CN109953845B

CN109953845B - 基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置

Info

Publication number: CN109953845B
Application number: CN201910359604.8A
Authority: CN
Inventors: 李保坤; 张玉玺; 韩迎鸽; 刘爱明; 刘坤; 张凯
Original assignee: Anhui University of Science and Technology
Current assignee: Anhui University of Science and Technology
Priority date: 2019-04-30
Filing date: 2019-04-30
Publication date: 2021-08-13
Anticipated expiration: 2039-04-30
Also published as: CN109953845A

Abstract

本发明公开了一种基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置，包括位于肢体两侧的支撑单元，支撑单元包括上、下护板，上、下护板之间设置有柔顺导向机构，柔顺导向机构包括柔性连接的柔顺导向梁和旋转台，上护板的下端与柔顺导向梁固定连接，下护板的上端与旋转台固定连接。上述方案通过设置柔顺导向机构来连接上、下护板，一方面可以使上、下护板稳定连接对关节两端的肢体进行固定；另一方面能够在不加传感器和执行器的情况下实现恒力矩输出，通过柔顺导向机构产生的恒力矩能够增大受损关节的运动范围和角度，有助于受损关节的肌肉恢复功能；再者上、下护板在相对运动时运动副处无摩擦，运动精度高。

Description

基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体设计一种基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置。

背景技术

在医疗器械领域，关节支撑装置主要用于受伤组织的康复、愈合和机能恢复。一般采用石膏板固定关节的方法能够为受损关节提供一个刚性表面，防止由于肢体的自身重量作用导致关节错位。但有些病患在膝关节、肘关节、踝关节、腕关节等关节处因有较大损伤或经历手术导致关节处肌肉的屈曲和伸缩的挛缩，为了恢复机体关节的功能，传统的石膏板固定关节的方法就不再适用。

现有技术中通常会使用一种能够为机体提供扭转力矩的关节支撑，通过扭转力矩能够增大关节的工作范围和角度。这种关节支撑一般需要在使用外部传感器和执行器的情况下才能实现恒力矩的输出，也有些关节支撑不需要外借助部传感器和执行器，使用扭簧结构来实现力矩输出。但是上述关节支撑通常会存在以下问题：1、成本高、结构复杂、尺寸较大；2、弹簧收缩时，弹簧所施加的力逐渐减小。导致病人在使用该种关节支撑时由于所提供的扭转力矩不同，会感觉到不适，康复效果较低；3、上述关节支撑在运动副处有摩擦和冲击、机构运动精度较低、不利于整体加工。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置，在不借助其他装置的情况下实现恒力矩输出，便于受损关节处的功能恢复。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置，包括位于肢体两侧的支撑单元，支撑单元包括上、下护板，上、下护板之间设置有柔顺导向机构，柔顺导向机构包括柔性连接的柔顺导向梁和旋转台，上护板的下端与柔顺导向梁固定连接，下护板的上端与旋转台固定连接。

柔顺导向梁整体呈环形板状且其板面整体位于铅垂面内，柔顺导向梁的环形中心区域内布置有由支架杆构成的三角架，支架杆上向内凸伸有悬伸杆，悬伸杆的悬伸端与旋转台固定连接。

所述支架杆包括位于中间的凹形杆件和连接在凹形杆件两端的直杆，相邻的两支架杆中直杆的杆端固定连接，悬伸杆的固定端与凹形杆件的底杆固定连接。

所述上护板的下端与柔顺导向梁的上端通过螺栓固定连接，下护板的上端与旋转台的中部通过螺栓固定连接。

所述柔顺导向机构还包括由左、右半壳构成的壳体，柔顺导向梁和旋转台布置在壳体的壳腔内，壳体的周围侧边开设有供上、下护板运动的缺口。

所述壳体靠近肢体的一侧端面上设置有海绵垫。

位于肢体两侧的上、下护板均通过海绵绑带与肢体固定。

所述上护板包括第一上支板和第二上支板，第一上支板的下段和/或第二上支板的上段板面上开设有条形孔，条形孔的长度方向与上护板的长度方向一致，螺栓穿过条形孔将第一上支板与第二上支板固定连接。

所述下护板包括第一下支板和第二下支板，第一下支板的下段和/或第二下支板的上段板面上开设有条形孔，条形孔的长度方向与下护板的长度方向一致，螺栓穿过条形孔将第一下支板与第二下支板固定连接。

采用上述技术方案的有益效果是：通过设置柔顺导向机构来连接上、下护板，一方面可以使上、下护板稳定连接对关节两端的肢体进行固定；另一方面通过柔顺导向机构的作用，能够在不加传感器和执行器的情况下实现恒力矩输出，使得上、下护板在连接处能够相对运动，通过柔顺导向机构产生的恒力矩能够增大受损关节的运动范围和角度，有助于受损关节的肌肉恢复功能；再者柔顺导向梁和旋转台柔性连接，使得上、下护板在相对运动时运动副处无摩擦，运动精度高。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明柔顺导向梁的结构示意图；

图3是本发明旋转台的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步的详细阐述。

一种基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置，包括位于肢体两侧的支撑单元，支撑单元包括上、下护板10、20，上、下护板10、20之间设置有柔顺导向机构，柔顺导向机构包括柔性连接的柔顺导向梁30和旋转台40，上护板10的下端与柔顺导向梁30固定连接，下护板20的上端与旋转台40固定连接。本发明通过设置柔顺导向机构来连接上、下护板10、20，一方面可以使上、下护板10、20稳定连接对关节两端的肢体进行固定；另一方面通过柔顺导向机构的作用，能够在不加传感器和执行器的情况下实现恒力矩输出，使得上、下护板10、20在连接处能够相对运动，通过柔顺导向机构产生的恒力矩能够增大受损关节的运动范围和角度，有助于受损关节的肌肉恢复功能；再者柔顺导向梁和旋转台柔性连接，使得上、下护板10、20在相对运动时运动副处无摩擦，运动精度高。具体实施时，上、下护板10、20分别与关节两端的肢体绑定在一起，柔顺导向机构布置在关节的两侧且柔顺导向机构所在平面与关节弯曲的方向平行，这样受损关节在运动时能够依靠柔顺导向机构产生的恒力矩，增大了受损关节的运动范围和角度，使得受损关节更加容易恢复。

所述上护板10的下端与柔顺导向梁30的上端通过螺栓固定连接，下护板20的上端与旋转台40的中部通过螺栓固定连接。具体的，上护板10与柔顺导向梁30固连为一体，下护板20与旋转台40固连为一体，这样上护板10与下护板20之间就可以通过柔顺导向梁30与旋转台40之间的相对运动来实现两者的相对运动；

所述柔顺导向机构还包括由左、右半壳构成的壳体50，柔顺导向梁30和旋转台40布置在壳体50的壳腔内，壳体50的周围侧边开设有供上、下护板10、20运动的缺口51。通过在柔顺导向梁30和旋转台40的外侧设置壳体50，避免柔顺导向梁30和旋转台40直接暴露在外侧以及受到其他部件的干扰。在壳体50的周围侧边开设缺口51，为上、下护板10、20预留足够的运动空间；

位于肢体两侧的上、下护板10、20均通过海绵绑带60与肢体固定。具体的，上、下护板10、20上各设有两处海绵绑带60，通过四处海绵绑带60可以将整个支撑装置牢固的绑在肢体上；所述上护板10包括第一上支板11和第二上支板12，第一上支板11的下段和/或第二上支板12的上段板面上开设有条形孔13，条形孔13的长度方向与上护板10的长度方向一致，螺栓穿过条形孔13将第一上支板11与第二上支板12固定连接。所述下护板20包括第一下支板21和第二下支板22，第一下支板21的下段和/或第二下支板22的上段板面上开设有条形孔23，条形孔23的长度方向与下护板20的长度方向一致，螺栓穿过条形孔23将第一下支板21与第二下支板22固定连接。将上、下护板10、20设置成两段式结构，在两段的连接部位设置条形孔，这样就可以根据实际情况来调节上、下护板10、20的长度，以适应于不同的患者或者不同的受损关节。

进一步的，柔顺导向梁30整体呈环形板状且其板面整体位于铅垂面内，柔顺导向梁30的环形中心区域内布置有由支架杆31构成的三角架，支架杆31上向内凸伸有悬伸杆32，悬伸杆32的悬伸端与旋转台40固定连接。具体实施时，悬伸杆32设置有三根且对应垂直于支架杆31布置，旋转台40与柔顺导向梁30之间通过悬伸杆32来实现柔性连接，在运动过程中，利用悬伸杆32的弹性变形来实现恒力矩的输出。

进一步的，所述支架杆31包括位于中间的凹形杆件311和连接在凹形杆件311两端的直杆312，相邻的两支架杆31中直杆312的杆端固定连接，悬伸杆32的固定端与凹形杆件311的底杆固定连接。具体实施时，凹形杆件311的凹口指向柔顺导向梁30内的三角架的中心位置，凹形杆件311的底杆位于两直杆312连线的外侧，也就是说悬伸杆32是从支架杆31的外侧向内侧悬伸的，有效增强了悬伸杆32的柔性。

优选的，所述壳体50靠近肢体的一侧端面上设置有海绵垫。由于壳体50会与肢体发生接触，通过布置海绵垫，可以防止金属构件与肢体的直接接触，避免肢体受到伤害。

Claims

1.一种基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置，其特征在于：包括位于肢体两侧的支撑单元，支撑单元包括上、下护板（10、20），上、下护板（10、20）之间设置有柔顺导向机构，柔顺导向机构包括柔性连接的柔顺导向梁（30）和旋转台（40），上护板（10）的下端与柔顺导向梁（30）固定连接，下护板（20）的上端与旋转台（40）固定连接；

所述上护板（10）的下端与柔顺导向梁（30）的上端通过螺栓固定连接，下护板（20）的上端与旋转台（40）的中部通过螺栓固定连接；

所述柔顺导向机构还包括由左、右半壳构成的壳体（50），柔顺导向梁（30）和旋转台（40）布置在壳体（50）的壳腔内，壳体（50）的周围侧边开设有供上、下护板（10、20）运动的缺口（51）；

位于肢体两侧的上、下护板（10、20）均通过海绵绑带（60）与肢体固定，所述上护板（10）包括第一上支板（11）和第二上支板（12），第一上支板（11）的下段和/或第二上支板（12）的上段板面上开设有条形孔（13），条形孔（13）的长度方向与上护板（10）的长度方向一致，螺栓穿过条形孔（13）将第一上支板（11）与第二上支板（12）固定连接，所述下护板（20）包括第一下支板（21）和第二下支板（22），第一下支板（21）的下段和/或第二下支板（22）的上段板面上开设有条形孔（23），条形孔（23）的长度方向与下护板（20）的长度方向一致，螺栓穿过条形孔（23）将第一下支板（21）与第二下支板（22）固定连接；

所述柔顺导向梁（30）整体呈环形板状且其板面整体位于铅垂面内，柔顺导向梁（30）的环形中心区域内布置有由支架杆（31）构成的三角架，支架杆（31）上向内凸伸有悬伸杆（32），悬伸杆（32）的悬伸端与旋转台（40）固定连接；

所述支架杆（31）包括位于中间的凹形杆件（311）和连接在凹形杆件（311）两端的直杆（312），相邻的两支架杆（31）中直杆（312）的杆端固定连接，悬伸杆（32）的固定端与凹形杆件（311）的底杆固定连接。

2.根据权利要求1所述的基于柔顺恒力矩机构的关节支撑装置，其特征在于：所述壳体（50）靠近肢体的一侧端面上设置有海绵垫。