一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢

技术特征：
1.一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：包括脚跟仿形结构(1)，脚跟仿形结构(1)上连接有距骨仿形结构(2)，距骨仿形结构(2)与脚掌仿形结构(4)连接，脚跟仿形结构(1)与脚掌仿形结构(4)末端安装压缩弹簧(3)；距骨仿形结构(2)与跟腱仿形结构(5)一端相连，跟腱仿形结构(5)另一端与滚珠丝杠滑块(7)相连，滚珠丝杠滑块(7)上固定有滚珠丝杠螺母(8)，滚珠丝杠(9)两端通过丝杠底座(6)、丝杠顶部固定块(10)固定在胫骨仿形结构(13)上，丝杠底座(6)与丝杠顶部固定块(10)之间安装有滚珠丝杠支撑杆(11)，滚珠丝杠滑块(7)通过滚珠丝杠支撑杆(11)进行导向，胫骨仿形结构(13)顶端固定有假肢接受腔连接块(19)；所述的滚珠丝杠(9)由电机(12)驱动，电机(12)通过电机固定架(14)固定在胫骨仿形结构(13)上，胫骨仿形结构(13)与距骨仿形结构(2)构成滚动关节，由四个固定弹簧(16)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：由距骨仿形结构(2)的凸台设计与胫骨仿形结构(13)对应的凹面设计进行横向限位，保证胫骨仿形结构(13)与距骨仿形结构(2)构成滚动关节的滚动面不会产生横向滑动。3.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：所述的脚跟仿形结构(1)与脚掌仿形结构(4)通过压缩形变配合压缩弹簧(3)进行正常步态行走时的储能、放能，利用脚跟仿形结构(1)与脚掌仿形结构(4)模拟人体足弓与踝关节周围的肌腱存储与释放能量。4.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：所述的电机(12)输出轴上连接有小带轮(17)，小带轮(17)通过同步带(20)和大带轮(18)连接，大带轮(18)和滚珠丝杠(9)的输入端连接。5.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：所述的胫骨仿形结构(13)与距骨仿形结构(2)的滚动面通过对人体踝关节进行仿生研究分析，建立人体踝关节面三维模型，提取关节关键接触点进行多项式拟合，得到其关节轨迹曲线，固定弹簧(16)保证滚动面始终接触，同时在设计过程中通过定义滚动面的形状来实现距骨仿形结构(2)的特定运动轨迹的输出。6.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：所述的电机(12)通过编码器(15)捕获电机的转速及加速度信息，进而调节电机转速，保证踝关节转动幅度、速度与步行速度的匹配，电机(12)按照人脚尖行程的大小选择行程，根据踝关节的背屈与跖屈状态调节电机(12)的正反转。7.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：所述的胫骨仿形结构(13)上设有与假肢接受腔连接的假肢接受腔固定块(19)，根据不同使用要求替换假肢接受腔固定块(19)型号，从而实现患者患肢高度的微调；脚掌仿形结构(4)端部落实连接处开有u型孔，能够进行脚掌仿形结构前后调节，实现患者整个足部大小的适度调整。8.根据权利要求1所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：所述的脚跟仿形结构(1)与脚掌仿形结构(4)依据人体足弓高度以及曲面特征进行个性化设计，实现接近人体足部的弹性形变。9.根据权利要求6所述的一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，其特征在于：
所述的电机(12)采用肌电信号控制的模式，通过肌电信号解析患者运动意图，判断患者所处的活动场地工况，在活动地点采用肌电信号和测距雷达控制进行不同工况下的控制模式切换。

技术总结
一种基于人体结构与运动仿生的智能足踝假肢，包括脚跟仿形结构，脚跟仿形结构上连接有距骨仿形结构，距骨仿形结构与脚掌仿形结构连接，脚跟仿形结构与脚掌仿形结构末端安装压缩弹簧；距骨仿形结构与跟腱仿形结构一端相连，跟腱仿形结构另一端与滚珠丝杠滑块相连，滚珠丝杠滑块上固定有滚珠丝杠螺母，滚珠丝杠两端通过丝杠底座、丝杠顶部固定块固定在胫骨仿形结构上，胫骨仿形结构顶端固定有假肢接受腔连接块；滚珠丝杠由电机驱动，胫骨仿形结构与距骨仿形结构构成滚动关节，由固定弹簧连接；本发明具有结构简单紧凑、人体运动吻合特性好、运动效果优良、节能等特点，可以进行大面积推广应用。积推广应用。积推广应用。


技术研发人员：徐光华 李保玉 罗丹 张秋翔 张四聪
受保护的技术使用者：西安交通大学
技术研发日：2022.11.01
技术公布日：2023/2/3