肌电膝关节 【技术领域】
本发明涉及假肢膝关节，具体为一种应用肌电感应的肌电膝关节。
背景技术
假肢，用于弥补人体失去肢体部分功能的一种装置，分上肢假肢、下肢假肢。上肢假肢又分前臂假肢和上臂假肢。下肢假肢又分髋假肢、大腿假肢、小腿假肢等。
目前的大腿假肢膝关节分单轴、四连杆、气压、液压、电子膝等关节，各种膝关节重点解决伸展状态下支撑控制和摆动状态时的摆动控制，在屈膝状态下则失去支撑控制和屈曲后更无伸展助伸功能。因此，在行走斜坡和楼梯时，不能像健腿一样交替行走，上坡或台阶总是健肢在前，假肢在后直腿跟进，既慢且吃力；下坡或台阶时总是假肢在前，健肢在后跟进，慢且危险，容易摔跤。其原因均为假肢的膝关节不能自动屈伸。而且在屈膝状态下无支撑作用，更无伸展助伸功能。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种肌电膝关节，以解决背景技术中的不足。肌电膝关节，主要包括：传感器(肌电感应器)，一级活塞杆、二级活塞杆、油管、油路控制阀，小液压缸活塞杆、曲柄、减速器、高能充电电池、计算机控制模块、电机、大液压缸缸体、小液压缸缸体、支撑外壳、关节头、撞针、密封环、气阀、弹簧、密封环。所述支撑外壳与关节头间通过铰接方式连接，关节头与一级活塞杆间通过铰接方式连接，大液压缸缸体与支撑外壳间通过铰接方式连接，减速器与电机组成电机减速器一个整体部件与曲柄固定于外壳，曲柄与小液压缸活塞杆间通过铰接方式连接，小液压缸活塞杆与小液压缸缸体为滑动副，电池和计算机控制模块与支撑外壳固定，油管连通大小液压缸，之间装有油路控制阀门。小液压缸缸体，小液压缸活塞杆，一级活塞杆，二级活塞杆与大液压缸缸体均为滑动副。
当使用本发明平地行走时，传感器(肌电感应器)将人体相应肌肉发出的肌电信号传递至控制模块进行程序的判别后控制电机不启动。关节靠液体流量的控制来完成屈伸运动控制和伸展状态下的支撑稳定性控制。在连接大小液压缸之间的油管间设有阀门控制，该阀门在关节完全伸展状态下利用关节头所承受的重力传递至阀门将油路封闭，使关节在伸展负重状态下不会随意屈曲，以保证关节的稳定性。负重解除则油路封闭自动解除，关节可屈伸。
此时为液压机械运动模式，无需电能，使电池供电时间更长。
当使用本发明上下楼梯或斜坡时，传感器(肌电感应器)将人体相应肌肉发出的肌电信号传递至控制模块经判别后启动电机的转动，通过减速器减速将旋转运动传递给曲柄，曲柄的旋转运动将会带动小液压缸活塞杆与小液压缸缸体进行相对运动，小液压缸通过油管与大液压缸相连，因此会推动大液压缸二级活塞杆进行运动，由于截面积不同，使推力成倍增加。由于大液压缸二级活塞杆腔内为密封状，大液压缸一级活塞杆和大液压缸二级活塞杆之间相对行程小于大液压缸二级活塞杆与大液压缸缸体之间行程，大液压缸二级活塞杆的运动将会推动关节头进行转动，由于关节头固定在大腿残肢接受腔上，与大腿残肢相连，肌电膝关节则代替人体膝关节进行屈伸支撑运动。完成上下楼梯或斜坡的动作。此时大液压缸二级活塞杆腔内的弹簧和液体在假肢脚跟接触地面的瞬间还可起到缓冲和减震的作用。在此运行模式中，油管中的阀门处于开放状态，不阻止液体的流动。此运行模式靠减速器控制关节的稳定性。
当使用本发明下蹲时，传感器(肌电感应器)向控制模块发出信号，控制电机不被启动，关节处于无源状态，油路畅通。当关节头屈曲超过一定角度时，气阀与固定在支撑外壳上的撞针接触而使一级活塞杆与二级活塞杆间气阀打开，气阀打开后内部压缩的空气将会被排出，使大液压缸一级活塞杆可继续压缩，从而使整个小腿可完成大角度的弯曲使残疾人可以完成下蹲动作。
在本发明中，电池可似手机固定在该假肢之外的人体腰部，以减轻关节重量，电池可随时更换。肌电感应器可根据需要固定在人体不同部位如股直肌，臀大肌等，以接收不同的肌电信号，传递至控制模块。比如可利用肌肉的跳动一次或连续跳动两次的不同信号来使控制模块是否启动电机运转而转换关节的运行模式。
本发明主要由人工关节、驱动系统，增力系统，传感器(肌电感应器)，计算机控制模块五部分组成，通过传感器(肌电感应器)感测人体是要在平地行走还是要处于坡行状态的信号指令传递至计算机控制模块控制是否启动驱动系统，从而达到平地坡地两种不同运转模式，解决正常交替上下楼梯和斜坡的问题。同时省电。
有益效果：
本发明方解决了长期以来大腿假肢不能自然交替上下楼梯斜坡的问题，使大腿截肢者能像正常人一样双腿交替上下楼梯与斜坡，为工作，学习，生活带来更多的方便，也更有利于肢残者的身心健康。
本发明可填补国际国内技术空白。
附图说明：
图1为本发明的结构主视图；
图2为本发明的结构左视图；
图3为本发明大液压缸剖视图；
图4为本发明电机减速器曲柄部分安装图；
图5为本发明控制原理框图。
图中主要组件附件：1级活塞杆、2二级活塞杆、3油管、4小液压缸活塞杆、5曲柄、6减速器、7传感器(肌电感应器)、8电池、9计算机控制模块、10电机、11大液压缸缸体、12小液压缸缸体、13支撑外壳、14关节头、15撞针、16密封环、17气阀、18弹簧、19密封环。20油路控制阀。
【具体实施方式】
以下实例用于说明本发明，但并不构成对本发明的限制。
实施例1
当配备有该假肢的残疾人在平路行走时，传感器(肌电感应器)7向控制模块9发出信号A，通过控制模块中程序的判别后，控制系统控制电机不运转。关节启动平地液压机械运转模式，靠人体残肢力量带动关节运转和油路控制保持关节稳定性，达到省电的目的。
此时减速器在电机不工作状态下可被动转动，以不阻止关节的转动。
实施例2
当残疾人需要上楼梯时，传感器(肌电感应器)7将会向控制模块9发出信号B，通过控制模块9中程序的判别，从而控制电机10的运转，通过减速器6减速将旋转运动传递给曲柄5，曲柄5的旋转运动将会带动小液压缸活塞杆4与小液压缸缸体12进行相对运动，小液压缸通过油管3与大液压缸相连，因此会推动大液压缸二级活塞杆进行运动，由于截面积不同，因此会存在一个增力作用。由于大液压缸二级活塞杆腔内为密封状，大液压缸一级活塞杆1和大液压缸二级活塞杆2之间相对行程小于大液压缸二级活塞杆2与大液压缸缸体11之间行程，因此，大液压缸二级活塞杆的运动将会推动关节头14进行旋转，由于关节头14固定在大腿接受腔上，因此关节头14的旋转将会使小腿部分自动弯曲和伸展，从而协助人体进行上升，完成上楼梯的动作。此时大液压缸二级活塞杆腔内的弹簧和液体在假脚接触地面的时候还可起到缓冲和减震的作用。
实施例3
当残疾人需要下蹲时，传感器(肌电感应器)7向控制模块9发出信号C，控制模块9控制电机不会被启动，大液压缸二级活塞杆2不会与大液压缸缸体11产生相对运动。而关节头14的旋转运动将会使大液压缸一级活塞杆1压缩，当关节头14旋转超过一定角度时，整个大液压缸也会随之移动，而使气阀与固定在支撑外壳13上的撞针接触而使气阀打开，气阀打开后内部压缩的空气将会被排出，使大液压缸一级活塞杆1可继续压缩，从而使整个小腿可完成大角度的弯曲使残疾人可以完成下蹲动作。
此时减速器可在电机不工作状态下被动转动。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围地前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。