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专利转让信息——人腿假肢专利
2015-11-10 11:08:21 作者:admin 来源: 浏览次数:0
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人腿假肢专利


发实用新型专利名称:人腿假肢

专利号:ZL2013 2 0375533.9

发明人(设计人):王尚银??

申请人:王尚银??

专利申请日:2013年6月27日??????

专利授权日:2013年12月11日

单位名称:宁夏工商职业技术学院????????? 机构代码:

个人姓名: 王尚银?????????????????????? 身份证号:

地址:银川市西夏区文萃北街大连路宁夏工商职业技术学院?? 邮政编码:750021

电话:0951-2018080????? 13709572668

联系人:姓名:王尚银????? 电话:0951-2018080??? 13709572668

地址:银川市西夏区文萃北街大连路口宁夏工商职业技术学院 邮政编码:750021


人腿假肢

技术领域

本发明涉及一种假肢,尤其是涉及一种仿生人腿假肢。

仿生人腿假肢是设计者本人在患腿疼病约两年的时间内,深受疼痛的折磨,对无腿的残疾人深感同情,暗下决心想帮助残疾人让他们站起来,恢复他们的尊严,让他们和正常人一样自食其力的工作生活。于是便开始了人腿假肢的设计构思。这款假肢必须能够做到以下几个方面:

第一:要设计一款具有柔性好,活动灵巧,有弹性,能够吸收和缓冲震动,可以适应各种路面上行走的假脚,对人体无伤害,保证人体行走安全平稳。

第二:设计一款能够适应在360度范围内活动自如,阻尼小、质量轻的踝关节。

第三:设计一款活动速度均匀、大小可以控制;能够吸收震动,使人体行走平稳,对人体无伤害、重量轻,经久耐用的膝关节。

?? 第四:假肢与残肢的连接要方便、轻柔、可靠,不能损伤残肢。

?? 经过一年多反复研究人腿的结构特点,分析人腿走路时受力的大小、方向、作用点、作用力与反作用力,以及摩擦力与惯性,完全模仿真人的脚和腿的结构设计成这款新型人腿假肢,也称仿生人腿假肢。它包括仿生脚、踝关节、小腿骨、膝关节、大腿骨、接受腔六个部分。仿生脚由脚底钢板、脚底橡胶板、脚背橡胶三个部分组成;仿生踝关节由关节头、关节窝和踝关节橡胶套三部分组成;膝关节由膝关节上组合、膝关节下组合、膝关节连杆、膝关节销、膝关节套组成;接受腔采用了激光扫描和3D打印技术制造成型。新型人腿假肢的主要特色在对仿生脚、踝关节、膝关节三个部分的结构设计上。新型人腿假肢采用钛合金材料、SBS橡胶、硅胶和弹性元件,保证假肢重量轻,柔韧性好,活动灵巧,有弹性,能够吸收和缓冲人走路时的震动,可以自由复位,可以适应各种路面上行走,对人体无伤害,保证人体行走安全平稳。2013年对仿生人腿假肢的结构设计申请了国家使用新型发明专利,专利名称为《一种新型人腿假肢》,专利号为ZL 2013 2 0375533.9。

?? ?仿生人腿假肢的结构设计

?? ?仿生人腿假肢完全模仿了真人腿的结构,模拟了人在各种环境下行走的过程和受力情况,充分利用力学知识、机械基础和工程材料知识设计而成。包括仿生脚、踝关节、小腿骨、膝关节、大腿骨、接受腔六个部分组成。

?? 仿生脚(如图1)由脚底钢板组合、脚中橡胶板、脚底橡胶板组合、脚背橡胶四个部分组成。中间是脚底钢板组合,上面是脚中橡胶板,下面是脚底橡胶板组合;脚中橡胶板的上面脚背橡胶。整个仿生脚活动灵巧、强度高、弹性好、韧性好,能够吸收和缓冲震动,可以适应各种路面上行走,对人体无伤害,保证人体行走安全平稳。材料上使用了钛合金,重量轻,耐腐蚀。

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????????????????? 图1? 仿生脚

??? 脚底钢板组合由大脚趾、小脚趾、前脚掌、后脚掌、后脚跟五部分组成,通过螺钉用脚中橡胶板将这五个部分连成一个整体。然后再用胶粘上脚底橡胶板和脚背橡胶板。橡胶板使用是SBS橡胶板,俗称牛筋板。SBS橡胶板有非常好的弹性、韧性、疲劳强度和吸收冲击震动的能力。后脚跟使用了圆柱螺旋弹簧,用来帮助人腿在行走过程中所需要的弹性,并实现后脚跟与地面的软着陆。人在行走时脚会前后左右晃动,脚掌的这四个部分也可以通过上下活动调节人体平衡,橡胶板和弹簧可以吸收人体所产生的冲击震动,使假肢和人体能够完美的结合,假肢能够协同人体一起运动,假肢和人体形成一个有机的共同体,消除人走路时产生冲击震动对人体造成的不利因素。当人行走在凸凹不平的道路上时,脚底的这四个部分可以随着路面的凸凹自动调整上下位置,使人体保持平衡。所以整个脚底就是一个弹性组件,每一个弹性元件都可以自动调整,使人体自动保持平衡,适应人体舒适的行走在各种路面上。

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??????????????? 图2 脚底钢板组合???????

??? 脚中橡胶板是用来连接脚底钢板的大脚趾、小脚趾、前脚掌、后脚掌四个部分的,通过螺钉将这四个部分连接起来。 脚中橡胶板采用SBS橡胶板,被连接的四块脚底钢板受力后可以上下活动,以吸收来自脚底的冲力,实现脚底与地面的软着陆。

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?????????????????? 图3? 脚中橡胶板

??? 脚底橡胶板(如图1)是用在行走时增加脚掌与地面摩擦力的。大脚趾、小脚趾、前脚掌、后脚掌四个部分在行走时可以单独活动。用胶粘在脚底钢板上。

? ??脚背橡胶(如图1)是用在行走时增加脚中橡胶板的弹性和回弹,同时具有美观的特点,是完全模仿人脚的形状设计的。用胶粘在脚中橡胶板上。

? ??后脚跟(如图1)采用了活塞-缸套的工作原理。用后脚跟做活塞,缸套内部采用弹簧做支撑,制造假肢时弹簧的弹力要与人体的重量相等,人在行走时弹簧可以吸收人体所产生的震动,可以实现后脚跟与地面的软着路。由于弹簧的弹力的作用,人腿假肢行走时会变得很轻松、省力、舒适。后脚跟的橡胶板用来增加人腿假肢在行走时后脚跟与地面的摩擦力,防止打滑,减少冲击震动。

? ??仿生踝关节(如图1)由关节头、关节窝和踝关节橡胶套三部分组成,可以像真脚一样在360度范围内活动自如。关节头呈外球面,关节窝呈内球面,内外球面相互配合,通过销连接成铰链,内球面可以再任意角度范围内摆动和旋转,可以实现脚在任意角度范围内活动。内球面可以储存润滑脂以减少内外球面间的磨损和活动阻尼。使用钛合金材料制造可以减轻假肢的重量。踝关节橡胶套采用硅胶制成,可以帮助脚在行走过程中踝关节自动复位。另外踝关节橡胶套还可以起到外形美观和保护内球面不进入杂物和防止润滑脂外溢的作用。

?? ??踝关节通过小腿骨与膝关节相连,用螺纹连接,用双螺母锁紧。

小腿骨采用钛合金管,强度高、硬度高、韧性好、重量轻,耐腐蚀非常适合做人体假肢用。小腿骨与膝关节之间通过螺纹连接,用双螺母锁紧。

? ??膝关节(如图4)由膝关节上、膝关节下、膝关节连杆、膝关节螺栓、膝关节活塞、弹簧、膝关节套组成。膝关节活动灵巧,活动范围大,承受载荷大。膝关节上和膝关节下各带有90度的圆弧面,两者之间通过连杆、螺栓连接。当膝关节弯曲时,两个圆弧面产生相对滚动,这样滚动速度慢,没有冲击震动,关节活动速度均匀,速度大小可以控制,膝关节可以实现柔性弯曲;当膝关节伸直的时候,为了防止上下关节结合面产生撞击,在膝关节上的结合面处装有活塞,活塞后面有减震弹簧支承。弹簧具有弹性,可以缓慢的被压缩,还可以吸收震动,储存能量。膝关节伸直,膝关节下的结合面通过活塞压缩弹簧,使上下关节之间实现软着陆,避免相互撞击。确保人体行走平稳,减少冲击震动对人体的伤害。整个膝关节使用钛合金材料可以减轻重量,减少磨损,防止变形。膝关节橡胶套采用硅胶制成,一方面人腿假肢在行走过程中,可以帮助假肢的膝关节自动复位,另一方面可以保证假肢美观并防止外面的杂物进入膝关节造成膝关节活动受阻。整个假肢都可以用硅胶包裹,做成和真正的人腿完全相同的尺寸现状。

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????????????????? 图4? 膝关节

??? 膝关节上与大腿骨之间、大腿骨与接受腔之间都用螺纹连接,使用双螺母锁紧;大腿骨采用空心钛合金管制造。

? ??接受腔采用了采用了激光扫描和3D打印技术制造成型,用硅胶做材料,确保接受腔与人腿残肢部分形状弯曲吻合。接受腔与人腿假肢拆装方便,连接可靠,不易脱落,质量稳定。

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?????????? 图6? 仿生人腿假肢总装配图

?? 结论

?? 新型人腿假肢完全按照人腿走路时,脚、踝关节、膝关节受力的大小、方向、作用点、肌肉的伸张与收缩、作用力与反作用力,以及摩擦力与惯性等,完全模仿真人的脚和腿的结构设计而成的,主要特色在对仿生脚、踝关节、膝关节三个部分的结构设计上。新型人腿假肢采用钛合金材料、SBS橡胶板、弹性元件以及硅胶制成,保证假肢重量轻、耐磨、强度高、柔韧性好、活动灵巧、有弹性,能够吸收和缓冲人走路时的震动。假肢在走路时脚和地面之间、关节与关节之间实现了软着路,关节可以自由复位;落脚平稳,可以适应在各种复杂路面上行走,对人体无伤害,保证人体行走安全、舒适、平稳。采用了激光扫描和3D打印技术制造成型的接受腔,让假肢与人体完美的结合。如果整个假肢套上采用激光扫描和3D打印技术制造人腿形状硅胶套,那么就可以实现以假乱真的效果。

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?? 作者简介:王尚银,男,副教授,主要研究方向为机械制造工艺、数控机床编程与加工技术、工程材料。

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