本发明专利技术公开了一种具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假肢，包括：膝关节机构；轴承座，其两端铰接设置在所述膝关节机构上；轴承机构，其设置在所述轴承座的内部；法兰盘，其设置在所述轴承座上；电磁离合器，其支撑设置在所述法兰盘上方；螺旋槽杆；螺旋导向杆；弹簧腔；弹簧导向杆，其同轴设置在所述弹簧腔内；小腿腿管，其一端与所述膝关节机构的底部固定连接；脚板机构，其一端与所述弹簧导向杆的另一端可转动连接；踝关节上盖。在膝关节和踝关节之间设置膝踝联动机构，通过控制电磁离合器改变膝踝联动机构的长度，实现将膝关节的能量传递到踝关节，在蹬地过程中为穿戴者提供持续的蹬地力。的蹬地力。的蹬地力。
【技术实现步骤摘要】
一种具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假肢
[0001]本专利技术涉及一种具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假肢，属于假肢
技术介绍
[0002]目前膝上截肢者治疗方案多采用主动型膝关节和被动踝关节组合的方式，但被动踝关节无法像人体踝关节一样输出能量，这就使得截肢者步态不对称；要想更加接近于正常人步态，需要穿戴的下肢假肢在膝关节，踝关节处均有动力输出，然而由于电池功率密度和电机性能的限制，若要同时满足膝、踝关节的能量需求，会导致电池、电机的体积和重量有所增大，这不仅对下肢假肢的设计带来挑战，也会因为假肢重量过大，穿戴者能量消耗增加。
[0003]因此，单纯的将膝、踝关节组合起来的治疗方案在实现人体正常步态方面仍存在一定差距。目前的下肢假肢研究多集中在单独对膝关节、踝关节在结构，驱动，能量效率等方面设计或研究，但实际正常人体在行走过程中膝关节和踝关节并不是单独作用的，而是存在一定的耦合关系。有研究证明，在正常人体步态行走过程中，膝关节主要作用是吸收能量，踝关节的主要作用是释放能量，如果能将膝关节消耗的能量收集起来用于踝关节的蹬地，可能在一定程度上使假肢整体能源效率得到改善，也可能有助于膝上截肢患者步态更加自然。因此，对第一种组合治疗方案进行改进，将电驱动膝关节与被动踝关节进行组合，使用电磁离合器控制的膝踝联动装置，将主动膝关节的产生的一部分能量转移到被动踝关节，并使这部分能量在被动踝关节蹬地过程产生积极作用。
技术实现思路
[0004]本专利技术设计开发了一种具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假肢，在膝关节和踝关节之间设置膝踝联动机构，控制电磁离合器，通过螺旋槽杆和螺旋导向杆的配合，改变膝踝联动机构的长度，实现将膝关节的能量传递到踝关节，在蹬地过程中为穿戴者提供持续的蹬地力。
[0005]本专利技术提供的技术方案为：
[0006]一种具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假，包括：
[0007]膝关节机构；
[0008]轴承座，其两端铰接设置在所述膝关节机构上，能够在所述膝关节机构的带动下沿竖直方向往复运动；
[0009]轴承机构，其设置在所述轴承座的内部；
[0010]法兰盘，其设置在所述轴承座上；
[0011]电磁离合器，其支撑设置在所述法兰盘上方；
[0012]螺旋槽杆，其一端匹配设置在所述轴承机构内，并与所述法兰盘固定连接，所述螺旋槽杆沿轴向开设有螺旋槽；
[0013]螺旋导向杆，其一端同轴设置在所述螺旋槽杆内；
[0014]圆柱滑块，其一端与所述螺旋导向杆固定连接，并与所述螺旋槽间隙配合，所述圆柱滑块的一侧与所述螺旋导向槽相接触，能够带动所述螺旋槽杆转动；
[0015]弹簧腔，其一端与所述螺旋导向杆的另一端固定连接，且内部具有容纳腔；
[0016]缓冲弹簧，其设置在所述弹簧腔内，所述缓冲弹簧的一端抵靠在所述弹簧腔一端的内壁上；
[0017]弹簧导向杆，其同轴设置在所述弹簧腔内，所述弹簧导向杆的一端与所述弹簧腔底座配合，可相对直线运动；
[0018]弹簧基座，其固定设置在所弹簧导向杆的另一端，所述缓冲弹簧的另一端抵靠在所述弹簧基座的一端上；
[0019]储能弹簧，其一端抵靠在所述弹簧基座的另一端，另一端抵靠在所述弹簧腔的另一端；
[0020]小腿腿管，其一端与所述膝关节机构的底部固定连接；
[0021]脚板机构，其一端与所述弹簧导向杆的另一端可转动连接；
[0022]踝关节上盖，其可转动支撑设置在所述脚板机构上，所述小腿腿管的另一端固定设置在所述踝关节上盖的顶部；
[0023]跖屈弹簧和背屈弹簧，其两端分别固定设置在所述脚板和所述踝关节上盖上。
[0024]优选的是，所述膝关节机构包括：
[0025]支撑架；
[0026]两个直线导轨，其分别设置在所述支撑架的两侧；
[0027]支撑座，其一端固定连接所述支撑架的一端，所述支撑座的另一端固定连接所述小腿腿管；
[0028]膝关节转台，其可转动支撑设置在所述支撑架的另一端；
[0029]两个推杆，其一端分别转动连接在所述膝关节转台的两侧；
[0030]两个滑块，其匹配设置在所述直线导轨上，
[0031]丝杆螺母底座，其固定设置在所述两个滑块上，所述两个推杆的另一端分别连接所述丝杆螺母底座的两侧，所述丝杆螺母底座的两侧连接所述轴承座；
[0032]驱动电机，其支撑设置在所述支撑架的底部，所述驱动电机的输出端连接所述丝杆螺母底座；
[0033]滚珠丝杆螺母，其固定设置在所述丝杆螺母底座上；
[0034]滚珠丝杆，其匹配设置在所述滚珠丝杆螺母内，所述滚珠丝杆的一端连接所述电机的输出端。
[0035]优选的是，所述轴承机构包括：
[0036]两个推力球轴承，其间隔设置在所述螺旋槽杆上；
[0037]两个深沟球轴承，其设置在所述两个推力球轴承之间。
[0038]优选的是，所述脚板机构包括：
[0039]脚板；
[0040]踝关节托板，其设置在所述脚板上，所述弹簧导向杆的另一端转动连接所述踝关节托板的一端，所述踝关节托板的令一端开设有安装槽；
[0041]两个支撑柱，其分别垂直设置在所述踝关节托板的安装槽上；
[0042]聚氨酯底座，其匹配设置在所述安装槽内，所聚氨酯底座的两端分别开设有圆形安装孔，所述两个支撑柱分别设置在所述圆形安装孔内。
[0043]优选的是，所述踝关节上盖的两侧分别开设有转轴孔，所述踝关节上盖的顶部内壁上设置有两个弹簧槽。
[0044]优选的是，所述跖屈弹簧和所述背屈弹簧的一端分别设置在所述弹簧槽内，另一端设置正在所述圆形安装孔内。
[0045]优选的是，还包括：
[0046]关节轴承座，其一端穿过并固定设置所述踝关节托板和所述脚板上，所述关节轴承座的另一端为环形结构；
[0047]关节轴承，其设置在所述关节轴承座内，并与所述关节轴承座过盈配合；
[0048]踝关节转轴，其穿过所述转轴孔，匹配设置在所述关节轴承内。
[0049]优选的是，还包括：
[0050]四棱台，其一端固定设置在所述踝关节上盖的顶部，另一端固定连接所述小腿腿管的一端。
[0051]本专利技术所述的有益效果：
[0052]将电驱动膝关节与被动踝关节进行组合，使用电磁离合器控制的膝踝联动机构，结合中层有限状态机和底层阻抗控制方案，可实现膝、踝关节之间协同运动。在预摆动期，将主动膝关节的产生的部分能量转移到被动踝关节，并使这部分能量在被动踝关节蹬地过程产生积极作用，有利于提高人体行走步态的对称性，降低穿戴者代谢能量消耗。在摆动伸展前期，可实现踝关节的主动背屈，降低离地间隙，起到提高跨越障碍和降低摔倒风险的作用。
附图说明
[0053]图1为本专利技术所述的具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假肢，其特征在于，包括：膝关节机构；轴承座，其两端铰接设置在所述膝关节机构上，能够在所述膝关节机构的带动下往复运动；轴承机构，其设置在所述轴承座的内部；法兰盘，其设置在所述轴承座上；电磁离合器，其支撑设置在所述法兰盘上方；螺旋槽杆，其一端匹配设置在所述轴承机构内，并与所述法兰盘固定连接，所述螺旋槽杆沿轴向开设有螺旋槽；螺旋导向杆，其一端同轴设置在所述螺旋槽杆内；圆柱滑块，其一端与所述螺旋导向杆固定连接，并与所述螺旋槽间隙配合，所述圆柱滑块的一侧与所述螺旋导向槽相接触，能够带动所述螺旋槽杆转动；弹簧腔，其一端与所述螺旋导向杆的另一端固定连接，且内部具有容纳腔；缓冲弹簧，其设置在所述弹簧腔内，所述缓冲弹簧的一端抵靠在所述弹簧腔一端的内壁上；弹簧导向杆，其同轴设置在所述弹簧腔内，所述弹簧导向杆的一端与所述弹簧腔底座配合，可相对直线运动；弹簧基座，其固定设置在所弹簧导向杆的另一端，所述缓冲弹簧的另一端抵靠在所述弹簧基座的一端上；储能弹簧，其一端抵靠在所述弹簧基座的另一端，另一端抵靠在所述弹簧腔的另一端；小腿腿管，其一端与所述膝关节机构的底部固定连接；脚板机构，其一端与所述弹簧导向杆的另一端可转动连接；踝关节上盖，其可转动支撑设置在所述脚板机构上，所述小腿腿管的另一端固定设置在所述踝关节上盖的顶部；跖屈弹簧和背屈弹簧，其两端分别固定设置在所述脚板和所述踝关节上盖上。2.根据权利要求1所述的具有膝踝一体化协同运动功能的仿生智能下肢假肢，其特征在于，所述膝关节机构包括：支撑架；两个直线导轨，其分别设置在所述支撑架的两侧；支撑座，其一端固定连接所述支撑架的一端，所述支撑座的另一端固定连接所述小腿腿管；膝关节转台，其可转动支撑设置在所述支撑架的另一端；两个推杆，其一端分别转动连接在所述膝关节转台的两侧；两个滑块，其匹配设置在所述直线导轨上，丝杆螺母底座，其固定设置在所述两个滑块上，所述两个推杆的另一端分别连接所述丝杆螺母底座的...
【专利技术属性】
技术研发人员：马永新，任雷，陈魏，王旭，王坤阳，钱志辉，宋厚楠，曹宇，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：
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