人體膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)及其免裝配制造方法的研究.pdf

1、人體膝關(guān)節(jié)是經(jīng)過長(zhǎng)期進(jìn)化的產(chǎn)物,它的結(jié)構(gòu)緊湊,運(yùn)動(dòng)靈活,具有較好的站立穩(wěn)定性和動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性,能夠完成多種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng),其生物結(jié)構(gòu)、功能及運(yùn)動(dòng)特性具有高度的合理性以及科學(xué)性。人工膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)可以歸結(jié)為自然人體膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)軌跡再現(xiàn)的設(shè)計(jì),所設(shè)計(jì)的人工膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的瞬心線與自然人體膝關(guān)節(jié)實(shí)際的瞬心線越接近,則它們的運(yùn)動(dòng)越相似,其代償效果就越理想。一個(gè)好的人工膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)可以使下假肢運(yùn)動(dòng)靈活、步態(tài)自然,具有較好站立穩(wěn)定性。根據(jù)仿生學(xué)以及新的制造成型技術(shù)

2、設(shè)計(jì)開發(fā)一種性能較好人工膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)十分必要。
　　本課題結(jié)合人體膝關(guān)節(jié)的生物特性以及免裝配制造直接成型的方法,從仿生設(shè)計(jì)的角度出發(fā),采用非標(biāo)設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了一種新型的人工膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)。主要特點(diǎn)如下:(1)采用彈性連接來進(jìn)行滾動(dòng)滑動(dòng)仿生設(shè)計(jì);(2)采用錐形體對(duì)股骨桿件進(jìn)行仿生設(shè)計(jì);(3)采用凸凹槽相互配合的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)空間桿件運(yùn)動(dòng)軌跡限位;(4)采用球形件與活塞原理進(jìn)行承重自鎖以及空間限位來實(shí)現(xiàn)人工膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的限位鎖止,并且同時(shí)具有

3、緩沖減震作用;(4)設(shè)計(jì)了一種新型的人工膝關(guān)節(jié)免裝配機(jī)構(gòu)。(5)采用免裝配直接成型的方法進(jìn)行試驗(yàn);(6)提出了滾動(dòng)滑動(dòng)比率了評(píng)價(jià)方法,并建立數(shù)學(xué)函數(shù)式;(7)建立了滾動(dòng)滑動(dòng)人工膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型以及受力分析模型;(8)分析了新型人工膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)的靜態(tài)穩(wěn)定性、動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性以及靈活性。
　　研究結(jié)果表明:(1)采用彈性連接來進(jìn)行滾動(dòng)滑動(dòng)仿生設(shè)計(jì),該方法可以通過滾動(dòng)滑動(dòng)機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)人工膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)的的瞬心軌跡不連續(xù);(2)采用錐形

4、體對(duì)股骨桿件進(jìn)行仿生設(shè)計(jì)是使機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定三維運(yùn)動(dòng)的有效辦法之一,可通過此辦法可實(shí)現(xiàn)人體膝關(guān)節(jié)仿生機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)瞬心軌跡為空間三維運(yùn)動(dòng);(3)采用球形件與活塞原理進(jìn)行承重自鎖以及空間限位是人工膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)的一種有效限位鎖止方法;(4)滾動(dòng)滑動(dòng)比率的計(jì)算評(píng)價(jià)可以根據(jù)滾動(dòng)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)中工件上某個(gè)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡以及其滾動(dòng)滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)軌跡組成的面積的大小來進(jìn)行判定;(5)該仿生膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)發(fā)生滾動(dòng)滑動(dòng)比率以及其運(yùn)動(dòng)軌跡跟彈簧的參數(shù)、脛骨桿件和股骨桿件的外輪廓參數(shù)、