仿生踝关节假肢机械结构设计

《仿生踝关节假肢机械结构设计》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、仿生踝关节假肢机械结构设计潘国华1汪红志1董晓敏2（1上海理工大学医疗器械与食品学院上海20093）（2江苏省海安县市场监督管理局江苏海安226600）【摘要】仿生踝关节假肢装置，其主要括：稳定装置，屈伸实现功能装置，辅助设备。其中所述的稳定装置，以模仿人体踝关节韧带，同时确保在矢状平面可以在其它平面也行使适量参加其平滑运动；屈伸实现功能装置能够实现设备的功能是通过旋转马达螺杆实现;辅助装置主要的两个杆端轴承之间的固定距离，同时提供电机支承台，并保证了整体设计美观性和合理性。【关键词】踝关节；生物力学

2、：机械设计【中图分类号】R3【文献标识码】A【文章编号】2095-1752（2015）21-0373-03引言木文作者从生物力学、解剖学和生理学角度出发，分析了踝关节在行走过程中的步态运动规律、受力特点和生理功能。需要通过三维实体开发平台进行仿生踝关节的实体建模，绘制了相关部件的机械结构图。在目前市场上所见到的三维CAD解决方案中，SolidWorks是设计过程比较简便而方便的软件之一。美国著名咨询公司Daratech所评论:“在基于Windows平台的三维CAD软件中，SolidWorks是最著名的

3、品牌，是市场快速增长的领导者。”SolidWorks实体设计是当前世界最领先技术的创新三维CAD系统。它所代表的创新设计体系，是近20年来CAD技术发展的惟一突破。它全新地诠释了未来CAD技术的发展方向，使CAD真正成为普及化的智能工具，SolidWorks实体设计所提供的简单、易用、灵活、自由的智能化、宜人化的操作风格，以及丰富、强大的三维创新设计功能，决定了它在制造业及各类设计领域，包括产品与工程设计领域、工业设计领域以及外观与装饰设计等领域得到了越来越广泛的应用。充分体现了以人为木、计算机为辅的

4、现代创新设计过程，作为“基于Windows平台的CAD/CAE/CAM/PDM桌面集成系统”的核心软件，SolidWorks完整提供了产品设计的解决方案。solidworks人机界面见图1。1.仿生踝关节机械总体结构设计通过稳定机制，屈伸实现集成，辅助设备的设计，采用SOLIDWORKS绘图软件来完成最后的脚踝的机械设计，主要部件如图1.1、图1.2、图1.3所示。包括踝座，旋转轴，仿生距骨，杆端轴承，屈伸杆，马达轴承，步进电机的结构设计，螺杆驱动机构，屈伸杆定位件，非线性弹簧机构，角度位移传感器。2

5、.稳定性机械装置设计稳定性装置是指脚踝在运动的正常过程中，同吋确保在矢状平面所用的其他平面也行使适量参加其平滑的运动，但角度的变化是比较小的，既增加了灵活性的关节运动的适应性，而且模仿人体自身的内侧和踝关节，当接头角度变动大可瞬间调整关节的稳定性在该区域冋到正常的外侧三角初带。非线性弹簧通过调整弹簧筒收缩弹簧本身来调节不同大小和弹性恢复力的大小，也能保证更多的自由关节的灵活性的角度，见图2.1,图2.2,图2.3。3.屈伸运动实现功能装置设计实现屈伸螺杆由电机的同吋旋转时，由于在螺杆螺母的旋转方向辊的

6、定位,所以螺杆驱动杆端下列引导槽的范围内的旋转驱动的过程中的机械装置做屈伸运动，其中，所述关节角度变化的运动是在一定限度内，但必须能满足正常人体脚踝屈曲范围和延长下部。导向槽的设计，因为踝关节的角度变化与零位置之间的正常距离的旋转中心是55毫米，通过计算最大角度的变化和最大行程的左，右两侧：螺杆行程电动机，使得在奋效行程旋转小螺丝螺母在电机，以满足关节屈伸运动带来的垂直位移，从而可以得出导槽一个最大设计行程是5.17毫米；30.05毫米的步进电机螺杆行程。见图3.1，图3.2，图3.3。1.辅助装置设

7、计辅助性装置主要是为了固定两个杆端关节轴承之间的距离，冋吋提供电机的支撑座，以及保证设计整体的美观性和合理性，见图4.1。2.小结中国有8000万肢残患者，包括下肢残疾人达到800万，所以需要佩戴假肢特别是踝关节假肢的是一个庞大的社会群体。随着经济的发展和人民生活水平提高，他们不再满足于传统的踝关节假体的基本行驶功能。对于这些患者，我们预计踝关节假体可以实现所有的步态轨迹和自然行走的舒适性。研究表明，仿生踝关节假肢是可以达到上述目的，是冇一个冇前途的研究方向，因为它保留了传统的踝关节假体的阻抗特性的基

8、础上，连接器机构，以满足身体运动步骤中，奋可能产生的行体驱动能量之前。B前，国内外研究机构的数量己经进行了相关的研究，并已取得了一些进展，但研究机构对于假体的设汁和控制方法，是彻底的,现在活跃的踝关节假体不能与侧面的步态是完全实现健康的比赛，和国外一些企业做国内产品更加昂贵的患者无法承受的绝大多数。基于仿生学原理，踝关节假体由SolidWorks三维实体开发平台设计的机械结构，实体造型仿生脚踝的原则,得出的相关组件的机械结构，为今后大规模生产的便宜踝关节