主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計探析

1、<p>　　主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計探析</p><p>　　【摘要】現(xiàn)階段，在假肢研究領(lǐng)域中踝關(guān)節(jié)假肢是一種非常關(guān)鍵的技術(shù)。因為踝關(guān)節(jié)是人體下肢關(guān)節(jié)中一個非常重要的組成部分，同時也是最為靈活的組成部分。 </p><p>　　【關(guān)鍵詞】主動型 仿生踝關(guān)節(jié)假肢 機械工程設(shè)計 </p><p>　　根據(jù)相關(guān)研究文獻顯示，在我國，各類殘疾人的總數(shù)占人口總數(shù)的

2、7.6%。在有肢體殘疾的人數(shù)中，有4.8%的人數(shù)進行了截止，占總殘疾人數(shù)的3.5%。在人所有的肢體中，下肢體是非常重要的部分，只有下肢體正常，人們才能正常地站立。而在下肢體中，踝關(guān)節(jié)是至關(guān)重要的一個環(huán)節(jié)。因此，對人體下肢假肢進行研究的時候，假肢踝關(guān)節(jié)是非常重要也是非常關(guān)鍵的一個研究部分。從現(xiàn)在的醫(yī)療水平技術(shù)來看，醫(yī)師們不可能讓人體的肢體再生，那么為了使得肢體殘疾者可以恢復一定的工作能力與生活自理能力，對其生活質(zhì)量進行提升，為其開發(fā)與研制

3、具有現(xiàn)代化且較為舒適的假肢產(chǎn)品，便是現(xiàn)階段國內(nèi)外假肢行業(yè)中一項非常重要但又十分艱巨的任務(wù)。同時，從現(xiàn)有技術(shù)來看，在假肢研究方面，膝關(guān)節(jié)假肢與髖關(guān)節(jié)的假肢技術(shù)比較成熟，而踝關(guān)節(jié)的研究技術(shù)則相對落后。因此，對主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計進行研究與探討具有非常重大的意義。 </p><p>　　一、主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的整體設(shè)計 </p><p>　　對主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢進行整體設(shè)計的時候，首先

4、要有一個功能設(shè)計概念。也就是說所設(shè)計出來的踝關(guān)節(jié)假肢必須要具有一些特性，這樣的假肢才具有實用性。比如最大限度地幫助肢體殘疾者減少運動的負擔、盡可能地將人在正常運動踝關(guān)節(jié)時所需要的能耗降低，從而使得肢體殘疾者在行走的時候可以節(jié)約體力，讓主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的代償作用可以發(fā)揮得淋漓盡致。 </p><p>　　二、主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的機械結(jié)構(gòu)設(shè)計 </p><p>　?。ㄒ唬┲鲃有头律钻P(guān)節(jié)

5、假肢中的屈伸運動功能裝置。 </p><p>　　對主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢中屈伸運動功能進行裝置的時候，其裝置中可以裝備與假腳相連的踝關(guān)節(jié)支座、踝關(guān)節(jié)軸承、導引槽、步進電機絲桿、滾動軸承、步進電機、桿端關(guān)節(jié)軸承以及套管等[2]。其中，滾動軸承要可以同一桿端關(guān)節(jié)軸承實現(xiàn)相連，同時，還要能在踝關(guān)節(jié)制作的導引槽中實現(xiàn)自由移動。此外，桿端關(guān)節(jié)軸承的另一端的套管與電機絲桿實現(xiàn)相連之后，要能讓步進電機絲桿轉(zhuǎn)動起來，從而達到其屈

6、伸運動的目的。在步進電機絲桿上因為螺母轉(zhuǎn)動方向的問題，對定位的滾子進行了各種限制，從而使得絲桿在轉(zhuǎn)動的時候便會將線面的桿端關(guān)節(jié)軸承帶動起來，進而限制了引導槽[3]。受限的引導槽便會將下部的機械裝置帶動起來，從而完成屈伸運動。值得注意的是，下部關(guān)節(jié)的運動角度在進行變化的時候，一定要對其變化范圍進行限制，而這個變化范圍一定要對正常人體踝關(guān)節(jié)的屈伸運動的變化范圍給予足夠滿足。 </p><p>　?。ǘ┲鲃有头律钻P(guān)

7、節(jié)假肢中的穩(wěn)定性機械裝置。 </p><p>　　在正常運動踝關(guān)節(jié)的時候，主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢中的穩(wěn)定性機械裝置可以對矢狀面內(nèi)的平穩(wěn)運動進行保障，也可以在其他適量平面內(nèi)起到分運動的作用，但變化的角度相對較小。在主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢中裝置了穩(wěn)定性機械設(shè)備，關(guān)節(jié)活動的適應(yīng)性與靈活性便能得到有效增強，而且還能實現(xiàn)對人體自身踝關(guān)節(jié)的內(nèi)外側(cè)三角韌帶模仿的功效[4]。即使關(guān)節(jié)需要進行很大的角度變化也可以在第一時間對關(guān)節(jié)進行調(diào)

8、整，讓其回歸到正常且較為穩(wěn)定的區(qū)域范圍內(nèi)。 </p><p>　　圖2為主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢中穩(wěn)定性機械裝置的設(shè)計圖。壓簧卡座與非線性壓簧要能通過桿端關(guān)節(jié)軸承與轉(zhuǎn)動軸的進行連接，非線性壓簧要能在壓簧卡座上經(jīng)過對壓簧本身的收縮度的調(diào)整對變化的角度大小以及壓簧回復力的大小進行調(diào)整，而且還要能對關(guān)節(jié)多自由度的靈活性進行有效保障[5]。（三）主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢技術(shù)中的輔助性裝置。 </p><p&g

9、t;　　對兩個桿端關(guān)節(jié)軸承之間的距離進行固定是輔助性裝置存在的意義。而且，輔助性裝置還要能對支撐座提供電機，對設(shè)計整體的合理性以及美觀性進行有效保障。 </p><p>　　三、主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的模擬實驗 </p><p>　　本組研究設(shè)計的控制信號源為標準的關(guān)節(jié)角度變化數(shù)據(jù)，對踝關(guān)節(jié)運動實現(xiàn)模擬則采用的是步進電機，將此作為動力的驅(qū)動，然后對系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行采集并將角度數(shù)據(jù)輸出。根據(jù)我們的

10、實驗結(jié)果表明，主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢在運動的過程中，尤其是在跟隨人體較為標準的步態(tài)的時候，站立相可以實現(xiàn)較好的效果，因其速度緩且幅度??；在進行擺動相的時候，因為速度比較快、步態(tài)數(shù)據(jù)的幅度也比較大，再加上不平滑等原因在進行跟隨的時候便出現(xiàn)了延遲的現(xiàn)象。同時，這時的峰值數(shù)還沒有上去，后面的運動就緊隨而來。后經(jīng)過研究，本組研究人員對軟件進行了小小的修正，延遲的情況才稍微得到一絲好轉(zhuǎn)。不過，從整個主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢控制系統(tǒng)的運動過程來看，還是能

11、夠達到仿生踝關(guān)節(jié)跟隨運動的預(yù)期目的。 </p><p><b>　　四、結(jié)語 </b></p><p>　　綜上所述，從主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的模擬實驗結(jié)果來看，該技術(shù)設(shè)計還是不夠成熟，但基本上可以達到仿生踝關(guān)節(jié)跟隨運動的預(yù)期目的，可以說在踝關(guān)節(jié)假肢研究領(lǐng)域中已經(jīng)跨出了一大步。而在假肢踝關(guān)節(jié)的研究中，最終出來的產(chǎn)品一定要是能夠從假肢研究的穩(wěn)定性以及靈活性的研究方向中走出

12、一條全新的道路，從而使得產(chǎn)品能夠在各種路面中實現(xiàn)集成化與精簡化，進而為肢體殘疾者提供出技術(shù)的信息反饋。在這種情況下，就有必要對踝關(guān)節(jié)假肢的研究還有踝關(guān)節(jié)假肢的運動舒適性與穿戴合理性展開進行一步的研究，使得踝關(guān)節(jié)康復工程的研究、開發(fā)、生產(chǎn)以及評價系統(tǒng)可以得到進一步的完善。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]趙改平，曹帥，尚昆，

13、阮超，趙偉欽，王禎祥，郭丹.主動型仿生踝關(guān)節(jié)假肢的設(shè)計[J].中國組織工程研究與臨床康復，2011（17）. </p><p>　　[2]陳靜，邱長青，劉洋，徐桂敏.主動式踝關(guān)節(jié)假肢的位置伺服系統(tǒng)研究[J].武漢理工大學學報（信息與管理工程版）2009（02）. </p><p>　　[3]馬玉良，徐文良，孟明，羅志增，楊家強.基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的智能下肢假肢自適應(yīng)控制[J].浙江大學學報（工學