文档介绍：2011 中国新技术新产品
高新技术 China New Technologies and Products
踝关节假肢的机械结构设计
王祯祥尚昆阮超赵伟钦郭丹
(上海理工大学医疗器械与食品学院,上海 200093)
摘要:踝关节假肢的研究是当今假肢研究领域的关健技术之一。本文从生物力学、解剖学和生理学角度出发,分析了踝关节在行走
过程中的步态运动规律、受力特点和生理功能。此外,基于仿生学原理,设计了踝关节假肢的机械结构,完成了假肢产品开发和生产
的前期工作。
关键词:踝关节;假肢;机械设计
中图分类号:R605 文献标识码:B
引言:根据 2006 年国务院残疾人工作委员踝关节着地缓冲时造成关节损伤。所以韧带模
会抽样调查数据显示,全国肢体残疾人数约为型的设计是踝关节模型设计的重要组成部分。
2400 万人[1]。近年来,随着工业、交通业的迅速发韧带在踝关节运动时起到拉力以保证踝关节稳
展,这一数字正以惊人的速度增加,极大地增加定性的作用,并且这种力学关系是属于非线性
了社会的负担。在现有医疗水平尚不能使肢体的,因此采用非线性的压簧模型进行设计,踝关
再生的情况下,为了帮助肢体残疾者恢复一定节具体运动模型和稳定性模型分别见图 2 和图
的生活自理和工作能力,提高其生活质量,为残 3,踝关节稳定性机械结构设计如图 4 所示。
疾人开发和研制现代化舒适的假肢产品成为国。屈伸运动是通
内外假肢行业的一项重要任务。过丝杆、滚子、轴承等转动或传动来实现。踝关
假肢的作用是代偿肢体伤残者所失去的部节在矢状面的背屈、跖屈运动是通过丝杆在转
分肢体功能,使其恢复一定的生活自理和工作动过程中带动下面的轴承在规定的角度范围内
能力在现今假肢行业中踝关节假肢作为人体运动,同时丝杆的旋转作用带动滚子做上下运
。, 动和防止膝猝屈,也为脚尖顺利抬起提供动力。
下肢的重要组成部分,也是最为灵活的部分。在作为人体最为灵活的关节,踝关节除了有冠状动,并通过轴承运动轨迹的限定装置来实现关
理论研究和实用产品设计方面都有很大的发节的运动和幅度是在一定的限制范围内,但又
面的跖屈、背屈运动外同时还有内外翻和内外
展,但与髋关节和膝关节假肢的设计和产品相旋运动,这些运动有效的保证了踝关节正常的必须能够满足正常人体踝关节的屈伸运动变化
比,相关研究都比较滞后,使得假肢踝关节产品功能,最大程度的满足了人体运动的要求踝关范围,最终来实现踝关节的屈伸运动功能,具体
未能很好的满足假肢患者的需求。设计的踝关节屈伸运动功能的机械结构模型如
。节的功能主要是背屈、跖屈与负重,因此在踝关
本文从生物力学、解剖学和生理学角度出发节机械结构设计以及运动设计中,既要保持其
[2- 3],分析了踝关节在行走过程中的步态运动规
负重的稳定性,又须注意活动的灵活性。
律、受力特点和生理功能。基于仿生学原理,设踝关节的机械结构设计
计了踝关节假肢的机械结构,完成了假肢产品 2
基于人体生理学、人体解剖学、人体生物力
开发和生产的前期工作。学的原理和人体踝关节在步行时的受力特点和
1踝关节的生物力学分析生理功能,对踝关节假肢的机械结构进行设计,
踝关节是既稳定又灵活的负