CN107374901A - 一种下肢外骨骼关节用康复训练装置 - Google Patents

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Abstract

一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，包括控制机构、驱动电机、传动组件、限位组件以及和膝关节内固定板、膝关节外固定板和股骨直板，传动组件包括三个伞齿轮、一个推力球轴承和一个深沟球轴承，实现了驱动电机的稳定传动；限位组件包括设置在股骨直板边界处的限位槽和可拆卸连接在耳板上的连接轴，使用者可通过调节连接轴在耳板上的连接安装位置，配合连接轴与限位槽的卡紧，实现对股骨直板做圆弧运动的极限位置进行限定。装置整体结构简单、驱动平稳，使用方便。可较好满足人体下肢外骨骼关节驱动时的稳定性和实现限位调节作用的功能，满足使用者使用时的安全性和便利性，使使用者可以得到有效、科学的治疗。

Description

一种下肢外骨骼关节用康复训练装置
技术领域
本发明涉及医疗辅助器械技术领域，具体的说是一种下肢外骨骼关节用康复训练装置。
背景技术
目前，国内外医疗外骨骼技术发展迅速，且日益进入实用化阶段。现有的下肢助力外骨骼机器人设备主要由机械、传感和控制部件组成。但这些现有的人体外骨骼装置，其应用于关节处的驱动机构大多运动稳定性较差，致使使用者在使用过程中不能确保安全性。另外，由于驱动机构的不稳定性也使能量的利用不高，降低了利用效率。
同时，现有的人体外骨骼装置还有一重大缺陷是：其应用于关节处的限位机构在实现限位角度的调节功能时要么结构复杂，限位调节过程繁琐，造成灵活性差，操作不便；要么干脆不具备关节处限位机构的具体调节功能，给使用者造成不便。
因此，设计并制备一种驱动稳定性好，还能够灵活地同时进行限位和调节功能的下肢外骨骼关节用康复训练装置实为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，解决了现有的人体下肢外骨骼训练装置在关节处驱动稳定性不足，且不能实现灵活的限位调节的技术问题。
本发明为解决上述技术问题，所采用的技术方案是：一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，包括膝关节内固定板、膝关节外固定板、股骨直板、控制机构、驱动电机、传动组件和限位组件，其中，驱动电机固定在膝关节外固定板上，并与控制机构电连接，所述的膝关节内固定板和膝关节外固定板竖直且左右平行设置，在膝关节内固定板和膝关节外固定板的相对面之间连接有一根水平轴，所述的股骨直板套设在该水平轴上，传动组件设置在膝关节外固定板和股骨直板之间，所述的传动组件由设置在驱动电机输出端的水平伞齿轮和与该水平伞齿轮相啮合的两个竖直伞齿轮构成，两个竖直伞齿轮均可转动套设在水平轴上，且与股骨直板相临近的一个竖直伞齿轮与股骨直板之间固定连接，所述的水平伞齿轮能够在驱动电机的驱动下，通过两个竖直伞齿轮的传动带动股骨直板绕水平轴的中心轴线做圆弧运动；
所述的膝关节内固定板和膝关节外固定板在其相对面的左右两侧均左右对称延伸出一块耳板，在每块耳板上均开设有多个安装孔，膝关节内固定板和膝关节外固定板中相对应的两块耳板上的多个安装孔一一对应，所述的限位组件包括两根连接轴和设置在股骨直板上的多个限位槽，其中，两根连接轴分别可拆卸连接在膝关节内固定板和膝关节外固定板两侧相对应的两个安装孔内，所述的多个限位槽左右对称设置在股骨直板的两侧，且股骨直板每侧限位槽的个数与每块耳板上安装孔的个数一致，所述膝关节内固定板和膝关节外固定板中相对应的两个安装孔内所安装的连接轴能够配合卡设在股骨直板上的一个限位槽内，用于对股骨直板的圆弧运动进行角度范围限位。
在股骨直板朝向膝关节内固定板的一侧还设置有用于卡箍固定小腿的的U型固定件，且该U型固定件的开口方向朝向设置有膝关节内固定板的一侧。
在膝关节内固定板和股骨直板之间还设置有多轴承组件，该多轴承组件由推力球轴承和套设在推力球轴承外侧的深沟球轴承嵌套配合组成。
在所述膝关节外固定板的顶端还设置有用于将膝关节内固定板和膝关节外固定板连接固定在一起的连接杆。
所述的康复训练装置还包括外设的遥控器，所述的控制机构中还安装有能够与遥控器相配合的通信适配组件。
所述的驱动电机通过一个电机座固定设置在膝关节外固定板朝向膝关节内固定板的一侧。
所述的电机座焊接固定在膝关节外固定板上。
所述的连接轴为空心内螺纹直杆，连接轴的两端通过一个螺栓与耳板上对应的安装孔配合固定。
所述的控制机构固定设置在股骨直板的下部。
所述的股骨直板与其相邻的一个竖直伞齿轮之间通过键连接。
有益效果：
1、本发明的下肢外骨骼关节用康复训练装置，结构简单、驱动平稳，使用方便。训练装置中通过三齿轮啮合式的伞齿轮组件的设置，提高了动力传动的稳定性，避免了齿轮脱离啮合的情况发生，从而提高了装置整体的使用稳定性。装置中可拆卸连接的卡槽式限位组件的设置，使使用者可以根据自身需要，通过连接轴在多个安装孔内装配位置的调整，实现对股骨直板做圆弧运动极限位置的随时灵活调整。装置整体工作稳定，且可靠性强，充分满足了使用者使用时的安全性和便利性。
2、本发明采用推力球轴承和深沟球轴承相配合组成的多轴承组件进行支撑，推力球轴承的采用使股骨直板的圆弧运动阻力降低，灵活方便；深沟球轴承的采用使膝关节内固定板与水平轴之间的相对运动阻力降低，节省了驱动力。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的局部装配结构示意图；
图3为图2的爆炸结构示意图；
图4为本发明中传动组件的爆炸结构示意图；
图示标记：1、膝关节内固定板；2、膝关节外固定板；3、股骨直板；4、控制机构；5、驱动电机；6、水平轴；7、多轴承组件；701、推力球轴承；702、深沟球轴承；8、传动组件；801、水平伞齿轮；802、竖直伞齿轮，9、耳板；10、安装孔；11、连接轴；12、限位槽；13、U型固定件；14、连接杆；15、电机座。
具体实施方式
为使本发明的内容更明显易懂，下面结合附图，对本发明进行进一步详细的描述：
如图所示，一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，包括控制机构4、驱动电机5、传动组件8、限位组件以及和自主设计的膝关节内固定板1、膝关节外固定板2和股骨直板3，驱动电机5通过一个电机座15固定设置在膝关节外固定板2朝向膝关节内固定板1的一侧，电机座15焊接固定在膝关节外固定板2上，控制机构4固定安装在股骨直板3的下部，股骨直板3的内侧，驱动电机5受控制机构4控制，康复训练装置还包括外设的遥控器，所述的控制机构4中还安装有能够与遥控器相配合的通信适配组件；
所述的膝关节内固定板1和膝关节外固定板2竖直且左右平行设置，在膝关节内固定板1和膝关节外固定板2的相对面之间连接有一根水平轴6，股骨直板3套设在该水平轴6上，在膝关节内固定板1和股骨直板3之间设置有多轴承组件7，该多轴承组件7由推力球轴承701和套设在推力球轴承701外侧的深沟球轴承702嵌套配合组成，所述的传动组件8设置在膝关节外固定板2和股骨直板3之间，所述的传动组件8由设置在驱动电机5输出端的水平伞齿轮801和与该水平伞齿轮801相啮合的两个竖直伞齿轮802构成，两个竖直伞齿轮802均可转动套设在水平轴6上，且与股骨直板3相临近的一个竖直伞齿轮802与股骨直板3之间通过键固定连接，所述的水平伞齿轮801与驱动电机5的输出轴之间通过联轴器相连，水平伞齿轮801能够在驱动电机5的驱动下，通过两个竖直伞齿轮802的传动带动股骨直板3绕水平轴6的中心轴线做圆弧运动，在膝关节外固定板2的顶端还设置有用于加固膝关节内固定板1和膝关节外固定板2之间连接的连接杆14，该连接杆14也为通过螺栓进行两端固定的空心内螺纹直杆；
所述的膝关节内固定板1和膝关节外固定板2在其相对面的左右两侧均左右对称延伸出一块耳板9，在每块耳板9上均开设有多个安装孔10，膝关节内固定板1和膝关节外固定板2中相对应的两块耳板9上的多个安装孔10一一对应，所述的限位组件包括两根连接轴11和设置在股骨直板3上的多个限位槽12，其中，两根连接轴11分别可拆卸连接在膝关节内固定板1和膝关节外固定板2两侧相对应的两个安装孔10内，该连接轴11为空心内螺纹直杆，连接轴11的两端通过一个螺栓与耳板9上对应的安装孔10配合固定，所述的多个限位槽12左右对称设置在股骨直板3的两侧边界处，且股骨直板3每侧限位槽12的个数与每块耳板9上安装孔10的个数一致，限位槽12的大小与连接轴11相适应，且限位槽12内留有恰当的可使其正常摆动的空隙，所述膝关节内固定板1和膝关节外固定板2中相对应的两个安装孔10内所安装的连接轴11能够配合卡设在股骨直板3上的一个限位槽12内，用于对股骨直板3的圆弧运动进行角度范围限位，在股骨直板3朝向膝关节内固定板1的一侧还设置有用于卡箍固定小腿的的U型固定件13，且该U型固定件13的开口方向朝向设置有膝关节内固定板1的一侧。
本发明的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置在具体使用时，
包括如下步骤：
1、使用者将膝关节的外侧（两腿之间为内侧）放在膝关节内固定板上，然后通过股骨直板上的U型固定件将腿部固定在股骨直板上；
2、接通电源，使用者可根据自身的情况通过外设的遥控器调节好电机的转速、股骨直板的摆角度数以及使用的时间频率，来严格控制股骨直板的摆动角度、传动的转速及频率；因为股骨直板与小腿固定连接，因而可带动小腿前后摆动，实现关节的康复训练。
3、使用者使用过程中可通过遥控器自主改变驱动电机的参数，使用完成后停止装置的运动。
本发明的下肢外骨骼关节用康复训练装置可以满足人体下肢外骨骼关节驱动时的稳定性和实现限位调节作用的功能，满足使用者使用时的安全性和便利性。装置中传动组件中采用三齿轮组啮合方式，提高了传动的稳定性，避免了齿轮脱离啮合的情况发生。其中一个竖直伞齿轮与股骨直板相连，股骨直板与多轴承组件相连。多轴承组件采用推力球轴承和深沟球轴承的配合，推力球轴承的采用让股骨直板的圆弧运动阻力降低，灵活方便，深沟球轴承的采用使膝关节内固定板与水平轴之间的相对运动阻力降低，节省驱动力。股骨直板的边界处设计有调节限位槽，分别对应空心内螺纹连接轴在膝关节内固定板和膝关节外固定板上的安装孔位，可以人工调节连接轴在耳板上安装孔内的的安装位置，进而对股骨直板做圆弧运动的极限位置进行限定。驱动电机用来提供动力，带动传动组件的运转，其中一个竖直伞齿轮通过键与股骨直板相连，从而股骨直板做圆弧运动，并通过空心内螺纹连接轴限位在股骨直板卡位限位槽处的运动，从而限定股骨关节带动关节上下摆动的极限角度。装置中的控制结构可以为单片机，单片机的使用可以较好的控制使用者的运动时间和运动强度，使使用者可以得到有效、科学的治疗。
本发明的下肢外骨骼关节用康复训练装置能够让使用者根据不同的强度要求自主制定合适的驱动电机转速、股骨直板摆角度数以及使用时间频率。其中，股骨直板的摆角度数可以通过单片机设定驱动电机的转动圈数来实现，单片机还可以比较好的控制运动时间的运动强度。
以上显示和描述了本装置的基本原理和主要特征和本装置的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种各样变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围有所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：包括膝关节内固定板（1）、膝关节外固定板（2）、股骨直板（3）、控制机构（4）、驱动电机（5）、传动组件（8）和限位组件，其中，驱动电机（5）固定在膝关节外固定板（2）上，并与控制机构（4）电连接，所述的膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）竖直且左右平行设置，在膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）的相对面之间连接有一根水平轴（6），所述的股骨直板（3）套设在该水平轴（6）上，传动组件（8）设置在膝关节外固定板（2）和股骨直板（3）之间，所述的传动组件（8）由设置在驱动电机（5）输出端的水平伞齿轮（801）和与该水平伞齿轮（801）相啮合的两个竖直伞齿轮（802）构成，两个竖直伞齿轮（802）均可转动套设在水平轴（6）上，且与股骨直板（3）相临近的一个竖直伞齿轮（802）与股骨直板（3）之间固定连接，所述的水平伞齿轮（801）能够在驱动电机（5）的驱动下，通过两个竖直伞齿轮（802）的传动带动股骨直板（3）绕水平轴（6）的中心轴线做圆弧运动；
所述的膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）在其相对面的左右两侧均左右对称延伸出一块耳板（9），在每块耳板（9）上均开设有多个安装孔（10），膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）中相对应的两块耳板（9）上的多个安装孔（10）一一对应，所述的限位组件包括两根连接轴（11）和设置在股骨直板（3）上的多个限位槽（12），其中，两根连接轴（11）分别可拆卸连接在膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）两侧相对应的两个安装孔（10）内，所述的多个限位槽（12）左右对称设置在股骨直板（3）的两侧，且股骨直板（3）每侧限位槽（12）的个数与每块耳板（9）上安装孔（10）的个数一致，所述膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）中相对应的两个安装孔（10）内所安装的连接轴（11）能够配合卡设在股骨直板（3）上的一个限位槽（12）内，用于对股骨直板（3）的圆弧运动进行角度范围限位。
2.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：在股骨直板（3）朝向膝关节内固定板（1）的一侧还设置有用于卡箍固定小腿的的U型固定件（13），且该U型固定件（13）的开口方向朝向设置有膝关节内固定板（1）的一侧。
3.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：在膝关节内固定板（1）和股骨直板（3）之间还设置有多轴承组件（7），该多轴承组件（7）由推力球轴承（701）和套设在推力球轴承（701）外侧的深沟球轴承（702）嵌套配合组成。
4.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：在所述膝关节外固定板（2）的顶端还设置有用于将膝关节内固定板（1）和膝关节外固定板（2）连接固定在一起的连接杆（14）。
5.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：所述的康复训练装置还包括外设的遥控器，所述的控制机构（4）中还安装有能够与遥控器相配合的通信适配组件。
6.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：所述的驱动电机（5）通过一个电机座（15）固定设置在膝关节外固定板（2）朝向膝关节内固定板（1）的一侧。
7.根据权利要求6所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：所述的电机座（15）焊接固定在膝关节外固定板（2）上。
8.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：所述的连接轴（11）为空心内螺纹直杆，连接轴（11）的两端通过一个螺栓与耳板（9）上对应的安装孔（10）配合固定。
9.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：所述的控制机构（4）固定设置在股骨直板（3）的下部。
10.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼关节用康复训练装置，其特征在于：所述的股骨直板（3）与其相邻的一个竖直伞齿轮（802）之间通过键连接。
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