[发明专利]假足组件

说明书

本发明涉及一种假足组件，包括假足和连接到假足的串联弹性气动致动器，串联弹性气动致动器可在假足移位到第一静止位置的第一配置状态和假足移位到第二位置的第二配置状态之间进行配置。

技术领域

本发明涉及假足技术领域，特别涉及利用气动进行驱动的假足。

背景技术

致动器的发展正在迅速演变，并在效率、功率和力输出方面不断取得新进展。在其他应用中，与静电、热和压电致动器相比，气动和液压的致动器很少。研究表明，气动和液压致动器在微尺度上提供最高的力和功率密度。

本发明的目的之一是提供一种替代致动器，该致动器可在蹬伸过程中提供帮助，其产生的力足以在不使用电力的情况下提升并向前移动用户的重心。

首先了解腿的生物结构、这些结构的运动学和动力学以及它们在运动过程中的相互作用是至关重要的。当在平地上行走时，生物足底屈肌产生了完成每个步态周期所需的近80％的机械功，通常它们产生的正功比负功多。通常使用碳纤维弹簧进行弹簧加载的正常人体动力假足只能在与地面接触时储存和释放机械能，并产生一半的机械能。这些假肢设计不能产生净正功，只能从生物足底屈肌释放不到推进所需机械功率的八分之一。

在动态假足中使用的设计概念是从跟腱的功能衍生而来的，该设计概念在平足时储存能量，在蹬伸时释放能量。过去，跟腱的功能分为两类：张力传递；以及在步态过程中弹性能应变的存储和释放。跟腱的弹性使其能够储存和释放机械能，因此减少了在蹬伸过程中提升和移动重心所需的能量。

本发明旨在将能量储存和释放的概念与动力产生结合起来，这就是串联弹性件的工作原理。串联弹性件是指与收缩部件(包括跟腱)串联的每个结缔组织。在膝下截肢手术中，一部分串联弹性件连同踝关节一起被移除。这会干扰串联弹性件的功能，因为它不再会带动踝关节位移。多年来，一些假肢设计已经提出了一种替代串联弹性件的方法，通过使用串联弹性致动器来实现机械关节位移。到目前为止，这些串联弹性致动器似乎工作得很好，它们产生的正机械功比负机械功多。

本发明的目的是提供一种串联弹性致动器，当用于假足时，其将产生比本领域已知的串联弹性致动器更多的机械功。

发明内容

根据本发明，提供了一种假足组件，包括：

假足；和

串联弹性气动致动器，其连接至假足，串联弹性气动致动器可在第一配置状态和第二配置状态之间进行配置，使假足分别在第一静止位置和第二位置之间移位。

应当理解地，假足的第一静止位置可对应于在使用时假足的足底表面基本上水平/平行于地面布置的配置状态，并且假足的第二位置可对应于在使用时的一个步态周期中假足的跖屈位置或假足的背屈位置。

在使用时的一个步态周期中，假足于背屈位置和跖屈位置之间配置时的角度可在0°到36°之间。

串联弹性气动致动器可包括气缸(优选是单作用气缸)和推动元件(例如弹簧)，推动元件与从气缸伸出的一活塞呈直线或串联连接。

假足组件还可包括空气回路，空气回路包括与串联弹性气动致动器呈流体连通的空气压缩机，用于向串联弹性气动致动器提供压缩空气，以使串联弹性气动致动器能够在第一配置状态和第二配置状态之间进行配置。

空气回路还可包括空气干燥器、压力表、压缩空气储气罐、消音器和安全阀。

空气回路可通过合适的导管连接至串联弹性气动致动器。

假足组件还可包括排气阀，当串联气缸在第一配置状态和第二配置状态之间进行配置时，排气阀允许空气被释放到大气中或储气罐中或该两者中。排气阀可安装在气动致动器上。