CN109806119A - 外骨骼式仿生动力膝关节康复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，属于日常运动辅助和运动康复技术领域。包括康复理疗单元、动力驱动单元和功能控制单元，所述康复理疗单元包括光反射模块、红外线发光元件及电加热元件，所述电加热元件设置于光反射模块与红外线发光元件之间，所述动力驱动单元包括滚珠丝杠直线模组、T型推杆及关节摆动连杆机构，所述滚珠丝杠直线模组通过电机支座固定安装在大腿套板上，所述T型推杆安装在滑块上，关节摆动连杆机构上端固定连接在大腿套板上，下端固定连接在小腿套板上。优点在于：结构体积小、重量轻，不但具有关节助力康复功能，装置还可以产生红外光谱，可对膝关节进行热熨温灸，且操作简单方便，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及日常运动辅助和运动康复技术领域，特别涉及一种关节助力康复保健装置，尤指一种外骨骼式仿生动力膝关节康复装置。
背景技术
随着社会老龄化的加剧和人民生活水平的提高，由脑卒中、脊髓损伤、脑外伤和交通事故等原因造成的残障人口迅速增长，导致一些患者由于膝关节患病造成不能像常人一样行走。近年来，人类社会向高度自动化、信息化和机械化方向发展，机器人对人类生活的影响越来越深，外骨骼式膝关节作为康复外骨骼机器人的一部分，可为老年人或膝关节患者提供步态行走所需膝关节行走动力。
当前关节辅助康复装置，主要分为驱动力型和非驱动力型，其中可穿戴式动力膝关节康复装置是指患者将外骨骼式机器人关节穿戴于人体下肢，通过绑带固定于人体大小腿上，当患者行走时，机器人关节按照设定的步态运动轨迹为患者提供膝关节所需要的屈伸力。通过穿戴外骨骼式机器人动力关节可促进患者膝关节功能早期得到康复。对比于穿戴式动力型膝关节康复装置，非动力型康复机器人关节结构较为简单，不能为患者提供行走辅助动力，主要起到支撑固定作用。目前国内外穿戴式动力膝关节，动力提供方式多采用电机和减速器串联后与传动系统连接，最终将动力传递至患者膝关节，但此类膝关节康复装置结构尺寸大、结构刚性大且无柔顺性，并且功能单一，价格高昂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明是高度集成康复、助力与关节热敷三位一体的关节运动辅助康复装置，结构紧凑、体积小、重量轻、柔顺性高。不但具有关节助力康复功能，还可以产生红外光谱，可对膝关节进行热熨温灸，装置操作简单方便，便于患有帕金森症、中风、创伤性脑损伤或者小儿脑瘫等各类人患者群使用。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，包括康复理疗单元、动力驱动单元和功能控制单元，所述康复理疗单元通过销轴分别与大腿套板9和小腿套板10连接，所述驱动单元通过螺栓连接安装在动力驱动单元安装座21外侧，所述动力驱动单元安装座21通过螺栓连接于大腿套板9上，所述功能控制单元设置于所述动力驱动单元安装座21内侧。
所述康复理疗单元包括光反射模块1、红外线发光元件2及电加热元件3，所述电加热元件3中的变频发热体3-4设置于光反射模块1与红外线发光元件2之间，所述电加热元件3的磁能发生器3-1设置在动力驱动单元安装座21内侧；所述光反射模块1内嵌设置在膝盖单元25上，所述变频发热体3-4以盘转回形状设置在膝盖单元25上，所述红外线发光元件2排布安装在膝盖单元25上。
所述动力驱动单元包括滚珠丝杠直线模组4、T型推杆5及关节摆动连杆机构6，所述滚珠丝杠直线模组4通过电机支座4-4固定安装在大腿套板9上，所述T型推杆5安装在滑块4-2上，所述关节摆动连杆机构6与T型推杆5之间安装直线弹簧11，所述关节摆动连杆机构6上端固定连接在大腿套板9上，下端固定连接在小腿套板10上。
所述的电加热元件3为磁能变频加热体，所述电加热元件3由磁能发生器3-1、磁能接收器3-2、磁能传输线3-3和变频发热体3-4组成，所述磁能发生器3-1设置在功能控制单元上，所述磁能接收器3-2与磁能发生器3-1配合固定安装在动力驱动单元安装座21内侧，变频发热体3-4通过磁能传输线3-3与磁能接收器3-2连接。
所述的红外线发光元件2为红外线灯。
所述的滚珠丝杠直线模组4由丝杆电机4-1、滑块4-2、圆柱直线双导轨4-3、电机支座4-4和丝杠终端挡块4-5组成，所述丝杆电机4-1安装在电机支座4-4上，滑块4-2连接在丝杆电机4-1的丝杠轴上，并沿圆柱直线双导轨4-3滑动，所述圆柱直线双导轨4-3的两端分别通过轴承与电机支座4-4、丝杠终端挡块4-5连接。
所述的关节摆动连杆机构6为五连杆机构，包括上摇杆6-1、下摇杆6-2和连杆6-3，所述上摇杆6-1与所述下摇杆6-2通过销轴连接，所述上摇杆6-1与大腿板9通过销轴连接，同样所述下摇杆6-2与小腿板10通过销轴连接，所述连杆6-3与上摇杆6-1通过连杆6-3上设有的转轴连接。
所述的大腿套板9上设有关节转轴12，所述小腿套板10上设有滚珠轴承13，所述大腿套板9、小腿套板10之间通过关节转轴12与滚珠轴承13配合连接。
所述的大腿套板9上设有大腿绑带17，所述小腿套板10上设有小腿绑带18，所述大腿绑带17、小腿绑带18分别通过绑带卡扣19进行绑缚连接。
所述的功能控制单元包括康复理疗控制模块7及动力驱动控制模块8，分别安装在系统电路板22上，系统电路板22固定在动力驱动单元安装座21内侧上；所述系统电路板22上设有康复理疗温度调节模块14和红外线发光元件控制模块15，所述动力驱动控制模块8上设有电机驱动器和关节位置检测模块16。
所述的动力驱动单元安装座21上设有充电式系统电源20。
所述的大腿套板9上设有控制面板24，所述控制面板24上设有电源开关23及功能调节按键。
本发明的有益效果在于：
1、高度集成一体化设计。考虑到动力外骨骼式膝关节康复空间尺寸和重量的限制，采用集成化的设计思想，将康复理疗与助力康复于一体，这样有助于完善膝关节康复装置的小型化、轻量化设计。
2、串联柔顺性设计。T型推杆与膝关节五连杆之间安装有直线弹簧形成串联弹性驱动的柔性传动方式，保证在输出端受到外界的力的作用时，康复装置不但能够以高度动态的形式去应变，保护装置从而减少不确定环境对其力的冲击，而且还可完成精确控制屈伸运动对人体的力的输出。
3、多传感器感知。利用丝杠电机编码器位置传感检测，安全有效的控制膝关节屈伸运动范围，极大地提高了关节的控制精确度。
4、本发明充分利用磁能变频加热特性，通过调整磁能发生器电流大小，有效实现加热体智能恒温控制，提高膝关节温熨热敷康复保健效果。
5、整个机械结构简单紧凑，曲线型外骨骼机械结构，穿戴使用时更贴合腿部外形轮廓，加上储能直线弹簧的利用，从而达到舒适减负的效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的功能控制单元结构示意图；
图3为本发明的磁能加热体的结构示意图；
图4为本发明的滚珠丝杠直线模组的结构示意图；
图5为本发明的康复理疗单元的示意图；
图6本发明的关节摆动连杆机构的结构示意图。
图中：1、光反射模块；2、红外线发光元件；3、电加热元件；4、滚珠丝杠直线模组；5、T型推杆；6、关节摆动连杆机构；7、康复理疗控制模块；8、动力驱动控制模块；9、大腿套板；10、小腿套板；11、直线弹簧；12、关节转轴；13、滚珠轴承；14、温度调节模块；15、红外线发光元件控制模块；16、关节位置检测模块；17、大腿绑带；18、小腿绑带；19、绑带卡扣；20、充电式系统电源；21、动力驱动单元安装座；22系统电路板；23、电源开关；24、控制面板；25、膝盖单元；3-1、磁能发生器；3-2、磁能接收器；3-3、磁能传输线；3-4、变频发热体；4-1、丝杆电机；4-2滑块；4-3、圆柱直线双导轨；4-4、电机支座；4-5、丝杠终端挡块；6-1、上摇杆；6-2、下摇杆；6-3、连杆。
具体实施方式
在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图6所示，本发明的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，包括康复理疗单元、动力驱动单元和功能控制单元，所述康复理疗单元通过销轴分别与大腿套板9和小腿套板10连接，所述驱动单元通过螺栓连接安装在动力驱动单元安装座21外侧，所述动力驱动单元安装座21通过螺栓连接设置于大腿套板9上，所述功能控制单元设置于所述动力驱动单元安装座21内侧，所述大腿套板9和小腿套板10内侧为人体仿生曲线型设计，保证患者穿戴使用时更贴合腿部外形轮廓，舒适、安全可靠性高。
所述康复理疗单元包括光反射模块1、红外线发光元件2及电加热元件3，所述电加热元件3中部件变频发热体3-4设置于光反射模块1与红外线发光元件2之间，所述电加热元件3的磁能发生器3-1设置在动力驱动单元安装座21内侧；所述光反射模块1内嵌设置在膝盖单元25上，所述变频发热体3-4以盘转回形状设置在膝盖单元25上，所述红外线发光元件2排布安装在膝盖单元25上；磁能变频加热体和红外线放射理疗有助于渗透肌肤，改善血管流通。
参见图3所示，所述的电加热元件3为磁能变频加热体，所述电加热元件3由磁能发生器3-1、磁能接收器3-2、磁能传输线3-3和变频发热体3-4组成，所述磁能发生器3-1设置在功能控制单元上，所述磁能接收器3-2与磁能发生器3-1配合固定安装在动力驱动单元安装座21上，变频发热体3-4通过磁能传输线3-3与磁能接收器3-2连接。
所述的红外线发光元件2为红外线灯。
参见图1至图6所示，所述动力驱动单元包括滚珠丝杠直线模组4、T型推杆5及关节摆动连杆机构6，所述滚珠丝杠直线模组4通过电机支座4-4固定安装在大腿套板9上，所述T型推杆5安装在滑块4-2上，所述关节摆动连杆机构6与T型推杆5之间安装直线弹簧11，所述关节摆动连杆机构6上端固定连接在大腿套板9上，下端固定连接在小腿套板10上。
所述的滚珠丝杠直线模组4由丝杆电机4-1、滑块4-2、圆柱直线双导轨4-3、电机支座4-4和丝杠终端挡块4-5组成， 所述丝杆电机4-1安装在电机支座4-4上，滑块4-2连接在丝杆电机4-1的输出轴上，并沿圆柱直线双导轨4-3滑动，所述圆柱直线双导轨4-3的两端分别通过轴承与电机支座4-4、丝杠终端挡块4-5连接。采用开放式结构，配置双导轨滑块，丝杆两端均采用轴承固定，可以提高运行稳定性。
所述的关节摆动连杆机构6为五连杆机构，包括上摇杆6-1、下摇杆6-2和连杆6-3，所述上摇杆6-1与所述下摇杆6-2通过销轴连接，所述上摇杆6-1与大腿板9通过销轴连接，同样所述下摇杆6-2与小腿板10通过销轴连接，所述连杆6-3与上摇杆6-1通过连杆6-3上设有的转轴连接。
所述的大腿套板9上设有关节转轴12，所述小腿套板10上设有滚珠轴承13，所述大腿套板9、小腿套板10之间通过关节转轴12与滚珠轴承13配合连接。
所述的大腿套板9上设有大腿绑带17，所述小腿套板10上设有小腿绑带18，所述大腿绑带17、小腿绑带18分别通过绑带卡扣19进行绑缚连接。
所述的功能控制单元包括康复理疗控制模块7及动力驱动控制模块8，分别安装在系统电路板22上，系统电路板22固定在动力驱动单元安装座21内侧上；所述系统电路板22上设有康复理疗温度调节模块14和红外线发光元件控制模块15，所述动力驱动控制模块8上设有电机驱动器和关节位置检测模块16。
所述的动力驱动单元安装座21上设有充电式系统电源20。
所述的大腿套板9上设有控制面板24，所述控制面板24上设有电源开关23及功能调节按键。所述功能调节按键为温度调节键、热熨温灸时间键以及膝关节助力康复与膝关节康复保健模式选择键。
参见图1至图6所示，本发明的工作过程及原理如下：
按下电源开关23后，触控控制面板24上功能调节键，设定康复理疗温度、热熨温灸时间后，开启膝关节助力康复模式，系统电路板22上电后控制康复理疗控制模块7及动力驱动模块8，使得整个动力膝关节康复装置开始工作，动力驱动模块8上的电机驱动器控制滚珠丝杠电机带动滑块4-2沿圆柱直线双导轨4-3做直线往复运动，滑块4-2通过T型推杆将直线往复运动传递到关节摆动连杆机构6的部件连杆6-3上，连杆6-3将在上摇杆6-1上做直线往复运动，带动上摇杆6-1以销轴为中心往复摆动，进而上摇杆6-1的摆动运动经下摇杆6-2传递到小腿板10上，使得患者在外骨骼式仿生动力膝关节的带动下按设定好的运动轨迹完成膝关节屈伸康复运动，同时康复理疗模块7按设置好的理疗模式控制康复理疗单元为患者膝关节提供红外线照射及热熨温灸理疗。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：包括康复理疗单元、动力驱动单元和功能控制单元，所述康复理疗单元通过销轴分别与大腿套板（9）和小腿套板（10）连接，所述驱动单元通过螺栓安装在动力驱动单元安装座（21）外侧，所述动力驱动单元安装座（21）通过螺栓连接在大腿套板（9）上，所述功能控制单元设置于动力驱动单元安装座（21）内侧；
所述康复理疗单元包括光反射模块（1）、红外线发光元件（2）及电加热元件（3），所述电加热元件（3）中的变频发热体（3-4）设置于光反射模块（1）与红外线发光元件（2）之间，所述电加热元件（3）的磁能发生器（3-1）设置在动力驱动单元安装座（21）内侧；所述光反射模块（1）内嵌在膝盖单元（25）上，所述变频发热体（3-4）以盘转回形状设置在膝盖单元（25）上，所述红外线发光元件（2）分布在膝盖单元（25）上。
2.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的动力驱动单元包括滚珠丝杠直线模组（4）、T型推杆（5）及关节摆动连杆机构（6），所述滚珠丝杠直线模组（4）通过电机支座（4-4）固定安装在大腿套板（9）上，所述T型推杆（5）安装在滑块（4-2）上，所述关节摆动连杆机构（6）与T型推杆（5）之间安装直线弹簧（11），所述关节摆动连杆机构（6）上端固定连接在大腿套板（9）上，下端固定连接在小腿套板（10）上。
3.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的电加热元件（3）为磁能变频加热体，所述电加热元件（3）由磁能发生器（3-1）、磁能接收器（3-2）、磁能传输线（3-3）和变频发热体（3-4）组成，所述磁能发生器（3-1）设置在功能控制单元上，所述磁能接收器（3-2）与磁能发生器（3-1）配合固定安装在动力驱动单元安装座（21）内侧上，变频发热体（3-4）通过磁能传输线（3-3）与磁能接收器（3-2）连接。
4.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的红外线发光元件（2）为红外线灯。
5.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的滚珠丝杠直线模组（4）由丝杆电机（4-1）、滑块（4-2）、圆柱直线双导轨（4-3）、电机支座（4-4）和丝杠终端挡块（4-5）组成，所述丝杆电机（4-1）安装在电机支座（4-4）上，滑块（4-2）连接在丝杆电机（4-1）的丝杠轴上，并沿圆柱直线双导轨（4-3）滑动，所述圆柱直线双导轨（4-3）的两端分别通过轴承与电机支座（4-4）、丝杠终端挡块（4-5）连接。
6.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的关节摆动连杆机构（6）为五连杆机构，包括上摇杆（6-1）、下摇杆（6-2）、连杆（6-3），所述上摇杆（6-1）与所述下摇杆（6-2）通过销轴连接，所述上摇杆（6-1）与大腿板（9）通过销轴连接，同样所述下摇杆（6-2）与小腿板（10）通过销轴连接，所述连杆（6-3）与上摇杆（6-1）通过连杆（6-3）上设有的转轴连接。
7.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的大腿套板（9）上设有关节转轴（12），所述小腿套板（10）上设有滚珠轴承（13），所述大腿套板（9）、小腿套板（10）之间通过关节转轴（12）与滚珠轴承（13）配合连接。
8.根据权利要求1或7所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的大腿套板（9）上设有大腿绑带（17），所述小腿套板（10）上设有小腿绑带（18），所述大腿绑带（17）、小腿绑带（18）分别通过绑带卡扣（19）进行绑缚连接。
9.根据权利要求1所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的功能控制单元包括康复理疗控制模块（7）及动力驱动控制模块（8），分别安装在系统电路板（22）上，系统电路板（22）固定在动力驱动单元安装座（21）内侧；所述系统电路板（22）上设有康复理疗温度调节模块（14）和红外线发光元件控制模块（15），所述动力驱动控制模块（8）上设有电机驱动器和关节位置检测模块（16）；所述的动力驱动单元安装座（21）上设有充电式系统电源（20）。
10.根据权利要求1或7或8或9所述的外骨骼式仿生动力膝关节康复装置，其特征在于：所述的大腿套板（9）上设有控制面板（24），所述控制面板（24）上设有电源开关（23）及功能调节按键。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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