[发明专利]一种磁流变制动踝关节

说明书

技术领域

本发明涉及一种踝关节，特别是关于一种适用于智能机器人及人体假肢的磁流变制动踝关节。

背景技术

随着各种自然灾难、疾病及交通事故的增加，残疾人士的数量逐年增多，据统计，目前我国下肢残疾的人已接近900万。随着残疾人的增多，假肢的需求也日益增大。市场上现有的踝关节假肢，其制动方式大多是利用惯性制动，惯性制动装置虽然结构简单，但截肢患者穿着具有惯性制动装置的假肢希望停止运动时，其存在有两方面的问题：一方面假肢制动速度较慢，可靠性低，另一方面会产生摩损，降低假肢的使用寿命。此外，还有一种利用负载制动的方法，但是，该方法增加了假肢的整体重量，影响了假肢的舒适性。

磁流变液是将微米尺寸的刺激化颗粒分散溶于绝缘载液中形成的特定的悬浮液体，因而其流变特性随外加磁场变化而变化。磁流变现象是未加磁场时，磁流变液的流变特性与普通牛顿流体相似，若受到中等强度磁场的作用，磁流变液的黏度系数会显著增加；当磁流变液受到强磁场作用时，就会变成类似固体的状态，流动性消失。一旦去掉磁场后，又变成可以流动的液体，这种可逆转变可以在几毫秒内完成。并且，磁流变效应所需要的能耗较低，即使实现液体与固体之间的转换也不会吸收或者放出太多的能量。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够主动实现类似人体踝关节背屈和跖屈动作，且制动响应快的磁流变制动踝关节。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种磁流变制动踝关节，其特征在于：它包括一假肢脚板，所述假肢脚板的后部顶面设置有两支架，每一所述支架通过一转轴连接一摆动框的一侧，所述摆动框内设置有一减速器，所述减速器的壳体顶部与所述摆动框的顶部固定连接；所述摆动框一侧固定连接一电机，所述电机的输出端驱动所述减速器的各级齿轮转动，所述减速器的输出齿轮为一不完全齿轮，所述不完全齿轮的输出轴与两所述支架上的转轴同心，所述不完全齿轮的底端穿出所述减速器壳体与所述假肢脚板固定连接；与所述电机相对的所述减速器壳体另一侧固定连接有一磁流变液箱，所述磁流变液箱的内部设置有磁流变液，所述磁流变液内设置有一连接所述不完全齿轮输出轴的叶轮，所述磁流变液箱外部设置有连接供电设备的线圈。

所述叶轮的输入轴穿出所述减速器壳体，作为相应一侧的所述支架的转轴。

所述叶轮的输入轴设置在所述磁流变液箱内，且与所述两侧支架上的转轴同心。

连接所述支架和摆动框的转轴为销钉。

所述支架内设置有轴承，所述转轴支撑在所述轴承内。

所述减速器的壳体和磁流变液箱分别与相应一侧的所述摆动框侧壁固定连接。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于在假肢脚板的后部通过一对支架交接了一电机和一由该电机驱动的齿轮减速器，齿轮减速器的输出齿轮为一固定连接在假肢脚板上的不完全齿轮，因此电机驱动齿轮减速器输入端的齿轮正向或反向旋转，可以带动假肢脚板绕着不完全齿轮的中心轴在一定角度范围内摆动，不但可以模仿人脚踝的背屈和跖屈运动，而且电机能够在行走时为患者提供前进的动力，以减少患者的能量消耗，使患者行动更加省力。2、本发明由于在不完全齿轮一侧的减速器壳体的外壁上固定连接了一磁流变液箱，磁流变液箱的外部设置了线圈，内部设置了磁流变液和一浸在磁流变液中的叶轮，叶轮的中心轴与不完全齿轮的中心轴固定连接，因此向磁流变液箱外部设置的线圈通以电流产生磁场，这样磁流变液在磁场的作用下转变为类似固体的状态，迫使浸在磁流变液中的叶轮停止转动，从而带动不完全齿轮和假肢脚板停止转动，以实现踝关节的制动。3、本发明由于是利用磁流变液受到强磁场时由液体转变为类似固体的状态，以锁紧各部件来实现制动，因此本发明制动响应快，不需要采用动力系统制动，能耗低，且磁流变液对叶轮等部件的磨损较小，能够延长假肢的使用寿命。4、本发明由于将电机、减速器和磁流变液箱都设置在假肢脚板的脚踝处，使得整个踝关节的结构变得紧凑，大大降低了带踝关节假肢的高度，因此可以将应用本发明的小腿假肢肢杆做的很短，使得残肢长的截肢患者也能够使用。5、本发明由于设置了独立的电机，电机输出的高转速低扭矩经过多级齿轮减速器的变速，能够转变成为低转速大扭矩，而且电机控制还可以提高脚踝部位的控制精度，因此本发明可以最大限度地发挥电机驱动的优势，以减少患者的能量消耗。本发明可以广泛应用于人体假肢和智能机器人的踝关节生产过程中。

附图说明

图1是本发明的结构示意图

图2是本发明的俯视结构示意图

图3是本发明的侧视结构示意图