两者之间的距离。
[0010]更进一步的，所述前行程开关与后行程开关采用铜制造。
[0011]更进一步的，所述减速电机中加入编码器，实现对滑动机构和螺母前后位置的反馈控制。
[0012]更进一步的，所述可用于假肢人机物理界面的变刚度单元能够达到0.7N/mm到
2.8N/mm范围的输出刚度变化，符合人体肌肉生物力学。
[0013]一种所述的可用于假肢人机物理界面的变刚度单元的调节方法，当滑动机构停止在某位置时，压动单元顶板，杠杆片前端与单元顶板的连接处受向下的力，此时杠杆片的另一端拉簧受拉，提供向下的拉力，杠杆片达到受力平衡；若启动减速电机正转，使滑动机构向拉簧端运动，拉簧与支点间力臂变短，杠杆片前端与支点间力臂变长，此时仅需较小的力就可以压动单元顶板实现单元顶板较大的行程变化，表现为变刚度单元的输出刚度减小；反之，启动减速电机反转，使滑动机构向前端运动，拉簧与支点间力臂变长，杠杆片前端与支点间力臂变短，此时需较大的力才能压动单元顶板实现单元顶板较小的行程变化，表现为变刚度单元的输出刚度增大。
[0014]一种应用可用于假肢人机物理界面的变刚度单元的假肢，包括假肢接受腔和若干变刚度单元，若干变刚度单元安装在假肢接受腔内，且与人体前臂接触。
[0015]更进一步的，所述单元底板固定于假肢接受腔内，单元顶板与人体前臂的皮肤接触。
[0016]与现有技术相比，本专利技术所述的一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元及其调节方法的有益效果是：
[0017](1)该变刚度单元可以实现较高精度的大范围输出刚度变化。如图3所示，单元安装在假肢接受腔中并与人体肌肉接触，可以方便、可靠、精确地实现软硬切换，在截肢患者需要放松休息时，可以主动调低单元的刚度，从而减小假肢对肌肉的压迫，提升舒适度；在截肢患者需要用力、进行一系列动作时，可以主动调高单元的刚度，从而满足力和位移的精确传递特性。
[0018](2)该变刚度单元可以达到0.7N/mm到2.8N/mm范围的输出刚度变化，符合人体肌肉生物力学，可以实现假肢舒适性和力传递的精确性的要求。
[0019](3)该变刚度单元操作简便，仅需控制单个减速电机的转动，即可精确调节单元输出刚度的变化。
[0020](4)因不同假肢使用者的痛阈、手臂形态有一定的区别，因此不同患者对单元力的需求也有所不同。该变刚度单元的输出刚度值可以连续变化，以适应不同患者的使用需求，通用性强。
[0021](5)该变刚度单元设计紧凑，最大程度上减小了单元体积，应用于假肢手接受腔中可以减小假肢整体体积，避免了假肢过于笨重的问题。
附图说明
[0022]构成本专利技术的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0023]图1为本专利技术所述的一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元的结构示意图；
[0024]图2为本专利技术所述的一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元的剖面图；
[0025]图3为本专利技术所述的应用可用于假肢人机物理界面的变刚度单元的假肢的剖面图；
[0026]图中：1
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单元底板，2
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轴套，3
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螺杆，4
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前行程开关，5
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限位销，6
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单元顶板，7
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减速电机，8
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拉簧，9
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杠杆片，10
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后行程开关，11
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滑动机构，12
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螺母，13
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人体前臂，14
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变刚度
单元，15
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假肢接受腔。
具体实施方式
[0027]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地阐述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本专利技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。
[0028]一、具体实施方式一，参见图1
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3说明本实施方式，一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，包括单元底板1、螺杆3、前行程开关4、单元顶板6、减速电机7、拉簧8、杠杆片9、后行程开关10、滑动机构11和螺母12；
[0029]所述杠杆片9和滑动机构11组成杠杆结构，所述杠杆片9前端折起部分固定于单元顶板6的槽中，杠杆片9后端连接拉簧8，所述拉簧8另一端与单元底板1连接，所述减速电机7固定在单元底板1上，且与螺杆3相连，将滑动机构11固定在螺母本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，其特征在于：包括单元底板(1)、螺杆(3)、前行程开关(4)、单元顶板(6)、减速电机(7)、拉簧(8)、杠杆片(9)、后行程开关(10)、滑动机构(11)和螺母(12)；所述杠杆片(9)和滑动机构(11)组成杠杆结构，所述杠杆片(9)前端折起部分固定于单元顶板(6)的槽中，杠杆片(9)后端连接拉簧(8)，所述拉簧(8)另一端与单元底板(1)连接，所述减速电机(7)固定在单元底板(1)上，且与螺杆(3)相连，将滑动机构(11)固定在螺母(12)上，使其在减速电机(7)的驱动下沿底板1上的滑槽作直线运动，进而改变杠杆结构中支点的作用位置，使得支点两侧力臂长度发生变化，实现输出刚度的变化；在滑动机构(11)的运动行程前后端分别设置有前行程开关(4)和后行程开关(10)，使其在运动到行程两端时触发行程开关，实现断电，令滑动机构(11)停止运动。2.根据权利要求1所述的可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，其特征在于：所述螺杆(3)由轴套(2)支承，所述轴套(2)固定在单元底板(1)。3.根据权利要求1所述的可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，其特征在于：螺母(12)的一平面紧贴单元底板(1)，用于限制螺母(12)的旋转。4.根据权利要求1所述的可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，其特征在于：所述单元底板(1)与单元顶板(6)之间由四个限位销(5)连接，并可以在单元底板(1)的限位孔中滑动，改变两者之间的距离。5.根据权利要求1所述的可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，其特征在于：所述前行程开关(4)与后行程开关(10)采用铜制造。6.根据权利要求1所述的可用于假肢人机物理界面的变刚度单元，其特征在于：所述减速电机(7)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姜力，周泽轩，胡雅雯，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：