CN104983542A - 外骨骼式康复辅助装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种外骨骼式康复辅助装置，包括外骨骼康复器以及设置有助行控制器的拐杖，所述的外骨骼康复器包括腰部支架、大腿组件、小腿及足部组件，背负式的电池组以及与所述的助行控制器通讯连接的控制单元，本发明创造性地利用单腿两个主动自由度一个被动自由度的总体设计理念，利用大腿和小腿处两个推动器作为主动元件，通过铰接设置尽量减少助行器自由度数量，降低机构复杂程度，同时用双拐辅助平衡的方式，在外骨骼式助行器髋关节结构自由度的分配上去掉了所有负责保持平衡和使长距离运动流畅的自由度，这样能有效简化整体构造。

Description

外骨骼式康复辅助装置

技术领域

本发明涉及康复医疗器械技术领域，特别是涉及一种外骨骼式康复辅助装置。

背景技术

目前，随着现代社会的老龄化，脑卒中、偏瘫等心血管疾病患者以及下肢肌肉萎缩、脊髓损伤患者已经逐步成为现代社会的一种常见群体。脊髓是感觉、运动神经系统的传导通路，因此脊髓损伤的主要症状是因传导通路的中断而引起的麻痹。脊髓损伤是指由于各种外力作用于脊柱所造成的脊髓压迫或断裂，严重的脊髓损伤将导致下肢瘫痪，患者往往因为遗留不同程度的功能障碍而无法恢复和准确掌握步行运动技能。因此，寻求有效的康复手段，使患者能够在一定程度上恢复失去的功能，不仅有利于提高患者本身的生活质量，也可以减轻家庭和社会的总体负担。下肢外骨骼助行康复机器人是一种可穿戴的、具有人工智能的机器人外骨骼系统，结合了人的智能和机械装置的机械能量，瘫痪患者借助此系统可以摆脱轮椅，实现站立并行走训练，建立起对生活的信心。

目前，针对外骨骼助行康复设置有很多专利，如申请号为200910088396.9、200410053695.6、201010158178.0、201310726945.7、201310688125.3等的中国专利，虽然上述专利均在一定程度上实现了助行康复训练，但是，其结构均较复杂成本高，量产难度大，对使用者经济压力大，而且，针对不同体型和身高使用者的调节结构复杂，调节费事费力，而且调整后左右的对称性难以得到保障，影响助行康复训练效果。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中存在的技术缺陷，而提供一种外骨骼式康复辅助装置。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：

一种外骨骼式康复辅助装置，包括外骨骼康复器以及设置有助行控制器的拐杖，所述的外骨骼康复器包括腰部支架、大腿组件、小腿及足部组件，背负式的电池组以及与所述的助行控制器通讯连接的控制单元，

其中，所述的大腿组件包括两个分别铰接在腰部支架下部两侧的大腿杆，上下可调地与所述的大腿杆的底部垂直固定连接的上横杆，两端分别铰接在上横杆和腰部支架上的伸缩式推动器，

所述的小腿及足部组件包括两个上端分别与所述的上横杆铰接的小腿杆，分别上下可调地与所述的小腿杆垂直固定连接的两个下横杆，两端分别与大腿杆和下横杆铰接的伸缩式推动器，以及固定设置在所述的下横杆内侧的脚部支撑板，所述的小腿杆底部铰接有支撑板，支撑板与小腿杆间在铰接点的前部和后部分别设置有弹性元件。

所述的大腿杆与上横杆连接侧以及小腿杆与下横杆连接侧分别设置有连接槽，在所述的连接槽内可滑动地设置有紧定块，与所述的紧定块螺纹连接的锁定螺母将所述的大腿杆与上横杆或小腿杆与下横杆固定连接。

所述的腰部支架包括后杆以及分别与所述的后杆垂直固定连接的左杆和右杆，所述的后杆与左杆和右杆对应侧设置有连接槽，在所述的连接槽内可滑动地设置有紧定块，与所述的紧定块螺纹连接的锁定螺母以及角板将所述的左杆或右杆与后杆固定连接。

在所述的大腿杆与上横杆连接处、小腿杆与下横杆连接处、左杆或右杆与所述的后杆连接处分别设置有增强连接件，所述的增强连接件包括由垂直设置的竖板和横板构成的L型连接板，可滑动地设置在所述的连接槽内增强锁定块，贯穿所述的竖板的螺钉将L型连接板与增强锁定块固定连接，所述的横板对应地与下横梁或上横梁或左杆或右杆固定连接。

所述的上横梁、下横梁、左杆或右杆与横板对应侧设置有横向紧固槽，在所述的横向紧固槽内可移动地设置有紧固块，所述的横板通过与所述的紧固块配合的螺钉固定连接。

所述的L型连接板前后两侧分别一体地形成有三角形侧板，还包括与L型连接板螺接的盖板。

所述的推动器为电推杆或液压缸，所述的推动器两端、大腿杆两端以及小腿杆上端分别铰接有连接座，所述的连接座与对应的连接槽内的紧固块固定连接。

所述的小腿杆底部固定设置有底板，所述的底板中心向下突出地设置有三角形角板，所述的支撑板中心向上突出地设置有与所述的角板配合铰接的连接角板，在角板与连接角板的前后分别设置有弹性元件，所述的弹性元件两端分别与底板和支撑板固定连接。

在所述的竖板的外侧面以及大腿杆或小腿杆对应的侧面上设置有匹配的增强齿纹。

一种外骨骼式康复辅助装置的调节方法，包括以下步骤，

1)旋松增强连接件与大腿杆和小腿杆连接处的螺钉，

2)通过助行控制器控制推动器伸出或者缩回预定的长度，

3)再次将增强连接件与大腿杆和小腿杆连接处的螺钉并保持上横杆和下横杆分别与大腿杆和小腿杆垂直。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明创造性地利用单腿两个主动自由度一个被动自由度的总体设计理念，利用大腿和小腿处两个推动器作为主动元件，通过铰接设置尽量减少助行器自由度数量，降低机构复杂程度，同时用双拐辅助平衡的方式，在外骨骼式助行器髋关节结构自由度的分配上去掉了所有负责保持平衡和使长距离运动流畅的自由度，这样能有效简化整体构造，同时，采用非嵌套式的四连杆式驱动可调机构，既能满足广人机适应性(从第5百分位至第95百分位)，又能符合人体正常步态中对于各关节角度的需求。为进一步降低机构复杂程度，踝关节处保留在矢状面内活动的一个自由度，即在小腿杆底部和支撑板间安装弹簧类弹性元件为被动动力元件，利用其形变既可以缓冲又可以将得到的势能释放，控制简单，有效稳定步态。而且，本发明的辅助装置，可由型材杆件构成主体，造价低，适应性强，利于实现产业量产化，有效降低了使用者的经济负担。

附图说明

图1所示为本发明的外骨骼式康复辅助装置的结构示意图；

图2所示为图1所示的侧视图；

图3所示为图1所示的俯视图；

图4所示为增强连接件连接处爆炸示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1-3所示，本发明的外骨骼式康复辅助装置包括外骨骼康复器以及设置有助行控制器的拐杖(图中未示出)，所述的外骨骼康复器包括腰部支架1、大腿组件2、小腿及足部组件3，背负式的电池组以及与所述的助行控制器通讯连接的控制单元，其中，所述的电池组为各电气模块供能，其重量由附加在腰部支架上的附属支架承受，所述的大腿组件2包括两个分别铰接在腰部支架下部两侧的大腿杆21，上下可调地与所述的大腿杆的底部前侧垂直固定连接的上横杆22，两端分别铰接在上横杆的自由端部和腰部支架上的伸缩式推动器23，所述的小腿及足部组件3包括两个上端分别与所述的上横杆的自由端部下部铰接的小腿杆31，分别上下可调地与所述的小腿杆的底部后侧垂直固定连接的两个下横杆32，两端分别铰接在大腿杆底部和下横杆自由端上的伸缩式推动器33，以及固定设置在所述的下横杆内侧的脚部支撑板34，所述的小腿杆底部下方铰接有支撑板35，支撑板与小腿杆间在铰接点的前部和后部分别设置有弹性元件36。其中，拐杖的助行控制器与控制单元之间可以采用蓝牙连接等任意形式的通讯连接，同时，拐杖的助行控制器上设置有启动按钮、紧急停止按钮、速度增大按钮、速度减小按钮和模式转换按钮。紧急停止按钮是用户穿戴上外骨骼康复器后遇到某些情况需要使助行器停止工作时使用，当用户按动该紧急停止按钮后，外骨骼康复器并非是直接僵硬停止，而是会执行直立程序移动到直立模式并锁死，成为一个辅助用户站立的支架；模式转换按钮可以在步行、上楼梯、下楼梯等多种模式之间进行转换。具体控制和模式设定与现有技术类似，在此不再赘述。

本发明创造性地利用单腿两个主动自由度一个被动自由度的总体设计理念，利用大腿和小腿处两个推动器作为主动元件，通过铰接设置尽量减少助行器自由度数量，降低机构复杂程度，同时用双拐辅助平衡的方式，在外骨骼式助行器髋关节结构自由度的分配上去掉了所有负责保持平衡和使长距离运动流畅的自由度，这样能有效简化整体构造，同时，采用非嵌套式的四连杆式驱动可调机构，既能满足广人机适应性(从第5百分位至第95百分位)，又能符合人体正常步态中对于各关节角度的需求。为进一步降低机构复杂程度，踝关节处保留在矢状面内活动的一个自由度，即在小腿杆底部和支撑板间安装弹簧类弹性元件为被动动力元件，利用其形变既可以缓冲又可以将得到的势能释放，控制简单，有效稳定步态。

进一步地，如图4所示，为实现上述的可调式固定连接，所述的大腿杆与上横杆连接侧以及小腿杆与下横杆连接侧分别设置有连接槽51，如T型槽、C型槽等连接用槽，在所述的连接槽内可上下滑动地设置有紧定块52，与所述的紧定块螺纹连接的锁定螺母53将所述的大腿杆与上横杆或小腿杆与下横杆固定连接。利用槽与滑块的配合能提高调整的便利性和加工的低成本性。

优选地，如图4所示，为加强连接处的强度，在所述的大腿杆与上横杆连接处以及小腿杆与下横杆连接处分别设置有增强连接件6，所述的增强连接件6包括由垂直设置的竖板和横板构成的L型连接板61，可滑动地设置在所述的连接槽内增强锁定块62，贯穿所述的竖板的螺钉63将L型连接板与增强锁定块62固定连接，竖板与大腿杆或小腿杆在螺钉与增强锁定块的紧固下相挤压，增大了摩擦面，提高承受能力，而且，利用L型连接板实现拐角处的连接，提高了其可承受力矩，增强设备整体的承受能力，所述的横板对应地与下横梁或上横梁固定连接。所述的横板可采用直接螺栓连接的方式，也可在所述的上横梁或下横梁与横板对应侧设置有横向紧固槽，在所述的横向紧固槽内可前后移动地设置有紧固块64，所述的横板通过与所述的紧固块配合的螺钉65固定连接。

同时，为提高整体性，所述的L型连接板前后两侧分别一体地形成有三角形侧板，还包括与L型连接板螺接的盖板66，所述的盖板通过螺栓与设置在连接板上的内螺纹结构连接。

进一步地，在所述的竖板的外侧面以及大腿杆或小腿杆对应的侧面上设置有匹配的增强齿纹，如多个凹凸棱等，能有效提高连接后的强度，防止发生相对滑动。

同时，如图3所示，所述的腰部支架1包括后杆11以及分别与所述的后杆垂直固定连接的左杆12和右杆13，所述的后杆与左杆和右杆对应侧设置有连接槽，在所述的连接槽内可左右滑动地设置有紧定块，与所述的紧定块螺纹连接的锁定螺母通过角板14将所述的左杆或右杆与后杆固定连接。优选地，所述的左杆和右杆与后杆的连接处还设置有上述类似的增强连接件，在此不再赘述，这样除了大腿长度和小腿长度是可以调整的以外，整体的宽度也是可以调整的，能有效适应胖瘦不同的受试者的臀宽。

需要指出的是，上述仅是说明了主体构造，在所述的腰部支架内为提高舒适性，还可设置靠垫、背带等，同时，在大腿杆和小腿杆上还可由连接槽与滑动块的配合为固定约束带等机构提供固定点，这样约束带机构也能实现高度适应性调整，而且，在人体的躯干穿戴上腰部支架上的背带后，腰部支架也能承受部分人体的自重。

优选地，为进一步拓展其可调整性，所述的推动器两端、大腿杆两端以及小腿杆上端分别铰接有连接座，如重型合页，连接座提供铰接连接的同时，还能限定最大摆动幅度以防止出现意外，所述的连接座与对应的连接槽内的对应的紧固块固定连接，这样，能进一步调整四连杆机构的摆动角度和幅度等。同时，脚部支撑板与下横杆间同样可采用连接槽与紧固块配合的方式固定，这样能调整脚部重心的前后位置，提高步态稳定性。

具体地说，所述的小腿杆底部固定设置有底板37，所述的底板中心向下突出地设置有三角形角板，所述的支撑板35中心向上突出地设置有与所述的角板配合铰接的连接角板，在角板与连接角板的铰接点前后分别设置有弹性元件36，如高模量弹簧，所述的弹性元件两端分别与底板和支撑板固定连接。本发明将等同于踝关节的铰接点设置在脚部支撑板下方，利用踏空式脚部支撑板配合被动缓冲机构，在得以精简系统机构的同时，保留了动作的流畅性。

需要指出的是，本发明的前、后、左、右是指当使用者穿戴好该外骨骼康复器，其使用者视角的前、后、左、右。文中所指的连接槽、紧固槽等均是在杆件的长度方向设置，该杆件可采用型材。其中，在各关节处均设置有硬件极限角度位置的止动块，防止关节处的转动角度超过人体关节转动的极限角度。同时，对推动器进行控制时也通过传感器或反馈等检测伸缩距离，超过某一极限位置后应启动软件控制止动程序，从硬件和软件两方面保证产品的安全性，保证不对用户造成损伤。

本发明的外骨骼式康复辅助装置的调节方法，包括以下步骤，

1)旋松增强连接件与大腿杆和小腿杆连接处的螺钉，如有紧定块，则还需要同时旋松紧定块对应的锁定螺栓，

2)通过助行控制器控制推动器伸出或者缩回预定的长度，

3)再次将增强连接件与大腿杆和小腿杆连接处的螺钉并保持上横杆和下横杆分别与大腿杆和小腿杆垂直，即，只需要保证两侧的垂直度，即可保证两侧的对称性，调节的同时还可自动抵消推动器的动作误差，实现控制与具体实现的高统一性。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，包括外骨骼康复器以及设置有助行控制器的拐杖，所述的外骨骼康复器包括腰部支架、大腿组件、小腿及足部组件，背负式的电池组以及与所述的助行控制器通讯连接的控制单元，

其中，所述的大腿组件包括两个分别铰接在腰部支架下部两侧的大腿杆，上下可调地与所述的大腿杆的底部垂直固定连接的上横杆，两端分别铰接在上横杆和腰部支架上的伸缩式推动器，

所述的小腿及足部组件包括两个上端分别与所述的上横杆铰接的小腿杆，分别上下可调地与所述的小腿杆垂直固定连接的两个下横杆，两端分别与大腿杆和下横杆铰接的伸缩式推动器，以及固定设置在所述的下横杆内侧的脚部支撑板，所述的小腿杆底部铰接有支撑板，支撑板与小腿杆间在铰接点的前部和后部分别设置有弹性元件。

2.如权利要求1所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，所述的大腿杆与上横杆连接侧以及小腿杆与下横杆连接侧分别设置有连接槽，在所述的连接槽内可滑动地设置有紧定块，与所述的紧定块螺纹连接的锁定螺母将所述的大腿杆与上横杆或小腿杆与下横杆固定连接。

3.如权利要求1所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，所述的腰部支架包括后杆以及分别与所述的后杆垂直固定连接的左杆和右杆，所述的后杆与左杆和右杆对应侧设置有连接槽，在所述的连接槽内可滑动地设置有紧定块，与所述的紧定块螺纹连接的锁定螺母以及角板将所述的左杆或右杆与后杆固定连接。

4.如权利要求2或3所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，在所述的大腿杆与上横杆连接处、小腿杆与下横杆连接处、左杆或右杆与所述的后杆连接处分别设置有增强连接件，所述的增强连接件包括由垂直设置的竖板和横板构成的L型连接板，可滑动地设置在所述的连接槽内增强锁定块，贯穿所述的竖板的螺钉将L型连接板与增强锁定块固定连接，所述的横板对应地与下横梁或上横梁或左杆或右杆固定连接。

5.如权利要求4所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，所述的上横梁、下横梁、左杆或右杆与横板对应侧设置有横向紧固槽，在所述的横向紧固槽内可移动地设置有紧固块，所述的横板通过与所述的紧固块配合的螺钉固定连接。

6.如权利要求5所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，所述的L型连接板前后两侧分别一体地形成有三角形侧板，还包括与L型连接板螺接的盖板。

7.如权利要求6所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，所述的推动器为电推杆或液压缸，所述的推动器两端、大腿杆两端以及小腿杆上端分别铰接有连接座，所述的连接座与对应的连接槽内的紧固块固定连接。

8.如权利要求1所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，所述的小腿杆底部固定设置有底板，所述的底板中心向下突出地设置有三角形角板，所述的支撑板中心向上突出地设置有与所述的角板配合铰接的连接角板，在角板与连接角板的前后分别设置有弹性元件，所述的弹性元件两端分别与底板和支撑板固定连接。

9.如权利要求7所述的外骨骼式康复辅助装置，其特征在于，在所述的竖板的外侧面以及大腿杆或小腿杆对应的侧面上设置有匹配的增强齿纹。

10.一种如权利要求7所述的外骨骼式康复辅助装置的调节方法，其特征在于，包括以下步骤，

1)旋松增强连接件与大腿杆和小腿杆连接处的螺钉，

2)通过助行控制器控制推动器伸出或者缩回预定的长度，

3)再次将增强连接件与大腿杆和小腿杆连接处的螺钉并保持上横杆和下横杆分别与大腿杆和小腿杆垂直。