CN106625598B - 一种刚度自动切换的膝关节助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刚度自动切换的膝关节助力装置，该装置主要由大腿支撑杆、小腿支撑杆、导杆、滑块、弹性件、滑动件和滑动支撑杆组成。大腿支撑杆与小腿支撑杆之间通过铰链连接；滑块与大腿支撑杆之间通过铰链连接；导杆下端与滑动件铰接在一起，上端嵌于滑块滑槽中，且顶端有一杆冒用来限位；弹性件套在导杆上，且两端限定于滑块和导杆下端之间；滑动件与小腿支撑杆是滑动连接的；滑动支撑杆与滑动件固结在一起。该装置实现了人体下肢行走过程中支撑相和摆动相膝关节刚度的自动切换，能更好地为膝关节提供助力效果。

Description

一种刚度自动切换的膝关节助力装置

技术领域

本发明涉及一种新型的机械外骨骼装置，具体说来，涉及一种纯被动的刚度自动切换的膝关节助力装置。

背景技术

在人体活动中，膝关节是人体承受负担最大的部位，尤其在人体下蹲时对膝关节产生的负担尤为严重，膝关节也极容易疲劳，造成人们诸如关节炎之类的病症，机械外骨骼则是解决这一问题的有效工具。在外骨骼助力领域，人们总是希望获得一种纯被动的膝关节助力装置，不需要额外的动力结构，只需要用弹簧储能原件完成即可；一般的被动膝关节助力装置都会使用弹簧，弹簧可以在人体下蹲时被压缩产生助力效果，然而这种类似结构都存在一个问题，无法解决下肢在摆动相时膝关节弯曲引起的阻力问题。本发明装置即是对该问题的一种具体解决方案。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种刚度自动切换的膝关节助力装置，该装置可以穿戴在人的下肢上；当人体下肢活动在支撑相时，能以一定的刚度对膝关节产生助力作用，在摆动相时，该装置不会产生影响膝关节正常动作的阻力效果。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：

一种刚度自动切换的膝关节助力装置，包括大腿支撑杆1和小腿支撑杆2，所述大腿支撑杆1能转动地安装在小腿支撑杆2上，包括：

滑块3，所述滑块3能转动地安装在大腿支撑杆1上；

导杆5，所述滑块3能滑动地安装在导杆5上；

滑动件6，所述滑动件6能滑动地安装在小腿支撑杆2上，所述导杆5的下端能转动地安装在滑动件6上；

滑动支撑杆7，所述滑动支撑杆7固定在滑动件6上，并与小腿支撑杆2平行设置；

弹性件4，所述弹性件4安装在导杆5上，并位于滑块3和导杆5的下端之间。

进一步地，所述导杆5的下端通过铰接的方式安装在滑动件6上。

进一步地，所述滑块3安装在导杆5的上端，所述滑块3套装在导杆5上或者滑块3安装在导杆5内部开设的槽内。

进一步地，所述滑块3通过铰接方式连接在大腿支撑杆1上。

进一步地，所述弹性件4的上端固定在滑块3上，下端固定在导杆5的下端；或者，所述弹性件4的上端抵靠在滑块3上，下端抵靠在导杆5的下端。

进一步地，所述弹性件4套在导杆5上或者安装在导杆5内部开设的槽内。

进一步地，所述滑动支撑杆7安装在小腿支撑杆2内部开设的槽内，或者滑动支撑杆7套装在小腿支撑杆2外面，或者滑动支撑杆7与小腿支撑杆2并列设置。

本发明还提供了一种刚度自动切换的膝关节助力装置，包括大腿支撑杆1和小腿支撑杆2，所述大腿支撑杆1能转动地安装在小腿支撑杆2上，包括：

滑块3；

导杆5，所述导杆5的上端能转动地安装在大腿支撑杆1上，所述滑块3能滑动地安装在导杆5上；

滑动件6，所述滑动件6能滑动地安装在小腿支撑杆2上，所述滑块3能转动地安装在滑动件6上；

滑动支撑杆7，所述滑动支撑杆7固定在滑动件6上，并与小腿支撑杆2平行设置；

弹性件4，所述弹性件4能套装在导杆5上，并位于滑块3和导杆5的上端之间。

进一步地，所述滑动支撑杆7的底端超出小腿支撑杆2的底端。

进一步地，所述滑动支撑杆7安装在小腿支撑杆2内部开设的槽内，或者滑动支撑杆7套装在小腿支撑杆2外面，或者滑动支撑杆7与小腿支撑杆2并列设置。

有益效果：与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下有益效果：

(1)导杆上端能在滑块滑槽内自由滑动，这样膝关节弯曲的角度就仅受限于弹性件的行程，可以尽可能达到最大。

(2)导杆下端能转动地连接在滑动件上，该滑动件与滑动支撑杆固定，通过滑动支撑杆下端的触地状态，可以改变弹性件的工作状态，自动完成膝关节在支撑相与摆动相的刚度切换。或者，导杆上端能转动地连接在大腿支撑杆上，通过滑动支撑杆下端的触地状态，可以改变弹性件的工作状态，自动完成膝关节在支撑相与摆动相的刚度切换。

(3)导杆滑动端存在杆冒的设置，可保证弹性件抵靠在导杆和滑块之间，不用另设置限位。

附图说明

图1为本发明的刚度自动切换的膝关节助力装置的原理示意图。

图2是本发明的刚度自动切换的膝关节助力装置的另一种优选方式的原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。

本发明中所述的“内、外”的含义指的是相对于设备本身而言，指向设备内部的方向为内，反之为外，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“左、右”的含义指的是阅读者正对附图时，阅读者的左边即为左，阅读者的右边即为右，而非对本发明的装置机构的特定限定。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

如图1所示，本发明的刚度自动切换的膝关节助力装置，包括：大腿支撑杆1和小腿支撑杆2，大腿支撑杆1能转动地安装在小腿支撑杆2上，滑块3，滑块3能转动地安装在大腿支撑杆1上；导杆5，滑块3能滑动地安装在导杆5上；滑动件6，滑动件6能滑动地安装在小腿支撑杆2上，导杆5的下端能转动地安装在滑动件6上；滑动支撑杆7，滑动支撑杆7固定在滑动件6上，并与小腿支撑杆2平行设置；弹性件4，弹性件4安装在导杆5上，并位于滑块3和导杆5的下端之间。

导杆5的下端通过铰接的方式安装在滑动件6上，也可通过其它方式进行连接，只要保证导杆5下端能在滑动件6上转动即可。

滑块3安装在导杆5的上端，滑块3套装在导杆5上或者滑块3安装在导杆5内部开设的槽内，只要能够使滑块3与导杆5之间保持滑动连接状态的连接方式均应落在本发明的保护范围内。

滑块3通过铰接方式连接在大腿支撑杆1上，也可通过其它方式进行连接，只要保证滑块3能在大腿支撑杆1上转动即可。

弹性件4的上端固定在滑块3上，下端固定在导杆5的下端；或者，弹性件4的上端抵靠在滑块3上，下端抵靠在导杆5的下端。

弹性件4套在导杆5上或者安装在导杆5内部开设的槽内。

滑动支撑杆7安装在小腿支撑杆2内部开设的槽内，或者滑动支撑杆7套装在小腿支撑杆2外面，或者滑动支撑杆7与小腿支撑杆2并列设置。

如图2所示，作为本发明所提供的另一种实施方式，刚度自动切换的膝关节助力装置，包括大腿支撑杆1和小腿支撑杆2，大腿支撑杆1能转动地安装在小腿支撑杆2上，滑块3；导杆5，导杆5的上端能转动地安装在大腿支撑杆1上，滑块3能滑动地安装在导杆5上；滑动件6，滑动件6能滑动地安装在小腿支撑杆2上，滑块3能转动地安装在滑动件6上；滑动支撑杆7，滑动支撑杆7固定在滑动件6上，并与小腿支撑杆2平行设置；弹性件4，弹性件4安装在导杆5上，并位于滑块3和导杆5的上端之间。

导杆5的上端通过铰接的方式安装在大腿支撑杆1上，也可通过其它方式进行连接，只要保证导杆5上端能在大腿支撑杆1上转动即可。

滑块3安装在滑动件6上，滑块3套装在导杆5上或者滑块3安装在导杆5内部开设的槽内，只要能够使滑块3与导杆5之间保持滑动连接状态的连接方式均应落在本发明的保护范围内。

滑块3通过铰接方式连接在滑动件6上，也可通过其它方式进行连接，只要保证滑块3能在滑动件6上转动即可。

弹性件4的下端固定在滑块3上，上端固定在导杆5的下端；或者，弹性件4的下端抵靠在滑块3上，上端抵靠在导杆5的下端，能使弹性件4在工作过程中始终处于导杆5和滑块3之间，并且在助力装置使用过程中，弹性件4一般是处于压缩状态。

弹性件4套在导杆5上或者安装在导杆5内部开设的槽内。

滑动支撑杆7安装在小腿支撑杆2内部开设的槽内，或者滑动支撑杆7套装在小腿支撑杆2外面，或者滑动支撑杆7与小腿支撑杆2并列设置。

对于上述两种实施方式中，滑动件6在小腿支撑杆2上的滑动被限位在一定的滑动范围内，具体的滑动范围要根据实施使用者的情况进行调试。

在导杆5顶端设置一个一杆冒，目的是防止导杆从滑块3从导杆5上脱出或者防止弹性件4从导杆5上脱出。

滑动支撑杆7底端的长度延伸出小腿支撑杆2的底端，即滑动支撑杆7的底端超出小腿支撑杆(2)的底端。在助力装置使用中，始终是滑动支撑杆7接触地面，支撑在地面上，支撑住助力装置的受力。

滑动支撑杆与滑动件固结在一起。在支撑相(足底着地)膝关节弯曲时，滑动支撑杆下端触地，弹性件受压工作，装置以一定刚度为膝关节产生助力；而在摆动相(足底离地)膝关节弯曲时，滑动支撑杆自由，弹性件不工作，膝关节刚度为零，不会对人体行走产生阻力。该装置实现了人体下肢行走过程中支撑相和摆动相膝关节刚度的自动切换，能更好地为膝关节提供助力效果。

上述膝关节助力装置的工作过程是：将该装置的大腿支撑杆和小腿支撑杆固定于人体下肢，当下肢活动在支撑相时，膝关节发生弯曲，由于滑动支撑杆下端与地面接触，不会与小腿支撑杆相对滑动，使得弹性件(弹簧)以一定的刚度受压，产生对膝关节的助力力矩。

当下肢活动在摆动相时，滑动支撑杆离开地面成为自由端，弹性件不受压，刚度为零，所以不会对膝关节的正常动作产生阻力，这正是该膝关节助力装置与普通下肢被动助力装置的不同之处。

上述膝关节装置的刚度切换完全是依靠滑动支撑杆是否触地自动完成的，不需要人的其他动作辅助，这也是该膝关节助力装置的独特之处。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种刚度自动切换的膝关节助力装置，包括大腿支撑杆（1）和小腿支撑杆（2），所述大腿支撑杆（1）能转动地安装在小腿支撑杆（2）上，其特征在于，包括：

滑块（3），所述滑块（3）能转动地安装在大腿支撑杆（1）上；

导杆（5），所述滑块（3）能滑动地安装在导杆（5）上；

滑动件（6），所述滑动件（6）能滑动地安装在小腿支撑杆（2）上，所述导杆（5）的下端能转动地安装在滑动件（6）上；

滑动支撑杆（7），所述滑动支撑杆（7）固定在滑动件（6）上，并与小腿支撑杆（2）平行设置；

弹性件（4），所述弹性件（4）安装在导杆（5）上，并位于滑块（3）和导杆（5）的下端之间。

2.根据权利要求1所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述导杆（5）的下端通过铰接的方式安装在滑动件（6）上。

3.根据权利要求1所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述滑块（3）安装在导杆（5）的上端，所述滑块（3）套装在导杆（5）上或者滑块（3）安装在导杆（5）内部开设的槽内。

4.根据权利要求1所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述滑块（3）通过铰接方式连接在大腿支撑杆（1）上。

5.根据权利要求1所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述弹性件（4）的上端固定在滑块（3）上，下端固定在导杆（5）的下端；或者，所述弹性件（4）的上端抵靠在滑块（3）上，下端抵靠在导杆（5）的下端。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述弹性件（4）套在导杆（5）上或者安装在导杆（5）内部开设的槽内。

7.根据权利要求6所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述滑动支撑杆（7）安装在小腿支撑杆（2）内部开设的槽内，或者滑动支撑杆（7）套装在小腿支撑杆（2）外面，或者滑动支撑杆（7）与小腿支撑杆（2）并列设置。

8.一种刚度自动切换的膝关节助力装置，包括大腿支撑杆（1）和小腿支撑杆（2），所述大腿支撑杆（1）能转动地安装在小腿支撑杆（2）上，其特征在于，包括：

滑块（3）；

导杆（5），所述导杆（5）的上端能转动地安装在大腿支撑杆（1）上，所述滑块（3）能滑动地安装在导杆（5）上；

滑动件（6），所述滑动件（6）能滑动地安装在小腿支撑杆（2）上，所述滑块（3）能转动地安装在滑动件（6）上；

滑动支撑杆（7），所述滑动支撑杆（7）固定在滑动件（6）上，并与小腿支撑杆（2）平行设置；

弹性件（4），所述弹性件（4）安装在导杆（5）上，并位于滑块（3）和导杆（5）的上端之间。

9.根据权利要求8所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述滑动支撑杆（7）的底端超出小腿支撑杆（2）的底端。

10.根据权利要求9所述的一种刚度自动切换的膝关节助力装置，其特征在于，所述滑动支撑杆（7）安装在小腿支撑杆（2）内部开设的槽内，或者滑动支撑杆（7）套装在小腿支撑杆（2）外面，或者滑动支撑杆（7）与小腿支撑杆（2）并列设置。