CN106726374B - 一种新型多功能肢体助力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种新型多功能肢体助力装置，包括机架、滚动轮、电机、上肢支撑机构、臀部支撑机构以及连杆机构，连杆机构为一对对称设置于机架的左右两侧边；所述连杆结构是由连架杆Ⅰ、输出杆Ⅰ、曲柄Ⅰ、传动杆曲柄Ⅱ、输出杆Ⅱ、连架杆Ⅱ以及机架构成的八杆机构；上肢支撑机构、臀部支撑机构分别与输出杆Ⅰ和输出杆Ⅱ连接。电机安装于机架上，其输出轴与曲柄Ⅰ/Ⅱ相连接。该助力装置可同时实现助起/坐和行走功能，具有质量小、可靠性高、成本低的优点，极具应用前景。

Description

一种新型多功能肢体助力装置
技术领域
本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种多功能肢体助力装置。
背景技术
针对下肢功能障碍的用户，常见的辅助和康复产品往往只具备辅助用户站起/坐下或下肢康复训练的某一项，而不能很好的将两者结合，因而具有很大的使用局限性。并且，现在多数产品仍需要其他人辅助进行操作，其存在携带性差、效率低、使用寿命短、质量大、成本高、舒适性差的缺陷，因此，设计一款集助起/坐和行走功能于一体且用户可以完全独立操作的助力装置是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题，提供一种轻便易于携带的新型多功能肢体助力装置，该助力装置，集助起/坐和行走功能于一体，用户可完全独立进行操作。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：一种新型多功能肢体助力装置，包括机架、滚动轮、电机、上肢支撑机构、臀部支撑机构以及连杆机构，所述滚动轮设置于机架底部，所述连杆机构为一对，对称设置于机架的左右两侧边；
所述连杆结构包括连架杆Ⅰ、输出杆Ⅰ、曲柄Ⅰ、传动杆曲柄Ⅱ、输出杆Ⅱ、连架杆Ⅱ；所述连架杆Ⅰ和连架杆Ⅱ的一端铰接于机架后侧的同一点，所述曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ的一端分别铰接于机架前侧相对于连架杆Ⅰ/Ⅱ铰接点水平位置的上下两点处，曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ的另一端分别铰接于输出杆Ⅰ和输出杆Ⅱ的中部，所述输出杆Ⅰ的两端分别与连架杆Ⅰ另一端铰接和上肢支撑机构固定连接，所述输出杆Ⅱ的两端分别与连架杆Ⅱ另一端铰接和臀部支撑机构固定连接，所述传动杆的两端分别与曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ铰接；
所述电机数量为两个，设置于机架上，分别位于曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ的下方且其输出轴分别与曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ相连接。
优选地，所述臀部支撑机构包括两组臀部支撑组件，所述臀部支撑组件包括连接盘、座板架、连接轴和座板，所述连接盘安装于座板架外侧面且与输出杆Ⅱ的一端相连接，所述连接轴安装于座板架内侧的轴套上，且其上套设有连接卡，所述座板与连接卡相连接。
优选地，所述连接盘的内轴套和连接轴上分别安装有盘簧一和盘簧二，分别用于实现座板前倾转动的复位动作和沿垂直于连接轴的方向折叠收起的动作。
优选地，所述连接盘包括相互连接且又分别与输出杆Ⅱ和座板架连接的左连接盘和右连接盘，所述盘簧一安装于左连接盘和右输出盘的内轴套上，所述左连接盘还设有限位销，用于限制连接盘的相对转动角度。
优选地，所述上肢支撑机构包括两组上肢支撑组件，所述上肢支撑组件包括由下及上依次连接的连接旋转轴、支撑连接套、支撑件，所述连接旋转轴与输出杆Ⅰ的一端相连接。
优选地，所述支撑架为弧形结构。
优选地，所述机架包括两个对称设置的框架、设置于左右两个框架之间连接对杆以及折叠单元，所述框架包括通过折叠单元相连接的框架上体和框架下体，所述连接对杆包括通过折叠关节相连接的左连接杆和右连接杆。
优选地，所述折叠单元包括若干个折叠关节。
优选地，所述传动杆的数量为两个，平行设置于曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ之间。
优选地，所述滚动轮为电动滚动轮。
本发明的有益效果是：本发明提供的新型多功能肢体助力装置，既能很好的帮助用户实现起立/坐下的动作，同时能辅助用户行走，真正意义上实现独立操作，实现下肢障碍者的生活自理。通过采集臀部参照点在起立/坐下过程中的运动轨迹，利用八杆机构作为执行机构，不仅能很好的拟合人体运动轨迹，使用户在使用过程中感到更舒适，且采用多点支撑，从而具有更高的稳定性和可靠性。进一步的，体积相对较小，在小范围内即可实现灵活转向等作用，对各种活动环境的实用性强。整体而言，该助力装置具有质量小、可靠性高、成本低的优点，具有推广性和普及性，极具应用前景。
附图说明
图1是本发明新型多功能肢体助力装置的主视图；
图2是本发明新型多功能肢体助力装置的立体结构示意图；
图3是本发明中八杆机构简视图；
图4是本发明中机架折叠前后的结构示意图，其中(a)为折叠前的结构示意图；图(b)为折叠后的示意图。
附图标记说明：1、机架；101、框架上体；102、框架下体；103、折叠关节；104、左连接杆；105、右连接杆；2、连架杆Ⅰ；3、输出杆Ⅰ；4、曲柄Ⅰ；5、支撑件；6、支撑连接套；7、传动杆；8、曲柄Ⅱ；9、座板架；10、连接盘；11、电机；12、滚动轮；13、输出杆Ⅱ；14、连架杆Ⅱ；15、左连接盘；16、右连接盘；17、连接旋转轴；18、座板；19、连接卡；20、连接轴；21、连接对杆；22、肩部运动轨迹；23、臀部运动轨迹。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的说明：
如图1-2所示，本发明的一种新型多功能肢体助力装置，包括机架1、滚动轮12、电机11、上肢支撑机构、臀部支撑机构以及连杆机构，所述滚动轮12设置于机架1底部，所述连杆机构为一对，对称设置于机架1的左右两侧边；
在本实施例中，如图1-2所示，机架1由框架、连接对杆21和折叠单元组成。折叠单元包括若干个折叠关节103。框架由框架上体101和框架下体102组成，框架上体101和框架下体102通过折叠关节103连接，使框架下体102可以向上翻折。框架整体从侧面形成一个直角梯形结构，其数量为两个，左右对称设置。框架采用直角梯形结构可以在保证整个机架1稳定性的同时使整体结构也尽量紧凑。连接对杆由左连接杆104和右连接杆105组成，左连接杆104和右连接杆105通过折叠关节103相连接，使左右两边的框架可以由两侧向中间收拢折叠。连接对杆21的数量为两个，分别平行设置于两个框架上体的上部之间以及下部之间。值得说明的是，机架1主要是用于为其它机构提供安装位置和支撑强度，并保证用户在站起或坐下的过程中在合理的范围内不会反生后翻，同时实现辅助用户进行行走训练的功能。因而在满足上述目的和功能的基础上，对于机架1整体及局部具体采用何种结构以及具体的尺寸，并没有特殊的限制，如左右两侧的框体还可以采用等腰梯形等。进一步的，连接对杆21的数量也不限于两个，在保证机构支撑强度的基础上，可以增加或减少相应的数量。此外，机架1可折叠功能也只是本实施优选方式。
滚动轮12设置于左右两边框架的底部，数量为四个，分别位于框架的四角处。在本实施例中，滚动轮12采用万向轮，使用户在行走中可以灵活实现小范围转向，后置的两个万向轮上还安装有锁止装置，在不需要行进的时候提供稳定停靠。基于模块化的设计理念，滚动轮12为模块化处理的具有便于小车行走的功能模块，显然可以替换为麦克纳姆轮等其它行走轮子，或其它增强户外能力的大轮、履带等。进一步的，滚动轮12还可采用电动滚动轮，如在机架1的前区增加一个电机和高地位转速的开关，实现装置的自动行进，低位转速可以辅助用户进行下肢恢复锻炼，高位转速可以在用户疲累的时候，实现代步功能。显然，电动滚动轮的具体设计可以采用本领域中其它任意常规电动滚动轮的实施方式。
如图1-3所示，本装置根据人体臀部/肩部运动的轨迹，采用了模拟人体运动轨迹的八杆机构作为本装置的执行机构。连杆机构数量为一对，对称设置于机架1的左右两侧边，是由连架杆Ⅰ2、输出杆Ⅰ3、曲柄Ⅰ4、传动杆7、曲柄Ⅱ8、输出杆Ⅱ13、连架杆Ⅱ14以及机架1组成的八杆机构。连架杆Ⅰ2和连架杆Ⅱ14的一端铰接于框架上体后侧中部偏下的同一点。曲柄Ⅰ4和曲柄Ⅱ8的一端分别铰接于框架上体和框架下体的前侧，曲柄Ⅰ/Ⅱ(4，8)与机架1的铰接点相对连架杆Ⅰ/Ⅱ(2，14)与机架1的铰接点的水平位置上下对称。曲柄Ⅰ4和曲柄Ⅱ8的另一端分别铰接于输出杆Ⅰ3和输出杆Ⅱ13的中部。输出杆Ⅰ3的两端分别与连架杆Ⅰ2的另一端铰接和上肢支撑机构固定连接，所述输出杆Ⅱ13的两端分别与连架杆Ⅱ14的另一端铰接和臀部支撑机构固定连接。传动杆7的两端分别与曲柄Ⅰ4和曲柄Ⅱ8铰接。在本实施例中，传动杆7的数量为两个，平行设置于曲柄Ⅰ4和曲柄Ⅱ8之间，主要用于增强机构的刚度和传动可靠性。电机11数量为两个，设置于机架1上，分别位于曲柄Ⅰ4和曲柄Ⅱ8的下方且其输出轴分别与曲柄Ⅰ4和曲柄Ⅱ8相连接。电机11主要选择直线电机，也可采用旋转电机。
通过采集腋下和臀部两个参照点在起立/坐下过程中的肩部运动轨迹22和臀部运动轨迹23，利用八杆机构不仅能很好的拟合人体运动轨迹，使用户在使用过程中感到更舒服，且采用采用多点支撑使得机构在运转过程中具有更高的稳定性和可靠性。
如图1-2所示，臀部支撑机构包括两组臀部支撑组件，分别与对称设置于机架1左右两侧边的连杆机构相连接。臀部支撑组件由连接盘10、座板架9、连接轴20和座板18组成。连接盘10通过螺纹连接在座板架9外侧面上，且与输出杆Ⅱ13的一端相连接。在本实施中连接盘10由螺纹连接的左连接盘15和右连接盘16组成。左连接盘15和右连接盘16分别与输出杆Ⅱ13和座板架9螺纹连接。为进一步提高安全性能，左连接盘15上还设有限位销，用于限制连接盘10的相对转动角度(只能前倾，不能后仰)。连接轴20安装于座板架9内侧的轴套上，且其上套设有连接卡19，座板18通过螺纹连接于与连接卡19。此外，左/右连接盘(15，16)的内轴套安装有盘簧一，用于实现座板18前倾转动的复位动作，自然状态下，连接轴20呈水平状。连接轴20上安装有盘簧二，用于实现座板18沿垂直于连接轴20的方向自动向两侧折叠收起的动作，自然态下，座板18呈向两侧折叠收起状。
在起立的过程中，盘簧一在人体重力的作用下进行前倾旋转，使得上升过程的柔性更高，也使得人离开座板18站在地面上的过程变的更加方便，在用户需要的时候，可以手动将座板18放下，在不需要的时候亦即当用户离开座板18的时候，座板18在盘簧二的作用下自动折叠收拢，使之能够有效的避免干涉的问题。臀部支撑机构与前述执行机构相结合，实现臀部的运动轨迹。
如图1-2所示，上肢支撑机构包括两组上肢支撑组件，分别于一对连接机构的输出轴Ⅰ固定连接。上肢支撑组件由连接旋转轴17、支撑连接套6、支撑件5。连接件通过螺栓与框架上体的顶部相连接。连接旋转轴17一端与输出杆Ⅰ3旋转连接，另一端与支撑连接套6的一端固定连接，支撑连接套6的另一端与连接件滑动连接。支撑连接套6上还设有限位槽，可调节支撑连接套6与连接件的相对高度。根据人体工程学支撑件5优选采用拟合人体轮廓的弧形结构。在支撑件5上还可进一步安装柔性外包材料，提高使用舒适度。同时连接旋转轴17还可以作为扶手，在其外面同样包裹柔软外包材料。
以下对本发明的工作过程做进一步的说明，以进一步展示本发明的工作原理和优点：
准备阶段：用户坐在其它椅子上，将座板18置于用户的两侧，用户先侧身放下其中一侧的座板18，将相应侧臀部移至上面，再放下另一侧座板18，此时完成完整坐在本装置上面的动作。
站起阶段：用户打开电机11开关，电机11工作，电机11带动曲柄Ⅱ8进行旋转，通过八杆机构带动臀部支撑机构和上肢支撑机构按照人体运动轨迹进行向上起立运动至预设终点，电机11停机，站起动作完成。
行走阶段：座板18收起，为臀部后方提供空间，用户通过上肢支撑组件以及双手扶着框架上体保证站立稳定，推动装置进行行走。当用户行走疲惫时，放下座板18，可进行休息。
坐下阶段：用户行至椅子前，背对椅子，打开电机11反向开关，机构回落至椅子上，电机11停机，用户收起座板18，坐下动作完成。
本发明提供的新型多功能肢体助力装置，其特点在于既能实现助起/坐的功能，同时又能辅助训练行走，以真正意义上实现独立操作，实现用户生活上的自理。其执行机构的运动拟合人体的运动轨迹，舒适性好；纯机械式的连杆结构，装置可靠性相对更高；只使用一组电机实现多输出，质量小，成本低。整体体积相对较小，便于在空间狭小的环境中实现灵活转向，机架1还可进行折叠，便于携带，对各种活动环境都具有很强的实用性。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种多功能肢体助力装置，其特征在于：包括机架(1)、滚动轮(12)、电机(11)、上肢支撑机构、臀部支撑机构以及连杆结构，所述滚动轮(12)设置于机架(1)底部，所述连杆机构为一对，对称设置于机架(1)的左右两侧边；
所述连杆结构包括连架杆Ⅰ(2)、输出杆Ⅰ(3)、曲柄Ⅰ(4)、传动杆(7)、曲柄Ⅱ(8)、输出杆Ⅱ(13)、连架杆Ⅱ(14)；所述连架杆Ⅰ(2)和连架杆Ⅱ(14)的一端铰接于机架(1)后侧的同一点，所述曲柄Ⅰ(4)和曲柄Ⅱ(8)的一端分别铰接于机架(1)前侧相对于连架杆Ⅰ(2)/Ⅱ铰接点水平位置的上下两点处，曲柄Ⅰ(4)和曲柄Ⅱ(8)的另一端分别铰接于输出杆Ⅰ(3)和输出杆Ⅱ(13)的中部，所述输出杆Ⅰ(3)的两端分别与连架杆Ⅰ(2)另一端铰接和上肢支撑机构固定连接，所述输出杆Ⅱ(13)的两端分别与连架杆Ⅱ(14)另一端铰接和臀部支撑机构固定连接，所述传动杆(7)的两端分别与曲柄Ⅰ(4)和曲柄Ⅱ(8)铰接；
所述电机(11)数量为两个，设置于机架(1)上，分别位于曲柄Ⅰ(4)和曲柄Ⅱ(8)的下方且其输出轴分别与曲柄Ⅰ(4)和曲柄Ⅱ(8)相连接；
所述臀部支撑机构包括两组臀部支撑组件，所述臀部支撑组件包括连接盘(10)、座板架(9)、连接轴(20)和座板(18)，所述连接盘(10)安装于座板架(9)外侧面且与输出杆Ⅱ(13)的一端相连接，所述连接轴(20)安装于座板架(9)内侧的轴套上，且其上套设有连接卡(19)，所述座板(18)与连接卡(19)相连接；
所述上肢支撑机构包括两组上肢支撑组件，所述上肢支撑组件包括由下及上依次连接的连接旋转轴(17)、支撑连接套(6)、支撑件(5)，所述连接旋转轴(17)与输出杆Ⅰ(3)的一端相连接。
2.根据权利要求1所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述连接盘(10)的内轴套和连接轴(20)上分别安装有盘簧一和盘簧二，分别用于实现座板(18)前倾转动的复位动作和沿垂直于连接轴(20)的方向折叠收起的动作。
3.根据权利要求2所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述连接盘(10)包括相互连接且又分别与输出杆Ⅱ(13)和座板架(9)连接的左连接盘(15)和右连接盘(16)，所述盘簧一安装于左连接盘(15)和右连接盘(16)的内轴套上，所述左连接盘(15)还设有限位销，用于限制连接盘(10)的相对转动角度。
4.根据权利要求3所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述支撑件(5)为弧形结构。
5.根据权利要求1所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述机架(1)包括两个对称设置的框架、设置于左右两个框架之间连接对杆(21)以及折叠单元，所述框架包括通过折叠单元相连接的框架上体(101)和框架下体(102)，所述连接对杆(21)包括通过折叠关节相连接的左连接杆(104)和右连接杆(105)。
6.根据权利要求5所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述折叠单元包括若干个折叠关节(103)。
7.根据权利要求1-6任一所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述传动杆(7)的数量为两个，平行设置于曲柄Ⅰ(4)和曲柄Ⅱ(8)之间。
8.根据权利要求1-6任一所述的多功能肢体助力装置，其特征在于：所述滚动轮(12)为电动滚动轮。
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