CN102247260A - 线角驱动下肢助行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种线角驱动下肢助行器，其由左右对称设置的腰部支撑架、大腿支撑杆、小腿支撑杆、脚部支撑板、髋关节第一旋转副、髋关节第二旋转副、膝关节旋转副、踝关节旋转副、外展内收驱动机构、屈伸驱动机构、大腿紧固带、小腿紧固带构成。本发明具有结构设计科学合理，能够帮助下肢瘫痪患者实现站立行走，并且具有运行平稳，支撑可靠，易于生产制作，成本低的优点。
Description
技术领域
本发明涉及助行装置，特别是一种线角驱动下肢助行器。
背景技术
动力式助行器是现代科学技术进步与人体康复需求相结合的成果，目的是研究开发对下肢瘫痪者进行行走功能评估、诊断、恢复、步行代偿以及护理所需的各种助行设备。目前，世界上约有10余家实验室在从事可穿戴型助行器的研究，且大多是用于正常人的助力或是下肢功能障碍患者的康复，很少有用于帮助下肢瘫痪者重新站立行走的装置的研究。且现有的研究多是采用电机直接驱动或是气动，造价也都十分昂贵。另外，现有动力式助行器不具有大腿部分的外展内收功能，在行走时动作僵直，仿真度舒适度欠佳。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种辅助下肢瘫痪患者重新站立行走的线角驱动下肢助行器，可实现按照正常人体的步态带动下肢瘫痪患者站立行走的目的，并具有结构合理，使用方便，安全可靠的优点。
本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：
一种线角驱动下肢助行器，其特征在于：由左右对称设置的腰部支撑架、大腿支撑杆、小腿支撑杆、脚部支撑板、髋关节第一旋转副、髋关节第二旋转副、膝关节旋转副、踝关节旋转副、外展内收驱动机构、屈伸驱动机构、大腿紧固带、小腿紧固带构成，腰部支撑架的两端分别通过外展内收驱动机构连接大腿支撑杆顶端的髋关节第一旋转副，大腿支撑杆顶端安装有髋关节第二旋转副，大腿支撑杆的下端通过膝关节旋转副连接小腿支撑杆，小腿支撑杆的下端通过踝关节旋转副连接脚部支撑板，在两侧的髋关节第二旋转副及膝关节旋转副上均共同安装屈伸驱动机构，该屈伸驱动机构为线角位移驱动机构。
而且，所述的外展内收驱动机构由安装座、电机及减速器、传动机构、水平转动轴、滑块、凸轮及纵向摆动轴构成，安装座固装在腰部支撑架端部，电机及减速器与安装座固装，电机及减速器通过传动机构与水平转动轴联动，水平转动轴穿装过滑快并在端部固装凸轮，凸轮与安装座内侧面顶触，滑块垂直固装纵向摆动轴，该纵向摆动轴端部与髋关节旋转副转动轴固装。
而且，所述的线角位移驱动机构由两驱动电机、上可变半径滑轮、下可变半径滑轮、两对称的线角驱动组件及环形缆线构成，上可变半径滑轮与髋关节旋转副转动轴固装，下可变半径滑轮与膝关节旋转副转动轴固装，在上可变半径滑轮及下可变半径滑轮上共同套装环形缆线，在该缆线的纵向上分别安装线角驱动组件，该线角驱动组件的上端固装齿轮，该齿轮与驱动电机输出端齿轮啮合。
而且，所述线角驱动组件由同轴套装的外线角驱动件及内线角驱动件构成，该外线角驱动件及内线角驱动件的扭转方向相反。
而且，所述的外线角驱动件、内线角驱动件均由多个连接环及之间的线网构成。
而且，所述的脚部支撑板由后支撑板及转动安装的前支撑板构成。
而且，所述的脚部支撑板上表面安装有紧固带。
本发明的优点和有益效果为：
1.本线角驱动下肢助行器在髋关节设有两个旋转副，膝关节、踝关节、脚掌各设有一个旋转副，其中髋关节和膝关节处的用于实现屈伸运动的旋转副采用同心直线角位移系统驱动，髋关节处用于实现外展内收运动的旋转副采用电机带动谐波减速器和同步齿形带传动进行驱动，踝关节与脚掌处不加驱动。使用时，通过腰部和脚底对人体进行支撑，通过紧固带将助行器在腰部、大腿、小腿和脚部与人固定，助行器会按照已输入的程序带动下肢瘫痪者的腿部运动，实现行走动作，为下肢瘫痪患者的生活提供极大便利。
2.本线角驱动下肢助行器通过在腰部支撑架的两端与大腿支撑杆之间安装外展内收驱动机构，实现髋关节的外展内收，能够更加真实的模拟人体的行走步态，使用者的行走动作更加舒适、自如。
3.本线角驱动下肢助行器在髋关节及膝关节均通过线角驱动组件实现同时动作，具有传动效果好，平稳度高的优点。
4.本线角驱动下肢助行器的线角驱动组件由同轴套装的外线角驱动件及内线角驱动件构成，形成同心线角驱动组件，该同心线角驱动组件相比单个线角驱动组件的优点是：在负载端的运动类似于滑块机构(无旋转约束)，这保证了线角驱动组件中的旋转微分传递到每个单元件。这减少了重量和复杂性。
5.本发明具有结构设计科学合理，能够帮助下肢瘫痪患者实现站立行走，并且具有运行平稳，支撑可靠，易于生产制作，成本低的优点，是一种具有较高创新性的助行器，具有广泛的市场前景。
附图说明
图1为本发明的结构示意图(立体图)；
图2为本发明的外展内收驱动机构的放大图；
图3为本发明的屈伸驱动机构的放大图；
图4为本发明的线角驱动组件的放大图。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种线角驱动下肢助行器，其由左右对称设置的腰部支撑架1、大腿支撑杆5、小腿支撑杆8、脚部支撑板11、髋关节第一旋转副14、髋关节第二旋转副4、膝关节旋转副7、踝关节旋转副10、外展内收驱动机构2、屈伸驱动机构3、大腿紧固带6、小腿紧固带9构成。
腰部支撑架用于支撑穿戴者的腰部使其上身保持直立，分为左右两部分，中间有销钉连接，可实现轻微的旋转运动。腰部支撑架的两端分别通过外展内收驱动机构连接大腿支撑杆顶端的髋关节第一旋转副。外展内收驱动机构由安装座19、电机及减速器21、齿形带传动机构22、水平转动轴20、滑块18、凸轮17及纵向摆动轴16构成，安装座固装在腰部支撑架端部，电机及减速器与安装座固装，电机及减速器通过齿形带传动机构与水平转动轴联动，水平转动轴穿装过滑快并在端部固装凸轮，凸轮与安装座内侧面顶触，滑块垂直固装纵向摆动轴，该纵向摆动轴端部与髋关节第一旋转副转动轴固装。外展内收驱动机构的电机连接至控制器。
大腿支撑杆顶端安装有髋关节第二旋转副，该髋关节第一旋转副的纵向摆动轴与髋关节第二旋转副的转动轴采用同一轴。大腿支撑杆的下端通过膝关节旋转副连接小腿支撑杆。小腿支撑杆的下端通过踝关节旋转副连接脚部支撑板。在两侧的髋关节第二旋转副及膝关节旋转副上均共同安装屈伸驱动机构，该屈伸驱动机构为线角位移驱动机构。线角位移驱动机构由两驱动电机24、30，上可变半径滑轮23、下可变半径滑轮29、两对称的线角驱动组件27、28及环形缆线31构成，上可变半径滑轮与髋关节第二旋转副转动轴固装，下可变半径滑轮与膝关节旋转副转动轴固装，在上可变半径滑轮及下可变半径滑轮上共同套装环形缆线，在该缆线的纵向上分别安装线角驱动组件，该线角驱动组件的上端固装齿轮26，该齿轮与驱动电机输出端齿轮25啮合。线角位移驱动机构的驱动电机连接至控制器。
线角驱动组件为同心线角驱动组件，其由同轴套装的外线角驱动件32及内线角驱动件35构成，该外线角驱动件及内线角驱动件的扭转方向相反。外线角驱动件、内线角驱动件均由多个连接环33及之间的线网34构成。在同心线角驱动组件的作用下，线角驱动组件单元的旋转反应发生在电机附近，也就是扭矩最初产生的地方。现在同心线角驱动组件的负载端必须可以自由旋转，并通过电缆控制调节。
除了消除了需要直线运动指导的必要，同心线角驱动组件配置将增加一个单个的线角驱动组件的有效长度而并非增加真实的组件。增加的单元允许同心线角驱动组件工作时比单独的线角驱动组件链在相同的长度上有一个较长的偏移，来达到更高的机械优势。同时，同心线角驱动组件的负载应用平均分布在内外线角驱动组件，因此，每个线角驱动组件都承担一部分负载，增加了同心线角驱动组件的承载能力。
脚部支撑板由后支撑板及转动安装的前支撑板12构成，脚部支撑板上表面安装有紧固带13。
本动力式助行器的工作原理为：
使用时，穿戴者通过紧固带将该助行器与大小腿、腰部、脚部固定，启动后，中心处理器会按照预先编订的程序控制电机的转动。在髋关节外展内收驱动机构中，电机转动，经谐波减速器减速和同步齿形带驱动水平转动轴，水平转动轴通过凸轮机构的顶触，驱动纵向摆动轴摆动，最终带动髋关节实现外展内收。
在髋关节屈伸驱动机构处，两电机为反向转动，带动线角驱动组件转动，线角驱动组件将旋转运动转化为直线运动，一侧线角驱动组件收缩，则另一侧线角驱动机构伸长，从而拉动髋关节和膝关节在矢状面旋转，实现行走的功能，可变半径滑轮可以补偿主动同心线角驱动组件和对抗同心线角驱动组件不同的收缩舒张率。
Claims (7)
1.一种线角驱动下肢助行器，其特征在于：由左右对称设置的腰部支撑架、大腿支撑杆、小腿支撑杆、脚部支撑板、髋关节第一旋转副、髋关节第二旋转副、膝关节旋转副、踝关节旋转副、外展内收驱动机构、屈伸驱动机构、大腿紧固带、小腿紧固带构成，腰部支撑架的两端分别通过外展内收驱动机构连接大腿支撑杆顶端的髋关节第一旋转副，大腿支撑杆顶端安装有髋关节第二旋转副，大腿支撑杆的下端通过膝关节旋转副连接小腿支撑杆，小腿支撑杆的下端通过踝关节旋转副连接脚部支撑板，在两侧的髋关节第二旋转副及膝关节旋转副上均共同安装屈伸驱动机构，该屈伸驱动机构为线角位移驱动机构。
2.根据权利要求1所述的线角驱动下肢助行器，其特征在于：所述的外展内收驱动机构由安装座、电机、传动机构、水平转动轴、滑块、凸轮及纵向摆动轴构成，安装座固装在腰部支撑架端部，电机固装在安装座内，电机通过传动机构与水平转动轴联动，水平转动轴穿装过滑快并在端部固装凸轮，凸轮与安装座内侧面顶触，滑块垂直固装纵向摆动轴，该纵向摆动轴端部与髋关节第一旋转副的转动轴固装。
3.根据权利要求1所述的线角驱动下肢助行器，其特征在于：所述的线角位移驱动机构由两驱动电机、上可变半径滑轮、下可变半径滑轮、两对称的线角驱动组件及环形缆线构成，上可变半径滑轮与髋关节旋转副转动轴固装，下可变半径滑轮与膝关节旋转副转动轴固装，在上可变半径滑轮及下可变半径滑轮上共同套装环形缆线，在该缆线的纵向上分别安装线角驱动组件，该线角驱动组件的上端固装齿轮，该齿轮与驱动电机输出端齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述的线角驱动下肢助行器，其特征在于：所述线角驱动组件由同轴套装的外线角驱动件及内线角驱动件构成，该外线角驱动件及内线角驱动件的扭转方向相反。
5.根据权利要求1所述的线角驱动下肢助行器，其特征在于：所述的外线角驱动件、内线角驱动件均由多个连接环及之间的线网构成。
6.根据权利要求1所述的线角驱动下肢助行器，其特征在于：所述的脚部支撑板由后支撑板及转动安装的前支撑板构成。
7.根据权利要求1所述的线角驱动下肢助行器，其特征在于：脚部支撑板上表面安装有紧固带。
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