CN108969215B - 可变结构多功能截瘫助行器 - Google Patents

可变结构多功能截瘫助行器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种可变结构多功能截瘫助行器，座椅通过坐姿转换机构固定连接在车架的底板中部上面，车架前后端下部两侧分别装有前轮、后轮，车架前端上部两侧分别装有第三链轮，第三链轮内侧同轴固定连接第二链轮，第一链轮同轴固定连接手摇机构，第一链轮与第二链轮通过链条连接；前轮内侧同轴固定连接有第四链轮，第三链轮与第四链轮通过链条连接；利用链传动机构通过手部运动来实现助行器移动。大腿四连杆结构安装在带膝关节小腿结构上面；支座通过两根支撑杆连接四孔连接件形成四连杆机构，四孔连接件通过传动杆和第二传动杆连接横杆，第二传动杆上端连接有手拉杆，由手拉杆将动力传递到座椅支撑结构的大腿四连杆结构中，完成坐姿的变换或者高度的调节。

Description

可变结构多功能截瘫助行器
技术领域
本发明涉及一种助行器，尤其涉及一种具有上肢及躯干功能的截瘫患者的可变结构多功能截瘫助行器。
背景技术
但是很多轮椅只有代偿和辅助行走的作用，无法满足患者的康复需求。长期使用轮椅，患者不仅得不到康复锻炼，而且长时间坐卧容易引发肌肉的萎缩、压疮、骨质疏松和关节挛缩等。同时，轮椅对使用环境的要求较高。动力助行器的成本相对较高，现阶段尚未得到广泛应用，产品的技术研究和系统设计尚待开发。无动力助行器结构较为单一,即使外出活动，也需要家人陪同，或者需要腋杖等辅助装置，使用者功耗较大，而且安全性不高，不能满足截瘫患者的全部需求，仍然有较大的改进空间。
发明内容
为了克服现有的助行器无法坐姿变换、占用空间大、价格昂贵等缺陷，本发明在这些问题的基础上，从截瘫患者的需求出发，提出一种助行器与轮椅结合的无外动力的可变结构多功能截瘫助行器，来帮助具有上肢及躯干功能的截瘫患者站立、移动。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种可变结构多功能截瘫助行器，包括车架、两个前轮、两个后轮、座椅、坐姿转换机构、移动驱动机构，所述座椅通过坐姿转换机构固定连接在车架的底板中部上面，车架前端下部两侧分别装有前轮，后端两侧分别装有后轮；所述移动驱动机构包括第一至第四链轮、链条、手摇机构，车架前端上部两侧分别装有第三链轮，每个第三链轮内侧同轴固定连接第二链轮，位于第二链轮上部的车架上装有第一链轮，第一链轮同轴固定连接手摇机构，第一链轮与第二链轮通过链条连接构成第一链传动机构；前轮内侧同轴固定连接有第四链轮，第三链轮与第四链轮通过链条连接构成第二链传动机构，利用链传动机构使使用者通过手部运动来实现助行器移动；所述坐姿转换机构包括座椅支撑结构、坐姿转换辅助装置，所述座椅支撑结构由带膝关节的小腿结构和大腿四连杆结构组成，大腿四连杆结构安装在带膝关节小腿结构上面；大腿四连杆结构由支座、第一支撑杆、第二支撑杆和四孔连接件组成，支座固定连接在小腿结构上，支座通过第一支撑杆和第二支撑杆连接四孔连接件形成四连杆机构，所述第二支撑杆下部铰接点与第一支撑杆上部铰接点之间通过弹簧连接，大腿四连杆结构通过连接器连接座椅，其中，大腿四连杆结构中的四孔连接件与固定在座椅下面的连接器铰接，由大腿四连杆结构和弹簧的联合重心为患者提供重力平衡，保证座椅的平衡和稳定；所述坐姿转换辅助装置由传动四连杆和手拉杆组成，所述传动四连杆包括四孔连接件、第一传动杆、横杆和第二传动杆，其中，四孔连接件通过传动杆和第二传动杆连接横杆，第二传动杆上端连接有手拉杆，由手拉杆通过传动四连杆将动力传递到座椅支撑结构的大腿四连杆结构中，完成坐姿的变换或者高度的调节。
进一步，所述车架内装有两对支架，为助行器的座椅结构提供支持和平衡。
进一步，所述后轮装有刹车机构，刹车机构中手柄采用椭圆形截面，保证手部在抓握时有足够的的摩擦力，使手掌受力均匀。
进一步，所述第三链轮和第四链轮的传动比为1：1；第二链轮与第一链轮的传动比为0.73。
进一步，所述带膝关节的小腿结构为带仿膝关节外型的简单柱状结构。
进一步，当助行器向前行走时，操作者用双手握住左右手摇结构，同时顺时针旋转，手摇机构带动第一链轮，第一链轮的转动通过链条带动第二链轮，第二链轮和第三链轮同轴转动，进一步带动第四链轮的转动，从而驱动助行器前轮的转动，使多功能可变结构截瘫助行器向前移动；当助行器转动时，操作员可以操作手摇机构的两个曲柄手柄的差速来实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果：本发明为具有下肢功能障碍的截瘫患者提供了一款既可站立又可移动，体积小性价比高的手动助行装置，也是一种新型的刚性框架的升降轮椅。它可以在操作过程中将使用者带到给定的高度，并且可以更轻松，更迅速地完成日常任务。该助行器一方面可以提供站立和支撑的功能，当患者外出时，辅助其移动，从而增强患者户外活动的独立性。另一方面，当患者疲劳时，作为轮椅供患者以坐姿状态移动，使患者得到休息。本发明对下肢功能障碍的截瘫患者有重要意义。
本发明基于患者对操作简易性的需求和截瘫患者的上肢机能，将助行器的驱动方式设计为链条驱动的手动方式。同时将其设计为高度可调的机构，使患者找到最佳的姿势。
附图说明
图1为本发明的可变结构多功能截瘫助行器结构示意图；
图2为本发明的座椅结构主视图；
图3为本发明的座椅结构左视图；
图4为本发明的四连杆机构图
图5为本发明的坐姿变换原理图；
图6为本发明的链传动原理图；
图中：1框架，2第一链轮，3链套，4第二链轮，5第三链轮，6第四链轮，7前轮，8坐姿转换机构，9刹车机构，10后轮，11座椅，12支架，13手摇机构，15大腿四连杆结构，16弹簧，18坐姿转换辅助装置，20小腿结构，15-1支座，15-2第一支撑杆，15-3第二支撑杆，15-4四孔连接件，17传动四连杆，19手拉杆构成，15-4四孔连接件，17-1第一传动杆，17-2横杆，17-3第二传动杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
参看附图1，本发明的可变结构多功能截瘫助行器，包括车架、两个前轮7、两个后轮10、座椅11、坐姿转换机构8、移动驱动机构，车架包括框架结构1、底板12。座椅11通过坐姿转换机构8固定连接在车架的底板12中部上面。在助行器的车架内两对支架12连接在车架内，为助行器的座椅结构8提供支持和平衡。刹车机构9与助行器后轮10紧贴，采用椭圆形截面保证手部在抓握时有足够的的摩擦力，使手掌受力均匀。在助行器的车架前端下部两侧分别装有前轮7，上部两侧分别装有第三链轮5，第三链轮5内侧同一个轴上固定连接第二链轮4，第二链轮4上部车架上装有第一链轮2，第一链轮2同轴固定连接手摇机构13，第一链轮2与第二链轮4通过链条14连接构成第一链传动机构；前轮7内侧同轴固定连接有第四链轮6，第三链轮5与第四链轮6通过链条14连接构成第二链传动机构。
第一链轮2和轴采用键连接，轴向用螺母固定和手摇机构13连接。为了满足患者的舒适度，手摇机构13的手摇杆设计为10CM。将整个链条驱动装置被封闭在链套3中，减少与外部的接触，并且保持链条14的润滑。预定车速1.5M/S,患者的手摇机构13的手摇转速(链轮2转速)为45r/min,助行器和患者的重量为100KG，本发明的传动原理如图6所示，第三链轮5和第四链轮6的传动比为1：1，齿数为15。根据对车速和手摇机构13转速的要求，选取第二链轮4的齿数为21，第一链轮2的齿数则为29，即传动比为0.73。
助行器向前行走时，以一侧链条为例：操作者用双手握住左右手摇结构13，同时顺时针旋转。手摇机构13带动第一链轮2，第一链轮2的转动通过链条14带动第二链轮4，第二链轮4和第三链轮5同轴转动，进一步带动第四链轮6的转动，从而驱动助行器前轮7的转动，即多功能可变结构截瘫助行器可以向前移动。当助行器转动时，操作员可以操作两个曲柄手柄的差速来实现。
参看附图2，3，坐姿转换机构8包括座椅支撑结构、坐姿转换辅助装置18。座椅支撑结构由带膝关节的小腿结构20和大腿四连杆结构15组成，大腿四连杆结构15安装在带膝关节小腿结构20上面；带膝关节小腿结构20为带仿膝关节外型的简单柱状结构。如图4所示，大腿四连杆结构15由支座15-1、第一支撑杆15-2、第二支撑杆15-3和四孔连接件15-4组成，支座15-1固定连接在小腿结构20上，支座15-1通过第一支撑杆15-2和第二支撑杆15-3连接四孔连接件15-4形成四连杆机构，第二支撑杆15-3下部铰接点与第一支撑杆15-2上部铰接点之间通过弹簧16连接。大腿四连杆结构15与座椅11通过连接器21连接，其中，大腿四连杆结构15中的四孔连接件15-4与固定在座椅11下面的连接器21铰接。大腿四连杆结构15和弹簧16的联合重心为患者提供重力平衡，保证座椅的平衡和稳定。当座椅高度需要调整时，大腿四连杆机构15和弹簧16的组合实现高度调整的动作和位置的锁定。坐姿转换辅助装置18也是一个传动四连杆17与手拉杆19相连的装置，起到传送动力的作用。传动四连杆17主要包括四孔连接件15-4、第一传动杆17-1、横杆17-2和第二传动杆17-3。其中，四孔连接件15-4通过传动杆17-1和第二传动杆17-3连接横杆17-2，第二传动杆17-3上端连接有手拉杆19。所述连杆都采用螺钉和螺帽连接，所用材料为镁铝合金。手拉杆19外部结构材料选用聚丙烯塑料，有较好的机械强度和刚性，化学稳定性强，成型尺寸稳定。
在实现坐姿变换时，患者通过对手拉杆19的操作实现传动四连杆17的结构变化，然后传动四连杆17将动力传递到座椅支撑结构的大腿四连杆结构15中，完成坐姿的变换或者高度的调节，原理图见图5，其中，A，B分别为大腿四连杆结构15中的第一支撑杆15-2和第二支撑杆15-3下端铰支点，C为第二支撑杆15-3上端铰支点，G为重力。
可变结构多功能截瘫助行器的总体结构采用轮椅和助行器结合的框架式设计，将整个设计分为站坐转换机构(站立模块，坐姿模块)、驱动机构和其他构件。将座位设计为高度可调式结构，能够适合不同身高、体重的使用者。主要采用双四连杆结构来控制座椅的高度变化，实现患者的坐姿变换，满足患者对站立和休息的双重需求。上述的可变结构多功能截瘫助行器，总体结构为框架结构，在助行器的框架内的两对支架连接在车架内，为助行器的座椅结构提供支持和平衡。该助行器框架的稳定性通过完全容纳框架内的结构承载荷载,最大限度地降低了倾倒效果。就总体尺寸而言，框架所用空间介于400*800mm之间。此外，使用者必须获得适当的视野，以地平面以上1100毫米为限定。该框架结构的使用材料为不锈钢。
上述的可变结构多功能助行器，所述坐姿转换机构主要包括座椅支撑结构和坐姿转换辅助装置，所述座椅支撑结构采用四连杆加弹簧的机械结构，可以承受较大的载荷。当座椅高度需要调整时，依靠四连杆机构和弹簧的组合实现高度调整的动作和位置的锁定。所述坐姿转换辅助装置也是一个传动四连杆与手拉杆相连的装置，起到传送动力的作用。患者通过对手拉杆的操作实现传动四连杆的结构变化，然后传动四连杆将动力传递到座椅支撑结构的四连杆机构中，完成坐姿的变换或者高度的调节。
上述的可变结构多功能截瘫助行器，所述驱动机构采用手摇加链传动的方式。用来传递动力，是一种通过主动链轮将动力传递从动链轮的传动类型。它的传动速度一般不大于15M/S，传动功率也小于100KW。链传动有运行可靠，效率高，负载量大，尺寸小，体积小，轴线结构简单，成本低廉等众多优点。普通轮椅的设计中一般用手转动手轮圈,推进的效率较低。本设计采用双手摇摇臂机构的结构,链轮和轴采用键连接，轴向用螺母固定。为了满足患者的舒适度，手摇杆设计为10CM。
上述的可变结构多功能截瘫助行器，所述其他构件包括刹车机构、机械限位机构和链套等。其中，刹车机构采用椭圆形截面，能保证手部在抓握时有足够的的摩擦力，贴合手部在抓握时形成的形状，使手掌受力较为均匀；机械限位机构限定座椅支撑四连杆的变化的范围，使座椅最低位置限定，座椅的高度调节范围与人体的坐姿尺寸相匹配；链条装置被封闭在链套中，减少与外部的接触，并且保持链条14的润滑。
本发明的工作原理：将坐姿变换结构设计为四连杆的机械结构，即座椅支撑结构中的大腿结构，可以实现多种运动规律和轨迹要求，可以承受较大的载荷。整个座椅结构设计为两个四连杆组成的系统，这种机构可以在保持靠背处于直立位置的情况下抬起座椅，原理图可见图5。患者必须首先将手柄缓慢拉向自己。需要座椅升高时，通过将手柄向背离患者的方向实现。显然，在整个转换过程中手柄必须保持水平。这是通过使用两个并行且独立的四连杆机构以串行方式组合而获得的。四连杆机构具有单自由度，当座椅高度需要调整时，依靠四连杆机构和弹簧的组合实现高度调整的动作和位置的锁定，对患者改善自主性、稳定性和安全性有重要意义。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可变结构多功能截瘫助行器，包括车架、两个前轮(7)、两个后轮(10)、座椅(11)、坐姿转换机构(8)、移动驱动机构，其特征在于：所述座椅(11)通过坐姿转换机构(8)固定连接在车架的底板(12)中部上面，车架前端下部两侧分别装有前轮(7)，后端两侧分别装有后轮(10)；所述移动驱动机构包括第一至第四链轮(2，4，5，6)、链条、手摇机构(13)，车架前端上部两侧分别装有第三链轮(5)，每个第三链轮(5)内侧同轴固定连接一个第二链轮(4)，位于第二链轮(4)上部的车架上装有第一链轮(2)，第一链轮(2)同轴固定连接手摇机构(13)，第一链轮(2)与第二链轮(4)通过链条(14)连接构成第一链传动机构；前轮(7)内侧同轴固定连接有第四链轮(6)，第三链轮(5)与第四链轮(6)通过链条连接构成第二链传动机构，利用链传动机构使使用者通过手部运动来实现助行器移动；所述坐姿转换机构(8)包括座椅支撑结构、坐姿转换辅助装置(18)，所述座椅支撑结构由带膝关节的小腿结构(20)和大腿四连杆结构(15)组成，大腿四连杆结构(15)安装在带膝关节小腿结构(20)上面；大腿四连杆结构(15)由支座(15-1)、第一支撑杆(15-2)、第二支撑杆(15-3)和四孔连接件(15-4)组成，支座(15-1)固定连接在小腿结构20上，支座(15-1)通过第一支撑杆(15-2)和第二支撑杆(15-3)连接四孔连接件(15-4)形成四连杆机构，所述第二支撑杆(15-3)下部铰接点与第一支撑杆(15-2)上部铰接点之间通过弹簧(16)连接，大腿四连杆结构(15)通过连接器(21)连接座椅(11)，其中，大腿四连杆结构(15)中的四孔连接件(15-4)与固定在座椅(11)下面的连接器(21)铰接，由大腿四连杆结构(15)和弹簧(16)的联合重心为患者提供重力平衡，保证座椅的平衡和稳定；所述坐姿转换辅助装置(18)由传动四连杆(17)和手拉杆(19)组成，所述传动四连杆(17)包括四孔连接件(15-4)、第一传动杆(17-1)、横杆(17-2)和第二传动杆(17-3)，其中，四孔连接件(15-4)通过传动杆(17-1)和第二传动杆(17-3)连接横杆(17-2)，第二传动杆(17-3)上端连接有手拉杆(19)，由手拉杆(19)通过传动四连杆(17)将动力传递到座椅支撑结构的大腿四连杆结构(15)中，完成坐姿的变换或者高度的调节。
2.根据权利要求1所述的可变结构多功能截瘫助行器，其特征在于：所述车架内装有两对支架，为助行器的座椅结构提供支持和平衡。
3.根据权利要求1所述的可变结构多功能截瘫助行器，其特征在于：所述后轮(10)装有刹车机构(9)，刹车机构(9)中手柄采用椭圆形截面，保证手部在抓握时有足够的的摩擦力，使手掌受力均匀。
4.根据权利要求1所述的可变结构多功能截瘫助行器，其特征在于：所述第三链轮(5)和第四链轮(6)的传动比为1：1；第二链轮(4)与第一链轮(2)的传动比为0.73。
5.根据权利要求1所述的可变结构多功能截瘫助行器，其特征在于：所述带膝关节的小腿结构(20)为带仿膝关节外型的简单柱状结构。
6.根据权利要求1-5任一所述的可变结构多功能截瘫助行器，其特征在于：当助行器向前行走时，操作者用双手握住左右手摇结构(13)，同时顺时针旋转，手摇机构(13)带动第一链轮(2)，第一链轮(2)的转动通过链条带动第二链轮(4)，第二链轮(4)和第三链轮(5)同轴转动，进一步带动第四链轮(6)的转动，从而驱动助行器前轮(7)的转动，使多功能可变结构截瘫助行器向前移动；当助行器转动时，操作员可以操作手摇机构(13)的两个曲柄手柄的差速来实现。
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