迴轉式地形適應假腳踝關節的製作方法

2023-05-13 04:51:11 2

專利名稱：迴轉式地形適應假腳踝關節的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基於迴轉式微型液壓缸的假腳仿生踝關節裝置，尤其是一種 用於模擬人體踝關節運動的迴轉式微型液壓缸，以及一種可根據不同患者體重與步速調節 踝關節阻尼力，從而以最佳穩定性與靈活性來適應不同地形的踝關節阻尼調節機構。
背景技術：
據2006年第二次全國殘疾人抽樣調查結果顯示，我國肢體殘疾人數已達MOO多 萬人，其中有200多萬的截肢者。特別是近年來因車禍、工傷事故以及糖尿病、心血管病截 肢的人數還在上升，因此數量龐大的截肢者人群的康復問題對假肢技術革新提出了迫切的 要求。假腳是下肢假肢中一個非常重要的組成部分，具有與人體腳部功能相似的仿生假 腳是假腳設計的理想目標。它對人體行走的功能代償性能決定了下肢假肢的應用價值。功 能越完善、功能代償性能越強大的假腳，越能給使用者更加正常的步態和舒適感，讓使用者 恢復和正常人一樣的步行感受。當代假腳的功能已經越來越完善，可是仍然有一定的缺陷， 最突出的一個缺陷便是無法適應不同的地形。大多數假腳需要在平地上行走時才能發揮 應有的功能，而若在具有一定坡度的地形上行走時，則會造成行走不穩定，甚至導致假腳失 效。主要原因在於現在決大多數假腳不能很好的實現正常人體足部踝關節的大角度轉動與 穩定功能，導致在遇到陡坡而需要踝關節轉動角度變大時，為適應平地設計的假腳因無法 滿足這一要求而失效。現在市場上的假腳大多是通過增加腳板形變能力，或是使用彈性橡 膠來的適應地形坡度的變化，但這些方法效果相當有限。踝關節適應不同坡度路面的角度 調節需要滿足如下兩個條件(1)踝關節是非固定的，很方便解鎖或不用解鎖即可通過對 腳板施加力來調節；(2)踝關節需要一定的阻尼力或鎖定功能，以保證踝關節在各種角度 下的穩定性。國際上已有一些公司開展了相關的研究，但真正面市的產品卻很少。目前，英國曾 生產了一種液壓仿生踝，能夠實現上/下樓梯或上/下坡的踝關節角度的適應，但這種踝關 節的阻尼力是固定的，不能適應不同體重患者的需要進行個性化設定。最近冰島亦推出了 一款電動踝關節假腳，以自動適應不同坡度裡面的行走，這種假腳結構複雜、需要電池且提 供能量的時間有限，價格昂貴。如果能設計一種可以根據不同患者體重與習慣調節踝關節 阻尼力大小的新型假腳，使患者能更舒適、方便地適應不同坡度路面的行走，則對截肢者來 說無疑具有很大幫助。
發明內容本實用新型是為假腳適應各種坡度或不平穩地形而提供一種迴轉式地形適應假 腳踝關節，該關節採用新型設計，結構緊湊，使用安全、方便、舒適，且可以安裝於標準踝關 節接頭之上，從而可直接與已上市的大多數假腳腳板配合使用。為實現上述目的，本實用新型的技術方案是一種迴轉式地形適應假腳踝關節，包括小腿幹接口座，液壓缸連接套，迴轉式微型液壓缸體，迴轉式微型液壓缸體兩側安裝有液 壓缸密封板，迴轉式微型液壓缸體內充滿油液，其特點是迴轉式微型液壓缸體內腔為扇形 主腔室，扇形主腔體下端中部連接有活塞轉軸，活塞轉軸上面固定連接有旋轉式液壓活塞， 旋轉式液壓活塞將扇形主腔室分隔為左、右兩個腔室，且左、右腔室分別與蹠屈管路和背屈 管路相連通，蹠屈管路和背屈管路內分別設有位於迴轉式微型液壓缸體底部的蹠屈、背屈 阻尼調節系統。旋轉式液壓活塞嵌入活塞轉軸中，其頂部外圓弧面與迴轉式微型液壓缸體內圓弧 面相重合；活塞轉軸穿過液壓缸密封板在軸兩端與液壓缸連接套相互固定；液壓缸密封板 上凸臺嵌入迴轉式微型液壓缸體內；液壓缸連接套在頂部與小腿幹接口座相互固定。蹠屈、背屈阻尼調節系統由阻尼調節器固定套、阻尼調節器、阻尼控制彈簧、截流 針閥四個部件組成，其中阻尼調節器固定套通過螺紋連接安裝於迴轉式微型液壓缸體側向 通孔中，阻尼調節器通過螺紋連接安裝於阻尼調節器固定套內通孔中，截流針閥則通過其 尾部圓盤安裝於阻尼調節器固定套頂部通孔，阻尼控制彈簧安裝於截流針閥與阻尼調節器 之間，當阻尼調節器旋進或旋出時，彈簧的壓縮量則隨之增加或減少，從而控制截流針閥軸 向後移的阻力，進而控制油液頂開針閥的阻力。本實用新型的有益效果是(1)利用油液的不可壓縮性使旋轉式液壓活塞在液壓缸中隨油液的流動而繞旋轉 中心旋轉，進而使假腳腳板與小腿幹之間發生相對旋轉，從而更加近似地模擬人體踝關節 轉動。(2)不同於以往的圓柱式液壓缸設計，而是將用於提供踝關節轉動阻尼的液壓缸 設計成圓弧形的迴轉式液壓缸，使液壓缸內的活塞轉動直接表現成踝關節的轉動，能夠更 加直接地對踝關節轉動進行阻尼力的調節，踝關節結構更加緊湊。(3)迴轉式微型液壓缸體與液壓缸連接套通過兩圓弧面接觸，保證了在踝關節轉 動的每一個角度，迴轉式微型液壓缸體與液壓缸連接套都能夠有足夠的接觸面積，保證了 踝關節的穩定性以及結構的強度。(4)使用獨特設計的蹠屈、背屈阻尼調節系統，對油液流量可以進行無級調控，所 以本實用新型可以對假腳踝關節旋轉阻尼進行無級調節，以適應患者體重與步速對踝關節 穩定性及轉動靈活性的不同需要。(5)將假腳蹠屈、背屈分別控制，可以更有效的針對不同的使用者、步速調節出合 適的阻尼設定，適用範圍更廣。不同患者根據行走速度要求進行訓練，可以設置相應的假腳蹠屈、背屈阻尼，行走 時患者僅需直接通過殘肢對腳板施加一定的轉動力矩就可以使踝關節達到路面一致的角 度。因此這種迴轉式液壓假腳踝關節能使患者以最舒適的狀態、方便地適應不同坡度路面 的行走。

圖1是本實用新型立體整體示意圖；圖2是本實用新型的蹠屈管路局部剖視圖；圖3是本實用新型的橫剖視圖；[0019]圖4是蹠屈、背屈阻尼液壓調節系統圖。
具體實施方式

以下結合附圖與實施例對本實用新型作進一步說明。如圖1至圖3所示，本實用新型的迴轉式地形適應假腳踝關節，包括小腿幹接口座 1、液壓缸連接套2、迴轉式微型液壓缸體3、液壓缸密封板4、、旋轉式液壓活塞5、活塞轉軸 6，蹠屈阻尼調節器固定套7、蹠屈阻尼調節器8、蹠屈阻尼控制彈簧9、蹠屈截流針閥10、背 屈阻尼調節器固定套11、背屈阻尼調節器12、背屈阻尼控制彈簧13、背屈截流針閥14。如圖2所示，迴轉式微型液壓缸體3內部為中通，內部圓弧面圍成一個開放式的腔 室，內上部圓弧面與旋轉式液壓活塞上部的圓弧面同心，能夠互相重合，旋轉式液壓活塞5 底部的則嵌入活塞轉軸6的內部。活塞轉軸6的外圓弧面則與迴轉式微型液壓缸體3圓心 處的內圓弧面相貼合，此時，旋轉式液壓活塞5與活塞轉軸6能繞圓心在迴轉式微型液壓缸 體3旋轉，且將迴轉式微型液壓缸體3內部主腔室分為左右兩個腔室A，B。結合附圖4，在 迴轉式微型液壓缸體3下部有兩條對稱的油液管路，分別為蹠屈管路和背屈管路。在左腔 室的下方有一油液管路連通蹠屈管路。蹠屈阻尼控制器、背屈阻尼分別控制器控制蹠屈、背 屈截流針閥10，14伸入各自油液管路中，控制油液流通管路的開口大小，從而分別控制蹠 屈、背屈的油液流通阻尼。如圖4所示，蹠屈、背屈阻尼調節系統位於迴轉式微型液壓缸體1的底部。由阻尼 調節器固定套、阻尼調節器、阻尼控制彈簧、截流針閥四個部件組成。以背屈阻尼調節系統 為例，背屈阻尼調節器固定套11通過螺紋連接安裝於迴轉式微型液壓缸體3側向通孔中， 背屈阻尼調節器12通過螺紋連接安裝於背屈阻尼調節器固定套11內通孔中。背屈截流針 閥14則通過其尾部圓盤安裝於背屈阻尼調節器固定套11頂部通孔，可以自由做軸向移動， 但不可越出背屈阻尼調節器固定套11頂部。背屈阻尼控制彈簧13怎安裝於背屈截流針閥 14與背屈阻尼調節器12之間，當將背屈阻尼調節器12旋進或旋出時，彈簧的壓縮量則隨 之增加或減少，從而控制背屈截流針閥14軸向後移的阻力，進而控制背屈時油液頂開針閥 的阻力，增大了背屈阻尼。蹠屈阻尼控制與背屈原理是一致的。使用時，如圖1，將小腿幹與小腿幹接口座1連接好，將迴轉式微型液壓缸體3與標 準接口假腳連接好。同時將兩塊液壓缸密封板4安裝於迴轉式微型液壓缸體4兩側，使左 右兩腔室完全密封。將左右腔室、油液通道內注滿油液，此時，小腿幹則可以與假腳發生相 對旋轉運動。蹠屈時，推動油液從左腔室向右腔室流動，背屈時，推動油液從右腔室向左腔 室流動。使用時，根據使用者體重、步速或習慣的不同，分別調節蹠屈、背屈阻尼。如上坡 時，應增大蹠屈阻尼，而減小背屈阻尼，以防止行走時向後塌，同時能輕鬆向前邁進。下坡時 則相反調節。通過調節使患者行走時感覺達到最舒適狀態。
權利要求1.一種迴轉式地形適應假腳踝關節，包括小腿幹接口座(1)，液壓缸連接套O)，迴轉 式微型液壓缸體( ，迴轉式微型液壓缸體( 兩側安裝有液壓缸密封板(4)，迴轉式微型 液壓缸體(3)內充滿油液，其特徵在於所述迴轉式微型液壓缸體(3)內腔為扇形主腔室， 扇形主腔體下端中部連接有活塞轉軸(6)，活塞轉軸(6)上面固定連接有旋轉式液壓活塞 (5)，旋轉式液壓活塞( 將扇形主腔室分隔為左、右兩個腔室(A，B)，且左、右腔室(A，B) 分別與蹠屈管路和背屈管路相連通，蹠屈管路和背屈管路內分別設有位於迴轉式微型液壓 缸體(3)底部的蹠屈、背屈阻尼調節系統。
2.根據權利要求1所述的迴轉式地形適應假腳踝關節，其特徵在於所述旋轉式液壓 活塞( 嵌入活塞轉軸(6)中，其頂部外圓弧面與迴轉式微型液壓缸體(3)內圓弧面相重 合；所述活塞轉軸(6)穿過液壓缸密封板(4)在軸兩端與液壓缸連接套( 相互固定。
3.根據權利要求1所述的迴轉式地形適應假腳踝關節，其特徵在於所述液壓缸密封 板(4)上凸臺嵌入迴轉式微型液壓缸體(3)內。
4.根據權利要求1所述的迴轉式地形適應假腳踝關節，其特徵在於所述液壓缸連接 套( 在頂部與小腿幹接口座(1)相互固定。
5.根據權利要求1所述的迴轉式地形適應假腳踝關節，其特徵在於所述蹠屈、背屈阻 尼調節系統由阻尼調節器固定套、阻尼調節器、阻尼控制彈簧、截流針閥四個部件組成，其 中阻尼調節器固定套通過螺紋連接安裝於迴轉式微型液壓缸體側向通孔中，阻尼調節器通 過螺紋連接安裝於阻尼調節器固定套內通孔中，截流針閥則通過其尾部圓盤安裝於阻尼調 節器固定套頂部通孔，阻尼控制彈簧安裝於截流針閥與阻尼調節器之間。
專利摘要本實用新型涉及一種迴轉式地形適應假腳踝關節，包括小腿幹接口座，液壓缸連接套，迴轉式微型液壓缸體，迴轉式微型液壓缸體兩側安裝有液壓缸密封板，迴轉式微型液壓缸體內充滿油液，迴轉式微型液壓缸體內腔為扇形主腔室，扇形主腔體下端中部連接有活塞轉軸，活塞轉軸上面固定連接有旋轉式液壓活塞，旋轉式液壓活塞將扇形主腔室分隔為左、右兩個腔室，且左、右腔室分別與蹠屈管路和背屈管路相連通，蹠屈管路和背屈管路內分別設有位於迴轉式微型液壓缸體底部的蹠屈、背屈阻尼系統。本實用新型利用迴轉式液壓活塞在液壓缸中繞旋轉中心旋轉來模擬人體踝關節轉動，同時利用油液經過針閥在左、右兩個腔室之間流動產生的阻尼力來保持踝關節在任意角度的穩定性。
文檔編號A61F2/66GK201814688SQ201020137710
公開日2011年5月4日 申請日期2010年3月19日 優先權日2010年3月19日
發明者喻洪流, 李盼盼, 簡卓, 談銘斐 申請人:上海理工大學