[发明专利]一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢

说明书

一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢，它主要由定平台、驱动支链、约束支链、末端操作平台、过渡安装座、小腿二元杆和足踝假体所组成，用以实现髋关节的屈伸与内外展运动，以及膝关节与踝关节的屈伸运动。本发明设计的含约束支链的髋假体并联机构中，末端操作平台通过驱动支链的伸缩和约束支链的运动限制可实现空间二自由度纯转动，模仿人体髋关节的屈伸与内外展运动，驱动支链仿效大腿骨骼肌群，通过伸缩给机构提供动能，驱动移动副可用滚珠丝杠，该髋假体并联机构涉及医疗康复机器人并适用于髋断离截肢患者。并联机构具有结构简单，采用约束支链不仅能提高结构刚度和承载能力，还能减少电机使用和生产成本，简化控制结构的难度。

技术领域

本发明属于医疗康复机器人技术和人工智能装备领域，特别涉及一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢，它能补偿高位截肢患者或髋关节断离患者失去的髋关节运动能力，使患者能恢复髋关节的运动特性和日常生活的运动能力。

背景技术

近些年，随着全球气候变暖引发的一系列自然灾害、糖尿病患者并发症、交通事故及其它意外事故等频繁发生，尤其导致下肢截肢患者的数目也逐年增长。对于下肢截肢患者而言，失去的肢体相当于失去了自主运动能力，甚至是日常生活的自理能力，它不仅会使截肢患者的身心遭受到沉重的打击，还会增加社会的负担。髋关节作为躯干与下肢连接的活动关节，在人体结构中具有重要作用，它不仅能使下肢承受躯干重要，空间转动能力还能实现下肢如行走、跳跃和平移等运动特性。然而，据不完全统计，全球每年约有100万人次进行下肢截肢及假肢安装，且髋关节假肢和置换的患者约占80％，因此，代偿髋关节截肢患者的髋假体机构的设计具有重要的作用和广泛的应用前景。

随着科技水平地不断提升，随着机器人技术在不同领域中的广泛应用，使基于机器人机构的下肢假肢机构的研究与设计成为国内外医疗康复机器人技术研究中的热点研究之一，同时，国内由于技术研发和加工制造工艺等水平的限制，机器人技术在康复机器人的应用中具有较大的市场前景。目前，市场上存在的髋关节假肢机构种类较多，但各构件连接均采用串联形式，该传统假肢机构的刚度特性较差，运动可靠性难以保证，且串联型机构需增加构件才能确保多个自由度，常导致假肢机构的尺寸和重量偏大。因此，设计出一款能符合患者多个自由度的运动意图，又具备良好性能的下肢假肢机构是亟待解决的问题。

基于此，本发明设计了一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢，主要对应用于髋假体的含约束支链并联机构构型综合方法及具体模型建模。本发明中主要采用了含约束支链的并联机构作为髋假体的本体机构，它不仅能提高假肢机构的刚度和承载能力，还能使机构简单化、整体尺寸紧凑和低成本的情况下满足多自由度的运动特性。同时，约束支链的引入不仅增加了机构的刚度特性，还能使机构采用较少的低能耗驱动电机，利于后续控制策略的实施。

发明内容

本发明的技术问题在于设计了一种基于含约束支链的髋假肢并联机构的下肢假肢，主要对应用于髋假体的含约束支链并联机构构型综合方法及具体模型建模。该机构解决了已有的髋关节假肢机构中普遍存在的结构体积大、质量中、运动稳定性差、承载能力不足和仅能实现单个自由度等问题。由于髋关节机构的内外旋运动在实际生活中用处非常少，在髋假体机构的设计可忽略该运动特性，仅需实现髋关节的屈伸和内外展运动。因此，该机构的末端操作平台可通过两条驱动支链的推拉和一条被动支链的运动限制可实现空间二自由度纯转动，用以模仿髋关节的屈伸运动和内外展运动，使其与人体髋关节具有高度的仿生特性。

本发明采用如下的技术方案实现：

一种基于含约束支链的髋假体并联机构的下肢假肢，其特征在于：包括定平台(1)、驱动支链(2.1，2.2)、约束支链(3)、末端操作平台(4)、过渡安装座(5)、小腿二元杆(6)和足踝假体(7)。