[发明专利]助力式膝关节假肢

说明书

本发明提供了一种助力式膝关节假肢，包括大腿连接件、小腿连接件、与大腿连接件相连的上关节组件、与小腿连接件相连的下关节组件和驱动上关节组件与下关节组件发生相对转动的助力机构，助力机构包括用于放大力矩并产生膝关节驱动力的谐波减速机、用于驱动谐波减速机的驱动轴、与驱动轴相连以驱动驱动轴转动的驱动电机，谐波减速机包括波形发生器、柔轮和刚轮，波形发生器与驱动轴相连，柔轮与下关节组件相连，刚轮与上关节组件相连。本发明的助力式膝关节假肢，在转动连接的上关节组件与下关节组件之间，设有谐波减速机，谐波减速机对力矩进行放大，降低安装假肢一侧髋关节的输出力矩，使截肢患者能够长时间保持对称自然的步态行走。

技术领域

本发明属于人体仿生假肢技术领域，更具体地说，是涉及一种助力式膝关节假肢。

背景技术

肢体的缺失给残疾人的生活和工作带来诸多不便，为帮助下肢截肢患者恢复基本的行走功能，通常在患者截肢位置处安装假肢。近年来，假肢技术取得了很大进步。为了使患者有更好的行走体验，使患者在行走的过程中，能够实现基本的弯腿和伸腿功能，下肢假肢通常在位于人体膝关节的位置设有可弯曲与伸展运动的假肢膝关节。常见的假肢膝关节主要为被动型和半主动型假肢膝关节，普遍采用复杂结构的气压/液压阻尼系统模拟人体肌肉-肌腱组织，再依靠下肢残肢带动假肢膝关节运动，由于上述假肢膝关节动力不足，在能量提供方面存在缺陷，使穿戴假肢膝关节产品的下肢截肢患者在平地行走所消耗的能量比健康人高出60％，并且其安装假肢一侧髋关节的输出力矩是健康人的三倍，造成穿戴假肢的截肢患者能量消耗较大、步态不自然，难以实现对称步态和高效自然行走，长时间穿戴还会使截肢者产生疲劳感，从而不能长时间正常行走。

发明内容

本发明的目的在于提供一种助力式膝关节假肢，旨在解决现有技术中存在的假肢结构复杂，假肢膝关节驱动力不足，难以实现对称步态和长时间正常行走的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种助力式膝关节假肢，包括用于连接截肢患者膝上残余下肢的大腿连接件、用于连接人工脚的小腿连接件、与所述大腿连接件相连的上关节组件和与所述小腿连接件相连的下关节组件，所述上关节组件与所述下关节组件转动相连；所述助力式膝关节假肢还包括用于驱动所述上关节组件与所述下关节组件发生相对转动以使所述大腿连接件与所述小腿连接件进行弯曲与伸展运动的助力机构，所述助力机构包括用于放大力矩并产生膝关节驱动力的谐波减速机、用于驱动所述谐波减速机的驱动轴、与所述驱动轴相连以带动所述驱动轴转动的驱动电机，所述谐波减速机包括波形发生器、与所述波形发生器相连的柔轮和与所述柔轮相连的刚轮，所述谐波减速机与所述上关节组件相连，所述谐波减速机的力矩输入端与所述驱动轴相连，所述谐波减速机的力矩输出端与所述下关节组件相连。

进一步地，所述上关节组件包括并排且间隔设置的第一关节座和第二关节座，所述第一关节座与所述第二关节座之间形成有用于容置所述谐波减速机的容置空间，所述谐波减速机容置于所述容置空间中；所述谐波减速机包括与所述驱动轴相连的波形发生器、与所述波形发生器相连的柔轮和与所述柔轮相连的刚轮，所述刚轮的两侧分别固定于所述第一关节座和所述第二关节座上，所述第一关节座上开设有用于供所述柔轮与所述下关节组件相连的槽孔，所述柔轮与所述下关节组件相连；所述驱动轴的一端与所述第二关节座转动连接，所述驱动轴的另一端伸出所述槽孔并与所述下关节组件转动连接。

进一步地，所述下关节组件包括设置于所述第一关节座外侧的第一关节臂和设置于所述第二关节座外侧的第二关节臂，所述驱动轴的另一端与所述第一关节臂转动连接，且所述第一关节臂的上部与所述柔轮固定连接，所述第二关节臂的上部与所述第二关节座转动相连，所述第一关节臂与所述第二关节臂的下部相连。

进一步地，所述第二关节臂上分别设有用于限定该第二关节臂转动位置的正限位开关和负限位开关。

进一步地，所述助力式膝关节假肢还包括用于放大力矩的传动机构，所述传动机构包括设置于所述驱动电机输出轴上的主动带轮、设置于所述驱动轴上的从动带轮、以及连接于所述主动带轮和所述从动带轮上的同步带。