一种智能假肢膝关节的制作方法

本发明专利涉及假肢领域，尤其涉及一种智能假肢膝关节。

背景技术：

近年来，交通事故及自然灾害的频发，截肢患者的数量在急剧上升。为了补全他们行走能力的缺陷，通常会安装假肢来代偿行走。随着社会的发展和生活质量的整体提高，现代假肢不仅要求实现代步功能，同时要求努力提高受用者的灵活性和舒适性。

科学技术的发展推动传统的假肢向着智能化方向发展。智能假肢膝关节是智能检测与控制技术结合用于假肢上的成果，能够按照用户意向进行运动，主动调整以适应外部环境变化，显著提高假肢装置的性能和舒适程度，使得假肢能够模拟人体缺失部分的功能。现有智能假肢膝关节主要研究行走过程的步态特征控制，忽略了行走过程中缓冲调节。

目前市场上销售的智能假肢膝关节多采用机械、液压和气压控制，其提供的阻尼性能差并且不能达到良好的缓冲调节的目的。使用者在行走过程中往往会出现强烈的振动冲击，从而引起不适。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种智能假肢膝关节，提高了假肢膝关节在使用过程中的舒适性。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

一种智能假肢膝关节，包括连接装置、四连杆驱动结构，还包括：

限定套筒，所述限位套筒的上端与所述四连杆驱动装置的下端固定连接；

缓冲装置，所述缓冲装置套装于所述限定套筒内，所述缓冲装置包括缓冲连接件和磁流变液缓冲结构；

所述缓冲连接件的上端伸出于所述限定套筒与驱动连杆相连，所述缓冲连接件的下端开设有安装腔；

所述磁流变液缓冲结构包括箱体、活塞杆、线圈，箱体内设有磁流变液腔室，所述箱体固定安装于所述安装腔内，所述磁流变液腔室内填充有磁流变液，所述活塞杆的一端滑移连接于所述磁流变液腔室内，所述活塞杆的另一端伸出于所述磁流变液腔室，所述线圈位于所述磁流变液腔室内，且套装于所述活塞杆上；

压力测试装置，包括压力传感器及测压弹簧，所述测压弹簧套装于所述活塞杆的下端，所述活塞杆带动所述测压弹簧发生弹性形变，所述压力传感器与所述测压弹簧相连，所述压力传感器用于采集所述测压弹簧的压力值；

微控制器，所述压力传感器的信号输出端与所述微控制器的信号输入端相连，所述微控制器的输出端与所述线圈电连接，所述微控制器通过所述压力传感器输送的所述压力值调整输出至所述线圈的电流值。

优选地，所述磁流变液缓冲结构还包括第一缓冲弹簧和第二缓冲弹簧，所述第一缓冲弹簧的顶端抵接于所述磁流变液腔室的顶端，所述第一缓冲弹簧的下端套接于所述活塞杆的上端，所述第二缓冲弹簧的底端抵接于所述磁流变液腔室的底端，且所述第二缓冲弹簧套接于所述活塞杆上。

优选地，所述压力测试装置还包括固定架，所述固定架的上端与所述限定套筒的下端固定连接，所述固定架的下端面与所述测压弹簧抵接，所述固定架用于固定安装所述压力传感器。

优选地，所述固定架包括对称套接于所述活塞杆上的第一固定架和第二固定架，所述第一固定架的下端面开设有第一凹槽，所述第二固定架的下端面开设有第二凹槽，所述第一凹槽和所述第二凹槽用于安装所述压力传感器。

优选地，还包括固定环锁装置，所述固定环锁套装于所述限位套筒上，所述微控制器固定安装于所述固定换锁装置内。

优选地，所述缓冲连接件与所述驱动连杆采用轴连接方式。

优选地，所述限位套筒与所述四连杆驱动结构为一体成型。

优选地，还包括蓄电池，用于给所述缓冲装置、所述压力传感器及所述微控制器提供电能。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

1)本发明提供了一种智能假肢膝关节，包括连接装置、四连杆驱动结构、限定套筒、缓冲装置、压力测试装置及微控制器，缓冲装置内设有磁流变液缓冲结构，磁流变液缓冲结构包括磁流变液腔室，其内填充有能随着磁场强度的变化，阻尼力发生改变的磁流变液。本发明通过大腿带动四连杆驱动结构运动，四连杆驱动结构带动缓冲装置进行上下往复运动，缓冲装置将行走过程中发生的冲击传递至测压弹簧，压力测试装置内的压力传感器对行走过程中发生的冲击进行实时监测，并将采集到的压力值反馈至微控制器，微控制器根据压力值调整输出至线圈的电流大小，改变磁流变液的阻尼力，进而调节活塞杆所受作用力实现缓冲调节的目的，提高智能假肢膝关节在使用过程中的舒适性。

2)本发明提供的智能假肢膝关节，其磁流变液缓冲结构还包括第一缓冲弹簧和第二缓冲弹簧，第一缓冲弹簧的顶端抵接于磁流变液腔室的顶端，第一缓冲弹簧的下端套接于活塞杆的上端，第二缓冲弹簧的底端抵接于磁流变液腔室的底端，且第二缓冲弹簧套接于活塞杆上，磁流变液缓冲结构的内部通过磁流变液加缓冲弹簧的设计，保证微控制器在给线圈施加电流时，磁流变液缓冲结构本身具有一定的缓冲性能，保证缓冲调节过程的平稳性。

附图说明

图1为一种智能假肢膝关节的结构示意图；

图2为图1中磁流变液缓冲结构的结构示意图；

图3为固定架的结构示意图。

附图标记说明：

1：连接装置；2：四连杆驱动结构；21：第一连杆；22：第二连杆；23：第三连杆；24：驱动连杆；3：限定套筒；4：缓冲装置；41：缓冲连接件；411：安装腔；42：磁流变液缓冲结构；421：箱体；4211：磁流变液腔室；422：活塞杆；423：线圈；424：第一缓冲弹簧；425：第二缓冲弹簧；426：端盖；5：压力测试装置；51：压力传感器；52：测压弹簧；53：固定架；531：第一固定架；5311：第一凹槽；532：第二固定架；5321：第二凹槽；6：微控制器；7：固定换锁装置；8蓄电池。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种智能假肢膝关节作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

参看图1、图2所示，图1为一种智能假肢膝关节的结构示意图，图2为图1中磁流变液缓冲结构的结构示意图，本发明提供了一种智能假肢膝关节，包括连接装置1、四连杆驱动结构2、限位套筒3、缓冲装置4、压力测试装置5及微控制器6。

连接装置1，上端与大腿相连接。

四连杆驱动结构2，包括依次相连的第一连杆21、第二连杆22、第三连杆23及驱动连杆24，四连杆驱动结构2用于模拟人体膝关节移动，大腿通过连接装置1带动四连杆驱动结构2运动，四连杆驱动结构2中除第三连杆23外，其余连杆按照既定运动轨迹运动。

限定套筒3，限位套筒3的上端与四连杆驱动装置2的下端固定连接，限位套筒3用于限制缓冲装置4沿垂直方向做上下往复运动，在本实施例中，限位套筒3固定连接于第三连杆23的连杆中部，优选地，限位套筒3与第三连杆23为一体成型设计，有利于节约成本，简化结构。

缓冲装置4，套装于限定套筒3内，缓冲装置4包括缓冲连接件41和磁流变液缓冲结构42；缓冲连接件41的上端伸出于限定套筒3与驱动连杆24相连，在本实施例中，驱动连杆24的中部朝向第一连杆21的方向设有一突出部分，缓冲连接件41与驱动连杆24的突出部分采用轴连接方式，确保驱动连杆24始终带动缓冲装置4沿轴线位置进行上下往复运动，缓冲连接件41的下端开设有开口朝下的安装腔411。磁流变液缓冲结构42包括箱体421、活塞杆422、线圈423，箱体421内设有磁流变液腔室4211，箱体421固定安装于安装腔411内，在本实施例中，箱体421底部设置为可拆卸式的盖板结构，盖板426与箱体421的侧壁通过螺钉进行固定连接，盖板421的边沿与缓冲连接件41通过螺钉进行固定连接，实现箱体421与缓冲连接件41的连接；磁流变液腔室4211内填充有磁流变液，磁流变液是由高磁导率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。这种悬浮体在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，而在强磁场作用下，则呈现出高粘度、低流动性的体特性；活塞杆422的一端滑移连接于磁流变液腔室4211内，活塞杆422的另一端伸出于磁流变液腔室4211，线圈423位于磁流变液腔室4211内，且套装于活塞杆422上。优选地，磁流变液缓冲结构42还包括第一缓冲弹簧424和第二缓冲弹簧425，第一缓冲弹簧424的顶端抵接于磁流变液腔室4211的顶端，第一缓冲弹簧424的下端套接于活塞杆422的上端，第二缓冲弹簧425的底端抵接于磁流变液腔室4211的底端，且第二缓冲弹簧425套接于活塞杆422上，磁流变液缓冲结构42的内部通过磁流变液加缓冲弹簧的设计，保证微控制器6在给线圈施加电流时，磁流变液缓冲结构42本身具有一定的缓冲性能，保证缓冲调节过程的平稳性，较传统的缓冲装置多使用机械、气压和液压装置，本发明采用的缓冲装置4基于磁流变液材料设计，其提供的阻尼力更大，调节过程更平稳舒适，能在受冲击时更快更好的缓解冲击，舒适性以及性能得到极大的改善。

压力测试装置5，包括压力传感器51及测压弹簧52，测压弹簧52套装于活塞杆422的下端，活塞杆422进行上下运动，使测压弹簧52发生弹性形变，压力传感器51与测压弹簧52相连，压力传感器51用于采集测压弹簧52的压力值。优选地，参见图3所示，图3为固定架的结构示意图，压力测试装置5还包括固定架53，固定架53的上端与限定套筒3的下端固定连接，固定架53的下端面与测压弹簧52抵接，固定架53用于固定安装压力传感器51，优选地，固定架53包括对称套接于活塞杆上的第一固定架531和第二固定架532，第一固定架531的下端面开设有第一凹槽5311，第二固定架532的下端面开设有第二凹槽5321，第一凹槽5311和第二凹槽5321用于安装压力传感器51。

微控制器6，压力传感器51的信号输出端与微控制器6的信号输入端相连，微控制器6的输出端与线圈423电连接，微控制器6通过压力传感器51输送的压力值调整输出至线圈423的电流值，通过改变线圈的电流大小进而改变磁流变液腔室4211内的磁场大小，从而改变磁流变液的阻尼力，调节活塞杆422所受作用力改变实现缓冲调节的目的。

优选地，本发明提供的智能假肢膝关节还包括固定环锁装置7，固定环锁装置7套装于限位套筒3上，微控制器6固定安装于固定换锁装置7内。

优选地，本发明提供的智能假肢膝关节还包括蓄电池8，用于给缓冲装置4、压力传感器51及微控制器6提供电能。

本发明提供了一种智能假肢膝关节，包括连接装置1、四连杆驱动结构2、限定套筒3、缓冲装置4、压力测试装置5及微控制器6，缓冲装置4内设有磁流变液缓冲结构42，磁流变液缓冲结构42包括磁流变液腔室4211，其内填充有能随着磁场强度的变化，阻尼力发生改变的磁流变液。本发明通过大腿带动四连杆驱动结构2运动，四连杆驱动结构2带动缓冲装置4进行上下往复运动，缓冲装置4将行走过程中发生的冲击传递至测压弹簧52，压力测试装置5内的压力传感器51对行走过程中发生的冲击进行实时监测，并将采集到的压力值反馈至微控制器6，微控制器6根据压力值调整输出至线圈423的电流大小，改变磁流变液的阻尼力，进而调节活塞杆422所受作用力实现缓冲调节的目的，提高智能假肢膝关节在使用过程中的舒适性。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。