含半月板的假肢膝关节机构设计与减震性能分析
磁流变阻尼假肢膝关节的参数设计与特性研究
磁流变阻尼假肢膝关节的参数设计与特性研究
刘旭辉;胡慧娜;方紫韵;徐彬
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2024()5
【摘要】设计了一种基于磁流变阻尼器的假肢膝关节,利用拉格朗日理论建立假磁流变阻尼肢膝关节的动力学模型。
对设计的磁流变阻尼假肢膝关节进行参数化设计,采用ADAMS仿真软件对参数化后的假肢进行仿真,分析了不同路面条件下假肢的驱动力矩和磁流变阻尼器的阻尼力。
结果显示:在摆动期,磁流变阻尼假肢的驱动力矩发生了显著的变化,需要较大的驱动力矩。
在摆动阶段,磁流变阻尼器的阻尼力较大,相对于平地行走和上楼梯而言,磁流变阻尼器输出的阻尼力在下楼梯时更大。
因此,基于磁流变阻尼器的假肢膝关节为后续研究奠定了一定的理论基础,通过一系列的参数化设计,使得磁流变阻尼假肢膝关节满足性能要求。
【总页数】6页(P161-165)
【作者】刘旭辉;胡慧娜;方紫韵;徐彬
【作者单位】上海应用技术大学机械工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TH123
【相关文献】
1.带有磁流变阻尼器J型假肢阻尼特性分析
2.假肢膝关节磁流变阻尼器的多目标优化设计与分析
3.单轴式磁流变假肢膝关节设计及CT+PD轨迹跟踪控制
4.基于磁
流变阻尼器的假肢设计及轨迹跟踪特性5.用于四连杆下假肢的孔隙结合式磁流变液阻尼器设计
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假肢膝关节机构课程设计
假肢膝关节机构课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解假肢膝关节的基本结构及其工作原理；2. 学生能掌握假肢膝关节关键零部件的作用及其相互关系；3. 学生能了解假肢膝关节在不同运动状态下的力学特性。
技能目标：1. 学生能运用所学知识，分析假肢膝关节的优缺点，并提出改进方案；2. 学生能通过小组合作，设计并制作一个简单的假肢膝关节模型；3. 学生能运用所学知识，解释现实生活中的假肢膝关节应用案例。
情感态度价值观目标：1. 学生对假肢膝关节技术的发展及应用产生浓厚兴趣，培养科技创新意识；2. 学生在小组合作中，学会尊重他人意见，培养团队合作精神；3. 学生通过了解假肢膝关节在康复领域的应用，增强关爱弱势群体的意识。
课程性质：本课程为科技制作与实践课程，结合学科知识，注重培养学生的动手能力、创新意识和团队合作精神。
学生特点：学生处于八年级，具备一定的物理知识和动手能力，对新鲜事物充满好奇心，善于合作与分享。
教学要求：教师需注重理论与实践相结合，引导学生通过动手实践，掌握假肢膝关节的基本原理和制作方法，提高学生的科技创新能力和实践能力。
同时，关注学生的情感态度价值观培养，使学生在课程学习中得到全面发展。
二、教学内容1. 假肢膝关节基础知识：- 膝关节的结构与功能；- 假肢膝关节的分类及工作原理；- 假肢膝关节关键零部件介绍。
2. 假肢膝关节的设计与制作：- 设计原则与方法；- 制作工艺及流程；- 模型调试与优化。
3. 假肢膝关节的应用案例：- 现实生活中的应用实例；- 假肢膝关节在康复领域的意义；- 国内外假肢膝关节技术的发展动态。
教学大纲安排：第一课时：假肢膝关节基础知识学习，介绍膝关节的结构与功能，假肢膝关节的分类及工作原理，让学生对假肢膝关节有初步的了解。
第二课时：假肢膝关节关键零部件学习，分析各零部件的作用及其相互关系，为后续设计与制作奠定基础。
第三课时：假肢膝关节设计与制作，引导学生学习设计原则与方法，分组进行模型制作，培养学生的动手能力。
假肢膝关节机构工作原理
假肢膝关节机构工作原理
假肢膝关节机构的工作原理可以分为两种类型：机械关节和电动关节。
机械关节的工作原理：机械关节通常由金属零件组成，通过齿轮、活动杆和减震系统等部件连接，使得假肢能够自由地伸展和弯曲，与真实的膝关节类似。
当假肢膝关节弯曲时，齿轮系统会使活动杆自然地随之旋转，从而实现膝关节的弯曲动作。
减震系统则可以在行走时起到缓冲作用，使假肢使用者感受到更加自然的步行动作。
电动关节的工作原理：电动关节利用电动机驱动膝关节的弯曲和伸展动作。
在行走时，假肢使用者可以通过外部控制器或者安装在假肢上的传感器来发出指令，电动关节会根据指令实时调整关节的角度。
电动关节通常内置了传感器和控制系统，以便根据使用者的步态和动作需求来调整关节的运动方式和速度，实现更加精准和自然的步行动作。
总之，假肢膝关节机构的工作原理旨在模拟人体膝关节的运动，通过机械结构或电动系统来实现膝关节的弯曲和伸展动作，以便假肢使用者能够实现正常的步行。
含半月板的假肢膝关节机构设计与减震性能分析
已出现越来越多的肢体残疾患者。特别是近几年 ，下肢残疾患者 足要求 。
的数量增加尤为迅速。１９８７年 ，我 国进行 了第一次全国残疾人调
１９７５年文献日发现膝关节 中的半月板利用其 几何 形状 与股
查 ，统计得到肢体残疾的患者约为 ７５５万 ，而 ２００６年调查得到的 骨髁表面紧密贴合 ，具有传递载荷和使关节表面载荷重新分配的
ｌｅｇ ｒｎｏｖｅｒｎｅｎｔ．Ｗ ｈｅｎ ａｍｐｕｔｅｅｓ ｄｒｅｓｓｅｄ ｗｉｔｈｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ ａｒｅ ｏｃｃｕｐｉｅｄ ｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｐｏｒｔｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｒｕｎｎｉｎｇ ｏｒｐｌａｙｉｎｇ ｔｅｎｎｉｓ，ｔｈｅ
ｉｍｐａｃｔ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ ｔｏ ｐｒｏｓｔｈ ｅｓｉ ｓ ｋｎｅｅ ｊｏｉｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅ ｄｒａｍａｔｉｃａｌｌｙ．Ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｐｅ￣ ｒｍａｎ ｃｅ ｏｆｉｍｐａｃｔ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ，ｔｈｅ ｍｅｎｉ ｓｃｌｌ￣ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏ ｆ ｈｕｍａｎ ｋｎｅｅｊｏｉｎｔ ｉｓ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｉｎ ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ ｋｎｅｅｊｏｉｎｔ．Ｆｉｒｓｔ ｔｈｅ ａｎａｔｏｍｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ａｎｄｆｕｎｃｔｉｏｎ ｏ ｆｈｕｍａｎ ｋｎｅｅｊｏｉｎｔ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｎ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｏｆ ＩＢＬ ｋｎｅｅｊｏｉｎｔ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｉｎ ｔｈｅ ｅｎｄ，ｔｈｅ ｉｍｐａ ｃｔ ａｎｄ ｓｈｏｃｋ ｒｅｓｉ ｓｔａｎｃｅ ｐｅ咖ｍｌｎｍ：ｅ ｏ ｆ ｐｒｏｓｔｈ ｅｓｉ ｓ ｋｎｅｅ ｊｏｉｎｔ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ｂａｓｅｄ ｏｎｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ３ｏｆＳｗａｒｅ ｏｆ ＡＮＳＹＳ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｎｌｅｎｉｓｃｕ，￥ｈａｓ ｔｈｅ ａｂｉｌｉｔｙ ｏ ｆ ｂｅａｒｉｎｇｌｏａ ｄ ｓｈｏｃｋ－ａｂｓｏｒｂｉｎｇ．
假肢膝关节设计
机械创新设计安徽工程大学机械与汽车工程学院机制093 班指导老师:王静平2012/11/23假肢智能膝关节设计摘要：介绍了基于假肢关节跟随健肢运动控制系统的设计；为了使只能膝关节可以更好的服务与人；根据假肢关键结构工作结构、工作原理，设计了假肢膝关节的步态随动控制系统；采用了模糊PID控制算法以闭环的形式对系统进行控制；模糊PID控制算法的实验结果很优良，为假肢步态逼真程度的提高，提供了技术保障。
关键词：假肢膝关节；随动系统；阻尼力矩；步态逼真；模糊PID控制法；PMA 1.设计背景随着科学技术的进步，下肢假肢取代了拐杖，这不仅在外观和功能上弥补了肢体缺陷带来的不足，而且使截肢者双手能够自由地参与正常的工作和生活，扩大了截肢者参与社会活动的深度和广度。
假肢关节是大腿假肢的核心部件，它在行走过程中不仅祈祷支撑体重的作用，而且其性能对假肢步态逼真程度起着决定性的作用。
假肢侧和健肢侧的对称性是衡量假肢关节性能的重要指标。
目前，市场上的假肢膝关节的屈伸都是由残肢带动的，只能通过调节假肢关节的阻尼力矩，使得假肢侧步态接近健肢侧步态。
普通假肢膝关节在安装过程中，一般根据截肢者的体重、行走习惯等情况调定阻尼力矩。
阻尼力矩是根据截肢者的正常步速设定的，当步速变快或者变慢时，步态对称性变差。
20世纪90年代以前，假肢运动不能跟随截肢者的步速变化，同时缺乏稳定性。
随着假肢技术的不断发展，出现了许多智能型假肢膝关节，做到了动态调整、实时控制步态。
如Otto Bock公司（德国）的奥托博克的C-LEG仿生腿、日本Nabco的只能假腿NI-C111、Ossur 公司（冰岛）的Power Knee和国内中南大学的CIP-ILeg等。
国内智能假肢研究由于起步较晚，基础薄弱，仍处于起步阶段，落后发达国家20年左右。
为了研究出具有国际领先水平的智能假腿，有必要对实现步频跟随和智能控制调整进行研究。
几种市场常见的智能膝关节案例图:图1 Otto Bock公司的液压智能膝关节的控制阀及其工作原理图2 清华大学的摩擦锥智能膝关节的阻尼器原理示意图图3麻省理工学院的磁流变智能膝关节的关节结构及其阻尼器原理图2．设计目标设计一种能适应截肢者行走速度变化的假肢智能膝关节，截肢者无论是以正常速度，还是以快速或慢速行走，假肢侧步态轨迹都接近健肢侧步态轨迹，从而解决普通假肢膝关节步速变化时对称性较差的问题。
新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究
新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究中国机械工程第１９卷第１期２００８年１月上半月新型仿生膝关节的机构设计与仿真研究杨义勇１王人成２王延利１金德闻２田尚云１１．中国地质大学（北京），北京，１０００８３２．清华大学，北京，１０００８４摘要：通过对假肢膝关节系统的功能原理分析，提出了多种新型假肢膝关节结构方案，拟定了结构方案比较与选择的基本要求与准则，完成了结构设计与技术设计；结合运动仿真分析，确定了膝关节在主动屈曲时回转摆动缸的摆动范围，分析了下蹲过程中的机构力矩变化规律。
设计与仿真的结果对于连骨式假肢膝关节设计、双足步行机器人开发有参考价值。
关键词：假肢膝关节；仿生构形设计；运动仿真；拟人机器人中图分类号：ＴＨｌ３７．５１；Ｒ３２３．７文章编号：１００４～１３２Ｘ（２００８）０１一００７２一０３ａＨｕｍａｎｏｉｄＤｅｓｉｇｎａｎｄＭｏｖｅｍｅｎｔＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＹａｎｇＮｅｗＫｎｅｅＰｒｏｓｔｈｅｓｉｓＹｉｙｏｎ９１．ＷａｎｇＲｅｎｃｈｅｎ９２１．ＣｈｉｎａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆ２．ＴｓｉｎｇｈｕａＴｉａｎＳｈａｎｇｙｕｎｌＷａｎｇＹａｎｌｉｌＪｉｎＤｅｗｅｎ２Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８３Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８４Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｓｉｓ，ｓｅｖｅｒａｌｋｎｅｅｐｒｏｓｔｈｅｓｅｓｈａｄｂｅｅｎｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｋｎｅｅｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓｗａｓｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄｂｙａｍｕｌｔｉ—ｆａｃｔｏｒｆｕｚｚｙｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｕｄｇｅｍｅｔｈｏｄ．Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｄｅｓｉｇｎｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ，ａｎｄｕｓｉｎｇｍｏｖｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅｍｏｖｅｍｅｎｔｒａｎｇｅｏｆｔｈｅｃｙ—ｃｌｅ—ｃｙｌｉｎｄｅｒａｎｄｔｈｅｔｏｒｑｕｅｗｉｔｈｓｑｕａｔｔｉｎｇｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｋｎｅｅｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓ，ａｎｄＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｒｏｓｔｈｅｓｉｓｋｎｅｅｃａｎｃａｎｂｅｕｓｅｄｂｅｕｓｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆＨｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔ．ｓｈａｐｅｄｅｓｉｇｎ；ｍｏｖｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ｈｕｍａｎｏｉｄｒｏｂｏｔｊｏｉｎｔ；ｂｉｏｎｉｃｓ０引言给肢体残疾者安装人工假肢，是实现缺失机子功能１：站立相和摆动相中连接或锁定小腿机构，并可承受额定载荷。
新型假肢膝关节的设计与仿真研究
摘
要： 假肢膝 关节是假肢 最重要的结构 ， 对假肢性 能具有至 关重要的影响。 从仿 生性 角度 出发 ， 提 出一种新型假肢膝
关节结构 。 以踝 关节轨迹作为步 态评判标准 ， 建 立机构 的运动 学模型。 论述模 型结构 的优化原则、 目标 函数 以及约束条
件， 运用Ｌ Ｉ Ｎ Ｇ Ｏ软件 编程对模 型中的尺寸参数进行优化。将优 化后 的结构模 型运 用 Ａ Ｄ Ａ Ｍ Ｓ 进行仿真分析 ， 验证模 型
第 ６期 ２ ０ １ ５年 ６月
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ５
新 型假肢膝 关节的设计与仿 真研 究
吴 波， 陈照 波 ， 程 明
１ ５ ０ ０ ０ １ ） （ 哈尔滨工业大学 机 电工程学院 ， 黑龙江 哈尔滨
动力型假肢膝关节设计与仿真研究
动力型假肢膝关节设计与仿真研究
耿艳利;杨鹏;许晓云;陈玲玲
【期刊名称】《河北工业大学学报》
【年(卷),期】2011(040)005
【摘要】目前应用的被动式假肢膝关节由于其局限性并不能满足截肢者日常活动的需求,设计了一种能够为穿戴者提供助力的动力型假肢膝关节.利用Vicon人体三维运动捕捉系统,采集人体下肢运动信息,对人体膝关节的运动进行分析,结合动力型假肢膝关节实现的功能和工作原理设计其结构.利用CAD软件Solidworks对动力型假肢膝关节进行建模,利用cosmotion有限元运动分析软件进行运动学仿真得到电机轴运动与膝关节角度之间的关系,为进一步研究动力型假肢打下基础.
【总页数】4页(P1-4)
【作者】耿艳利;杨鹏;许晓云;陈玲玲
【作者单位】河北工业大学控制科学与工程学院,天津300130;河北工业大学控制科学与工程学院,天津300130;河北工业大学建筑与艺术学院,天津300401;河北工业大学控制科学与工程学院,天津300130
【正文语种】中文
【中图分类】TB18
【相关文献】
1.动力型智能假肢膝关节的研究进展 [J], 张宁;李剑
2.新型假肢膝关节的设计与仿真研究 [J], 吴波;陈照波;程明
3.动力踝关节假肢设计与仿真 [J], 冉洋冰;曹恒;朱钧
4.四连杆膝关节假肢的动力学建模与分析 [J], 吕阳;方虹斌;徐鉴;马建敏;王启宁;张晓旭
5.双摇杆假肢膝关节的运动学与动力学分析 [J], 刘旭辉;丁志娟;罗启文;简震;张远方
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半体假肢的轻量化设计与制造方法
半体假肢的轻量化设计与制造方法随着科技的不断发展和人们对生活质量要求的提高，半体假肢作为一种重要的辅助装置，逐渐成为失去肢体功能患者重返社会、恢复生活能力的关键工具。
然而，传统的全体假肢存在重量过大、不适应运动和造型不美观等问题。
因此，半体假肢的轻量化设计与制造方法成为当前研究的热点和难点。
半体假肢的轻量化设计主要涉及到材料选择、结构设计和制造工艺等方面。
首先，在材料选择方面，研究人员需要寻找轻量化材料，如碳纤维、轻金属合金以及强度高、密度低的聚合物材料等。
这些材料具有良好的强度和韧性，能够承受高强度的压力和抗震性能。
其次，在结构设计方面，研究人员可以采用空心结构、减少材料厚度或采用纤维增强等方式来降低假肢的重量。
通过合理的力学设计，可以在保证假肢稳定性和安全性的同时，尽量减少其重量。
最后，在制造工艺方面，研究人员可以采用3D打印、复合材料成型和先进的制造技术等方法来实现半体假肢的轻量化制造。
这些先进的制造工艺不仅可以提高制造效率，还能够减少材料浪费和人工成本。
半体假肢的轻量化设计与制造方法不仅可以提高患者的生活质量，同时也可以减轻患者的负担和提高运动效能。
在设计过程中，除了轻量化的目标外，还需要考虑假肢的适应性、稳定性和美观性。
适应性是指假肢需要与身体的解剖结构相匹配，确保使用者的舒适感和自由度。
稳定性是指假肢需要具备稳定性，能够支撑使用者的身体重量，避免使用时的不稳定情况。
美观性是指假肢需要符合美学理念，使使用者在社交场合中更加自信和舒适。
在实际应用中，半体假肢的轻量化设计与制造方法需要与患者的个体差异相结合，采用定制化的方式来满足不同患者的需求。
由于每个患者的肢体缺失情况和功能需求都不同，因此，设计及制造过程需要充分考虑患者的个体差异，以确保假肢的适应性和舒适性。
定制化的半体假肢可以更好地满足患者的需求，提高患者的使用体验和社会融入感。
半体假肢的轻量化设计与制造方法不仅能够帮助患者恢复肢体功能，还可以改善患者的生活质量，提高其自尊心和自信心。
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含半月板的假肢膝关节机构设计与减震性能分析
李飞1,张芙铭1” 丁若修1”谢华龙2
［摘要】摘要：智能仿生腿是一种能够最大限度模仿人体健康腿运动的高级智能下肢假肢。
当假肢穿戴者从事跑步、打网球等复杂运动时，运动对假肢关节的冲击和震动将大幅增加。
为提高假肢抗冲击、露动性能，将人体膝关节半月板结构引入假肢膝关节。
分析了人体膝关节的解剖结构和功能，进行了智能仿生腿膝关节机械机构设计,基于ANSYS对假肢膝关节半月板结构的抗冲击、震动性能进行了有限元分析。
结果表明：半月板具有承载负荷的能力并具有缓冲吸黑作用。
【期刊名称】机械设计与制造
【年(卷),期】2016(000)001
【总页数】4
【关键词】智能仿生腿；膝关节；半月板；有限元分析
1引言
由于疾病、天灾、战争、交通事故和人为伤害等，目前社会上已出现越来越多的肢体残疾患者。
特别是近几年,下肢残疾患者的数量增加尤为迅速。
1987年, 我国进行了第一次全国残疾人调查Z统计得到肢体残疾的患者约为755万，而2006年调查得到的肢体残疾的患者约为2412万，在20年间肢残者人数的增幅高达219.47%o由于目前医疗技术有限,无法实现肢体再生,假肢便成为代替真实肢体实现下肢残疾人行走功能的唯一方式［1］。
智能仿生腿是一种高级智能下肢假肢［2］,具有良好的运动拟人特性和可靠性,可以帮助残疾人完成行走, 上下楼梯等基本功能,其研究具有重要的社会意义及经济效益。