人體膝關節(jié)仿生機構(gòu)設計及其免裝配制造方法的研究.pdf

1、人體膝關節(jié)是經(jīng)過長期進化的產(chǎn)物,它的結(jié)構(gòu)緊湊,運動靈活,具有較好的站立穩(wěn)定性和動態(tài)穩(wěn)定性,能夠完成多種復雜的運動,其生物結(jié)構(gòu)、功能及運動特性具有高度的合理性以及科學性。人工膝關節(jié)機構(gòu)設計可以歸結(jié)為自然人體膝關節(jié)運動軌跡再現(xiàn)的設計,所設計的人工膝關節(jié)機構(gòu)的瞬心線與自然人體膝關節(jié)實際的瞬心線越接近,則它們的運動越相似,其代償效果就越理想。一個好的人工膝關節(jié)機構(gòu)可以使下假肢運動靈活、步態(tài)自然,具有較好站立穩(wěn)定性。根據(jù)仿生學以及新的制造成型技術(shù)

2、設計開發(fā)一種性能較好人工膝關節(jié)仿生機構(gòu)十分必要。
　　本課題結(jié)合人體膝關節(jié)的生物特性以及免裝配制造直接成型的方法,從仿生設計的角度出發(fā),采用非標設計,設計了一種新型的人工膝關節(jié)仿生機構(gòu)。主要特點如下:(1)采用彈性連接來進行滾動滑動仿生設計;(2)采用錐形體對股骨桿件進行仿生設計;(3)采用凸凹槽相互配合的機制來實現(xiàn)空間桿件運動軌跡限位;(4)采用球形件與活塞原理進行承重自鎖以及空間限位來實現(xiàn)人工膝關節(jié)機構(gòu)的限位鎖止,并且同時具有

3、緩沖減震作用;(4)設計了一種新型的人工膝關節(jié)免裝配機構(gòu)。(5)采用免裝配直接成型的方法進行試驗;(6)提出了滾動滑動比率了評價方法,并建立數(shù)學函數(shù)式;(7)建立了滾動滑動人工膝關節(jié)仿生機構(gòu)的數(shù)學模型以及受力分析模型;(8)分析了新型人工膝關節(jié)仿生機構(gòu)的靜態(tài)穩(wěn)定性、動態(tài)穩(wěn)定性以及靈活性。
　　研究結(jié)果表明:(1)采用彈性連接來進行滾動滑動仿生設計,該方法可以通過滾動滑動機構(gòu)來實現(xiàn)人工膝關節(jié)仿生機構(gòu)的的瞬心軌跡不連續(xù);(2)采用錐形

4、體對股骨桿件進行仿生設計是使機構(gòu)實現(xiàn)穩(wěn)定三維運動的有效辦法之一,可通過此辦法可實現(xiàn)人體膝關節(jié)仿生機構(gòu)的運動瞬心軌跡為空間三維運動;(3)采用球形件與活塞原理進行承重自鎖以及空間限位是人工膝關節(jié)機構(gòu)的一種有效限位鎖止方法;(4)滾動滑動比率的計算評價可以根據(jù)滾動滑動運動中工件上某個點的運動軌跡以及其滾動滑動運動軌跡組成的面積的大小來進行判定;(5)該仿生膝關節(jié)機構(gòu)發(fā)生滾動滑動比率以及其運動軌跡跟彈簧的參數(shù)、脛骨桿件和股骨桿件的外輪廓參數(shù)、