专利名称：阻尼可调式踝足假肢的制作方法
技术领域：
本发明涉及康复工程领域，具体涉及一种阻尼可调式踝足假肢。
背景技术：
踝足假肢是小腿假肢和大腿假肢共有的基本部件，它具有站立时和支撑期支撑体 重、着地时脚板平滑滚动、足跟着地时减缓冲击、在不平地面上控制平衡和储能等功能。踝 足假肢种类很多，按驱动方式可以分成被动和主动两种。被动踝足假肢按结构可分成静踝脚和动踝脚。静踝脚简称SACH脚，这种脚没有活 动的踝关节，用螺栓与假肢小腿固连在一起，常见有定踝软跟脚和储能脚。定踝软跟脚整体 用橡胶或聚胺酯材料制成，脚后跟处有一个楔形的弹性软垫。SACH脚整体具有一定弹性，能 允许一定程度的内、外翻和水平转动。SACH脚结构简单、重量轻，能量消耗低，寿命长。储能 脚最主要的特征是有一个用碳纤等特殊弹性材料制作的脚芯，称为“龙骨”，其外面用橡胶 或聚胺酯铸成脚的形状。储能脚有很好的回弹性，能够吸收和释放能量，为行走提供助力， 部分地代偿截肢者所失去的腿部肌肉的功能，适合老年人和体弱的截肢者。动踝脚是具有踝关节的假脚，动踝脚的主要优点是它允许假脚有比较大的跖屈和 背屈或其它方向的运动，可以更好地适应不平的路面。与静踝脚相比，动踝脚较重，且外观 不如静踝脚好。常见的动踝脚有单轴脚和万向脚。单轴脚是具有跖屈和背屈一个自由度的 动踝脚。单轴脚在踝关节的位置有一个垂直于矢状面的旋转轴，在轴的前后各有一块用硬 橡胶做的弹性缓冲块，以适应假脚踝关节所受的跖屈和背屈力。假脚的主体部分一般用木 质材料制作，其底面及前部脚趾部分一般用橡胶或聚胺酯材料制作，因此也称为木胶脚或 者聚胺酯胶脚。万向脚是具有跖屈和背屈、内翻和外翻及旋转三个自由度的动踝脚。万向 脚通常采用球铰链的万向关节，在其周围填充带限位的硬橡胶作为缓冲块，以适应假脚踝 关节所受的跖屈和背屈、内翻和外翻及旋转力。常见的单轴脚和万向脚关节采用硬橡胶做的弹性缓冲块，假脚跖屈和背屈角度较 小，且阻尼力固定，不能根据步速等外界环境变化调整踝关节阻尼，自适应这些外界环境变 化。
发明内容
(一)要解决的技术问题本发明要解决的技术问题在于，使踝足假肢能根据步速等外界环境变化调整踝关 节阻尼，从而自适应这些外界环境变化。( 二 )技术方案为解决上述问题，本发明提供了一种阻尼可调式踝足假肢，包括脚板、相互连接的 上端盖组件和气缸组件，所述气缸组件固定在所述脚板上，其中，所述上端盖组件包括直线步进电机、针阀、针阀弹簧和上端盖，所述直线步 进电机安装在所述上端盖内部，所述针阀与所述直线步进电机的输出轴连接，所述直线步进电机、针阀和针阀弹簧三者构成节流阀；所述气缸组件包括储能弹簧、活塞、活塞直杆和活塞斜杆，所述储能弹簧位于所述 上端盖和活塞之间，所述活塞直杆与所述活塞固定连接，活塞斜杆上端与活塞直杆铰接。其中，所述气缸组件还包括第一节流孔，所述第一节流孔的下端位于所述活塞的 下方，且上端与所述上端盖上的第二节流孔相通，第一节流孔的其余部分为密封状态。
其中，所述脚板和气缸组件通过第一螺钉连接。其中，所述直线步进电机通过电机密封圈安装在所述上端盖内部。其中，所述针阀的下端通过针阀弹簧与第二节流孔相连。其中，所述气缸组件还包括气缸体、活塞导向环和活塞密封圈，所述活塞、活塞导 向环和活塞密封圈均位于所述气缸体内，且所述活塞导向环和活塞密封圈外套于所述活塞 上。其中，所述气缸组件还包括下端盖、活塞杆密封体，所述上端盖组件还包括上端盖 密封圈，所述下端盖通过所述活塞杆密封体和上端盖密封圈密封所述气缸体的下端。其中，所述气缸组件还包括踝关节，所述气缸体与所述踝关节连接，且能够绕踝关 节转动。其中，所述气缸组件还包括滚针轴承、底座和踝关节轴，所述踝关节通过所述滚针 轴承和踝关节轴与所述底座铰接，且在踝关节和底座之间设置有两个弹性限位块。(三)有益效果本发明通过节流阀与储能弹簧的设计，控制气缸组件来调节脚板绕踝关节转动的 阻尼力矩，从而使踝足假肢的阻尼可调，进而使踝足假肢能自适应步速等外界环境变化。
图1是本发明实施例的可调式踝足假肢的轴测图；图2是本发明实施例的可调式踝足假肢带有局部剖面的主视图；图3是本发明实施例的可调式踝足假肢带有局部剖面的侧视图；图4是图3的A、B两部分的局部视图，左边为A部分，右边为B部分(放大倍数均 为5倍)；图5是本发明实施例的可调式踝足假肢的上端盖组件的分解图；图6是本发明实施例的可调式踝足假肢的气缸组件分解图。其中1、上端盖组件2、气缸组件3、脚板11、直线步进电机 12、电机密封圈 13、针阀14、针阀弹簧15、上端盖16、上端盖密封圈21、气缸体22、储能弹簧 23、活塞螺钉24、活塞25、活塞密封圈 26、活塞导向环27、活塞直杆28、活塞杆密封体29、下端盖30、踝关节螺钉 31、下连接体 32、活塞杆关节33、活塞杆关节轴 34、活塞斜杆 35、滚针轴承36、底座37、支撑轴38、踝关节轴
39、弹性限位块 40、踝关节41、第一节流孔 42、第二节流孔 43、节流孔塞44、第一螺钉45、第二螺钉
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式
作进一步详细说明。以下实施 例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。本发明的核心构思在于，采用一个与上端小腿杆固连、下端与踝关节铰接的气缸； 气缸活塞杆由活塞直杆和活塞斜杆铰接而成，活塞斜杆的末端与位于踝关节后方且平行于 踝关节轴的支撑轴构成支撑铰链。踝关节轴和支撑轴都安装在与脚板固定连接的底座上， 使得在行走过程中，足跟着地进入支撑期时，储能弹簧吸收由活塞斜杆、活塞直杆传递来的 冲击力，被压缩来储存能量，同时直线步进电机推动针阀逐渐减小节流面积增大气缸阻尼 力，以提供足够的支撑力。在支撑期结束后，直线步进电机回退，针阀在针阀弹簧的作用下， 逐渐增大节流面积减小气缸阻尼力，使踝关节转动灵活，使得踝关节的阻尼可以根据支撑 期和摆动期可调。而且直线步进电机可以根据行走速度及角度的变化调节上下两个气室 的压力，即当行进速度快时直线步进电机回退，针阀在针阀弹簧的作用下，逐渐增大节流面 积减小气缸阻尼力，行进速度慢时直线步进电机推动针阀逐渐减小节流面积增大气缸阻尼 力，使得踝关节的阻尼可以根据步速变化可调，以适应不同步速对踝关节阻尼力的要求。参考图1所示，本发明的可调式踝足假肢由上端盖组件1、气缸组件2和脚板3组 成。上端盖组件1通过螺钉连接在气缸组件2上，气缸组件2通过螺钉固定在脚板3上。通 过将假肢小腿杆插入上端盖组件1中，实现可调式踝足假肢与假腿连接。上端盖组件1内 部有控制组件，可以根据需要自适应地调节气缸节流面积，控制阻尼力的大小。气缸组件2 与上端盖组件1 一起构成一个可调节式气缸；脚板3起到对假肢及人体的支撑作用。参考图2所示，本发明的气缸组件2中气缸体21外壁上的第一节流孔41 (粗虚线 所示)下端位于活塞24的下面，上端与上端盖15上的第二节流孔42相通，其余与外界相 连的节流孔塞43密封。第一螺钉44用于连接上端盖15和气缸体21，第二螺钉45用于连 接气缸体21与下端盖29，以密封由活塞24把气缸体21分成的上下两个气室。同时第一螺 钉44也用于脚板3和气缸组件2的连接。参考图3所示，本发明的上端盖组件由直线步进电机11、电机密封圈12、针阀13、 针阀弹簧14、上端盖15和上端盖密封圈16组成。上端盖15的上端与小腿杆相连，上端盖 15的下端通过上端盖密封圈16利用螺钉与气缸组件2相连。直线步进电机11通过电机密 封圈12安装在上端盖15的内部，直线步进电机11的输出轴推动针阀13，针阀13的下端 通过复位用的针阀弹簧14与第二节流孔42相连，直线步进电机11、针阀13和针阀弹簧14 三者构成节流阀，以控制气缸组件2来调节脚板绕踝关节转动的阻尼力矩。参考图4所示，本发明的气缸组件由气缸体21、储能弹簧22、活塞螺钉23、活塞 24、活塞密封圈25、活塞导向环26、活塞直杆27、活塞杆密封体28、下端盖29、踝关节螺钉 30、下连接体31、活塞杆关节32、活塞杆关节轴33、活塞斜杆34、滚针轴承35、底座36、支撑 轴37、踝关节轴38、弹性限位块39和踝关节40组成。储能弹簧22位于上端盖15和活塞 24之间，在支撑期开始时，储能弹簧32被压缩，起动储能的作用。活塞24通过活塞导向环26和活塞密封圈25在气缸体21内滑动，并将气缸分成上下两个气室，气室由节流孔相连， 直线步进电机11、针阀13和针阀弹簧14构成节流阀，控制通过活塞螺钉23与活塞24固 定连接的活塞直杆27上力的大小。下端盖29通过活塞杆密封体28和端盖密封圈16密封 气缸体21的下端，使下气室密闭。下连接体31的作用是连接气缸体21和踝关节40，使气 缸体21能够绕踝关节40进行转动，实现跖屈和背屈。下连接体31通过踝关节螺钉30与 踝关节40固连。踝关节40通过踝关节轴38和滚针轴承35与底座36铰接。在踝关节40 和底座36相邻的两个水平面之间有两个弹性限位块39，主要启动限制踝关节运动范围，且 在不受力状态，踝关节保持零位。活塞斜杆34上端通过活塞杆关节32和活塞杆关节轴33 与活塞直杆27铰接，活塞斜杆34下端通过支撑轴37和滚针轴承35与底座36铰接；底座 36通过螺钉与脚板3固定连接。在小腿腔安装一个上述实施例所述的可以根据步速和踝关节转角位置自动调整气缸压力的踝足假肢，使得绕踝关节的阻尼力矩可以根据需要调整，从而达到自适应这些 外界环境变化的目的。以上为本发明的最佳实施方式，依据本发明公开的内容，本领域的普通技术人员 能够显而易见地想到一些等同、替代或变型的方案，均应落入本发明保护的范围。
权利要求
一种阻尼可调式踝足假肢，包括脚板(3)，其特征在于，还包括相互连接的上端盖组件(1)和气缸组件(2)，所述气缸组件(2)固定在所述脚板(3)上，其中，所述上端盖组件(1)包括直线步进电机(11)、针阀(13)、针阀弹簧(14)和上端盖(15)，所述直线步进电机(11)安装在所述上端盖(15)内部，所述针阀(13)与所述直线步进电机(11)的输出轴连接，所述直线步进电机(11)、针阀(13)和针阀弹簧(14)三者构成节流阀；所述气缸组件(2)包括储能弹簧(22)、活塞(24)、活塞直杆(27)和活塞斜杆(34)，所述储能弹簧(22)位于所述上端盖(15)和活塞(24)之间，所述活塞直杆(27)与所述活塞(24)固定连接，活塞斜杆(34)上端与活塞直杆(27)铰接。
2.如权利要求1所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述气缸组件(2)还包括第 一节流孔(41)，所述第一节流孔(41)的下端位于所述活塞(24)的下方，且上端与所述上端 盖(15)上的第二节流孔(42)相通，第一节流孔(41)的其余部分为密封状态。
3.如权利要求1所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述脚板(3)和气缸组件 (2)通过第一螺钉(44)连接。
4.如权利要求1所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述直线步进电机(11)通 过电机密封圈(12)安装在所述上端盖(15)内部。
5.如权利要求2所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述针阀(13)的下端通过 针阀弹簧(14)与第二节流孔(42)相连。
6.如权利要求2所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述气缸组件(2)还包括气 缸体(21)、活塞导向环(26)和活塞密封圈(25)，所述活塞(24)、活塞导向环(26)和活塞密 封圈(25)均位于所述气缸体(21)内，且所述活塞导向环(26)和活塞密封圈(25)外套于 所述活塞(24)上。
7.如权利要求6所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述气缸组件(2)还包括下 端盖(29)、活塞杆密封体(28)，所述上端盖组件(1)还包括上端盖密封圈(16)，所述下端盖 (29)通过所述活塞杆密封体(28)和上端盖密封圈(16)密封所述气缸体(21)的下端。
8.如权利要求6所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述气缸组件(2)还包括踝 关节(40)，所述气缸体(21)与所述踝关节(40)连接，且能够绕踝关节(40)转动。
9.如权利要求8所述的阻尼可调式踝足假肢，其特征在于，所述气缸组件(2)还包括滚 针轴承(35)、底座(36)和踝关节轴(38)，所述踝关节(40)通过所述滚针轴承(35)和踝关 节轴(38)与所述底座(36)铰接，且在踝关节(40)和底座(36)之间设置有两个弹性限位 块(39)。
全文摘要
本发明涉及一种阻尼可调式踝足假肢，包括脚板、相互连接的上端盖组件和气缸组件，气缸组件固定在所述脚板上，所述上端盖组件包括直线步进电机、针阀、针阀弹簧和上端盖，所述直线步进电机安装在所述上端盖内部，所述针阀与所述直线步进电机的输出轴连接，所述直线步进电机、针阀和针阀弹簧三者构成节流阀；所述气缸组件包括储能弹簧、活塞、活塞直杆和活塞斜杆，所述储能弹簧位于所述上端盖和活塞之间，所述活塞直杆与所述活塞固定连接，活塞斜杆上端与活塞直杆铰接。本发明的踝足假肢阻尼可调，可以自适应步速等外界环境变化。
文档编号A61F2/66GK101856283SQ20101019197
公开日2010年10月13日 申请日期2010年5月26日 优先权日2010年5月26日
发明者刘启栋, 杨鹏, 沈强, 王人成 申请人:清华大学