[发明专利]一种双驱动踝关节假肢

说明书

本发明公开了一种双驱动踝关节假肢，包括小腿连接模块、关节控制模块、双驱动踝关节模块、脚踝连接模块和脚板模块，小腿连接模块、关节控制模块、双驱动踝关节模块、脚踝连接模块和脚板连接模块至上而下依次连接；双驱动踝关节模块与脚踝连接模块连接，且双驱动踝关节模块包括两个电机，两个电机设置为可同时同角度运动，实现假肢的矢状面运动控制，两个电机设置为可不同角度运动，实现假肢的冠状面运动控制。本发明的一种双驱动踝关节假肢，通过紧凑的双驱动能力的关节设计解决了以往主动假肢由于驱动数量增加带来的结构笨重、行走不稳定等问题，能够产生足够的扭矩，同时又相对轻巧，适应各种地形和运动任务，并与用户有效地交互。

技术领域

本发明涉及步行辅助工具，尤其涉及一种双驱动踝关节假肢。

背景技术

2006年的全国人口普查显示我国现有残疾人8296万人，其中肢体残疾人数约为2412万人。其中每年大约一半多下肢截肢患者经历二次摔倒。被动假肢穿戴截肢者半数以上有跌倒恐惧，60％截肢者无法在非结构化环境行走。步态的不对称性和关节负荷增加常常导致疼痛，跌倒和其它伤害的风险的增加，严重降低了截肢患者的活动能力和生活质量。另据报道，由于肥胖症和糖尿病的发病率不断上升，预计到2050年，截肢的人数就将翻两番，因此急需智能化主动假肢的得到开发应用。

现有假肢通常很难在非平整或松软地面稳定行走，为在不确定的环境下保持稳定，截肢者膝屈肌和伸肌共收缩水平增加，行走速度降低10％～65％，跌倒风险增加，大大限制的截肢者的活动范围。假肢穿戴者的行走稳定性差、生物力学不协调，很大程度上是因为现有假肢结构本体与人体下肢结构上的差异性问题。假肢结构上的本质问题在于，人体下肢行走的膝踝关节本身不是一个单旋转关节，特别是踝关节不仅具有前进方向的驱动力，也还具有侧向方向的驱动运动。人体踝侧向运动对行走稳定性、协调性以及推进运动都起重要作用，尤其是在非平整或松软地面行走。现有假肢大部分只研究在室内结构化环境行走，踝侧向运动控制功能的假肢鲜有研究，原因可能是假肢大部分研究只在结构化环境中，主要研究假肢主动推进的作用。增加假肢踝侧向驱动自由度会增加结构的复杂和整体假肢的质量，使得假肢变得笨重。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是现有的常规假肢行走稳定性差、生物力学不协调、仅具有单旋转关节等问题，而具有侧向自由度的假肢结构复杂、增加假肢的重量使得假肢笨重等问题。本发明提供了一种双驱动踝关节假肢，通过紧凑的双驱动能力的关节设计解决了以往主动假肢由于驱动数量增加带来的结构笨重、行走不稳定等问题，能够产生足够的扭矩，同时又相对轻巧，适应各种地形和运动任务，并与用户有效地交互。

为实现上述目的，本发明提供了一种双驱动踝关节假肢，包括小腿连接模块、关节控制模块、双驱动踝关节模块、脚踝连接模块和脚板模块，小腿连接模块、关节控制模块、双驱动踝关节模块、脚踝连接模块和脚板连接模块至上而下依次连接；双驱动踝关节模块与脚踝连接模块连接，且双驱动踝关节模块包括两个电机，两个电机设置为可同时同角度运动，实现假肢的矢状面运动控制，两个电机设置为可不同角度运动，实现假肢的冠状面运动控制。

进一步地，小腿连接模块包括小腿连接件，小腿连接件设置为标准带四棱柱母头碳纤维管，下端穿过关节控制模块通过四棱柱母头与双驱动踝关节模块的顶端连接。

进一步地，关节控制模块包括关节控制器、散热片结构、散热风扇和电机驱动器，散热片结构具有中空部分，中空部分用于套设小腿连接件并与双驱动关节模块的顶端固定连接，关节控制器、散热风扇和电机驱动器安装在散热片结构的外侧；关节控制器和电机驱动器分别用于控制和驱动双驱动踝关节模块。

进一步地，双驱动踝关节模块的顶端设置为四棱柱连接板，下端与脚踝连接模块连接。

进一步地，脚踝连接模块包括小腿支架、十字球铰踝关节、力传感器和力传感器连接块，小腿支架通过十字球铰踝关节与力传感器连接，力传感器安装在力传感器连接块上；十字球铰踝关节的两个轴端分别设置有矢状面编码器和冠状面编码器。