[发明专利]一种基于变胞并联机构的主动型膝踝关节假肢机构

权利要求书

1.一种基于变胞并联机构的主动型膝踝关节假肢机构，包含：定平台（1）、主动支链（2.1，2.2）、变胞支链（3）、动平台（4）和主动型踝关节假肢机构（5）；该膝踝关节假肢机构是由定平台（1）、主动支链（2.1，2.2）、变胞支链（3）和动平台（4）配置而成的一个少自由度变胞并联机构与一个单自由度转动的主动型踝关节假肢机构（5）串联形成；两条主动支链的驱动移动副为电推杆提供，该变胞并联机构不仅能实现膝关节屈伸和踝关节内外翻的运动特性，通过电推杆的正向或反向移动，还能模仿小腿骨骼肌群的伸缩功能；由于人体膝关节的内外旋运动并不是时刻存在的，仅当屈膝时才被激活，同时，生活中对于内外旋运动的依赖性较少，因此，为了使该膝踝关节假肢机构的内外旋运动功能在屈膝时被激活，采用具有变胞特性的变胞支链；即当该假肢机构屈膝状态时，变胞支链中的变胞运动副变为驱动转动副，膝关节的内外旋被激活，当该假肢机构非屈膝状态时，变胞运动副变为固定副，膝关节的内外旋运动未被激活；该假肢机构能有效地补偿截肢患者受损的膝、踝关节的仿生运动特性；

所述的主动支链（2.1，2.2）是以执行假肢机构的膝关节屈伸和踝关节内外翻为目标所设计的，包含：下脚座（2-1），下U型座（2-2），含驱动的圆柱筒（2-3），含驱动的活塞杆（2-4），接头（2-5），上U型座（2-6），上脚座（2-7）；各零部件间的连接方式：下脚座（2-1）与定平台（1）通过螺钉连接成固定副；下脚座（2-1）与下U型座（2-2）形成转动副，下U型座（2-2）与含驱动的圆柱筒（2-3）形成转动副，同时，两个转动副轴线正交等效于一个虎克副；含驱动的圆柱筒（2-3）和含驱动的活塞杆（2-4）形成驱动移动副，它由电推杆提供；含驱动的活塞杆（2-4）与接头（2-5）通过螺纹连接形成固定副；接头（2-5）与上U型座（2-6）形成转动副，上U型座（2-6）与上脚座（2-7）形成转动副，同时，两个转动副轴线正交等效于一个虎克副；上脚座（2-7）与动平台（4）通过螺钉连接成固定副；主动支链（2.1，2.2）仿效为胫腓骨表面的骨骼肌群的生物力学特性，通过驱动移动副的伸缩可使动平台（4）具有绕其本身的转动和绕定平台的空间转动，以模拟膝关节屈伸和踝关节内外翻；

所述的变胞支链（3）是依据其在假肢机构中执行屈膝状态时的膝关节内外旋运动所设计的，包含：下脚座（3-1），大套筒（3-2），限转动角下杆（3-3），盖板（3-4），限转动角上杆（3-5），接头（3-6），小套筒（3-7），上脚座（3-8）；各零部件间的连接方式：下脚座（3-1）与定平台（1）通过螺钉连接成固定副；下脚座（3-1）与限转动角下杆（3-3）形成转动副，且在间隙位置配有大套筒（3-2）；限转动角下杆（3-3）与限转动角上杆（3-5）形成一个变胞运动副，该变胞运动副具有角度限制，避免其过度旋转而产生机构的奇异现象；当该膝踝关节假肢机构为非屈膝状态时，变胞运动副为固定副，在变胞支链（3）和两条主动支链（2.1，2.2）的耦合约束下，动平台（4）所具有的两个纯转动能仿效人体膝关节屈伸运动和踝关节内外翻运动，

虽膝关节的内外旋运动仅当人体下肢屈膝时才会被激活，且人体运动对于膝关节内外旋的依赖性较小；因此，当该膝踝关节假肢机构为屈膝状态时，变胞运动副从固定副变为转角限制的驱动转动副，变胞支链（3）在两条主动支链（2.1，2.2）的耦合约束下，动平台（4）的运动增加了一个转动自由度，它能仿效人体膝关节的内外旋运动；盖板（3-4）穿过限转动角上杆（3-5），与限转动角下杆（3-3）通过螺钉连接，为了约束限转动角上杆（3-5）沿支链方向的移动；限转动角上杆（3-5）与接头（3-6）通过螺纹连接形成固定副；接头（3-6）与上脚座（3-8）形成转动副，且在间隙位置配有小套筒（3-7），套筒的使用为了使变胞支链具有良好的对中性，确保机构灵活的转动。