电液直驱主被动混合踝关节假肢设计与分析

作     者：庞浩 单绍鹏 韩阳 李振男 张森 刘春宝 PANG Hao;SHAN Shaopeng;HAN Yang;LI Zhennan;ZHANG Sen;LIU Chunbao

作者机构：吉林大学机械与航空航天工程学院吉林长春130022 中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130022 吉林大学工程仿生教育部重点实验室吉林长春130022 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(52075216) 

出 版 物：《华南理工大学学报（自然科学版）》 (Journal of South China University of Technology(Natural Science Edition))

年 卷 期：2024年第52卷第9期

页      码：72-80页

摘      要：穿戴踝关节假肢是膝下截肢患者恢复行走能力的重要手段。下肢假肢按照能否主动输出转矩分为被动假肢和动力假肢,其中动力假肢分为主动假肢和主被动混合假肢。被动踝关节假肢不能提供主动扭矩,应用场景有限;动力踝关节假肢能够输出主动扭矩,但存在低被动摩擦与高主动传动比不兼容问题。为了提高踝关节假肢的性能和适应性,从实际应用角度出发,基于电液直驱原理,提出了一种主被动混合踝关节假肢的新构型。首先,基于对人体踝关节角度及扭矩的分析,设计了踝关节假肢驱动系统,并提出了主被动混合踝关节假肢的总体设计方案;然后,建立了假肢系统的数学模型,通过对假肢液压系统的仿真分析验证了的假肢系统的合理性,并研制了假肢原理样机;最后,通过台架测试和人体穿戴假肢行走实验对假肢的性能进行了验证。实验结果显示:适配者行走步速为1.0 m/s(接近成年人的平均行走速度)时,假肢踝关节主动输出最大扭矩为28 N·m。研究结果表明:提出的主被动混合踝关节假肢可以实现人体行走过程中的主动助力功能,并能较好拟合人体踝关节运动姿态,增强了穿戴适应性,同时使假肢的体积和质量得到了进步的减小,为动力型下肢假肢的研究提供了设计思路和参考依据。

主 题 词：电液直驱 主被动混合 踝关节假肢 主动助力 

学科分类：1004[医学-公共卫生预防医学类] 10[医学] 

核心收录：

D　O　I：10.12141/j.issn.1000-565X.230567

馆 藏 号：203144067...