CN108095983A - 一种用于高位截肢患者的两足行走机构 - Google Patents

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孟欣佳
李岩
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Abstract

本发明公开了一种用于高位截肢患者的两足行走机构，包括躯体支撑架、在躯体支撑架左右两侧对称设有机械左腿和机械右腿，在机械左腿和机械右腿下部对应设有机械左脚和机械右脚；机械左腿和机械右腿结构相同：包括机械髋关节、机械大腿、机械膝关节和机械小腿，机械髋关节包括机械大腿连接板，并设有驱使机械大腿连接板相对于躯体支撑架以立轴为中心转动的驱动装置；机械大腿包括大腿支撑杆和位于其后方的大腿辅助支撑杆；机械小腿包括小腿支撑杆和位于其后方的小腿辅助支撑杆；机械左脚或机械右脚结构相同：包括脚板，机械左脚和机械右脚与机械小腿的铰接部位位于脚板的上方。它具有重量轻、运动灵活、便于使用等特点。

Description

一种用于高位截肢患者的两足行走机构
技术领域
本发明涉及一种用于高位截肢患者的两足行走机构。
背景技术
现有的仿生类多足行走机构主要有四足式行走机构和两足式行走机构。四足式行走机构主要靠液压驱动，虽可获得较大的动力，但由于足数过多导致结构复杂，重量普遍较大，如直接用于高位截肢患者的运动中，会造成机构自重过大，适应性不好。而两足式行走机构主要采用舵机驱动，舵机驱动扭力小，续航短，容易损坏，仅能用于辅助轻度残疾的人们进行一些恢复性训练。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种用于高位截肢患者的两足行走机构，它具有重量轻、运动灵活、便于使用等特点。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种用于高位截肢患者的两足行走机构，包括躯体支撑架、在躯体支撑架左右两侧对称设有机械左腿和机械右腿，在机械左腿和机械右腿下部对应设有机械左脚和机械右脚；机械左腿和机械右腿结构相同：包括机械髋关节、机械大腿、机械膝关节和机械小腿，机械髋关节包括机械大腿连接板，机械大腿连接板与躯体支撑架通过立轴转动连接，并设有驱使机械大腿连接板相对于躯体支撑架以立轴为中心转动的驱动装置；机械大腿包括大腿支撑杆和位于其后方的大腿辅助支撑杆，大腿支撑杆的上端与机械大腿连接板前方铰接，大腿支撑杆的下端与机械膝关节上部前方铰接，大腿辅助支撑杆由上到下依次包括控制大腿运动活塞式执行机构、大腿辅助连杆和控制小腿运动活塞式执行机构，控制大腿运动活塞式执行机构的一端与机械大腿连接板的后方铰接，其另一端与大腿辅助连杆的上端部铰接，大腿辅助连杆与大腿支撑杆有间隔的固定连接在一起，大腿辅助连杆的下端部与控制小腿运动活塞式执行机构的一端连接，控制小腿运动活塞式执行机构的另一端与机械膝关节上部后方铰接；机械小腿包括小腿支撑杆和位于其后方的小腿辅助支撑杆，小腿支撑杆的上端与机械膝关节下部前方铰接，小腿支撑杆的下端与机械左脚或机械右脚前部铰接，小腿辅助支撑杆包括小腿辅助连杆和控制脚板运动活塞式执行机构，小腿辅助支撑杆上端与机械膝关节下部后方铰接，小腿辅助连杆下端与控制脚板运动活塞式执行机构的一端铰接，控制脚板运动活塞式执行机构的另一端与机械左脚或机械右脚后部铰接；机械左脚或机械右脚结构相同：包括脚板，机械左脚和机械右脚与机械小腿的铰接部位位于脚板的上方，上述各铰接部位的铰接轴均为左右方向水平设置。
本发明进一步改进在于：
机械髋关节与躯体支撑架的结构为：躯体支撑架包括水平设置的躯体承载板和有间隔的固定于其下方的辅助连接板，躯体承载板和辅助连接板之间的中部为固定连接部位，机械大腿连接板为半圆形连接板，立轴贯穿并固定于半圆形连接板的中部，两个半圆形连接板弧面朝里对称设置在躯体承载板和辅助连接板之间左右两侧的间隔内，立轴的上端和下端分别与躯体承载板和辅助连接板轴承连接，驱动装置为固定在辅助连接板上的驱动电机，驱动电机的输出轴与立轴齿轮传动连接。
大腿支撑杆上端铰接部位与控制大腿运动活塞式执行机构上端铰接部位的距离大于大腿支撑杆与控制大腿运动活塞式执行机构下端铰接部位的距离；大腿支撑杆与大腿辅助连杆平行设置且柔性固定连接在一起；小腿支撑杆与小腿辅助连杆平行设置，小腿支撑杆与小腿辅助连杆之间的距离小于脚板上方两个铰接部位的距离。
机械膝关节为H型连接块。
脚板为前部宽度小于后部宽度的T形板。
控制大腿运动活塞式执行机构的活塞杆朝向上方，控制小腿运动活塞式执行机构的活塞杆朝向下方，控制脚板运动活塞式执行机构的活塞杆朝向上方。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
本装置通过躯体支撑架安装将其在躯体上，通过机械髋关节及其驱动装置完成人体转身动作；通过大腿支撑杆模拟大腿的支撑功能，通过大腿辅助支撑杆和控制大腿运动活塞式执行机构控制大腿的运动；通过控制小腿运动活塞式执行机构和机械膝关节控制小腿的运动；通过小腿支撑杆模拟小腿的支撑功能，通过小腿辅助连杆和控制脚板运动活塞式执行机构控制脚板的运动，从而实现高位截肢患者的行走能力，在行走稳定性和使用舒适性方面有着较好的优越性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本实图1中机械髋关节与躯体支撑架的连接结构示意图。
在附图中：1、躯体支撑架；1-1、躯体承载板；1-2、辅助连接板；2、机械大腿连接板；3、立轴；4、大腿辅助连杆；5、机械膝关节；6、控制大腿运动活塞式执行机构；7、大腿支撑杆；8、小腿支撑杆；9、小腿支撑杆；10、小腿辅助连杆；11、控制脚板运动活塞式执行机构；12、脚板；13、驱动电机。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施例对本发明进行进一步详细说明。
由图1-2所示的实施例可知，本实施例包括躯体支撑架1、在躯体支撑架1左右两侧对称设有机械左腿和机械右腿，在机械左腿和机械右腿下部对应设有机械左脚和机械右脚；机械左腿和机械右腿结构相同：包括机械髋关节、机械大腿、机械膝关节和机械小腿，机械髋关节包括机械大腿连接板2，机械大腿连接板2与躯体支撑架1通过立轴3转动连接，并设有驱使机械大腿连接板2相对于躯体支撑架1以立轴3为中心转动的驱动装置；机械大腿包括大腿支撑杆7和位于其后方的大腿辅助支撑杆，大腿支撑杆7的上端与机械大腿连接板2前方铰接，大腿支撑杆7的下端与机械膝关节5上部前方铰接，大腿辅助支撑杆由上到下依次包括控制大腿运动活塞式执行机构6、大腿辅助连杆4和控制小腿运动活塞式执行机构8，控制大腿运动活塞式执行机构6的一端与机械大腿连接板2的后方铰接，其另一端与大腿辅助连杆4的上端部铰接，大腿辅助连杆4与大腿支撑杆7有间隔的固定连接在一起，大腿辅助连杆4的下端部与控制小腿运动活塞式执行机构8的一端连接，控制小腿运动活塞式执行机构8的另一端与机械膝关节5上部后方铰接；机械小腿包括小腿支撑杆9和位于其后方的小腿辅助支撑杆，小腿支撑杆9的上端与机械膝关节5下部前方铰接，小腿支撑杆9的下端与机械左脚或机械右脚前部铰接小腿辅助支撑杆包括小腿辅助连杆10和控制脚板运动活塞式执行机构11，小腿辅助支撑杆10上端与机械膝关节5下部后方铰接，小腿辅助连杆10下端与控制脚板运动活塞式执行机构11的一端铰接，控制脚板运动活塞式执行机构11的另一端与机械左脚或机械右脚后部铰接；机械左脚或机械右脚结构相同：包括脚板12，机械左脚和机械右脚与机械小腿的铰接部位位于脚板12的上方，上述各铰接部位的铰接轴均为左右方向水平设置。
机械髋关节与躯体支撑架1的结构为：躯体支撑架1包括水平设置的躯体承载板1-1和有间隔的固定于其下方的辅助连接板1-2，躯体承载板1-1和辅助连接板1-2之间的中部为固定连接部位，机械大腿连接板2为半圆形连接板，立轴3贯穿并固定于半圆形连接板的中部，两个半圆形连接板弧面朝里对称设置在躯体承载板1-1和辅助连接板1-2之间左右两侧的间隔内，立轴3的上端和下端分别与躯体承载板1-1和辅助连接板1-2轴承连接，驱动装置为固定在辅助连接板1-2上的驱动电机13，驱动电机13的输出轴与立轴3齿轮传动连接。
大腿支撑杆7上端铰接部位与控制大腿运动活塞式执行机构6上端铰接部位的距离大于大腿支撑杆7与控制大腿运动活塞式执行机构6下端铰接部位的距离；大腿支撑杆7与大腿辅助连杆4平行设置且柔性固定连接在一起；小腿支撑杆9与小腿辅助连杆10平行设置，小腿支撑杆9与小腿辅助连杆10之间的距离小于脚板12上方两个铰接部位的距离。
机械膝关节5为H型连接块。
脚板12为前部宽度小于后部宽度的T形板。
控制大腿运动活塞式执行机构6的活塞杆朝向上方，控制小腿运动活塞式执行机构8的活塞杆朝向下方，控制脚板运动活塞式执行机构11的活塞杆朝向上方。
工作原理：
大腿运动：通过控制大腿运动活塞式执行机构6的伸缩，使得大腿辅助连杆4以机械大腿连接板2上的销进行顺时针或者逆时针转动，使得大腿支撑杆7也进行转动，从而使整个机械大腿部分进行纵向运动。
小腿部分运动：通过控制小腿运动活塞式执行机构8的伸缩，带动机械膝关节5以大腿支撑杆7的销为支点进行转动，从而带动与机械膝关节5相连的机械小腿进行纵向运动。
脚部的运动：通过控制脚板运动活塞式执行机构11的伸缩，带动脚板12的后端以其前端(小腿支撑杆9与脚板12铰接处)的销为端点进行顺时针或者逆时针运动，从而带动脚板12运动。
患者使用装置行走过程：机械右腿的控制小腿运动活塞式执行机构8首先收缩，使小腿抬起，然后控制大腿运动活塞式执行机构6伸长，使机械右腿向前迈动，接着机械左腿控制大腿运动活塞式执行机构6收缩，使身体向前移动，然后机械右腿的控制大腿运动活塞式执行机构6收缩同时控制小腿运动活塞式执行机构8伸长，机械左腿的控制小腿运动活塞式执行机构8收缩，左小腿抬起。机械左腿控制大腿运动活塞式执行机构6伸长，机械左腿的大腿向前迈动。如此往复循环，即可直线行走。转弯时：以向右转动为例说明，机械右腿的控制小腿运动活塞式执行机构8首先收缩，使小腿抬起，机械左腿的机械髋关节机械大腿连接板2转动需要的角度，机械右腿的控制小腿运动活塞式执行机构8伸长，使小腿落地。这时机械右腿支撑，机械左腿的控制小腿运动活塞式执行机构8收缩使机械左腿抬起，机械右腿的机械髋关节机械大腿连接板2转动需要的角度使躯体面向右侧，同时机械左腿的机械髋关节机械大腿连接板2向右旋转一定角度，摆正左脚方向。

Claims (6)

1.一种用于高位截肢患者的两足行走机构，其特征在于：包括躯体支撑架(1)、在所述躯体支撑架(1)左右两侧对称设有机械左腿和机械右腿，在所述机械左腿和机械右腿下部对应设有机械左脚和机械右脚；所述机械左腿和机械右腿结构相同：包括机械髋关节、机械大腿、机械膝关节和机械小腿，所述机械髋关节包括机械大腿连接板(2)，所述机械大腿连接板(2)与所述躯体支撑架(1)通过立轴(3)转动连接，并设有驱使机械大腿连接板(2)相对于所述躯体支撑架(1)以立轴(3)为中心转动的驱动装置；所述机械大腿包括大腿支撑杆(7)和位于其后方的大腿辅助支撑杆，所述大腿支撑杆(7)的上端与所述机械大腿连接板(2)前方铰接，所述大腿支撑杆(7)的下端与所述机械膝关节(5)上部前方铰接，所述大腿辅助支撑杆由上到下依次包括控制大腿运动活塞式执行机构(6)、大腿辅助连杆(4)和控制小腿运动活塞式执行机构(8)，所述控制大腿运动活塞式执行机构(6)的一端与所述机械大腿连接板(2)的后方铰接，其另一端与大腿辅助连杆(4)的上端部铰接，所述大腿辅助连杆(4)与大腿支撑杆(7)有间隔的固定连接在一起，所述大腿辅助连杆(4)的下端部与控制小腿运动活塞式执行机构(8)的一端连接，所述控制小腿运动活塞式执行机构(8)的另一端与所述机械膝关节(5)上部后方铰接；所述机械小腿包括小腿支撑杆(9)和位于其后方的小腿辅助支撑杆，所述小腿支撑杆(9)的上端与所述机械膝关节(5)下部前方铰接，所述小腿支撑杆(9)的下端与机械左脚或机械右脚前部铰接，所述小腿辅助支撑杆包括小腿辅助连杆(10)和控制脚板运动活塞式执行机构(11)，所述小腿辅助支撑杆(10)上端与所述机械膝关节(5)下部后方铰接，所述小腿辅助连杆(10)下端与控制脚板运动活塞式执行机构(11)的一端铰接，所述控制脚板运动活塞式执行机构(11)的另一端与机械左脚或机械右脚后部铰接；所述机械左脚或机械右脚结构相同：包括脚板(12)，所述机械左脚和机械右脚与所述机械小腿的铰接部位位于脚板(12)的上方，上述各铰接部位的铰接轴均为左右方向水平设置。
2.根据权利要求1所述的一种用于高位截肢患者的两足行走机构，其特征在于：所述机械髋关节与所述躯体支撑架(1)的结构为：所述躯体支撑架(1)包括水平设置的躯体承载板(1-1)和有间隔的固定于其下方的辅助连接板(1-2)，所述躯体承载板(1-1)和辅助连接板(1-2)之间的中部为固定连接部位，所述机械大腿连接板(2)为半圆形连接板，所述立轴(3)贯穿并固定于所述半圆形连接板的中部，两个所述半圆形连接板弧面朝里对称设置在所述躯体承载板(1-1)和辅助连接板(1-2)之间左右两侧的间隔内，所述立轴(3)的上端和下端分别与所述躯体承载板(1-1)和辅助连接板(1-2)轴承连接，所述驱动装置为固定在所述辅助连接板(1-2)上的驱动电机(13)，所述驱动电机(13)的输出轴与所述立轴(3)齿轮传动连接。
3.根据权利要求2所述的一种用于高位截肢患者的两足行走机构，其特征在于：所述大腿支撑杆(7)上端铰接部位与所述控制大腿运动活塞式执行机构(6)上端铰接部位的距离大于所述大腿支撑杆(7)与所述控制大腿运动活塞式执行机构(6)下端铰接部位的距离；所述大腿支撑杆(7)与所述大腿辅助连杆(4)平行设置且柔性固定连接在一起；所述小腿支撑杆(9)与所述小腿辅助连杆(10)平行设置，所述小腿支撑杆(9)与所述小腿辅助连杆(10)之间的距离小于所述脚板(12)上方两个铰接部位的距离。
4.根据权利要求3所述的一种用于高位截肢患者的两足行走机构，其特征在于：所述机械膝关节(5)为H型连接块。
5.根据权利要求4所述的一种用于高位截肢患者的两足行走机构，其特征在于：所述脚板(12)为前部宽度小于后部宽度的T形板。
6.根据权利要求5所述的一种用于高位截肢患者的两足行走机构，其特征在于：所述控制大腿运动活塞式执行机构(6)的活塞杆朝向上方，所述控制小腿运动活塞式执行机构(8)的活塞杆朝向下方，所述控制脚板运动活塞式执行机构(11)的活塞杆朝向上方。
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