一种具有人体横向足弓特征的一体式假肢脚板制造技术

一种具有人体横向足弓特征的一体式假肢脚板属人工假肢制造技术领域，本发明专利技术中一体式碳纤脚掌曲板中的后平板、后过渡板、中圆弧板、中过渡板和前平板顺序圆滑连接；连接件中四棱台经平台固接于主体后部上面；连接件和脚掌曲板上下固接；本发明专利技术结合人脚横向足弓特征步态触地周期中足底压力中心变化规律，能提高假肢脚板刚度，减轻整体重量；结合人体足部横向足弓三维曲率特征单块曲板的设计，便于拆装的同时降低制造成本，并使脚板各个部位刚度分布存在区别，能够动态适应行走过程中足底压力的变化所需的不同刚度；脚板不同位置具有不同的曲率与厚度，在满足假肢脚板刚度需求的同时并能极大减轻假肢脚板重量，提高脚板的舒适程度与稳定性。稳定性。稳定性。

【技术实现步骤摘要】
一种具有人体横向足弓特征的一体式假肢脚板


[0001]本专利技术属人工假肢制造
，具体涉及一种具有人体横向足弓特征的一体式假肢脚板。

技术介绍

[0002]目前在我国，截止到2010年末，残疾人口高达8501万人，其中包括肢体残疾者2472万人。截肢不仅给患者本人、家庭带来了负担，还在很大程度上影响了患者的心理状态与人际关系。假肢可以在一定程度上代替肢体的运动功能，是目前帮助截肢患者提高行动能力和融入社会生活的最佳手段。假肢脚板是用来替代人体足踝系统机能的部件，是假肢的主要组成部分，其性能的优劣直接影响到假肢整体功能的发挥。此前，假肢脚板的设计以参考人体足部纵向足弓特征为主，以增加假肢脚板储能能力和整体弹性，并减小脚板着地时的冲击。现有技术中通常使用碳纤维复合材料进行假肢脚板的制造。碳纤维复合材料具备一定的方向性，使碳纤维假肢脚板在纵弓方向上具有更高的刚度，但在横弓方向上的刚度存在缺陷，且横向平直的均厚假肢脚板在支撑期间对于不同步态的动态响应较差，冲击力传递给残肢端，导致假肢的舒适度与稳定性受到影响。相关研究表明，人体足部的横向足弓特征能够有效提高脚板的整体刚度，在不同的运动状态中都扮演至关重要的角色。因此有必要结合人体足部横向足弓的曲率变化特征，设计一种新型的横弓假肢脚板，能够提高假肢脚板的整体刚度的同时有效减轻脚板重量；有效提高假肢在不同路况下的稳定性与舒适度。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对现有碳纤维假肢脚板的不足，提供一种结合人脚横向足弓特征和步态周期足底压力变化规律的一体式假肢脚板，通过将人体足部足弓三维曲率特征结合进横向平直的碳纤维假肢脚板设计中，实现在满足假肢脚板刚度需求的同时并能够极大减轻假肢脚板重量，使患者穿戴体验更加舒适；脚板采用一体式曲板设计，将足部前掌和足部后跟设计成一块曲板，其兼具前掌和后跟的功能，且具有后跟到前掌的纵向足弓和横向足弓特征，极大地简化了拆装的过程且降低了制造成本。
[0004]本专利技术的一种具有人体横向足弓特征的一体式假肢脚板，由脚掌曲板A、连接件B、螺栓组Ⅰ1、螺栓组Ⅱ2、螺栓组Ⅲ3、螺栓组Ⅳ4组成，其中所述的脚掌曲板A为碳纤维复合板，由后平板5a、后过渡板5b、中圆弧板5c、中过渡板5d和前平板5e组成，其中后平板5a、后过渡板5b、中圆弧板5c、中过渡板5d和前平板5e自后至前顺序圆滑连接为一体。
[0005]所述的连接件B的材料为铝合金，由四棱台6a、平台6b和主体6c组成，四棱台6a经平台6b固接于主体6c的后部上面；后平板5a和前平板5e为折线，折线由高度差为2mm的两段直线通过圆弧过渡连接而成；后过渡板5b和中过渡板5d的形状由上凸圆弧平滑过渡至平直，其圆弧半径为20
‑
25毫米，圆心角为80
°‑
85
°
,曲率由大变小；中圆弧板5c的横向曲线参考人体足部横弓曲线设计,前后向通过圆弧平滑过渡连接。
[0006]所述的脚掌曲板A在前后方向上整体由脚掌纵向曲线C、外侧纵向曲线D和内侧纵向曲线E确定，脚掌纵向曲线C由纵曲线Ⅰ5j、纵曲线Ⅱ5k和纵向线Ⅲ5l组成，纵曲线Ⅰ5j为一段下凹的圆弧，其圆弧半径为60
‑
70毫米，圆心角为43
°‑
45
°
；纵曲线Ⅱ5k为一段上凸的圆弧，其圆弧半径为50
‑
60毫米，圆心角为74
°‑
76
°
，纵曲线Ⅰ5j和纵曲线Ⅱ5k自后向前依次平滑相切连接；纵曲线Ⅲ5l为下凹的圆弧，其圆弧半径为100
‑
110毫米，圆心角为40
°‑
42
°
，纵曲线Ⅱ5k和纵曲线Ⅲ5l自后向前依次平滑相切连接。
[0007]所述外侧纵向曲线D和内侧纵向曲线E的形状均按人体纵向足弓基本形状绘制，内侧曲率大，外侧曲率小。
[0008]外侧纵向曲线D的数学表达式为：y＝
‑
0.0015x3+0.3313x2‑
3.5641x；
[0009]内侧纵向曲线E的数学表达式为：y＝
‑
0.0025x3+0.5492x2‑
9.6027x。
[0010]连接件B和脚掌曲板A上下排列，并经螺栓组Ⅰ1、螺栓组Ⅱ2、螺栓组Ⅲ3和螺栓组Ⅳ4固接。
[0011]连接件B中主体6c底面与脚掌曲板A的后过渡板5b、中圆弧板5c和中过渡板5d圆弧曲面尺寸相同。
[0012]主体6c中部设有减重孔组6g的3个椭圆孔，椭圆的短轴为2
‑
8毫米，椭圆的长轴为9
‑
30毫米。
[0013]主体6c底面为人体足部横弓曲线设计的曲面，与脚掌曲板A上表面贴合。
[0014]所述脚掌曲板A的后过渡板5b上设有后孔5i，中圆弧板5c上设有中孔Ⅱ5h和中孔Ⅰ5g，中过渡板5d上设有前孔5f；所述连接件B的主体6c底端设有前孔Ⅱ6d、中孔Ⅲ6e、中孔Ⅳ6f和后孔Ⅱ6h。
[0015]连接件B的后孔Ⅱ6h、中孔Ⅲ6e、中孔Ⅳ6f、前孔Ⅱ6d分别顺序与脚掌曲板A的后孔Ⅰ5i、中孔Ⅱ5h、中孔Ⅰ5g、前孔Ⅰ5f上下对应。
[0016]在一个完整的步态周期中，足底压力中心在后跟着地开始，从后跟逐渐前移至前脚掌外侧，在足部完全着地的过程中再转移至前脚掌内侧，不同阶段中人体足部所受的足底压力不统一，因此脚板不同部位承受压力所需的刚度大小也不同。因此本专利技术假肢脚板的内外侧脚板纵向足弓曲线存在差异，即外侧纵向曲线D曲率更小，受力时变形量更大，便于脚板适应各种路况的同时吸收脚板触地时产生的冲击力，起到缓冲和储能的作用，提高穿戴者在行走过程中的舒适度；内侧纵向曲线E曲率更大，能够为假肢脚板提供更大的刚度，为行走过程提供更好的支撑推进作用。在一个步态周期的脚板触地过程中，人体重心首先落在脚掌曲板A的后平板5a上，再从后平板5a逐渐转移至前平板5e的外侧纵向曲线D上；随后冲击力再从前平板5e的外侧纵向曲线D转移至前平板5e的内侧纵向曲线E上。
[0017]本专利技术的有益效果在于：
[0018]1.本专利技术将人体横向足弓特征与人体纵向足弓特征相结合融入假肢脚板的设计，将传统的横向平直碳纤维板改进成具备横弓特征的横向弯曲碳纤维板，能够提供患者在各种路况下行走所需刚度的同时有效减小假肢脚板的重量；脚掌整体采用一体式曲板设计，使用简单碳纤曲板作为假肢脚板主体，将常规假肢脚板的前掌与后跟结合设计成一块曲板，使脚板同时具备前掌和后跟的功能，极大的简化了拆装难度并降低制造的成本与难度。
[0019]2.本专利技术通过参考足底压力中心变化规律，对假肢脚板的脚掌进行设计，通过脚板内外侧纵弓曲线曲率不同使各个部位的刚度分布不均匀，脚板内侧曲率较大，刚度更大；
脚板内侧曲率较小，刚度小；不同曲率的设计使假肢脚板能够在步态周期中的不同行走阶段都能够满足刚度与舒适度需求。
附图说明
[0020]图1为一体式横弓假肢脚板本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有人体横向足弓特征的一体式假肢脚板，其特征在于：由脚掌曲板(A)、连接件(B)、螺栓组Ⅰ(1)、螺栓组Ⅱ(2)、螺栓组Ⅲ(3)、螺栓组Ⅳ(4)组成，其中所述的脚掌曲板(A)由后平板(5a)、后过渡板(5b)、中圆弧板(5c)、中过渡板(5d)和前平板(5e)组成，其中后平板(5a)、后过渡板(5b)、中圆弧板(5c)、中过渡板(5d)和前平板(5e)自后至前顺序圆滑连接为一体；所述的连接件(B)由四棱台(6a)、平台(6b)和主体(6c)组成，四棱台(6a)经平台(6b)固接于主体(6c)的后部上面；后平板(5a)和前平板(5e)为折线，折线由高度差为2mm的两段直线通过圆弧过渡连接而成；后过渡板(5b)和中过渡板(5d)的形状由上凸圆弧平滑过渡至平直，其圆弧半径为20
‑
25毫米，圆心角为80
°‑
85
°
,曲率由大变小；中圆弧板(5c)的横向曲线参考人体足部横弓曲线设计,前后向通过圆弧平滑过渡连接；所述的脚掌曲板(A)在前后方向上整体由脚掌纵向曲线(C)、外侧纵向曲线(D)和内侧纵向曲线(E)确定，脚掌纵向曲线(C)由纵曲线Ⅰ(5j)、纵曲线Ⅱ(5k)和纵向线Ⅲ(5l)组成，纵曲线Ⅰ(5j)为一段下凹的圆弧，其圆弧半径为60
‑
70毫米，圆心角为43
°‑
45
°
；纵曲线Ⅱ(5k)为一段上凸的圆弧，其圆弧半径为50
‑
60毫米，圆心角为74
°‑
76
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，纵曲线Ⅰ(5j)和纵曲线Ⅱ(5k)自后向前依次平滑相切连接；纵曲线Ⅲ(5l)为下凹的圆弧，其圆弧半径为100
‑
110毫米，圆心角...

【专利技术属性】
技术研发人员：任雷，徐箫寒，王坤阳，薛益峰，钱志辉，梁威，卢雪薇，修豪华，任露泉，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：