CN103462784B - 助力锻炼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种助力锻炼装置，包括助力机械腿装置和平衡架装置，助力机械腿装置固定在人体的腰部和腿部，平衡架装置固定在人体肩部和腋下，两个装置相互配合使用；所述助力机械腿装置由固定腰带、辅助活动支撑和脚板，其特征在于：助力机械腿装置还包括传动装置，由飞轮、钢丝线、蓄能弹簧及设在各关节处的滑轮组构成，飞轮设在固定腰带上，钢丝绳的一端绕在紧定滑轮上，中间连接一蓄能弹簧，再依次绕过各关节处定滑轮最后固定在脚板的脚掌部位，组成机械式平行弹性结构。该装置利用纯机械结构设计的助力机械腿和平衡架达到助力行走的目的，在不额外消耗人能量的情况下就可以帮助人保持站立姿势和在行走时保持平横。
Description
技术领域
本发明涉及一种助力锻炼装置，具体的说是一种帮助康复中的病人行走或者残疾人行走的助力锻炼装置。
背景技术
就目前国内外研究现状，目前在我国临床康复中开始使用了三种类型截瘫步行器,即美国RGO,英国ARGO和德国Walkabout。截瘫矫形器的设计原理都是通过特殊力学的结构将重心及身体的移动转化为带动下肢的向前移动,从而实现整个身体向前运动。
Walkabout截瘫步行器对于TIO以下的完全性截瘫和T8以下的不完全性截瘫能显著改善患者站立、行走以及独立生活的能力。Walkabout步行器是利用钟摆原理T作，在互动式绞链的帮助下.通过患者重心的移动来实现截瘫肢体的被动移动，并防止行走时双下肢缠绕在一起。在使用时，对于使用者也有较高的的要求，例如：腰骶段脊柱有良好的灵活性；上肢要有足够的肌力来使用拐杖；通过训练，可独立站立并支撑体重；X光片显示骨密度良好，不影响支撑躯体的站立和移动等。
在2010年8月凯兹罗尼教授的实验室在美国军方的资助下开发出动力人造外骨骼“惠特尼”，该外骨骼沿用了凯兹罗尼实验室2000年时开发的“伯克利下肢外骨骼技术”。这种外骨骼制作造价不低于1.5万美元(约合9.6万元人民币)。
由上综合可知，目前国内应用于帮助有行走困难的老年人和帮助病后恢复病人的多数只是简单的康复步行车、助行架和拐杖。其中康复步行车和助行架都是利用人手提供支撑来保持自身平横。由于传统的的康复步行车、助行架和拐杖有明显的不足，对使用者来说安全系数不高，使用时不能训练膝关节，长时间使用会导致使用者骨盆向一侧倾斜，肩高不等、双腿膝关节弯曲等后遗症。
而国外的一些采用外加动力的外骨骼装置，由于其重量、成本和结构的复杂程度较高，也只有少部分投入到辅助生活应用中。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种帮助康复中的病人行走或者残疾人行走的助力锻炼装置，利用纯机械结构设计的助力机械腿达到助力行走的目的，避免了采用外加能源机械腿的复杂和笨重的结构，在不额外消耗人能量的情况下就可以帮助人保持站立姿势和在行走时保持平横。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种助力锻炼装置，包括助力机械腿装置和平衡架装置，助力机械腿装置固定在人体的腰部和腿部，平衡架装置固定在人体肩部和腋下，两个装置相互配合使用；所述助力机械腿装置由用于固定人体腰部的固定腰带、辅助人体腿部行走的辅助活动支撑和用于固定人体脚部的脚板，辅助活动支撑包括根据人体腿部骨骼结构特征制作的大腿连杆和小腿连杆，固定腰带通过铰链与辅助活动支撑的大腿连杆上端连接，脚板通过铰链与辅助活动支撑的小腿连杆下端连接；其特征在于：助力机械腿装置还包括传动装置，由飞轮、钢丝绳、蓄能弹簧及设在各关节处的滑轮组构成，飞轮设在固定腰带上，飞轮为单向髋关节预紧定滑轮，钢丝绳的一端绕在单向髋关节预紧定滑轮上，中间连接一蓄能弹簧，再依次绕过设在大腿连杆和小腿连杆处的膝关节定滑轮及设在小腿连杆下端的踝关节定滑轮，最后固定在脚板的脚掌部位，组成机械式平行弹性结构；该传动装置，利用人在行走过程中腿自身的重力为蓄能弹簧蓄能，在人抬腿时提供助力。
所述的平衡架装置包括U型平衡架、X型交叉支撑架、腋下支撑装置及L型固定杆，平衡架分为左、右两个平衡架，X型交叉支撑架与U型平衡架间用直线轴承连接，直线轴承配合在U型平衡架上端的两根固定杆上，可在固定杆上前后滑动，与U型平衡架之间通过一弹簧连接，并利用钢丝与一个定滑轮组合；腋下支撑装置设有左右两个，连接在X型交叉支撑架左右端，采用四杆机构结合L型固定杆结构将人的上半身固定在平衡架上，U型平衡架可以将人的上身的重力通过支撑架传递到地上。
本发明的助力部分，采用弹簧、钢丝和定滑轮组成平行弹性结构来实现。在不额外消耗人体能量的前提下帮助使用者抬腿。因此，本发明可以轻松帮助使用者独立行走，避免老年人和病人长期卧床引起的疾病和健康问题。因本发明助行部分采用四杆机构的死点位置，将人固定在支撑架上，即使是下肢无力的使用者也可以借助平衡架架保持站立姿势。在运动过程中人手脚并用可以简单轻松地使支撑架根据人的走路节奏间歇式前进，让使用者轻松自然的完成行走。人与支撑架固定部分为自动复位机构，使用者可以在无其他人帮助的情况下独立穿戴使用，提高了使用者的独立性。
本发明稳定性好、安全系数高，还可以应用于中风和偏瘫患者，帮助他们行走，缩短恢复周期。
附图说明
图1是本发明的结构示意图
图2是助力机械腿装置的主视图
图3是助力机械腿装置的左视图
图4是平衡架装置的主视图
图5是平衡架装置的左视图
图6是平衡架装置的俯视图
具体实施方式
在图1、图2、图3所示的第一实施例中，助力机械腿装置由用于固定人体腰部的固定腰带(1)、辅助人体腿部行走的辅助活动支撑和用于固定人体脚部的脚板(7)，辅助活动支撑包括根据人体腿部骨骼结构特征制作的大腿连杆(4)和小腿连杆(6)，固定腰带(1)通过铰链与辅助活动支撑的大腿连杆(4)上端连接，脚板(7)通过铰链与辅助活动支撑的小腿连杆(6)下端连接；其特征在于：助力机械腿装置还包括传动装置，由飞轮(2)、钢丝绳、蓄能弹簧(3)及设在各关节处的滑轮(5)组构成，飞轮(2)设在固定腰带(1)上，飞轮(2)为单向髋关节预紧定滑轮，钢丝绳的一端绕在单向髋关节预紧定滑轮上，中间连接一蓄能弹簧(3)，再依次绕过设在大腿连杆(4)和小腿连杆(6)处的膝关节定滑轮(5)及设在小腿连杆(6)下端的踝关节定滑轮(5)，最后固定在脚板(7)的脚掌部位，组成机械式平行弹性结构；整个传动装置，利用人在行走过程中腿自身的重力为蓄能弹簧蓄能，在人抬腿时提供助力。
各处定滑轮(5)限制了钢丝的走向，因此蓄能弹簧(3)的弹力也被分配到了各个关节对应的轴上，在人行走过程中起到助力效果。
腰间的定滑轮与飞轮(2)连接只能单向转动，钢丝绕在一定滑轮上，定滑轮通过钢丝与蓄能弹簧连接。用手转动飞轮(2)可以调节蓄能弹簧的初拉力。
穿戴助力机械腿后，通过转动一个定滑轮将钢丝预紧，可以根据不同人的不同阶段提供相适应的拉力。
大腿连杆(4)中有一减震器，用来避免人行走时由于重心高度的变化，连杆对人产生的刚性冲击。
膝关节和踝关节都采用可调节高度的锁死机构(8)，因此可以适用于不同身高的人。增加助力机械腿的可调节性。
图4、图5、图6所示的第二实施例中，所述的平衡架装置包括U型平衡架(12)、X型交叉支撑架(10)、腋下支撑装置(11)及L型固定杆(9)，U型平衡架(12)分为左、右两个平衡架(12)，X型交叉支撑架(10)与平衡架(12)间用直线轴承(15)连接，直线轴承(15)配合在平衡架(12)上端的两根固定杆上，可在固定杆上前后滑动，与平衡架(12)之间通过弹簧(16)连接，并利用钢丝与一个定滑轮组合；腋下支撑装置(11)设有左右两个，连接在X型交叉支撑架(10)左右端，其采用四杆机构死点特征，结合L型固定杆(9)结构将人的上半身固定在U型平衡架(12)上，U型平衡架(12)可以将人的上身的重力通过支撑架传递到地上。
四杆机构将人固定后，通过下拉设在四杆机构上固定卡杆上的拉环(14)，进行复位，将人与平衡架(12)分离，操作简单，可以实现在无人帮助下自主使用，提高了使用者的独立性。
支撑架与上半身固定架间用直线轴承(15)连接，钢丝、弹簧(16)与定滑轮(5)组合，人手的间歇性伸展弯曲拉动钢丝绳，以此为动力使支撑架和人脚配合运动。此运动方式更有利于锻炼使用者的平衡。
平衡架(12)后两个轮子为固定飞轮(17)，使平衡架(12)只能前进。前两个轮子为万向轮(13)，可使平衡架(12)灵活转弯。
在图1、图2、图3、图4、图5、图6所示的第三实施例中，该装置的使用方法如下：
1、按照使用者的身高和体型适当调节助力机械腿关节位置和支撑架高度。将助力机械腿和使用者的脚、腿部和腰部通过尼龙扣固定。人与支撑架固定只需要人向后靠直至四杆机构达到死点位置并与L型固定杆(9)用尼龙扣连接将人固定在支撑架上(10)上。
2、使用平衡架(12)时，根据人的行走习惯，当迈出左脚时伸，人会习惯性地向前摆右手，使用时只需要将向前摆手的动作变成手臂行前伸曲的动作。手握着手柄向前手柄牵引着钢丝带动支撑架右脚向前滑动。然后迈右脚，同时左手向前伸，右手向后曲。此为一个周期，接着来重复以上动作。
3、对于不需要平衡架(12)或有一定自主站立能力人的使用者，可以只穿戴着机械腿帮助使用者助力行走。
Claims (10)
1.一种助力锻炼装置，包括助力机械腿装置和平衡架装置，助力机械腿装置固定在人体的腰部和腿部，平衡架装置固定在人体肩部和腋下，两个装置相互配合使用；所述助力机械腿装置由用于固定人体腰部的固定腰带、辅助人体腿部行走的辅助活动支撑和用于固定人体脚部的脚板组成，辅助活动支撑包括根据人体腿部骨骼结构特征制作的大腿连杆和小腿连杆，固定腰带通过铰链与辅助活动支撑的大腿连杆上端连接，脚板通过铰链与辅助活动支撑的小腿连杆下端连接；其特征在于：助力机械腿装置还包括传动装置，由飞轮、钢丝绳、蓄能弹簧及设在各关节处的滑轮组构成，飞轮设在固定腰带上，飞轮为单向髋关节预紧定滑轮，钢丝绳的一端绕在单向髋关节预紧定滑轮上，中间连接一蓄能弹簧，再依次绕过设在大腿连杆和小腿连杆处的膝关节定滑轮及设在小腿连杆下端的踝关节定滑轮，最后固定在脚板的脚掌部位，组成机械式平行弹性结构；该传动装置，利用人在行走过程中腿自身的重力为蓄能弹簧蓄能，在人抬腿时提供助力。
2.根据权利要求1所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：转动飞轮可以调节蓄能弹簧的初拉力，根据不同人的不同阶段提供相适应的拉力。
3.根据权利要求1所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：大腿连杆中有一减震器，减小大腿连杆对人产生的刚性冲击。
4.根据权利要求1所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：辅助活动支撑的膝关节和踝关节处都采用可调节高度的锁死机构，以适应不同身高的人。
5.根据权利要求1所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：助力机械腿装置的脚、腿部和腰部处设有尼龙扣，分别与人体的脚、腿部和腰部绑定。
6.根据权利要求1所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：所述的平衡架装置包括U型平衡架、X型交叉支撑架、腋下支撑装置及L型固定杆，平衡架分为左、右两个平衡架，X型交叉支撑架与U型平衡架间用直线轴承连接，直线轴承配合在U型平衡架上端的两根固定杆上，可在固定杆上前后滑动，与U型平衡架之间通过弹簧连接，并利用钢丝与一个定滑轮组合；腋下支撑装置设有左右两个，连接在X型交叉支撑架左右端，腋下支撑装置通过四杆机构，结合L型固定杆结构通过其上的尼龙扣将人的上半身固定在平衡架上，平衡架可以将人的上身的重力通过支撑架传递到地上。
7.根据权利要求6所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：四杆机构将人固定后，通过下拉设在四杆机构上固定卡杆上的拉环，进行复位，将人与平衡架分离。
8.根据权利要求6所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：直线轴承与平衡架之间通过弹簧连接，并利用钢丝与一个定滑轮组合；手握着钢丝绳连接的手柄间歇性拉动钢丝绳，以此为动力使X型交叉支撑架和人脚配合运动。
9.根据权利要求6所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：平衡架后两个轮子为固定飞轮，使平衡架只能前进；前两个轮子为万向轮，可使平衡架灵活转弯。
10.根据权利要求1或6所述的一种助力锻炼装置，其特征在于：助力机械腿装置和平衡架装置结合使用，或各自单独分开使用。
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