新型髋膝关节一体化仿生假肢关节的结构设计与优化

关键词：髋关节离断  假肢  双平行四边形机构  四杆机构  结构优化

摘要：

      摘要 目的：针对传统髋离断假肢髋膝关节之间无运动协同，截肢者长期使用导致的异常步态和更多的体能消耗问题，拟提出一款新型髋膝关节一体化仿生假肢用于解决假肢关节间的协同运动和步态不对称，以帮助截肢者恢复自然步态。 方法：采用双平行四边形机构和四连杆机构分别还原假肢髋关节旋转中心到人体生理学位置和膝关节的生物学运动特性；并通过串并联混合多目标驱动结构融合髋膝关节，还原生物髋膝关节协同运动。使用非线性目标优化方法分别对髋膝关节机构尺寸进行优化并完成样机制作，最后使用髋离断假肢测试平台完成新型髋离断假肢测试。 结果：优化结果显示双平行四边形机构符合人体髋关节尺寸要求，并能够帮助截肢者恢复截肢侧股骨旋转中心，四连杆机构成功还原了膝关节的“J”型曲线特性。实验结果显示，新型髋离断假肢髋膝关节运动趋势符合生物下肢关节协同运动规律。 结论：新型髋膝关节一体化仿生假肢能够恢复人体下肢的生理结构，并还原生物髋关节协同运动特性，改善截肢者步态，为髋离断截肢者恢复自然步态提供一种解决方案。

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