CN103948484A

CN103948484A - 一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼

Info

Publication number: CN103948484A
Application number: CN201410183634.5A
Authority: CN
Inventors: 王人成; 李建军; 杨明亮; 关鑫宇; 季林红; 王一吉; 王林; 高峰; 于艳
Original assignee: CHINA RECOVERY RESEARCH CENTRE
Current assignee: CHINA RECOVERY RESEARCH CENTRE; China Rehabilitation Research Center
Priority date: 2014-04-30
Filing date: 2014-04-30
Publication date: 2014-07-30
Anticipated expiration: 2034-04-30
Also published as: CN103948484B

Abstract

本发明涉及一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，包括自身力源驱动RGO，所述自身力源驱动RGO为依次连接的足托、下支条、膝关节、上支条和髋关节组件，还包括一自身力源驱动助行车，所述自身力源驱动助行车包括车前架、车后架，将左右车架连接成一体的车中梁，固定连接于车前架上方的自身力源驱动机构；所述车前架安装有车轮，所述车后架接地位置安装防滑座，所述自身力源驱动机构与自身力源驱动RGO髋关节组件之间通过动力拉杆套连接，该动力拉杆套内设置动力拉杆。本发明的有益效果为：通过患者手臂将重心转移时的部分重力转换成交互机构驱动动力，充分利用患者重心转移时的能量，降低截瘫患者利用RGO交互行走时的体能消耗。

Description

一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼

技术领域

本发明涉及医疗机械技术领域，特别是涉及一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼。

背景技术

助行外骨骼是穿戴在人体下肢，用于辅助截瘫患者重建行走功能、为下肢运动功能减弱的老年人提供行走助力，以及增强军人等特定群体行走和负重能力的机械装置。助行外骨骼主要分为外动力驱动的动力助行外骨骼和无外动力驱动的无动力助行外骨骼两大类型。

动力助行外骨骼的概念最早可以追溯到19世纪初，1830年英国人罗伯特·西摩(Robert Seymour)提出的穿戴人体上的蒸汽机行走器，是最早的动力助行外骨骼概念创意。1890年俄罗斯人尼古拉斯·亚根（Nicholas Yagn）提出用弹性储能元件增强人类跑和跳能力的发明专利，是被业界广为引用的最早助行外骨骼设计。在20世纪60年代年以前，动力助行外骨骼主要以幻想和创意设计为主；在20世纪60年代初，美国康奈尔航空实验室率先开始研发动力助行外骨骼人肌增强器（Man-amplifier），然后GE公司研发动力助行外骨骼哈德曼（Hardiman），开始了制造动力助行外骨骼样机的实践；在20世纪60年代末至70年代初，南斯拉夫普平研究所武科拉托维奇研发了用于截瘫患者辅助行走的多种动力助行外骨骼，并发表了有关人形机器人步态规划、设计及控制理论的专著，书中详细阐述了至今仍被双足机器人采用的“零力矩点”（ZMP）行走稳定性判据；在20世纪80年代，因机电和控制等核心技术瓶颈导致哈德曼（Hardiman）项目中止，使动力外骨骼研究陷入低潮；1988年国家自然科学基金支持清华大学张济川开展“外动力式截瘫步行器的研究”，并于1990申请了我国动力助行外骨骼方面的第一个发明专利 “下肢高位截瘫者用电动步行机” 专利号ZL90104491.1；在20世纪90年代动力助行外骨骼最重要的进展是减重步行训练外骨骼的推出，瑞士HOCOMA医疗器械公司与瑞士苏黎士巴尔格瑞斯特（Balgrist）医学院康复中心合作将动力外骨骼与减重悬吊装置和跑步机相结合，于1999年研制成功机器人（LOKOMAT）减重步行训练动力外骨骼，并在临床上推广使用；随着机器人（LOKOMAT）减重步行训练动力外骨骼的成功应用，动力助行外骨骼研究进入了高潮期，其中日本和美国动力助行外骨骼的研究规模和总体技术水平比较高。截止2013年底，已有20多个国家从事动力助行外骨骼相关研究，仅我国从事动力助行外骨骼研究单位就有近40家，其中有实验样机的就超过10家。第一个上市的截瘫患者动力助行外骨骼是以色列开发的重新行走（Rewalk），已经上市销售的截瘫患者动力助行外骨骼还有新西兰的Rex，美国的Esko（以前称Elegs），日本Hal5-Type C等。

无动力助行外骨骼源于临床实践，对胸锥和腰锥完全性脊髓损伤的患者不借助辅助器具是无法实现站立或行走的，而行走对维持肌肉骨骼与心肺功能有重要作用，因此很多年前就有医师用KAFO（膝踝关节矫形器）或者HKAFO（髋膝踝关节的矫形器）帮助截瘫患者行走。1967年加拿大一位矫形器技师提出通过齿轮将双侧HKAFO相连，使截瘫患者一侧屈髋时对侧伸髋实现交互式步态，后来其同事用钢索代替了齿轮，并命名为LUS RGO（LUS，即路易士安娜州立大学）。无动力助行外骨骼RGO经过多年的改进和临床实践，形成了三类主要产品：1）靠腰部钢索实现交互的RGO（往复式截瘫步行器），即环索RGO（horizontal cable system）；2）通过腰部空间连杆机构实现交互的RGO，即摇杆RGO（rocker bar system）；3）通过会阴部下方“人”字形关节实现交互的RGO，即V型关节RGO。

外动力助行外骨骼由于驱动力和能耗较大，存在体积和重量大不易穿戴和使用的问题。RGO尽管相对小巧，但是使用时需要消耗患者大量的体能，部分患者应用困难。

发明内容

本发明的目的是提供一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，以克服目前现有技术存在的上述不足。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现：

一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，包括自身力源驱动RGO和自身力源驱动助行车，所述自身力源驱动RGO包括依次连接的足托、下支条、膝关节、上支条和髋关节组件；所述自身力源驱动助行车包括车前架、车后架，左右车架接成一体的车中梁，固定连接于车前架上方的自身力源驱动机构；所述车前架安装有车轮，所述车后架接地位置安装防滑座，所述自身力源驱动机构与自身力源驱动RGO髋关节组件之间通过动力拉杆套连接，该动力拉杆套内设置动力拉杆。

进一步，所述的自身力源驱动机构包括交互机构和动力传送机构，该交互机构为交互臂杆，该交互臂杆与车前架上方通过交互铰链固定连接；所述动力传送机构包括设置于交互臂杆上的动力铰链，连接动力铰链的动力拉杆，该动力拉杆与固定在车前架上的动力拉杆套之间由动力拉杆套支座连接。

进一步，所述的自身力源驱动外骨骼RGO为自身力源驱动的环索RGO、自身力源驱动的摇杆RGO、自身力源驱动的V型关节RGO。

进一步，所述的动力拉杆套通过动力拉杆套支座固定连接在自身力源驱动的环索RGO髋关节组件的支架上；可选择的，所述的动力拉杆套通过动力拉杆套支座固定连接在自身力源驱动的摇杆RGO髋关节组件的支架上；可选择的，所述的动力拉杆套通过动力拉杆套支座固定连接在自身力源驱动的V型关节RGO髋关节组件的交互臂上。

本发明的有益效果为：通过患者手臂将重心转移时的部分重力转换成交互机构驱动动力，充分利用患者重心转移时的能量，降低截瘫患者利用RGO交互行走时的体能消耗。

附图说明

下面根据附图对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明实施例所述的自身力源驱动的环索RGO轴测图；

图2是本发明实施例所述的自身力源驱动的环索RGO髋部组件轴测图；

图3是本发明实施例所述的自身力源驱动的摇杆RGO轴测图轴测图。

图4是本发明实施例所述的自身力源驱动的摇杆RGO髋部组件轴测图。

图5是本发明实施例所述的自身力源驱动的V型关节RGO轴测图。

图6是本发明实施例所述的自身力源驱动的V型关节组件轴测图。

图7是本发明实施例所述的自身力源驱动的助行车轴测图。

图中：

1、足托；2、下支条；3、膝关节锁；4、膝关节；5、上支条；16、环索RGO髋关节组件；161、髋关节锁；162、髋关节；163、支架；164、驱动杆；165、动力铰链；166、动力拉杆套支座；167、环索铰链；168、环索拉杆；169、环索拉杆套；170、环索拉杆套支座；26、摇杆RGO髋关节组件；261、髋关节锁；262、髋关节；263、驱动杆；264、杆端球轴承；265、双头螺杆；266、杆端球轴承；267、支架；268、动力铰链； 269、动力拉杆套支座；270、摇杆；271、摇杆铰链； 32、外侧下支条；33、内侧下支条；36、外侧上支条；37、大腿托；38、内侧上支条；39、V型关节RGO髋关节组件；391、交互臂；392、锁紧滑块；393、锁紧开关；394、动力铰链； 395、动力拉杆套支座；396、关节轴；41、车轮；42、车前架；43、防滑座；44、车后架；45、车中梁；46、动力拉杆套；47动力拉杆套支座；48、动力拉杆；49、动力铰链；50、交互铰链支座；51、交互铰链；52、交互臂杆。

具体实施方式

如图1、图2和图7所示，本发明实施例所述的一种自身力源驱动交互式环索RGO截瘫助行外骨骼由自身力源驱动的助行车和自身力源驱动的环索RGO组成，所述自身力源驱动的助行车由车前架42、车后架44，将左右车架接成一体的车中梁45以及通过交互铰链51固定于车前架42和车后架44上方的自身力源驱动机构组成，该自身力源驱动交互铰链51连接交互臂杆52，交互臂杆52上的动力铰链49连接动力拉杆48，该动力拉杆48通过动力拉杆套支座47固定在助行车上的动力拉杆套46上通过由患者左右手臂操纵，通过实现由截瘫患者身体重心移动左右交互升降；所述的自身力源驱动的环索RGO由依次连接的足托1、下支条2、膝关节4、上支条5、髋关节组件16组成，其中膝关节4上设置有膝关节锁3，在坐姿时膝关节锁3打开，膝关节4屈曲，在站立或者行走时膝关节锁3锁紧，膝关节4不能屈曲，下支条2和上支条5起到支撑和连接作用。所述上支条5经由髋关节锁161、髋关节162与支架163相连。左右两个髋关节的驱动杆164经由环索铰链167和环索拉杆168连接，实现机械交互。环索拉杆168外设置环索拉杆套169，环索拉杆套169经由环索拉杆套支座170固定在支架163上。动力拉杆48经由动力铰链165与驱动杆164铰接，动力拉杆48外设置动力拉杆套46，动力拉杆套46的一端经由动力拉杆套支座166固定在支架163上，动力拉杆套46的另一端固定在自身力源驱动的助行车上。安装在交互臂杆52的动力铰链49，通过动力拉杆48和经由动力拉杆套支座47固定在助行车上的动力拉杆套46，将因截瘫患者身体重心移动导致交互臂杆52左右交互升降传递给自身力源驱动交互式环索RGO。在坐姿时髋关节锁161打开，髋关节162屈曲，在站立或者行走时髋关节锁161锁紧，髋关节162在环索拉杆168的作用下，实现在矢状面内左右交互屈伸行走。

如图3、图4和图7所示本发明所述的另一种自身力源驱动交互式摇杆RGO截瘫助行外骨骼由自身力源驱动的助行车和自身力源驱动的摇杆RGO组成，所述自身力源驱动的助行车由车前架42、车后架44，将左右车架接成一体的车中梁45以及通过交互铰链51固定于车前架42和车后架44上方的自身力源驱动机构组成，该自身力源驱动交互铰链51连接交互臂杆52，交互臂杆52上的动力铰链49连接动力拉杆48，该动力拉杆48通过动力拉杆套支座47固定在助行车上的动力拉杆套46上，患者通过左右手臂操纵动力拉杆套46，实现由截瘫患者身体重心移动左右交互升降；所述的自身力源驱动的摇杆RGO由依次连接的足托1、下支条2、膝关节4、上支条5、髋关节组件26组成，其中膝关节4上设置有膝关节锁3，在坐姿时膝关节锁3打开，膝关节4屈曲，在站立或者行走时膝关节锁3锁紧，膝关节4不能屈曲，下支条2和上支条5起到支撑和连接作用。所述上支条5经由髋关节锁261、髋关节262与支架267相连。左右两个髋关节的驱动杆263经由杆端球轴承264、双头螺杆265和杆端球轴承266与摇杆270连接，摇杆270与支架267通过摇杆铰链271铰接，实现机械交互。动力拉杆48经由动力铰链268与驱动杆263铰接，动力拉杆48外有动力拉杆套46，动力拉杆套46的一端经由动力拉杆套支座269固定在支架267上。动力拉杆套46的另一端固定在自身力源驱动的助行车上。安装在交互臂杆52的动力铰链49，通过动力拉杆48和经由动力拉杆套支座47固定在助行车上的动力拉杆套46，将因截瘫患者身体重心移动导致交互臂杆52左右交互升降传递给自身力源驱动交互式拉杆RGO。在坐姿时髋关节锁261打开，髋关节262屈曲，在站立或者行走时髋关节锁261锁紧，髋关节262在动力拉杆269的作用下，实现在矢状面内左右交互屈伸行走。

如图5、图6和图7所示，本发明所述的又一种自身力源驱动交互式V型关节RGO截瘫助行外骨骼由自身力源驱动的助行车和自身力源驱动的V型关节RGO组成，所述自身力源驱动的助行车由车前架42、车后架44，将左右车架接成一体的车中梁45以及通过交互铰链51固定于车前架42和车后架44上方的自身力源驱动机构组成，该自身力源驱动交互铰链51连接交互臂杆52，交互臂杆52上的动力铰链49连接动力拉杆48，该动力拉杆48通过动力拉杆套支座47固定在助行车上的动力拉杆套46上，患者通过左右手臂操纵动力拉杆套46，实现由截瘫患者身体重心移动左右交互升降；所述的自身力源驱动的V型关节RGO由固定截瘫患者足、踝和小腿的足托1，连接足托1的外侧下支条32和内侧下支条33、与外侧下支条32和内侧下支条33连接的膝关节5、连接膝关节5的外侧上支条36和内侧上支条38、与外侧上支条36和内侧上支条38连接的大腿托37以及连接两个大腿托37的V型关节RGO髋关节组件39，所述的膝关节5上设置有膝关节锁4，其中外侧下支条32、内侧下支条33、外侧上支条36和内侧上支条38起到支撑和连接作用，在坐姿时膝关节锁4打开，膝关节5屈曲，在站立或者行走时膝关节锁4锁紧，膝关节5不能屈曲。内侧上支条38上固定连接左右两个交互臂391，所述交互臂391上设置有锁紧滑块392和位于锁紧滑块392上的锁紧开关393，左右两个交互臂391之间通过关节轴396连接，一侧交互臂391通过动力铰链394铰接动力拉杆48，动力拉杆48外设置有动力拉杆套46，动力拉杆套46的一端通过动力拉杆套支座395固定连接在另外一侧交互臂391上，动力拉杆套46的另一端固定在自身力源驱动的助行车上。安装在交互臂杆52上的动力铰链49，通过动力拉杆48和经由动力拉杆套支座47固定在助行车上的动力拉杆套46，将因截瘫患者身体重心移动导致交互臂杆52左右交互升降传递给自身力源驱动交互式V型关节RGO。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的方法，但不论在其形式上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，包括自身力源驱动RGO和自身力源驱动助行车，所述自身力源驱动RGO包括依次连接的足托（1）、下支条、膝关节（4）、上支条和髋关节组件，所述膝关节上设置膝关节锁（3），其特征在于：所述自身力源驱动助行车包括车前架（42）、车后架（44）、将左右车架连接成一体的车中梁（45）以及固定连接于车前架（42）上方的自身力源驱动机构；所述车前架（42）安装有车轮（41），所述车后架（44）接地位置安装有防滑座（43），所述自身力源驱动机构与所述自身力源驱动RGO的所述髋关节组件之间通过动力拉杆套（46）连接，该动力拉杆套（46）内设置动力拉杆（48）。

2.根据权利要求1所述的自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，其特征在于：所述的自身力源驱动机构包括交互机构和动力传送机构，该交互机构为交互臂杆（52），该交互臂杆（52）与车前架（42）上方通过交互铰链（51）固定连接；所述动力传送机构包括设置于交互臂杆（52）上的动力铰链（49）以及连接动力铰链（49）的动力拉杆（48），该动力拉杆（48）与固定在车前架（42）上的动力拉杆套（46）由动力拉杆套支座（47）连接。

3.根据权利要求2所述的自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，其特征在于：所述的自身力源驱动外骨骼RGO为自身力源驱动的环索RGO、自身力源驱动的摇杆RGO、自身力源驱动的V型关节RGO。

4.根据权利要求3所述的自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，其特征在于：所述动力拉杆套（46）通过动力拉杆套支座（166）固定连接在自身力源驱动的环索RGO髋关节组件（16）的支架（163）上。

5.根据权利要求3所述的自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，其特征在于：所述动力拉杆套（46）通过动力拉杆套支座（269）固定连接在自身力源驱动的摇杆RGO髋关节组件（26）的支架（267）上。

6.根据权利要求3所述的自身力源驱动交互式截瘫助行外骨骼，其特征在于：所述动力拉杆套（46）通过动力拉杆套支座（395）固定连接在自身力源驱动的V型关节RGO髋关节组件（39）的交互臂（391）上。