專利名稱：一種運動瞬心可調(diào)式假肢多軸關(guān)節(jié)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種通過調(diào)節(jié)桿長改變運動瞬心的假肢多軸關(guān)節(jié)，屬于生物醫(yī)學工程和康復輔具技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
21世紀，假肢技術(shù)發(fā)展迅速，伴隨著生活品質(zhì)的提高，截肢患者對下肢假肢的要求也不斷提高，人們希望假肢能夠在外觀和功能兩方面更加逼近人的自然腿。人體下肢各關(guān)節(jié)(髖、膝、踝)十分復雜，各關(guān)節(jié)和肌肉，肌腱等密切配合，實現(xiàn)人體優(yōu)美步態(tài)。膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)均為滑車關(guān)節(jié)。以膝關(guān)節(jié)為例，膝關(guān)節(jié)是人體最大，最復雜的關(guān)節(jié)，由股骨下端、脛骨上端和髕骨構(gòu)成。股骨的內(nèi)、外側(cè)髁分別與脛骨的內(nèi)、外側(cè)髁相對。由于股骨下端和脛骨上端接觸表面的形狀使膝關(guān)節(jié)在屈曲或伸展過程中，兩表面間既有滾動又有滑動。在步行過程中，下肢運動模式非常復雜，腿的總長以及膝關(guān)節(jié)的速度瞬心都是實時變化的。單軸膝關(guān)節(jié)機構(gòu)的運動瞬心是固定的，多軸膝關(guān)節(jié)采用多桿機構(gòu)，可以模擬人腿膝關(guān)節(jié)的運動瞬心變化。多軸膝關(guān)節(jié)假肢種類繁多，一般通過假肢步態(tài)穩(wěn)定性和靈活性兩個指標來衡量多軸膝關(guān)節(jié)假肢的質(zhì)量好壞。穩(wěn)定性指標指當假肢處于站立相時，具有可靠地穩(wěn)定性；靈活性指標指假肢能夠平穩(wěn)、順利地擺動進入到擺動相，使其盡可能逼近正常下肢的擺動，以保證身體的平衡及良好的步態(tài)。目前全 球假肢公司，如德國奧托博克，臺灣德林，奧索等，均有不同形式的多軸膝關(guān)節(jié)假肢在市面上銷售。不同公司的假肢，擁有不同的穩(wěn)定性能和靈活性。一般分為絕對穩(wěn)定型、協(xié)調(diào)穩(wěn)定型和靈活控制型三類。絕對穩(wěn)定型假肢瞬心無論腳跟著地還是腳尖離地都處于載荷線之后，穩(wěn)定性好，從支撐期到擺動期的過渡時，彎曲較困難，適合殘肢肌力弱或老年患者。協(xié)調(diào)穩(wěn)定型假肢的瞬心位置處于穩(wěn)定協(xié)調(diào)區(qū)內(nèi)，在腳跟著地時處于載荷線之后，在腳尖離地時處于載荷線之前，瞬心位置較高，穩(wěn)定性較好，靈活性較差，適合于殘肢肌力較弱或老年患者。靈活控制型假肢的瞬心處于穩(wěn)定協(xié)調(diào)區(qū)，但是瞬心距較小，瞬心位置較低，穩(wěn)定性較弱，所需髖關(guān)節(jié)力矩較大，但是靈活性好，適合于殘肢肌力較強的患者或動力型假肢。專利CN101336849A中提到的一種氣缸固定式四桿機構(gòu)智能假肢膝關(guān)節(jié)為一種綜合性能良好，相對于強調(diào)穩(wěn)定性的假肢膝關(guān)節(jié)而言，性能稍差，但是靈活性更佳，具有良好的踝關(guān)節(jié)提升量，適合殘肢肌力較強，能夠很好的控制假肢的患者。綜上所述，目前市面上的多軸關(guān)節(jié)假肢的穩(wěn)定性和靈活性方面均有很大的差異，而且，不同的假肢僅適用于一部分人群，不僅適用范圍較小，而且，患者通過鍛煉后，可能不再適用原先佩戴的假肢，需要在使用過程中不斷更換假肢以適應其病理的變化，無疑增大了患者的經(jīng)濟負擔。因此，本發(fā)明提出一種桿長可調(diào)節(jié)的下肢關(guān)節(jié)，通過對多軸關(guān)節(jié)不同桿長的調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生不同的瞬心軌跡，使假肢可以在絕對穩(wěn)定型、協(xié)調(diào)穩(wěn)定型和靈活控制型三類假肢中自由切換，以適應不同的患者人群
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種運動瞬心可調(diào)式假肢多軸關(guān)節(jié)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案為:該多軸關(guān)節(jié)由小腿連接桿、關(guān)節(jié)后臂、上關(guān)節(jié)體和關(guān)節(jié)前臂組成，四個構(gòu)件間兩兩鉸接，構(gòu)成一個帶有連接桿的四邊形結(jié)構(gòu)；關(guān)節(jié)后臂和關(guān)節(jié)前臂的軸線在運動平面內(nèi)的延長線交點即為假肢的運動瞬心；所述關(guān)節(jié)后臂、上關(guān)節(jié)體和關(guān)節(jié)前臂的長度可調(diào)，以得到不同位置的運動瞬心；該多軸關(guān)節(jié)通過上關(guān)節(jié)體和接收腔連接，通過小腿連接桿和小腿連接。所述關(guān)節(jié)后臂、上關(guān)節(jié)體和關(guān)節(jié)前臂分別由兩個連接板通過螺栓連接在一起，在兩個連接板上分別設(shè)置若干等距排列的通孔，通過螺栓、彈簧墊片和螺母將兩個連接板固定在一起，通過調(diào)節(jié)孔洞之間的相對位置來改變長度。本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明是在原有多軸膝關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)上，使除了機架以外的其他連接桿長度均可調(diào)，通過調(diào)節(jié)桿長，可獲得不同的關(guān)節(jié)運動瞬心。本發(fā)明可以通過瞬心軌跡的變換實現(xiàn)絕對穩(wěn)定型、協(xié)調(diào)穩(wěn)定型和靈活控制型三種假肢的切換。


圖1是本發(fā)明所述的桿長可調(diào)的多軸下肢假肢關(guān)節(jié)結(jié)構(gòu)示意圖；圖2 Ca)和圖2 (b)分別是多軸關(guān)節(jié)的運動順心及瞬心軌跡示意圖；圖3是桿長調(diào)節(jié)后瞬心軌跡變化
圖4是可變連桿結(jié)構(gòu)圖。附圖標記:1-多軸關(guān)節(jié)；2_小腿；3_踝關(guān)節(jié)；4_腳板；5_接收腔；11_小腿連接桿；12_關(guān)節(jié)后臂；13-上關(guān)節(jié)體；14-關(guān)節(jié)前臂；15-運動瞬心；2bl-瞬心軌跡；2b2-全伸展位相對瞬心距；2b3-全伸展位瞬心距；121-上連接板；122_下連接板；123_螺栓；124_彈簧墊片；125-螺母。
具體實施例方式本發(fā)明提供了一種運動瞬心可調(diào)式假肢多軸關(guān)節(jié)，下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作詳細的說明。如圖1和圖2 (a)所示，多軸關(guān)節(jié)I由小腿連接桿11、關(guān)節(jié)后臂12、上關(guān)節(jié)體13和關(guān)節(jié)前臂14組成。其中，四個構(gòu)件兩兩鉸接，形成如圖所示的多軸機構(gòu)，圖例中給出的為四桿機構(gòu)關(guān)節(jié)示意圖。關(guān)節(jié)后臂12和關(guān)節(jié)前臂14軸線在運動平面內(nèi)的延長線交點即為假肢的運動瞬心15。要實現(xiàn)假肢關(guān)節(jié)的運動，將小腿連接桿11作為四桿機構(gòu)關(guān)節(jié)的機架，上關(guān)節(jié)體13作為原動件。圖2b中虛線表示四桿機構(gòu)各連桿的運動軌跡，曲線2bl為四桿機構(gòu)假肢關(guān)節(jié)運動過程中運動瞬心15的運動軌跡。圖2b中點劃線為載荷線，即小腿桿所在直線?？烧{(diào)的多軸關(guān)節(jié)下肢假肢主要由多軸關(guān)節(jié)1、小腿2、踝關(guān)節(jié)3、腳板4和殘端接收腔5組成。其中，多軸關(guān)節(jié)I和接收腔5通過上關(guān)節(jié)13連接，接收腔穿戴在截肢患者殘端。多軸關(guān)節(jié)I和小腿2通過小腿連接桿11連接，小腿2和腳板4通過適當?shù)倪B接形成踝關(guān)節(jié)4。關(guān)節(jié)組件運動時，可帶動小腿相對大腿擺動，從而實現(xiàn)假肢的運動。本發(fā)明對四桿機構(gòu)假肢關(guān)節(jié)各連桿(除小腿連接桿11作為機架不變)的長度進行適當調(diào)節(jié)，可以得到不同的瞬心軌跡。不同的瞬心軌跡對應不同的假肢穩(wěn)定性指數(shù)和假肢靈活性指數(shù)。如圖2 (b)所示，全伸展位相對瞬心距2b2越大，施加在假肢上的力矩越大，穩(wěn)定性越高，反之，全伸展位相對瞬心距2b2越小，靈活性越高。同理，全伸展位瞬心距2b3越大，穩(wěn)定性越高，反之越小。不同的瞬心軌跡，反映了不同的假肢假肢穩(wěn)定性特征和靈活性特征，使假肢可以在絕對穩(wěn)定型、協(xié)調(diào)穩(wěn)定型和靈活控制型三類假肢中自由切換，以適應不同的患者人群。圖4為本發(fā)明的關(guān)節(jié)零件。以關(guān)節(jié)后臂12為例，關(guān)節(jié)后臂12由上連接板121和下連接板122通過螺栓123連接在一起。在兩個連接板上分別由若干等距排列的通孔，通過螺栓123、彈簧墊片124和螺母125將兩個連接板固定在一起，通過調(diào)節(jié)孔洞之間的相對位置形成可以變化長度的連桿，以實現(xiàn)對運動瞬心的調(diào)整。本發(fā)明不僅可以應用在多軸膝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計中，還可以應用在多軸踝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計中，也可以應用于多軸關(guān)節(jié)助行機器人，矯形器等康復機械技術(shù)中。以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非對本發(fā)明的限制，有關(guān)技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術(shù)方案 也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應由權(quán)利要求限定。
權(quán)利要求
1.一種運動瞬心可調(diào)式假肢多軸關(guān)節(jié)，其特征在于，該多軸關(guān)節(jié)(I)由小腿連接桿(11 )、關(guān)節(jié)后臂(12)、上關(guān)節(jié)體(13)和關(guān)節(jié)前臂(14)組成，四個構(gòu)件間兩兩鉸接，構(gòu)成一個帶有連接桿的四邊形結(jié)構(gòu)；關(guān)節(jié)后臂(12)和關(guān)節(jié)前臂(14)的軸線在運動平面內(nèi)的延長線交點即為假肢的運動瞬心；所述關(guān)節(jié)后臂(12)、上關(guān)節(jié)體(13)和關(guān)節(jié)前臂(14)的長度可調(diào)，以得到不同位置的運動瞬心； 該多軸關(guān)節(jié)(I)通過上關(guān)節(jié)體(13)和接收腔(5)連接，通過小腿連接桿(11)和小腿(2)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種運動瞬心可調(diào)式假肢多軸關(guān)節(jié)，其特征在于，所述關(guān)節(jié)后臂(12)、上關(guān)節(jié)體(13)和關(guān)節(jié)前臂(14)分別由兩個連接板通過螺栓連接在一起，在兩個連接板上分別設(shè)置若干等距排列的通孔，通過螺栓、彈簧墊片和螺母將兩個連接板固定在一起，通過調(diào)節(jié)孔洞之間的相 對位置來改變長度。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種通過調(diào)節(jié)桿長改變運動瞬心的假肢多軸關(guān)節(jié)，屬于生物醫(yī)學工程和康復輔具技術(shù)領(lǐng)域。該多軸關(guān)節(jié)由小腿連接桿、關(guān)節(jié)后臂、上關(guān)節(jié)體和關(guān)節(jié)前臂組成，四個構(gòu)件間兩兩鉸接，構(gòu)成一個帶有連接桿的四邊形結(jié)構(gòu)；關(guān)節(jié)后臂和關(guān)節(jié)前臂的軸線在運動平面內(nèi)的延長線交點即為假肢的運動瞬心；所述關(guān)節(jié)后臂、上關(guān)節(jié)體和關(guān)節(jié)前臂的長度可調(diào)，以得到不同位置的運動瞬心；該多軸關(guān)節(jié)通過上關(guān)節(jié)體和接收腔連接，通過小腿連接桿和小腿連接。本發(fā)明在原有多軸膝關(guān)節(jié)的基礎(chǔ)上，使除了機架以外的其他連接桿長度均可調(diào)，通過調(diào)節(jié)桿長，可獲得不同的關(guān)節(jié)運動瞬心，通過瞬心軌跡的變換實現(xiàn)絕對穩(wěn)定型、協(xié)調(diào)穩(wěn)定型和靈活控制型三種假肢的切換。
文檔編號A61F2/50GK103222905SQ20131015639
公開日2013年7月31日 申請日期2013年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月28日
發(fā)明者王人成, 馬紹興, 沈強 申請人:清華大學