CN109568088B - 助力上下楼支撑腿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了助力上下楼支撑腿，包括大腿部件、小腿部件和脚板部件，大腿部件包括固定连接的控制盒、液压马达和两个立板a，液压马达轴连接有传动轴；小腿部件包括底板和两个立板b，底板上固连线性电机a和线性电机b，立板b固连有缸筒a和缸筒b，线性电机a和线性电机b的输出端分别固连活塞a和活塞b，活塞a和活塞b分别滑动设置于缸筒a和缸筒b内，缸筒a和缸筒b分别通过管路与液压马达连通；脚板部件包括承载板、调节螺杆和若干导向杆，承载板可上下调节；控制盒内设有控制器，承载板的底部设有压力传感器，控制器与压力传感器、线性电机a和线性电机b均电联。该支撑腿可在上下楼梯时提供助力，可帮助患者在患期内自主攀爬楼梯。

Description

助力上下楼支撑腿

技术领域

本发明涉及康复设备领域，具体为助力上下楼支撑腿。

背景技术

在临床治疗过程中，一些骨折患者或软组织损伤的患者需要在肢体复位后在患肢处打上石膏或使用夹板使其固定，避免在日常活动中造成二次损伤，延后康复时间。当伤患发生在腿部及足部位置时，使患部固定则会造成患者在病中行动极为不便，特别是上下楼梯时，因患肢固定，无法发力，患者根本无法自主上下楼梯。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供助力上下楼支撑腿，可在穿戴后于上下楼梯时提供助力，可帮助患者在患期内自主攀爬楼梯，有助于小腿及脚部的伤势康复。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

助力上下楼支撑腿，包括大腿部件、小腿部件和脚板部件，

所述大腿部件包括控制盒、传动轴、液压马达、销轴和两个相对设置的立板a，两个所述立板a的一端分别与所述控制盒底面的两端固定连接，其另一端分别与所述传动轴和销轴可转动的连接，所述液压马达与所述控制盒的底面固定连接，所述液压马达的输出轴与所述传动轴的一端固定连接；

所述小腿部件包括底板、线性电机a、缸筒a、线性电机b、缸筒b和两个立板b，两个所述立板b的一端分别与所述底板的顶面两端固定连接，一个所述立板b远离所述底板的一端与所述传动轴远离液压马达的一端固定连接，另一个所述立板b远离所述底板的一端与所述销轴可转动的连接，

所述缸筒a和缸筒b分别与两个所述立板b固定连接，所述缸筒a和缸筒b均为一端开口的空心结构，所述缸筒a的封闭端设置有第一油口a，所述缸筒b的封闭端设置有第一油口b，所述第一油口a和第一油口b分别通过软管与所述液压马达的两个油口连通，

所述线性电机a和线性电机b均固定设置于所述底板的顶面上，所述线性电机a的输出端固定连接有活塞a，所述活塞a可滑动的设置于所述缸筒a内，所述线性电机b的输出端固定连接有活塞b，所述活塞b可滑动的设置于所述缸筒b内；

所述脚板部件包括承载板、调节螺杆和若干导向杆，所述底板上加工有螺纹通孔和若干导向通孔，所述导向杆可滑动的设置于导向孔内，所述导向杆的一端与所述承载板固定连接，所述调节螺杆与所述底板通过螺纹连接，所述调节螺杆的一端与所述承载板可转动的连接，其另一端固定设置有旋转把手；

所述控制盒内设置有控制器，所述承载板的底部设置有压力传感器，所述控制器与所述压力传感器、线性电机a和线性电机b均电联。

进一步的，所述大腿部件和小腿部件的一侧面均通过螺钉固定连接有若干捆绑带。

进一步的，还包括电磁离合器，所述液压马达的输出轴和所述传动轴通过所述电磁离合器连接，所述电磁离合器与所述控制器电联。

进一步的，所述立板a与所述传动轴和销轴之间均设置有扭转弹簧。

进一步的，还包括力矩传感器和转速传感器，所述力矩传感器和转速传感器分别用于实时检测传动轴的力矩和转速，所述力矩传感器和转速传感器均与所述控制器电联。

进一步的，所述第一油口a或第一油口b与所述液压马达之间设置有可调的节流阀，所述节流阀与所述控制器电联。

进一步的，所述节流阀包括阀体、阀杆、阀盖和阀芯，所述阀体与一个所述立板b固定连接，所述阀体与阀盖通过螺钉连接；

所述阀体上加工有阀口a、阀口b和连通孔，所述阀口a和阀口b错位设置，所述阀口a和阀口b通过所述连通孔连通；

所述阀芯可滑动的设置于所述连通孔内，所述阀芯上设置有径向密封圈，所述阀芯的一端呈锥台形；

所述阀杆包括方形杆和螺纹杆，所述方形杆与螺纹杆固定连接，所述方形杆远离螺纹杆的一端加工呈圆柱形，所述方形杆的圆柱端与所述阀芯远离锥台的一端可转动的连接，所述阀盖上加工有方形通孔，所述方形杆可滑动的设置于所述方形通孔内；

所述立板b上固定设置有电机a且可转动的设置有空心轴，所述电机a的输出轴上固定套接有齿轮a，所述空心轴上固定套接有齿轮b，所述齿轮a和齿轮b啮合，所述空心轴内加工有内螺纹通孔，所述空心轴与所述螺纹杆通过螺纹连接；

所述电机a与所述控制器电联。

进一步的，所述缸筒a的封闭端设置有第二油口a，所述第二油口a连通有单向阀，所述缸筒b的封闭端设置有第二油口b，所述第二油口b连通有截止阀，所述单向阀和截止阀的另一端均连接有外接接头。

进一步的，还包括大扭矩舵机，所述大扭矩舵机与所述立板b连接，其输出轴连接有电磁离合器b，所述电磁离合器b的另一端与所述传动轴的端部连接，所述控制器分别与所述大扭矩舵机和电磁离合器b电联。

本发明的有益效果是：

1.以线性电机驱动活塞在缸筒内移动，通过挤压缸筒内液压油到液压马达内，实现液压马达转动从而提供助力。该动作方式的原理为液压驱动，动作平稳、无噪音。

2.缸筒和马达通过油管连通，使得缸筒和马达不受空间位置局限，有利于整个装置结构更为紧凑。

3.液压油路内设置节流阀，在控制器的控制下，线性电机和节流阀同时起作用，实现油路中流量的控制，从而使助力动作时摆动速度的控制更为精确。

4.大腿部件和小腿部件均设置捆绑带，大腿部件的捆绑带紧绑在大腿上，在使用时由大腿提供支撑力；小腿部件的捆绑带较松的绑在小腿上，在使用时可带动小腿做康复性运动。捆绑带可拆卸的设置，可安装在该支撑腿的两侧，左腿和右腿均适用。

5.大腿部件和小腿不部件的铰接处设置扭转弹簧，可在助力动作过程中提供反向力矩，保证位置控制更为精确。

6.液压马达和传动轴之间设置电磁离合器，即可手动选择使用模式，在需要助力时接通，不需要助力时断开，可适应于上下楼或平路的不同使用环境。

7.缸筒上设置外接油口，并设置单项阀和截止阀，在维护该支撑腿时可通过外接泵站快速完成缸筒内液压油的换液过程，操作方便。

附图说明

图1为本发明助力上下楼支撑腿的结构示意图；

图2为大腿部件的结构示意图；

图3为小腿部件的结构示意图；

图4为脚板部件的结构示意图；

图5为液压动作油路示意图；

图6为节流阀的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，助力上下楼支撑腿，包括大腿部件1、小腿部件2和脚板部件3。

如图2所示，大腿部件1包括控制盒11、传动轴13、液压马达15、销轴16和两个相对设置的立板a12。两个立板a12的一端分别与控制盒11底面的两端固定连接，其另一端分别与传动轴13和销轴16可转动的连接，液压马达15与控制盒11的底面固定连接，液压马达15的输出轴与传动轴13的一端固定连接。如图3所示，小腿部件2包括底板21、线性电机a23、缸筒a24、线性电机b25、缸筒b26和两个立板b22。两个立板b22的一端分别与底板21的顶面两端固定连接，一个立板b22远离底板21的一端与传动轴13远离液压马达15的一端固定连接，另一个立板b22远离底板21的一端与销轴16可转动的连接。当液压马达15转动时，其输出轴带动传动轴13转动，继而带动立板b22绕传动轴13轴心转动，实现小腿部件2的助力转动过程。

缸筒a24和缸筒b26分别与两个立板b22固定连接，缸筒a24和缸筒b26均为一端开口的空心结构，缸筒a24的封闭端设置有第一油口a，缸筒b26的封闭端设置有第一油口b，第一油口a和第一油口b分别通过软管与液压马达15的两个油口连通。线性电机a23和线性电机b25均固定设置于底板21的顶面上，线性电机a23的输出端固定连接有活塞a，活塞a可滑动的设置于缸筒a24内，线性电机b25的输出端固定连接有活塞b，活塞b可滑动的设置于缸筒b26内。具体实施时，如图5所示，缸筒a24和缸筒b26分别被活塞a和活塞b隔出腔体，缸筒a24和缸筒b26的腔体分别通过管路与液压马达15的两个油口连通。上述腔体以及管路和液压马达15内充满有液压油，在线性电机a23和线性电机b25的联动作用下，活塞a和活塞b在各自所在的腔体内向上或向下运动，使腔体内的液压油发生移动，从而推动液压马达15转动，实现上述小腿部件2的助力转动过程。因线性电机本身具备无噪音的特性，且整个过程由液压驱动，可保证该助力上下楼支撑腿在使用时无噪音。

进一步的，如图5所示，缸筒a24的封闭端设置有第二油口a，第二油口a连通有单向阀28，缸筒b26的封闭端设置有第二油口b，第二油口b连通有截止阀29，单向阀28和截止阀29的另一端均连接有外接接头。因该液压系统不包含液压泵和油箱，经过一定时间的使用，为保证控制精度，需要对该支撑腿进行维护，此时仅需要将外接接头与外部液压站接通，使油泵泵入的油经单向阀28注入缸筒a24内，然后依次经过液压马达15、缸筒b26和截止阀29排回油箱。通油一段时间后，关闭截止阀29，断开单向阀28端部的外接接头即可完成换油。整个过程操作简单，维护方便。

如图4所示，脚板部件3包括承载板31、调节螺杆33和若干导向杆32，底板21上加工有螺纹通孔和若干导向通孔，导向杆32可滑动的设置于导向孔内，导向杆32的一端与承载板31固定连接，调节螺杆33与底板21通过螺纹连接，调节螺杆33的一端与承载板31可转动的连接，其另一端固定设置有旋转把手34。因导向杆32和导向孔的配合设置，去掉了承载板31的旋转自由度，故在转动调节螺杆33时，其端部相对于底板21上下移动，继而带动承载板上下移动，实现了搅拌部件3与小腿部件2的距离可调，使该支撑腿可适用于不同腿长的患者的使用。

控制盒11内设置有控制器，承载板31的底部设置有压力传感器，控制器与压力传感器、线性电机a23和线性电机b25均电联。压力传感器用于感应上下楼梯的信号，在该信号的作用下，控制器控制线性电机a23和线性电机b25联动，完成上述助力转动动作。

进一步的，如图1所示，大腿部件1和小腿部件2的一侧面均通过螺钉固定连接有若干捆绑带4。该捆绑带4的绑扎松紧可调，大腿部件1的捆绑带4紧绑在大腿上，在使用时由大腿提供支撑力；小腿部件2的捆绑带4较松的绑在小腿上，在使用时可带动小腿做康复性运动。具体实施时，捆绑带4为可拆卸的设置，可安装在该支撑腿的两侧，左腿和右腿均适用。

如图2所示，该助力上下楼支撑腿还包括电磁离合器14，液压马达15的输出轴和传动轴13通过电磁离合器14连接，电磁离合器14与控制器电联。在使用时，患者可手动选择使用模式，在需要助力时接通，不需要助力时断开，可适应于上下楼或平路的不同使用环境。同时，在维护时，可通过电磁离合器14断开液压马达15的输出轴和传动轴13，保证换油过程。

进一步的，该支撑腿还包括力矩传感器和转速传感器，力矩传感器和转速传感器分别用于实时检测传动轴13的力矩和转速，力矩传感器和转速传感器均与控制器电联，可实时检测步态动作各阶段的力矩和转速；立板a12与传动轴13和销轴16之间均设置有扭转弹簧，可在助力动作过程中提供反向力矩。上述设置均是为了保证位置控制更为精确。

进一步的，如图5所示，第一油口a或第一油口b与液压马达15之间设置有可调的节流阀27，节流阀27与控制器电联。

具体实施时，根据上述转速传感器检测的转速控制节流阀27的开口度，通过控制流通流量实现动作速度的控制；通过扭矩传感器检测的扭矩对线性电机a23和线性电机b25进行控制，通过调控腔体内压力调节液压马达15的输出扭矩。

进一步的，如图6所示，节流阀27包括阀体271、阀盖277和阀芯275，阀体271与一个立板b22固定连接，阀体271与阀盖277通过螺钉连接；阀体271上加工有阀口a272、阀口b273和连通孔274，阀口a272和阀口b273错位设置，阀口a272和阀口b273通过连通孔274连通；阀芯275可滑动的设置于连通孔274内，阀芯275上设置有径向密封圈，阀芯275的一端呈锥台形；阀杆276包括方形杆和螺纹杆，方形杆与螺纹杆固定连接，方形杆远离螺纹杆的一端加工呈圆柱形，方形杆的圆柱端与阀芯275远离锥台的一端可转动的连接，阀杆277上加工有方形通孔，方形杆可滑动的设置于方形通孔内；立板b22上固定设置有电机a5且可转动的设置有空心轴53，电机a5的输出轴上固定套接有齿轮a51，空心轴53上固定套接有齿轮b52，齿轮a51和齿轮b52啮合，空心轴53内加工有内螺纹通孔，空心轴53与螺纹杆通过螺纹连接；电机a5与控制器电联。因该支撑腿的液压回路不包括液压泵和油箱，常规的先导式比例节流阀不适用，故设置新型节流阀，其工作原理是：当控制器控制电机a5转动时，齿轮a51带动齿轮b52转动，此时空心轴53随之一起转动，在螺纹连接的作用下阀杆276上下滑动，从而带动阀芯275上下移动实现该节流阀27的开闭过程，该种节流阀27可实现精确的控制，其控制的精度取决于齿轮a51和齿轮b52的传动比以及螺纹杆的螺距。

具体实施时，患者通过捆绑带4将该助力支撑腿的大腿部件1和小腿部件2分别绑缚在患腿的大腿和小腿上，完成穿戴。在穿戴时，转动调节螺杆33使承载板31的底部略低于患腿的脚底位置，承载板31上的压力传感器能感应到压力信号。在穿戴该助力支撑腿进行上下楼梯动作过程中，患腿抬起前，人体重心发生偏移，压力传感器感应到压力变小，此时反馈信号给控制器，线性电机a23和线性电机b25开始同步动作，此时线性电机a23带动活塞a向上运动，挤压缸筒a24内的液压油，同时线性电机b25带动活塞b向下运动，使缸筒a24内的液压油流入缸筒b26内，在该流动过程中，液压油带动液压马达15转动，辅助患腿的抬腿过程。该过程中，辅助抬腿的速度由控制器通过节流阀27进行控制，抬腿的幅度由控制器直接控制，当达到设定的抬腿高度值，患腿跨上一级楼梯后，控制器控制线性电机a23和线性电机b25停止动作。之后，人体重心向患腿侧偏移，压力传感器逐渐感应压力变大的过程，其后在控制器的控制下，线性电机a23和线性电机b25开始向上述相反方向动作，此时线性电机b25带动活塞b向上运动，挤压缸筒b26的液压油，同时线性电机a23带动活塞a向下运动，使缸筒b26内的液压油流入缸筒a24内，在该流动过程中，液压油带动液压马达15向上述相反方向转动，助力患腿伸直的过程。该过程中，助力患腿伸直的速度由控制器通过节流阀27进行控制，当患腿伸直时，控制器控制线性电机a23和线性电机b25停止动作。

进一步的，该助力上下楼支撑腿，还包括大扭矩舵机，所述大扭矩舵机与所述立板b连接，其输出轴连接有电磁离合器b，所述电磁离合器b的另一端与所述传动轴13的端部连接，所述控制器分别与所述大扭矩舵机和电磁离合器b电联。当电磁离合器14断开后，可在控制器的控制下通过电磁离合器b将大扭矩舵机的输出轴与传动轴13连接并启动大扭矩舵机，带动大腿部件1与小腿部件2完成相对转动的助力运动过程。该大扭矩舵机可作为应急动力部件，当液压元器件出现故障时，该助力上下楼支撑腿可在大扭矩舵机的带动下继续使用。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (6)

1.助力上下楼支撑腿，其特征在于，包括大腿部件（1）、小腿部件（2）和脚板部件（3），

所述大腿部件（1）包括控制盒（11）、传动轴（13）、液压马达（15）、销轴（16）和两个相对设置的立板a（12），两个所述立板a（12）的一端分别与所述控制盒（11）底面的两端固定连接，其另一端分别与所述传动轴（13）和销轴（16）可转动的连接，所述液压马达（15）与所述控制盒（11）的底面固定连接，所述液压马达（15）的输出轴与所述传动轴（13）的一端固定连接；

所述小腿部件（2）包括底板（21）、线性电机a（23）、缸筒a（24）、线性电机b（25）、缸筒b（26）和两个立板b（22），两个所述立板b（22）的一端分别与所述底板（21）的顶面两端固定连接，一个所述立板b（22）远离所述底板（21）的一端与所述传动轴（13）远离液压马达（15）的一端固定连接，另一个所述立板b（22）远离所述底板（21）的一端与所述销轴（16）可转动的连接，

所述缸筒a（24）和缸筒b（26）分别与两个所述立板b（22）固定连接，所述缸筒a（24）和缸筒b（26）均为一端开口的空心结构，所述缸筒a（24）的封闭端设置有第一油口a，所述缸筒b（26）的封闭端设置有第一油口b，所述第一油口a和第一油口b分别通过软管与所述液压马达（15）的两个油口连通，

所述线性电机a（23）和线性电机b（25）均固定设置于所述底板（21）的顶面上，所述线性电机a（23）的输出端固定连接有活塞a，所述活塞a可滑动的设置于所述缸筒a（24）内，所述线性电机b（25）的输出端固定连接有活塞b，所述活塞b可滑动的设置于所述缸筒b（26）内；

所述脚板部件（3）包括承载板（31）、调节螺杆（33）和若干导向杆（32），所述底板（21）上加工有螺纹通孔和若干导向通孔，所述导向杆（32）可滑动的设置于导向孔内，所述导向杆（32）的一端与所述承载板（31）固定连接，所述调节螺杆（33）与所述底板（21）通过螺纹连接，所述调节螺杆（33）的一端与所述承载板（31）可转动的连接，其另一端固定设置有旋转把手（34）；

所述控制盒（11）内设置有控制器，所述承载板（31）的底部设置有压力传感器，所述控制器与所述压力传感器、线性电机a（23）和线性电机b（25）均电联；

所述大腿部件（1）和小腿部件（2）的一侧面均通过螺钉固定连接有若干捆绑带（4）；还包括电磁离合器（14），所述液压马达（15）的输出轴和所述传动轴（13）通过所述电磁离合器（14）连接，所述电磁离合器（14）与所述控制器电联；所述缸筒a（24）的封闭端设置有第二油口a，所述第二油口a连通有单向阀（28），所述缸筒b（26）的封闭端设置有第二油口b，所述第二油口b连通有截止阀（29），所述单向阀（28）和截止阀（29）的另一端均连接有外接接头。

2.根据权利要求1所述的助力上下楼支撑腿，其特征在于，所述立板a（12）与所述传动轴（13）和销轴（16）之间均设置有扭转弹簧。

3.根据权利要求2所述的助力上下楼支撑腿，其特征在于，还包括力矩传感器和转速传感器，所述力矩传感器和转速传感器分别用于实时检测传动轴（13）的力矩和转速，所述力矩传感器和转速传感器均与所述控制器电联。

4.根据权利要求3所述的助力上下楼支撑腿，其特征在于，所述第一油口a或第一油口b与所述液压马达（15）之间设置有可调的节流阀（27），所述节流阀（27）与所述控制器电联。

5.根据权利要求4所述的助力上下楼支撑腿，其特征在于，所述节流阀（27）包括阀体（271）、阀杆（276）、阀盖（277）和阀芯（275），所述阀体（271）与一个所述立板b（22）固定连接，所述阀体（271）与阀盖（277）通过螺钉连接；

所述阀体（271）上加工有阀口a（272）、阀口b（273）和连通孔（274），所述阀口a（272）和阀口b（273）错位设置，所述阀口a（272）和阀口b（273）通过所述连通孔（274）连通；

所述阀芯（275）可滑动的设置于所述连通孔（274）内，所述阀芯（275）上设置有径向密封圈，所述阀芯（275）的一端呈锥台形；

所述阀杆（276）包括方形杆和螺纹杆，所述方形杆与螺纹杆固定连接，所述方形杆远离螺纹杆的一端加工呈圆柱形，所述方形杆的圆柱端与所述阀芯（275）远离锥台的一端可转动的连接，所述阀盖（277）上加工有方形通孔，所述方形杆可滑动的设置于所述方形通孔内；

所述立板b（22）上固定设置有电机a（5）且可转动的设置有空心轴（53），所述电机a（5）的输出轴上固定套接有齿轮a（51），所述空心轴（53）上固定套接有齿轮b（52），所述齿轮a（51）和齿轮b（52）啮合，所述空心轴（53）内加工有内螺纹通孔，所述空心轴（53）与所述螺纹杆通过螺纹连接；

所述电机a（5）与所述控制器电联。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的助力上下楼支撑腿，其特征在于，还包括大扭矩舵机，所述大扭矩舵机与所述立板b（22）连接，其输出轴连接有电磁离合器b，所述电磁离合器b的另一端与所述传动轴（13）的端部连接，所述控制器分别与所述大扭矩舵机和电磁离合器b电联。