CN1586440A - 双足步行假肢 - Google Patents
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Abstract
一种双足步行假肢。用于医疗康复器械领域。本发明包括：控制面板、座椅、避震设备、髋部、蓄电池、控制器、大腿、膝部、小腿、踝部、脚部，控制面板固定在座椅的扶手上，蓄电池装在座椅背后，控制器设置在座椅内部，座椅下部连接避震设备，座椅与大腿由髋部连接，髋部具有三个关节，大腿与小腿由膝部连接，膝部具有一个关节，小腿通过踝部与脚部连接，踝部具有两个关节，各关节处安装有直流电机和减速器，由控制面板发出的信号通过控制器控制电机。本发明采用单片机控制，以蓄电池作为驱动能源，具有控制简单、体积小巧、适用范围广、能耗低、速度快等优点，使残疾人也可以像正常人一样在平地上前进、后退、左右平移，上下楼梯等。
Description
技术领域
本发明涉及一种假肢，具体是一种双足步行假肢。用于医疗康复器械领域。
背景技术
肢体的残疾给他们的生活带来很多困难，令他们行动不便，多数时候只能用轮椅作为代步工具。虽然轮椅的出现一定程度上阔宽了残疾人的活动范围，但依旧存在许多不足之处。虽然现在一些较先进的轮椅上已经采用了电力驱动，在一定程度上减轻了体力上的消耗，但并未从根本结构上改变传统轮椅的不足之处。
目前，国内尚未有类似的可以双足步行的假肢专利。根据资料检索，专利局已经公布了一些电动轮椅、步行机器人等方面的专利，只涉及到双足步行假肢的部分相关技术。
经文献检索发现，申请号：01140292.X，发明名称：电动无碍代步轮椅。该专利其改进之处在于“固装在车架上的后支撑架内设有后升降杆，后升降杆的下端连接升降板，升降板上装有链轮及后行走轮。”由于该车设有能上下楼梯及跨越障碍物的行走装置，因此使用者在无人帮助的情况下，也能单独完成上下楼梯及跨越障碍物的运动，提高了使用者的生活自理能力，解决了残病老弱的无障碍运动。但该发明设计复杂，体积较大，并未从根本上改变轮椅的轮式结构。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足和缺陷，提供一种双足步行假肢，使其达到取代现有传统轮式轮椅，更大程度上方便残疾人出行的目的。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：控制面板、座椅、避震设备、髋部、蓄电池、控制器、大腿、膝部、小腿、踝部、脚部，控制面板固定在座椅的扶手上，蓄电池装在座椅背后，控制器安装在座椅内部，座椅下部连接避震设备，座椅与大腿由髋部连接，髋部具有三个关节，大腿与小腿由膝部连接，膝部具有一个关节，小腿通过踝部与脚部连接，踝部具有两个关节，各关节处安装有直流电机和减速器，由控制面板发出的信号通过控制器控制电机，从而控制各关节的转动角度。
在踝部下方的足部中安装有六轴力传感器。座椅与腿部中间设置了传感器。
本发明采用单片机控制，残疾人通过安装在扶手上的控制面板来控制假肢的行进方向和功能选择。控制面板将接收到的控制信号转换为数字信号，再发送到单片机中，单片机进行步态分析，经过计算后发出控制信号，再转换为模拟信号并发送给直流电机，从而控制直流电机的运转。同时腿部安装的传感器会测量速度和地面的反作用力，将测量后的模拟信号转换为数字信号，再发送到单片机中，从而形成一个闭环控制***。直流电机受模拟信号控制，电机轴转动相应的角度。电机轴连接减速器，减速器的输出轴即为各关节的转动轴。从而电机带动各关节转动。各关节转动的角度，由软件计算得到的。
本发明采用单片机控制，以蓄电池作为驱动能源，具有控制简单、体积小巧、适用范围广、能耗低、速度快等优点，使残疾人也可以像正常人一样在平地上前进、后退、左右平移，上下楼梯等。与现有的传统轮椅相比，本发明最大改进之处是采用腿式结构代替传统的轮式结构，以类人的步行方式运动，从而解决了残疾人上下楼梯的不便，可以使残疾人无须在其他人帮助下就能上下楼梯或者台阶，大大扩大了残疾人出行范围，使得残疾人的出行得到了极大的方便。并且由于是电动控制，也极大程度上减少了残疾人体力上的消耗。此外，该发明也可以节省用来加装专用车道的基础设施费用。
附图说明
图1本发明结构正面示意图
图2本发明结构侧面示意图
图3本发明髋部、膝部、踝部的关节示意图
具体实施方式
如图1、2所示，本发明包括：控制面板1、座椅2、避震设备3、髋部4、蓄电池5、控制器6、大腿7、膝部8、小腿9、踝部10、脚部11。其连接关系为：控制面板1固定在座椅2的扶手上，上面设有操纵杆和功能键，分别控制前进方向和平地、上下楼梯的选择。蓄电池5装在座椅2背后，用以平衡重心。控制器5安装在座椅2内部，从而减小体积。座椅2下部连接避震设备3，采用弹簧减震装置减小腿部运动对残疾人的影响。避震设备3与大腿5由髋部4连接，髋部4有三个关节，可以绕垂直轴Z、前后轴X、水平轴Y转动。大腿7与小腿9由膝部8连接，膝部8具有一个关节，可以绕水平轴Y转动。小腿9借助踝部10与脚部11连接，踝部10具有两个关节，可以绕前后轴X、水平轴Y转动。这样，每条腿具有六个关节，可以完全模仿人类腿部的各种运动，从而实现给残疾人重新装上“双腿”。各关节均由直流电机和减速器实现，由控制面板1发出的信号通过控制器控制电机转动时间，从而控制各关节转动角度。
如图3所示，由上述所知，本发明左右双腿各有六个关节，他们分别是座椅旋转用的绕垂直轴Z转动的关节12和18、座椅绕前后轴X转动的关节13和19、大腿的仰俯方向(绕水平轴Y)的关节14和20、膝部仰俯方向(绕水平轴Y)的关节15和21、脚部仰俯方向(绕水平轴Y)的关节16和22以及转动方向(绕前后轴X)的关节17和23。在步行中通过电机以适当的角度驱动上述12个关节，能够为腿部提供所希望的动作，能够任意在三维空间步行。
此外，在踝部10下方的足部中安装有六轴力传感器24、25，在作用于机器人的外力内，检测从接地面作用于机器人的地面反作用力的三方向分力FX、FY、FZ和力矩的三方向成分MX、MY、MZ，并将检测到的信号，转换为数字信号，送入CPU。
此外，在座椅2与腿部中间设置了传感器26，用来检测对垂直轴的倾斜及其角速度。另外，各关节的电动机借助减速器使两个大腿7、两个小腿9相对变位，同时还在电动机与减速器之间设置了检测其旋转量的旋转编码器(图3中图示略)
Claims (7)
1、一种双足步行假肢，包括：控制面板(1)、座椅(2)、避震设备(3)、蓄电池(5)、控制器(6)，其特征在于，还包括：髋部(4)、大腿(7)、膝部(8)、小腿(9)、踝部(10)、脚部(11)，控制面板(1)固定在座椅(2)的扶手上，蓄电池(5)装在座椅(2)背后，控制器(5)设置在座椅(2)内部，座椅(2)下部连接避震设备(3)，避震设备(3)与大腿(7)由髋部(4)连接，髋部(4)具有三个关节，大腿(7)与小腿(9)由膝部(8)连接，膝部(8)具有一个关节，小腿(9)通过踝部(10)与脚部(11)连接，踝部(10)具有两个关节，各关节均由直流电机和减速器控制转动，电机由控制面板(1)发出的信号通过控制器(6)控制。
2、根据权利要求1所述的双足步行假肢，其特征是，髋部(4)具有三个关节，绕垂直轴、水平轴、前后轴转动。
3、根据权利要求1所述的双足步行假肢，其特征是，膝部(8)具有一个关节，绕水平轴转动。
4、根据权利要求1所述的双足步行假肢，其特征是，踝部(10)具有两个关节，绕水平轴、前后轴转动，踝部(10)下方的脚部(11)中设有六轴力传感器(24、25)。
5、根据权利要求1所述的双足步行假肢，其特征是，在座椅(2)与腿部中间设置了传感器(26)，同时在各电动机与减速器之间设置了旋转编码器。
6、根据权利要求1所述的双足步行假肢，其特征是，控制面板(1)上面设有操纵杆和功能键。
7、根据权利要求1所述的双足步行假肢，其特征是，避震设备(3)采用弹簧减震装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CNA2004100665919A CN1586440A (zh) | 2004-09-23 | 2004-09-23 | 双足步行假肢 |
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| Publication Number | Publication Date |
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| CN1586440A true CN1586440A (zh) | 2005-03-02 |
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Family Applications (1)
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Country Status (1)
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