CN106806089A - 一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，包括上支板和下支板；在上支板上设置有推杆驱动机构，推杆驱动机构包括电机支架、电机、齿轮和齿条，电机支架与上支板紧固连接，电机紧固连接在电机支架上，电机的输出端与齿轮紧固连接，电机支架带有沿上支板的长度方向布置的滑槽，齿条滑动连接在滑槽中，齿轮与齿条啮合；齿条即为推杆驱动机构的输出端；齿条的底端通过铰链轴连接三角连杆的第一端，三角连杆的第二端与上支板铰接，三角连杆的第三端与连杆的一端铰接，连杆的另一端与下支板铰接。

Description

一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置
技术领域
本发明涉及一种关节康复装置，特别是一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置。
背景技术
针对膝关节的辅助康复装置，一般可以分为穿戴式和非穿戴式,动力驱动和非动力驱动。穿戴式辅助康复装置是指穿戴于人体大小腿外的器具，其将关节的伸展和屈曲限制在合适的角度范围内，或者将膝关节维持在某一角度，以促进膝关节功能早期得到康复。目前穿戴式非动力辅助康复装置结构比较简单，一般起支撑、稳定患者受损膝关节的作用，使用起来也相对简单。动力辅助膝关节康复装置很多都是非穿戴式。这种辅助康复装置相比于穿戴式的功能要强大，它可以增加患者肌力和膝关节的灵活性以及改善患者对肌肉的控制能力，但是该类装置比较庞大，一般集中在康复医疗中心，所以患者只能到康复中心进行康复，这对有行动障碍的患者来说也是非常不便的。国外也有一部分可穿戴式的动力膝关节辅助康复装置，它可以主动提供助力给膝关节，但是价格贵，重量大。
对于动力关节的驱动装置，一般可以分为直接驱动旋转和连杆驱动。直接驱动的问题是空间布局限制多，电机扭转扭矩不足，自锁性能不好。连杆驱动能够有更多的空间选择，并且能够在特定角度提供较大的扭矩，容易实现机构本身的自锁，但是很多连杆驱动装置的问题是尺寸较大，重量较重。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种尺寸小、重量轻的穿戴式动力关节康复装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：包括上支板和下支板；在所述上支板上设置有推杆驱动机构，所述推杆驱动机构包括电机支架、电机、齿轮和齿条，所述电机支架与所述上支板紧固连接，所述电机紧固连接在所述电机支架上，所述电机的输出端与所述齿轮紧固连接，所述电机支架带有沿所述上支板的长度方向布置的滑槽，所述齿条滑动连接在所述滑槽中，所述齿轮与所述齿条啮合；所述齿条即为推杆驱动机构的输出端；所述齿条的底端通过铰链轴连接三角连杆的第一端，所述三角连杆的第二端与所述上支板铰接，所述三角连杆的第三端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述下支板铰接。
所述电机、齿轮、齿条和滑槽均为两个，所述滑槽平行布置在所述电机支架的两侧。
所述下支板与所述连杆连接的部位为弹性片，所述弹性片与所述下支板连接为一体。
在所述三角连杆的第一端设置有长圆孔，所述铰链轴可滑动且可转动地设置在所述三角连杆的所述长圆孔中；当所述下支板转动至与所述上支板呈45°角时，所述长圆孔的长轴垂直于所述上支板的长度方向。
在所述上支板的下端固定设置有第一齿轮，在所述下支板的上端固定设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。
所述上支板采用适用于包住人体大腿或小腿的半包围结构，所述下支板采用适用于包住人体小腿或踝关节部位的半包围结构。
在所述上支板和下支板上均安装有用于与人的肢体进行固定的绑带。
所述三角连杆的第二端与所述上支板的连接处设置有轴承，所述三角连杆与所述连杆的连接处设置有轴承，所述连杆与所述下支板的连接处设置有轴承。
所述弹性片采用弹簧钢加工而成。
在所述第一齿轮和第二齿轮的中心分别转动连接有齿轮轴，两齿轮轴之间通过齿轮连接板连接。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置有用于与人的肢体固定的上支板和下支板，上支板上设置有由电机、齿轮、齿条等构成的推杆驱动机构，推杆驱动机构的输出端(齿条)通过铰接轴与三角连杆连接，三角连杆的第二端与上支板铰接，第三端连杆铰接，连杆的另一端与下支板铰接，因此，通过对齿条的推/拉运动可以实现下支板向屈曲方向/伸展方向转动，从而实现动力下的关节运动。2、本发明由于在三角连杆的第一端设置有长圆孔，铰链轴可滑动且可转动地设置在三角连杆的长圆孔中，从而使推杆不受侧向力，进而实现结构刚性的最小结构。3、本发明由于下支板与连杆连接的部位采用弹性片，弹性片与下支板连接为一体，弹性片在推动小腿运动时，能够起到缓冲和储能作用，实现类似于腿部肌腱的功能，在运动过程中可以交替地进行储存能量与释放能量，以将动能、重力势能和弹性势能进行转换，这样不但能够提高人行走时能量的利用效率，还能够改善对行走环境的适应性。4、本发明在上支板的下端固定设置有第一齿轮，在下支板的上端固定设置有第二齿轮，第二齿轮与第一齿轮啮合，能够产生非圆周的转动，以拟合关节的转动。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明在关节屈曲状态下的侧视结构示意图；
图3是图2中A部分在省略齿轮连接板后的放大结构示意图；
图4是本发明的主视结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。
如图1所示，本发明提出了一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，包括上支板1和下支板2。在上支板1上设置有推杆驱动机构3，推杆驱动机构3包括电机支架3-1、电机3-2、齿轮3-3和齿条3-4，电机支架3-1与上支板1紧固连接，电机3-2紧固连接在电机支架3-1上，电机3-2的输出端与齿轮3-3紧固连接，电机支架3-1带有沿上支板1的长度方向布置的滑槽3-5，齿条3-4滑动连接在滑槽3-5中，齿轮3-3与齿条3-4啮合。齿条3-4即为推杆驱动机构3的输出端。齿条3-4的底端通过铰链轴4连接三角连杆5的第一端，三角连杆5的第二端与上支板1铰接，三角连杆5的第三端与连杆6的一端铰接，连杆6的另一端与下支板2铰接。
上述实施例中，电机3-2、齿轮3-3、齿条3-4和滑槽3-5均为两个，滑槽3-5平行布置在电机支架3-1的两侧。
上述实施例中，下支板2与连杆6连接的部位为弹性片7，弹性片7与下支板2连接为一体。弹性片7具体可以采用弹簧钢加工而成，弹性模量经过计算选定。弹性片7在推动小腿运动时，能够起到缓冲和储能作用，实现类似于腿部肌腱的功能。生物学和生理学方面的研究表明，筋腱组织等柔性储能机构对人体行走的稳定性和能量效率具有极为重要的作用，柔性的关节在运动过程中，交替地进行储存能量与释放能量，以将动能、重力势能和弹性势能进行转换，这样不但能够提高人行走时能量的利用效率，还能够改善对行走环境的适应性。
上述实施例中，在三角连杆5的第一端设置有长圆孔，长圆孔的长轴方向优选的取值是：当下支板2转动至与上支板1呈45°角时，长圆孔的长轴垂直于上支板2的长度方向。铰链轴4可滑动且可转动地设置在三角连杆5的长圆孔5-1中，从而使推杆3-1不受侧向力，进而实现结构刚性的最小结构。
上述实施例中，在上支板1的下端固定设置有第一齿轮8，在下支板2的上端固定设置有第二齿轮9，第二齿轮9与第一齿轮8啮合。在第一齿轮8和第二齿轮9的中心分别转动连接有齿轮轴，两齿轮轴之间通过齿轮连接板10连接。第一齿轮8和第二齿轮9啮合能够产生非圆周的转动，以拟合关节的转动。
上述实施例中，上支板1和下支板2采用适用于包住人的肢体的半包围结构，但不限于图示的外形。对于不同的关节部位，可以采用不同的外形。对于膝关节，上支板1和下支板2可以是适用于包住大腿和小腿的外形；对于踝关节，上支板1和下支板2可以是适用于包住小腿和踝关节部位的外形。
上述实施例中，可以在上支板1和下支板2上均安装有用于与人的肢体进行固定的绑带(图中未示出)；此外，上支板1和下支板2与肢体连接的部位安装有可调的支撑垫，支撑垫通过转接板能够实现人体前后方向和左右方向的调整，使得本发明康复装置更贴合人体，并使得康复装置的转动与人体的关节转动中心更为接近。
上述实施例中，在三角连杆5的第二端与上支板1的连接处、三角连杆5与连杆6的连接处以及连杆6与下支板2的连接处均设置有轴承(图中未示出)，具体可采用具有极小间隙的滚针轴承，也可以采用自润滑轴承或工程塑料轴承。
使用者在穿着本发明进行运动时，包括以下几种状态：
1)当关节屈曲时，电机3-2驱动齿轮3-3正向旋转，齿轮3-3驱动齿条3-4沿滑槽3-5向下运动，齿条3-4通过铰链轴4推动三角连杆5逆时针转动，三角连杆5推动连杆6转动，通过弹性片7带动下支板2向屈曲方向转动。
2)当关节伸展时，电机3-2驱动齿轮3-3反向旋转，齿轮3-3驱动齿条3-4沿滑槽3-5向上运动，齿条3-4通过铰链轴4拉动三角连杆5顺时针转动，三角连杆5拉动连杆6转动，通过弹性片7带动下支板2向伸展方向转动。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：包括上支板和下支板；在所述上支板上设置有推杆驱动机构，所述推杆驱动机构包括电机支架、电机、齿轮和齿条，所述电机支架与所述上支板紧固连接，所述电机紧固连接在所述电机支架上，所述电机的输出端与所述齿轮紧固连接，所述电机支架带有沿所述上支板的长度方向布置的滑槽，所述齿条滑动连接在所述滑槽中，所述齿轮与所述齿条啮合；所述齿条即为推杆驱动机构的输出端；所述齿条的底端通过铰链轴连接三角连杆的第一端，所述三角连杆的第二端与所述上支板铰接，所述三角连杆的第三端与连杆的一端铰接，所述连杆的另一端与所述下支板铰接。
2.如权利要求1所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：所述电机、齿轮、齿条和滑槽均为两个，所述滑槽平行布置在所述电机支架的两侧。
3.如权利要求1所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：所述下支板与所述连杆连接的部位为弹性片，所述弹性片与所述下支板连接为一体。
4.如权利要求1所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：在所述三角连杆的第一端设置有长圆孔，所述铰链轴可滑动且可转动地设置在所述三角连杆的所述长圆孔中；当所述下支板转动至与所述上支板呈45°角时，所述长圆孔的长轴垂直于所述上支板的长度方向。
5.如权利要求1所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：在所述上支板的下端固定设置有第一齿轮，在所述下支板的上端固定设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合。
6.如权利要求1所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：所述上支板采用适用于包住人体大腿或小腿的半包围结构，所述下支板采用适用于包住人体小腿或踝关节部位的半包围结构。
7.如权利要求6所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：在所述上支板和下支板上均安装有用于与人的肢体进行固定的绑带。
8.如权利要求1所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：所述三角连杆的第二端与所述上支板的连接处设置有轴承，所述三角连杆与所述连杆的连接处设置有轴承，所述连杆与所述下支板的连接处设置有轴承。
9.如权利要求4所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：所述弹性片采用弹簧钢加工而成。
10.如权利要求5所述的一种齿轮齿条驱动的穿戴式动力关节康复装置，其特征在于：在所述第一齿轮和第二齿轮的中心分别转动连接有齿轮轴，两齿轮轴之间通过齿轮连接板连接。
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