一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢制造技术

本实用新型专利技术公开了一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢。主动式踝关节假肢包括踝部外壳、驱动电机及控制电路、摇杆传动装置、足部弹性结构、无线传感器数据采集部分与连接部分。当电源接通使得传感器启动以及控制电路PCB板通电时，传感器开始工作，经过运算后启动驱动电机并调节其转速，通过机械传动使得摇杆进行往复摆动，继而完成整个步态周期；当电源断电时，摇杆不受来自驱动电机的驱动力，而是因为足部弹性结构受力弯曲从而进行摆动，此时其他结构均起到支撑作用。本装置适应多种地形与多种步态环境，与人体交互性良好，适用于胫骨下端截肢者群体。

【技术实现步骤摘要】
一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢
本技术属于机电一体化的
，涉及一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢，具体地，涉及通过电驱动方式调节足部假肢转动角度以满足踝部自由度的主动式踝部假肢。
技术介绍
随着时代的发展，因为车祸、战争等原因造成肢体缺失的残疾人人数正在不断上涨，而其中有70％以上都是下肢缺失，这其中膝部以下缺失更是占据大多数。日本、欧美等国家在这方面领先国内20年以上，国外产品价格昂贵且难以维修，国内产品一体成型，不便拆卸且不能很好的满足受众的需求，导致国内受众苦不堪言。胫骨下端假肢主要包括小腿，踝关节和足，国内目前市场上以被动式踝关节和碳钎维足部为主，前者不能很好的满足受众需求，导致难以长时间移动或接触面磨损等问题；后者价格昂贵，大部分受众难以支付维修或更换的费用。
技术实现思路
为了改善传统被动式踝关节的适应性、体验性差，维修率高，维修时间长等缺点，本技术通过采用主动适应的理念，机电一体化结合的方式，人体步态行进的角度、速度等各项参数，从而提供了一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢。鉴于传统踝关节的一体化损坏难以维修，本技术提供的基于电机驱动的主动式踝关节假肢采用新型结构设计，使其分为主动套件，被动套件和附加套件，套件以外壳，模块相结合的方式，达到简易更换，快速组装，实用性高的特点，方便实用。本技术提供的基于电机驱动的主动式踝关节假肢通电时为主动式，断电时为被动式，从而达到方便实用，舒适体验的目的。本技术的技术方案如下：一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢，其包括踝部外壳3、驱动电机及控制电路6、摇杆传动装置7、足部弹性结构4、无线传感器数据采集部分和连接部分1；其中，足部弹性结构4位于主动式踝关节假肢的最下方，其上设置踝部外壳3，踝部外壳3内部容纳驱动电机及控制电路6和摇杆传动装置7，踝部外壳3的上方设置连接部分1；所述的足部弹性结构4包括相互连接的L型弹性体36和C型弹性体38，构成LC型弹性体；在所述的足部弹性结构4的上表面，C型弹性体38的位置处，开设有摇杆固定凹槽35，摇杆固定凹槽35的中央开设有足部连接螺纹孔37，摇杆16通过该足部连接螺纹孔37与足部弹性结构4连接；所述的踝部外壳3用于放置驱动电机及控制电路6和摇杆传动装置7，所述的踝部外壳3包括结构相同的左侧壳体和右侧壳体，左侧壳体和右侧壳体拼接形成完整的踝部外壳3；所述的左侧壳体和右侧壳体均包括上部和下部；所述的驱动电机及控制电路6设置在踝部外壳3内部的上部，用于控制整个装置的动力，驱动电机及控制电路6包括驱动电机和控制电路PCB板8；所述的左侧壳体和右侧壳体的下部包括固定件12、摇杆套固定凸轴21、固定件固定键22、踝部固定件连接螺纹孔23和踝部摇杆圆轴固定槽24；左侧壳体和右侧壳体的下部中央各设置有一摇杆套固定凸轴21，固定件固定键22设置于壳体的内部底部，壳体的内部底部开设有踝部固定件连接螺纹孔23，壳体的内部底部中央设置有踝部摇杆圆轴固定槽24；所述的左侧壳体和右侧壳体的内部底部各设置有一固定件12，固定件12上设置有固定件固定槽32、固定件摇杆圆轴固定槽33和固定件连接螺纹孔34；固定件12与壳体采用固定件连接螺栓11通过开设于壳体底部的踝部固定件连接螺纹孔23与固定件12上的固定件连接螺纹孔34连接，固定件固定键22容纳于固定件固定槽32中，踝部固定件连接螺纹孔23与固定件摇杆圆轴固定槽33形成圆形槽，以容纳摇杆圆轴27；所述的摇杆传动装置7包括摇杆16、摇杆套15、同步带和同步带轮；摇杆套15中央设置有开孔，用于将摇杆套15套于摇杆16上；摇杆套15两侧均设置有同步带轴30和摇杆套固定孔31，摇杆套15一侧的摇杆套固定孔31与左侧壳体的摇杆套固定凸轴21相套，另一侧的摇杆套固定孔31与右侧壳体的摇杆套固定凸轴21相套；同步带轴30通过同步带、同步带轮与驱动电机相连接；所述摇杆16下方的两侧对称设置有一个摇杆圆轴27，两个摇杆圆轴27分别嵌套在两侧壳体底部中间的踝部摇杆圆轴固定槽24与相应侧的固定件12的固定件摇杆圆轴固定槽33所形成的圆形槽内，形成固定的旋转副；所述的连接部分1包括接受腔18和大腿连接伸缩带17，接受腔18下端侧壁设置有多个连接件42，连接件42上部开设有接受腔大腿连接带螺纹孔41，下端开设有踝部连接螺纹孔20；接受腔18与踝部外壳3用螺栓分别通过踝部连接螺纹孔20和接受腔连接螺纹孔9进行连接，大腿连接伸缩带17与接受腔18用大腿连接带连接螺栓19分别通过大腿连接带孔43和接受腔大腿连接带螺纹孔41相互连接；所述的无线传感器数据采集部分包括三个传感器5和一个信号接收器，三个传感器5分别安装在足部弹性结构4前部、接受腔18的外壁和大腿连接伸缩带17上，信号接收器与驱动电机及控制电路6安装在同一块控制电路PCB板8上。进一步地，所述的左侧壳体和右侧壳体的上部包括接受腔连接螺纹孔9和马达孔14，接受腔连接螺纹孔9开设在于左侧壳体和右侧壳体的前后侧壁上，马达孔14开设于壳体内部；所述的驱动电机设置于马达孔14中，控制电路PCB板8设置于踝部外壳3内部的上部，马达孔14上方。进一步地，摇杆16包括四个侧面，每个侧面上有两条固定滑槽26，前侧面设置有一条摇杆线路槽25，摇杆套15的开孔的四个内表面每个内表面上有两条固定滑键28，相应的前侧的内表面上设置有一条摇杆套线路槽29，摇杆套15的八个固定滑键28与摇杆16的八个固定滑槽26一一对应，相互嵌套。进一步地，传感器5含有3轴ICU、3轴加速度计和3轴磁力计，分别用于采集角度、速度和校准数据。基于上述的基于电机驱动的主动式踝关节假肢的行走方法，包括如下步骤：步骤1、安装电池，控制电路PCB板8通电后无线传感器5开始工作，开始采集当前的角度、速度等数据，信号接收器接受到信号以后通过降噪、放大电路将处理好的信号上传至微处理器；步骤2、微处理器接收到已处理的信号后将其与事先在储存器储存好的正常人体步态行进数据进行做差计算，通过差值大小寻找符合的步态周期阶段，通过判断当前阶段控制驱动电机转速；步骤3、驱动电机转动时，带动同步带轮转动，两个驱动电机的转速一致，两个同步带轮的转速也一致，通过同步带将电机的旋转运动传递给摇杆套15，从而进行旋转运动，摇杆套15做固定旋转的运动时，带动摇杆16做往复摆动；步骤4、足部弹性结构13与摇杆16用螺栓通过足部连接螺纹孔37相连，摇杆16绕其自身的摇杆圆轴27的定点往复摆动带动了足部弹性结构13的运动，此时踝部外壳3相对而言是固定的，故足部弹性结构13与踝部外壳3形成了一个随着小腿和大腿角度变化而变化的夹角，完成整个动作；步骤5、断开电源，即驱动电机及控制电路6停止时，整个踝部假肢的主动环节停止工作。本技术的有益效果是：1.本技术采用了稳定、效率高且可控性好的电动机驱动方式，驱动电路简单可靠，使得主动式踝部假肢平稳运行，便于在市场上进行推本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢，其特征在于，所述的基于电机驱动的主动式踝关节假肢包括踝部外壳(3)、驱动电机及控制电路(6)、摇杆传动装置(7)、足部弹性结构(4)、无线传感器数据采集部分和连接部分(1)；其中，足部弹性结构(4)位于主动式踝关节假肢的最下方，其上设置踝部外壳(3)，踝部外壳(3)内部容纳驱动电机及控制电路(6)和摇杆传动装置(7)，踝部外壳(3)的上方设置连接部分(1)；/n所述的足部弹性结构(4)包括相互连接的L型弹性体(36)和C型弹性体(38)，构成LC型弹性体；在所述的足部弹性结构(4)的上表面，C型弹性体(38)的位置处，开设有摇杆固定凹槽(35)，摇杆固定凹槽(35)的中央开设有足部连接螺纹孔(37)，摇杆(16)通过该足部连接螺纹孔(37)与足部弹性结构(4)连接；/n所述的踝部外壳(3)用于放置驱动电机及控制电路(6)和摇杆传动装置(7)，所述的踝部外壳(3)包括结构相同的左侧壳体和右侧壳体，左侧壳体和右侧壳体拼接形成完整的踝部外壳(3)；所述的左侧壳体和右侧壳体均包括上部和下部；/n所述的驱动电机及控制电路(6)设置在踝部外壳(3)内部的上部，用于控制整个装置的动力，驱动电机及控制电路(6)包括驱动电机和控制电路PCB板(8)；/n所述的左侧壳体和右侧壳体的下部包括固定件(12)、摇杆套固定凸轴(21)、固定件固定键(22)、踝部固定件连接螺纹孔(23)和踝部摇杆圆轴固定槽(24)；左侧壳体和右侧壳体的下部中央各设置有一摇杆套固定凸轴(21)，固定件固定键(22)设置于壳体的内部底部，壳体的内部底部开设有踝部固定件连接螺纹孔(23)，壳体的内部底部中央设置有踝部摇杆圆轴固定槽(24)；/n所述的左侧壳体和右侧壳体的内部底部各设置有一固定件(12)，固定件(12)上设置有固定件固定槽(32)、固定件摇杆圆轴固定槽(33)和固定件连接螺纹孔(34)；固定件(12)与壳体采用固定件连接螺栓(11)通过开设于壳体底部的踝部固定件连接螺纹孔(23)与固定件(12)上的固定件连接螺纹孔(34)连接，固定件固定键(22)容纳于固定件固定槽(32)中，踝部固定件连接螺纹孔(23)与固定件摇杆圆轴固定槽(33)形成圆形槽，以容纳摇杆圆轴(27)；/n所述的摇杆传动装置(7)包括摇杆(16)、摇杆套(15)、同步带和同步带轮；摇杆套(15)中央设置有开孔，用于将摇杆套(15)套于摇杆(16)上；摇杆套(15)两侧均设置有同步带轴(30)和摇杆套固定孔(31)，摇杆套(15)一侧的摇杆套固定孔(31)与左侧壳体的摇杆套固定凸轴(21)相套，另一侧的摇杆套固定孔(31)与右侧壳体的摇杆套固定凸轴(21)相套；同步带轴(30)通过同步带、同步带轮与驱动电机相连接；/n所述的摇杆(16)下方的两侧对称设置有一个摇杆圆轴(27)，两个摇杆圆轴(27)分别嵌套在两侧壳体底部中间的踝部摇杆圆轴固定槽(24)与相应侧的固定件(12)的固定件摇杆圆轴固定槽(33)所形成的圆形槽内，形成固定的旋转副；/n所述的连接部分(1)包括接受腔(18)和大腿连接伸缩带(17)，接受腔(18)下端侧壁设置有多个连接件(42)，连接件(42)上部开设有接受腔大腿连接带螺纹孔(41)，下端开设有踝部连接螺纹孔(20)；接受腔(18)与踝部外壳(3)用螺栓分别通过踝部连接螺纹孔(20)和接受腔连接螺纹孔(9)进行连接，大腿连接伸缩带(17)与接受腔(18)用大腿连接带连接螺栓(19)分别通过大腿连接带孔(43)和接受腔大腿连接带螺纹孔(41)相互连接；/n所述的无线传感器数据采集部分包括三个传感器(5)和一个信号接收器三个传感器(5)分别安装在足部弹性结构(4)前部、接受腔(18)的外壁和大腿连接伸缩带(17)上，信号接收器与驱动电机及控制电路(6)安装在同一块控制电路PCB板(8)上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种基于电机驱动的主动式踝关节假肢，其特征在于，所述的基于电机驱动的主动式踝关节假肢包括踝部外壳(3)、驱动电机及控制电路(6)、摇杆传动装置(7)、足部弹性结构(4)、无线传感器数据采集部分和连接部分(1)；其中，足部弹性结构(4)位于主动式踝关节假肢的最下方，其上设置踝部外壳(3)，踝部外壳(3)内部容纳驱动电机及控制电路(6)和摇杆传动装置(7)，踝部外壳(3)的上方设置连接部分(1)；
所述的足部弹性结构(4)包括相互连接的L型弹性体(36)和C型弹性体(38)，构成LC型弹性体；在所述的足部弹性结构(4)的上表面，C型弹性体(38)的位置处，开设有摇杆固定凹槽(35)，摇杆固定凹槽(35)的中央开设有足部连接螺纹孔(37)，摇杆(16)通过该足部连接螺纹孔(37)与足部弹性结构(4)连接；
所述的踝部外壳(3)用于放置驱动电机及控制电路(6)和摇杆传动装置(7)，所述的踝部外壳(3)包括结构相同的左侧壳体和右侧壳体，左侧壳体和右侧壳体拼接形成完整的踝部外壳(3)；所述的左侧壳体和右侧壳体均包括上部和下部；
所述的驱动电机及控制电路(6)设置在踝部外壳(3)内部的上部，用于控制整个装置的动力，驱动电机及控制电路(6)包括驱动电机和控制电路PCB板(8)；
所述的左侧壳体和右侧壳体的下部包括固定件(12)、摇杆套固定凸轴(21)、固定件固定键(22)、踝部固定件连接螺纹孔(23)和踝部摇杆圆轴固定槽(24)；左侧壳体和右侧壳体的下部中央各设置有一摇杆套固定凸轴(21)，固定件固定键(22)设置于壳体的内部底部，壳体的内部底部开设有踝部固定件连接螺纹孔(23)，壳体的内部底部中央设置有踝部摇杆圆轴固定槽(24)；
所述的左侧壳体和右侧壳体的内部底部各设置有一固定件(12)，固定件(12)上设置有固定件固定槽(32)、固定件摇杆圆轴固定槽(33)和固定件连接螺纹孔(34)；固定件(12)与壳体采用固定件连接螺栓(11)通过开设于壳体底部的踝部固定件连接螺纹孔(23)与固定件(12)上的固定件连接螺纹孔(34)连接，固定件固定键(22)容纳于固定件固定槽(32)中，踝部固定件连接螺纹孔(23)与固定件摇杆圆轴固定槽(33)形成圆形槽，以容纳摇杆圆轴(27)；
所述的摇杆传动装置(7)包括摇杆(16)、摇杆套(15)、同步带和同步带轮；摇杆套(15)中央设置有开孔，用于将摇杆套(15)套于摇杆(16)上；摇杆套(15)两侧均设置有同步带轴(30)和摇杆套固定孔(31)，摇杆套(15)一侧的摇杆套固定孔(31)与左侧壳体的摇杆套固定凸轴(...

【专利技术属性】
技术研发人员：狐政恺，王玥浩轩，黄子芪，孔祥伟，邱春林，
申请(专利权)人：东北大学，
类型：新型
国别省市：辽宁;21