本发明专利技术公开了一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，属于假肢与矫形器技术领域。本发明专利技术包括支撑架机构、主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构和弹性脚板机构，支撑架机构位于弹性脚板机构的上方，其驱动部件是由主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构和并联弹簧机构组合而成的主被动相结合的驱动系统。本发明专利技术充分利用了串联弹性驱动机构和并联弹簧机构在行走阶段储能、释能的功能，主动驱动机构仅在行走过程中的适时阶段进行驱动，也即是电机仅在背屈阶段进行驱动，使得整个踝关节假肢具有低功耗的优点；且本发明专利技术基于人体运动生物力学研究而进行运动仿生设计的，能满足人体运动实际要求，且结构简单。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及假肢与矫形器
，更具体地说，涉及一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢。
技术介绍
当今社会，由于交通事故、疾病等原因使得膝下截肢的群体逐渐增多，而对于下肢截肢者目前最常见的补偿其行走能力缺陷的方式是轮椅、拐杖和假肢。轮椅占地面积较大，且受限于轮式机器无法到达的地方，如楼梯行走等。拐杖的使用占用了双手的功能，降低了穿戴者的身体功能。穿戴假肢可以达到人体缺失功能的代偿，且在装饰性和行走舒适性等方面具有优势。目前，踝关节假肢的种类很多，按驱动方式分类，主要有被动和主动踝关节假肢。 被动踝关节假肢是采用橡胶、碳纤维等材料制作脚板，或在机构中引入弹簧等储能器件使得脚整体具有一定弹性。被动踝关节假肢具有机构简单、重量轻、能量消耗低等优点，但由于被动踝关节假肢无动力源，存在截肢患者行走与正常肢体运动轨迹不匹配问题。主动踝关节假肢是在假肢机构中引入了电机等主动驱动器件，有单轴踝关节假肢和万向踝关节假肢，单轴踝关节假肢仅具有跖屈与背屈一个自由度，而万向踝关节假肢则能实现与人体相同的跖屈和背屈、内翻与外翻及旋转三个自由度的运动。主动踝关节假肢的主要优点是使得穿戴者的步态较自然，且能适应不同路况，但主动式踝关节假肢则由于引入了驱动单元，存在假肢系统重量大、能耗高等缺点。如中国专利申请号201010286882. 4，申请日为2010年9月19日，专利技术创造名称为仿生踝关节，该申请案提供了一种仿生踝关节，它包括脚板、踝关节座、转动轴、仿生距骨、第一杆端关节、第一屈伸杆、第二杆端关节、第二屈伸杆、电机支座、步进电机、丝杆传动机构、屈伸杆定位连接件、非线性压簧机构、齿轮座、齿轮、角度传感器、数据采集机构和数据控制机构，利用步进电机与丝杆连接带动滚子做上下运动实现关节屈伸运动，导引槽保证丝杆带动关节做旋转运动时有足够的水平移动，杆端关节可以提供多自由度的关节运动，非线性压簧机构保证踝关节在做屈伸运动时的稳定性，角度传感器提供角度变化的反馈信号，通过数据采集系统和数据控制系统来实现接近正常人体踝关节角度变化的运动规律。该申请案结构复杂，且非线性压簧机构用于保证踝关节在做屈伸运动时的稳定性，整体能耗高，有待进一步改善。
技术实现思路
专利技术要解决的技术问题 本专利技术的目的在于克服现有技术中被动踝关节假肢与主动踝关节假肢技术存在的不足，提供了一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，本专利技术将主动驱动与被动驱动相结合，基于人体运动生物力学研究设计了包含支撑架机构、主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构和弹性脚板机构的踝关节假肢，能满足人体运动要求，且具有低功耗的特点。技术方案 为达到上述目的，本专利技术提供的技术方案为 本专利技术的一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，包括支撑架机构、主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构和弹性脚板机构，所述的支撑架机构与弹性脚板机构相连接，所述的主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构固连于支撑架机构中，其中 所述的支撑架机构包括上支撑架和下支撑架，该上支撑架与下支撑架在所述的踝轴关节机构处相连；所述的主动驱动机构包括编码器、电机、减速器、主动锥齿轮套环和主动锥齿轮，上述的编码器与电机连接，所述的电机通过减速器、主动锥齿轮轴与主动锥齿轮相连，所述的减速器下方设置有主动锥齿轮套环，该主动锥齿轮套环与上支撑架相固连；所述 的踝轴关节机构包括从动锥齿轮、踝轴和踝轴轴承，所述的踝轴轴承与上支撑架、下支撑架相连，所述的从动锥齿轮与踝轴相固连，该从动锥齿轮与上述的主动锥齿轮相啮合；所述的串联弹性驱动机构包括曲柄、串联弹簧连杆、跖屈弹簧、串联弹簧导套、第一摇块、第一摇块轴承、背屈弹簧、串联弹簧导杆和弹簧压缩板，所述的曲柄一端与上述的踝轴相固连，曲柄另一端与串联弹簧连杆相铰接，所述的串联弹簧导杆一端连接串联弹簧连杆，另一端固连有弹簧压缩板，该串联弹簧导杆中部设置有第一摇块，所述的第一摇块一侧的串联弹簧导杆上串接有跖屈弹簧和串联弹簧导套，所述的第一摇块另一侧的串联弹簧导杆两侧面设置有两个背屈弹簧，该背屈弹簧通过各自的弹簧导杆安装于第一摇块和弹簧压缩板之间，所述的第一摇块通过第一摇块轴、第一摇块轴承与下支撑架相连；所述的并联弹簧机构包括并联弹簧连杆、并联弹簧、并联弹簧导套、第二摇块、并联弹簧导杆和第二摇块轴承，所述的第二摇块上并列固连有两并联弹簧导杆，该并联弹簧导杆上套设有并联弹簧导套和并联弹簧，所述的并联弹簧导杆下端与并联弹簧连杆相连接，所述的并联弹簧连杆与下支撑架相固连，所述的第二摇块通过第二摇块轴、第二摇块轴承与上支撑架相连；所述的弹性脚板机构包括下脚板和上脚板，所述的下脚板和上脚板相固连。更进一步地，还包括压力传感器，所述的下脚板和上脚板通过螺钉固连组成脚板，该下脚板和上脚板的材质为碳纤维材料，整个脚板的前部与脚跟处内嵌有压力传感器。更进一步地，所述的主动驱动机构竖直设置，所述的踝轴关节机构水平设置，上述的电机、减速器、主动锥齿轮套环、主动锥齿轮的中轴线与从动锥齿轮、踝轴、踝轴轴承的中轴线相垂直。有益效果 采用本专利技术提供的技术方案，与已有的公知技术相比，具有如下显著效果 (1)本专利技术的一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，其驱动部件是由主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构和并联弹簧机构组合而成的主被动相结合的驱动系统，充分利用了串联弹性驱动机构和并联弹簧机构在行走阶段储能、释能的功能，主动驱动机构仅在行走过程中的适时阶段进行驱动，也即是电机仅在背屈阶段进行驱动，本专利技术的踝关节假肢充分利用了储能器件的优点使得整个踝关节假肢具有低功耗的优点； (2)本专利技术的一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，该假肢结构是基于人体运动生物力学研究而进行运动仿生设计的，能满足人体运动实际要求，且结构简单。附图说明图1是本专利技术的一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢的结构示意 图2是本专利技术中主动驱动机构的结构示意 图3是本专利技术中踝轴关节机构的结构示意 图4是本专利技术中串联弹性驱动机构的结构示意 图5是本专利技术中并联弹簧机构的结构示意图。 不意图中的标号说明 101、上支撑架；102、下支撑架；201、下脚板；202、上脚板；3、电机；4、减速器；5、主动锥齿轮套环；6、主动锥齿轮；7、从动锥齿轮；8、踝轴；9、踝轴轴承；10、曲柄；11、串联弹簧连杆；12、妬屈弹簧；13、串联弹簧导套；14、第一摇块；15、第一摇块轴承；16、背屈弹簧；17、串联弹簧导杆；18、弹簧压缩板；19、并联弹簧连杆；20、并联弹簧；21、并联弹簧导套；22、第二摇块；23、并联弹簧导杆；24、第二摇块轴承。具体实施例方式为进一步了解本专利技术的内容，结合附图和实施例对本专利技术作详细描述。实施例1 结合图1、图2、图3、图4和图5，本实施例的一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，包括支撑架机构、主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构和弹性脚板机构，支撑架机构与弹性脚板机构相连接，且支撑架机构位于弹性脚板机构的上方，主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构固连于支撑架机构中。如图1所示，支撑架机构包括上支撑架101和下支撑架102，该上支撑架101与本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，其特征在于：包括支撑架机构、主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构和弹性脚板机构，所述的支撑架机构与弹性脚板机构相连接，所述的主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构固连于支撑架机构中，其中：所述的支撑架机构包括上支撑架（101）和下支撑架（102），该上支撑架（101）与下支撑架（102）在所述的踝轴关节机构处相连；所述的主动驱动机构包括编码器、电机（3）、减速器（4）、主动锥齿轮套环（5）和主动锥齿轮（6），上述的编码器与电机（3）连接，所述的电机（3）通过减速器（4）、主动锥齿轮轴与主动锥齿轮（6）相连，所述的减速器（4）下方设置有主动锥齿轮套环（5），该主动锥齿轮套环（5）与上支撑架（101）相固连；所述的踝轴关节机构包括从动锥齿轮（7）、踝轴（8）和踝轴轴承（9），所述的踝轴轴承（9）与上支撑架（101）、下支撑架（102）相连，所述的从动锥齿轮（7）与踝轴（8）相固连，该从动锥齿轮（7）与上述的主动锥齿轮（6）相啮合；所述的串联弹性驱动机构包括曲柄（10）、串联弹簧连杆（11）、跖屈弹簧（12）、串联弹簧导套（13）、第一摇块（14）、第一摇块轴承（15）、背屈弹簧（16）、串联弹簧导杆（17）和弹簧压缩板（18），所述的曲柄（10）一端与上述的踝轴（8）相固连，曲柄（10）另一端与串联弹簧连杆（11）相铰接，所述的串联弹簧导杆（17）一端连接串联弹簧连杆（11），另一端固连有弹簧压缩板（18），该串联弹簧导杆（17）中部设置有第一摇块（14），所述的第一摇块（14）一侧的串联弹簧导杆（17）上串接有跖屈弹簧（12）和串联弹簧导套（13），所述的第一摇块（14）另一侧的串联弹簧导杆（17）两侧面设置有两个背屈弹簧（16），该背屈弹簧（16）通过各自的弹簧导杆安装于第一摇块（14）和弹簧压缩板（18）之间，所述的第一摇块（14）通过第一摇块轴、第一摇块轴承（15）与下支撑架（102）相连；所述的并联弹簧机构包括并联弹簧连杆（19）、并联弹簧（20）、并联弹簧导套（21）、第二摇块（22）、并联弹簧导杆（23）和第二摇块轴承（24），所述的第二摇块（22）上并列固连有两并联弹簧导杆（23），该并联弹簧导杆（23）上套设有并联弹簧导套（21）和并联弹簧（20），所述的并联弹簧导杆（23）下端与并联弹簧连杆（19）相连接，所述的并联弹簧连杆（19）与下支撑架（102）相固连，所述的第二摇块（22）通过第二摇块轴、第二摇块轴承（24）与上支撑架（101）相连；所述的弹性脚板机构包括下脚板（201）和上脚板（202），所述的下脚板（201）和上脚板（202）相固连。...
【技术特征摘要】
1.一种主被动相结合的低功耗踝关节假肢，其特征在于包括支撑架机构、主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构和弹性脚板机构，所述的支撑架机构与弹性脚板机构相连接，所述的主动驱动机构、踝轴关节机构、串联弹性驱动机构、并联弹簧机构固连于支撑架机构中，其中所述的支撑架机构包括上支撑架(101)和下支撑架(102)，该上支撑架(101)与下支撑架(102)在所述的踝轴关节机构处相连；所述的主动驱动机构包括编码器、电机(3)、减速器(4)、主动锥齿轮套环(5)和主动锥齿轮(6)，上述的编码器与电机(3)连接，所述的电机(3)通过减速器(4)、主动锥齿轮轴与主动锥齿轮(6)相连,所述的减速器(4)下方设置有主动锥齿轮套环(5),该主动锥齿轮套环(5)与上支撑架(101)相固连；所述的踝轴关节机构包括从动锥齿轮(7)、踝轴(8)和踝轴轴承(9)，所述的踝轴轴承 (9 )与上支撑架(101)、下支撑架(102 )相连，所述的从动锥齿轮(7 )与踝轴(8 )相固连，该从动锥齿轮(7)与上述的主动锥齿轮(6)相啮合；所述的串联弹性驱动机构包括曲柄(10)、串联弹簧连杆(11)、跖屈弹簧(12)、串联弹簧导套(13)、第一摇块(14)、第一摇块轴承(15)、背屈弹簧(16)、串联弹簧导杆(17)和弹簧压缩板(18)，所述的曲柄(10)—端与上述的踝轴(8)相固连，曲柄(10)另一端与串联弹簧连杆(11)相铰接，所述的串联弹簧导杆(17) —端连接串联弹簧连杆(11)，另一端固连有弹簧压缩板(18),该串联弹簧导杆(17)中部设置有第一摇块(14),所述的第一摇块(14) 一侧的串联弹簧导杆(1...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩亚丽，朱松青，高海涛，许有熊，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。