现阶段全世界智能假肢产品多种多样,处于实验室研究阶段的假肢样机更是种类繁多。昆明膝关节假肢公司下面按照关节驱动方式、驱动类型、转轴结构等对智能膝关节假肢进行分类阐述。
关节驱动方式
智能膝关节假肢按照关节驱动方式可分为主动型和被动型。
昆明膝关节假肢主动型假肢主要以电机作为动力源,能够代替腿部肌肉提供力矩,使膝关节主动弯曲、伸展。但电机自重大、能量转化率低、功耗高,运行时噪声大;电池容量小、体积重量大、续航短,这些问题是主动型假肢产品面临的主要技术难题。市场上唯一的一款主动型假肢产品是OSSUR公司的POWERKNEE。也有研究机构用气压、液压作为动力源进行主动型假肢的研究。
被动型假肢(也称为阻尼式假肢)不提供主动力矩,行走时通过大腿残肢带动假肢小腿摆动实现行走。假肢根据外界条件的变化调节膝关节阻尼力矩实现步态调整。由于控制方式相对简单,实现难度相对较小,同时能耗相对较低,市场上主流产品均为被动阻尼式假肢。
驱动类型
阻尼式假肢按照驱动类型可以分为气压、液压、磁流变、电流变、机械摩擦等。阻尼式假肢提供的阻尼可以分为流体阻尼和摩擦阻尼两种。其中,气压和液压的阻尼原理类似,通过调节阀门开度大小改变流体的阻尼。由于气体压缩性较大,气压提供的阻尼力矩较小、阻尼器动作较快,适用于摆动相;液压能提供较大的阻尼力矩,既适用于支撑相也适用于摆动相。
磁流变和电流变阻尼假肢的原理是在不同磁场、电场的作用下,磁流变液和电流变液的黏性不同,改变磁场强度或电场强度即可改变流体的阻尼,这种类型阻尼器不需机械执行机构,对调节的反应也更加迅速。云南膝关节假肢市场上已经有磁流变假肢产品出现,但电流变假肢由于技术原因仍在实验室阶段。摩擦阻尼式假肢通过调节机构来产生摩擦阻尼,但实现准确稳定的力矩控制以及建立准确的数学模型均有很大难度,现在还没有摩擦式智能膝关节产品。
转轴结构
膝关节假肢按照结构可以分为单轴假肢和多连杆假肢。
单轴膝关节只有单个回转轴,在摆动期的灵活性较高,但支撑期不够稳定。由于结构比较简单,模型的建立比较容易,同时也能够允许假肢实现较复杂的运动,现有的智能膝关节假肢产品除了IntelligentKnee(Four-barAxis)以及国内的气压多连杆假肢之外,均为单轴结构;在实验室研究中,单轴膝关节的研究也占主要部分。
多轴膝关节大多为多连杆膝关节(四连杆、五连杆或六连杆),多连杆机构的设计使转动中心可以以一定的轨迹移动,更加符合人体正常行走时膝关节转动中心的变化,在伸展时转动瞬心可以大大高于转动轴,弯曲时快速下降至转轴附近,使其伸展灵活,同时支撑期也能保持稳定。
智能多连杆假肢大多采用四连杆结构,NABTESCO公司的IntelligentKnee(Four-barAxis)、台湾德林公司的VOne以及北京精博的假肢是已经产品化的四连杆智能假肢;河北工业大学的杨鹏等则分别研究了气压、电机驱动的四连杆膝关节。台湾德林公司也研发了五连杆智能假肢TGK-5PSOIC以及ADLIB智能假肢。
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