一种全自由度下肢仿生假肢的制作方法

本发明属于医疗器械假肢，特别是涉及一种全自由度下肢仿生假肢。

背景技术：

1、下肢假肢是下肢截肢患者恢复行走能力、重建肢体运动功能、回归正常生活的核心辅助器械，随着康复医学、仿生机械技术的快速发展，市场及患者对下肢假肢的仿生度、运动灵活性、续航能力、环境适应性的要求持续提升。

2、目前市面上的常规下肢假肢多为单自由度或少自由度刚性结构，整体结构设计固化，运动模式单一，难以复刻人体原生脚踝、脚板的多维度运动特性，在实际使用过程中仅能够实现简单的跖屈与背屈往复运动，无法完成人体正常行走、站立、转向、爬坡过程中必需的内旋、外旋、内收、外展等多维度仿生动作，导致患者穿戴后行走姿态僵硬、协调性差，且在凹凸路面、斜坡路面行走时极易出现受力不均、重心偏移的情况，不仅仿生效果极差，大幅降低行走舒适度，还极易引发摔倒风险，无法满足患者日常通勤、户外行走、轻度运动等多元化使用需求。同时，现有假肢的驱动结构多为单一动力输出模式，无法实现多结构协同联动控制，难以精准切换脚板的各类运动状态，姿态调节精度低，动态适配性不足。

3、此外，现有假肢的供能方式高度依赖外接蓄电池预先储电，电池容量有限、续航时长较短，患者需要频繁拆卸充电，使用便捷性极差；且户外无充电场景下极易出现电量耗尽、设备停机的问题，导致假肢智能调节功能失效，甚至无法正常使用，从而难以实现持续自供电，无法适配当下截肢患者对高性能、高适配、长续航、高便捷性下肢假肢的使用需求。

技术实现思路

1、鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种全自由度下肢仿生假肢，用于解决现有技术中难以兼顾多结构协同联动控制实现高仿生运动性能与长效自主供电性能的问题。

2、为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种全自由度下肢仿生假肢，包括：

3、脚板、支撑臂、脚踝组件和发电组件；

4、所述脚板和所述支撑臂通过所述脚踝组件连接；

5、所述脚踝组件包括竖直且固定连接于所述支撑臂内的安置板、翻动轴、屈伸架、连接臂和动力部；

6、所述翻动轴两端通过安装架转动连接于所述安置板上，所述翻动轴上设置有第一锥齿轮；

7、所述屈伸架为u形状，所述屈伸架u形开口两端通过轴承与所述翻动轴转动连接，所述屈伸架中间位置且朝向开口方向设置有连接孔，所述连接臂通过轴承转动连接于所述连接孔内，所述连接臂上端具有与所述第一锥齿轮啮合传动的第二锥齿轮，且下端与所述脚板靠近后端位置固定连接；

8、所述动力部被配置为适合于驱动所述翻动轴或所述屈伸架和所述翻动轴协同转动，以控制所述脚板状态为跖屈、背屈、内旋、外旋、内收或外展中的一种；

9、所述发电组件被配置位于所述支撑臂上，适合于在具有风力和/或行走过程中使所述发电组件产生振动且将振动力作用发生形变形成的电能输出储存于电源中。

10、可选地，所述动力部包括第一动力源、第二动力源、第一环形传动单元和第二环形传动单元，所述第一动力源和所述第二动力源分别于所述电源电性连接；

11、所述脚踝组件被配置为具有第一工作状态和第二工作状态；

12、处于所述第一工作状态时，所述第一动力源的输出动力通过第一环形传动单元将动力传递至所述翻动轴，使随所述翻动轴转动的所述第一锥齿轮驱动所述第二锥齿轮转动，以驱动所述连接臂带动所述脚板可进行外展或内收外展或内收；

13、处于所述第二工作状态时，所述第一动力源和所述第二动力源协同工作，分别将输出动力通过所述第一环形单元和所述第二环形传动单元传递至所述翻动轴和所述屈伸架，协同作用使得所述脚板可进行跖屈、背屈、内旋或外旋。

14、可选地，所述发电组件包括发生筒、管体和发电部；

15、支撑臂上设置有从所述脚板前端向后端的贯穿孔，所述贯穿孔位于所述安置板上方；

16、所述发生筒固定连接于所述贯穿孔内，且两端开口形成中空腔，且中间段的直径大于两端侧边段的直径；

17、所述管体设置于所述发生筒内，所述管体外壁与所述发生筒的所述中空腔内壁形成振动空间；

18、所述发电部被配置位于所述管体内，适用于在具有风力从所述管体一端进入另一端流出时，和/或行走过程中以使所述管体在所述发生筒内产生振动，所述发电部进行振动压电能量转换，并将电能输出储存于电源中。

19、可选地，所述管体为波纹状，以用于风从所述管体一端至另一端的过程中，在波纹状的波峰处产生旋涡并脱离进入波谷，使得波纹状结构与流体涡的产生和脱离能增大所述发电部的发电量。

20、可选地，所述发电部包括柔性压电薄膜、第一电极、第二电极、第一外层和第二外层；

21、所述柔性压电薄膜设置于所述管体中间层位置，所述第一电极和所述第二电极分别位于所述柔性压电薄膜上下位置，所述第一外层和所述第二外层分别位于所述第一电极和所述第二电极外侧；

22、所述电源与所述第一电极和所述第二电极电性连接。

23、可选地，所述柔性压电薄膜材料为氮化铝、氧化锌、聚偏氟乙烯pvdf和氧化镉cdo中的一种材料制成；

24、所述第一电极为铝、鉬、镁和银中的一种材料制成；

25、所述第二电极为cd、pb、ag、al、cu、cr和au中的一种材料制成；

26、所述第一外层和所述第二外层采用柔性材料，所述柔性材料为高分子有机塑料或高分子有机硅化物。

27、可选地，所述发电组件还包括弹性部，所述管体两端外壁与所述发生筒内壁之间设置有多组弹性部，多个所述弹性部沿所述管体中轴线圆周阵列排列；

28、所述弹性部包括避让筒，所述避让筒的中轴线与所述发生筒的中轴线垂直，所述避让筒固定连接于所述发生筒内壁，所述避让筒沿自身轴向设置有避让孔；

29、滑动杆，所述滑动杆与所述管体中轴线垂直且与所述管体外壁固定连接，所述滑动杆被配置为使得在具有外力时沿所述避让孔轴向滑动；

30、弹性件，所述弹性件适用于将所述滑动杆从所述发生筒内壁向所述管体中轴线方向复位。

31、可选地，还包括重心调整组件，所述重心调整组件包括中空管，所述中空管竖直且固定连接于所述支撑臂内，且被配置位于所述发电组件上方；

32、转动螺杆，所述转动螺杆转动连接于所述中空管内；

33、配重块，所述配重块与所述转动螺杆螺纹配合；

34、至少两个凸条，至少两个所述凸条围绕所述转动螺杆的中轴线圆周阵列排列，所述中空管内侧壁周向上形成有与所述凸条滑动适配的凹形槽；

35、调整动力源，所述调整动力源的输出动力通过齿轮副传递至所述转动螺杆，使得所述配重块能沿所述中空管内的所述凹形槽上下移动。

36、可选地，还包括限位组件，所述限位组件用于限制所述脚板相对于所述安置板的最大跖屈、最大背屈、最大内旋、最大外旋、最大内收或最大外展角度；

37、所述限位组件包括第一限位槽、第二限位槽、第一限位块和第二限位块；

38、所述第一限位块被配置位于所述第一环形传动单元的输出端上，所述第一限位槽设置于所述安置板一侧的所述安装架上，以用于限制所述第一限位块的转动角度；

39、所述第二限位块被配置位于所述第二环形传动单元的输出端上，所述第二限位槽设置于所述安置板另一侧的所述安装架上，以用于限制所述第二限位块的转动角度。

40、可选地，还包括感知控制组件，所述感知控制组件被配置为走动时实时获取前方路线轨迹中路面信息及路面平整度，并根据使用者移动腿的方式规划下一步所述脚板脚步的位置。

41、如上所述，本发明的一种全自由度下肢仿生假肢，至少具有以下有益效果：

42、通过动力部驱动翻动轴转动、屈伸架和翻动轴协同转动，使得能够多结构联动调控实现跖屈、背屈、内旋、外旋、内收、外展全维度仿生动作，从而实现脚板各类姿态切换响应速度快、调节精度高，动态适配不同路况与行走工况，进而在行走、转向、爬坡、行经凹凸路面时，脚板可跟随路面形貌实时调整姿态，受力均匀、重心稳定，适配日常通勤、户外行走、轻度运动多场景需求。穿戴假肢行走时，脚踝组件依靠动力部多自由度传动结构自适应调整脚板姿态，保障行走仿生度与行走安全的同时；行走过程产生的振动、环境风力同步驱动支撑臂上的发电组件发电储能，并为脚踝组件的动力部运行持续补给电能，形成仿生运动执行、环境机械能采集储能并为动力部，使得能够实现假肢长效自持供电，匹配患者长距离户外出行需求，进而解决电池容量受限、续航短的短板，减少患者频繁拆卸充电的操作，提升日常使用便捷性。