含半月板的假肢膝关节机构设计与减震性能分析.pdf

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1、第1期机械设计与制造2016年1月MachineryDesign&Manufacture161含半月板的假肢膝关节机构设计与减震性能分析李飞’，张芙铭-，丁若修，谢华龙z(1．沈阳工业大学信息科学与工程学院，辽宁沈阳110870；2．东北大学机械工程与自动化学院，辽宁沈'阳11oo04)摘要：智能仿生腿是一种能够最大限度模仿人体健康腿运动的高级智能下肢假肢。当假肢穿戴者从事跑步、打网球等复杂运动时，运动对假肢关节的冲击和震动将大幅增加。为提高假肢抗冲击、震动性能，将人体膝关节半月板结构引入假肢膝关节。分析了人体膝关节的解剖结构和功能，进行了智能仿生腿膝关节机械

2、机构设计，基于ANSYS对假肢膝关节半月板结构的抗冲击、震动性能进行了有限元分析。结果表明：半月板具有承载负荷的能力并具有缓冲吸震作用。关键词：智能仿生腿；膝关节；半月板；有限元分析中图分类号：I'H16文献标识码：A文章编号：1001—3997(2016)01-0161—04MechanismDesignandShOck—AbsOrbingPerformanceAnalysisofProsthesisKneeJointwithMeniscusLIFei，ZHANGFu-ming，DINGRuo-xiu，XIEHua-long2(1．SchoolofInfor

3、mationScience＆Engineering，ShenyangUniversityofTechnology，LiaoningShenyang110870，China；2．SchoolofMechanicalEngineering＆Automation，NortheasternUniversity，LiaoningShenyang110004，China)Abstract：lntelligentbion／cleg(IBL)is帆advancedlowerlimbprosthesiswhichcanmaximumlimittoimitatehumanheal

4、thlegrnovernent．Whenamputeesdressedwithprosthesisareoccupiedincomplexsports，suchasrunningorplayingtennis，theimpactandshocktoprosthesiskneejointincreasedramatically．Inordertoimprovethepe~rmanceofimpactandshockresistance，themeniscl~structureofhumankneejointisintroducedinprosthesisknee

5、joint．Firsttheanatomicalstructureandfunctionofhumankneejointareanalyzed．ThenthemechanicalstructureofIBLkneejointisdesigned．Intheend，theimpactandshockresistancepe咖mlnm：eofprosthesiskneejointisanalyzedbasedonfiniteelementanalysis3ofSwareofANSYS．Theresultsshowthatthenleniscu,$hastheabi

6、lityofbearingloadshock-absorbing．KeyWords：IntemgentBionicLeg；KneeJoint；Meniscus；FiniteElementAnalysis1引言对假肢关节的冲击和震动将大幅增加。因受制于自身机械结构、材料及动力学特性，一般智能仿生腿在抗冲击震动方面已难以满由于疾病、天灾、战争、交通事故和人为伤害等，目前社会上足要求。已出现越来越多的肢体残疾患者。特别是近几年，下肢残疾患者1975年文献日发现膝关节中的半月板利用其几何形状与股的数量增加尤为迅速。1987年，我国进行了第一次全国残疾人调查，统计得到肢

7、体残疾的患者约为755万，而2006年调查得到的骨髁表面紧密贴合，具有传递载荷和使关节表面载荷重新分配的肢体残疾的患者约为2412万，在20年间肢残者人数的增幅高达作用。1999年文献嗵过MRI技术对健康人体半月板的运动特性219．47％。由于目前医疗技术有限，无法实现肢体再生，假肢便成进行研究发现：半月板具有传递载荷、吸收震动、提高膝关节稳定为代替真实肢体实现下肢残疾人行走功能的唯一方式【l】。智能仿性和润滑膝关节等作用。文献阳采用有限元方法对半月板几何形生腿是一种高级智能下肢假肢瞄，具有良好的运动拟人特性和可状和材料特性及其在膝关节运动中的功能进行研究，研

8、究表明半靠性，可以帮助残疾人完成行走，