CN110192966A - 一种下肢助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种下肢助力装置，包括：外壳，佩戴于佩戴者的腰部周围并与腰部贴合；储能组件，设置于所述外壳内，包括弹性储能装置和凸轮装置，所述弹性储能装置一端固定于所述外壳，另一端通过连接件与所述凸轮装置活动连接；所述凸轮装置通过轴承转轴插接于所述外壳；所述凸轮装置转动时，所述弹性储能装置跟随所述凸轮装置转动存储能量或释放能量；下肢组件，与所述凸轮装置活动连接，并通过所述凸轮装置转动驱动所述下肢组件的摆动。

Description

一种下肢助力装置

技术领域

本发明涉及一种人体外骨骼技术领域，特别是涉及一种下肢助力装置。

背景技术

脑中风发作的24小时里神经蝥合剂会大量流失，导致侧支神经分离、脱落，从而导致大脑恢复意识但肢体仍不受控制的现象，该现象称之为偏瘫。偏瘫患者最明显的特征在于，肢体运动不协调，肢体姿势和运动僵硬，同时存在步行障碍。

目前，基于传统康复技术的理论和经验，偏瘫步行康复训练前期一般是依靠康复医生的康复手法实施康复训练，后期采用运动想象疗法、虚拟现实技术、功能性电刺激、机器人辅助训练或踝足矫形器等手段或设备来进行训练，以增加肌肉力量、步幅和步长。但受技术、条件或经验的限制，传统的康复手段存在康复手段随意化、简单化及针对性差等诸多问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种下肢助力装置，用于解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种下肢助力装置，包括：外壳，佩戴于佩戴者的腰部周围并与腰部贴合；储能组件，设置于所述外壳内，包括弹性储能装置和凸轮装置；所述弹性储能装置一端固定于所述外壳，另一端通过连接件与所述凸轮装置活动连接；所述凸轮装置通过凸轮转轴插接于所述外壳；所述凸轮装置转动时，所述弹性储能装置跟随所述凸轮装置转动存储能量或释放能量；下肢组件，与所述凸轮装置活动连接，并通过所述凸轮装置驱动所述下肢组件。

进一步的，所述弹性储能装置包括：调节旋钮、螺母以及弹簧；所述调节旋钮与所述螺母通过螺纹连接，所述螺母置于所述外壳的螺母卡槽内固定，所述调节旋钮与所述弹簧压紧连接。

进一步的，所述凸轮装置包括：凸轮滚子、凸轮滚子限位机构以及凸轮；所述凸轮滚子通过转轴插接于连接件，所述凸轮滚子设置有凸轮滚子限位机构，限制所述凸轮滚子的运动方向；所述凸轮通过所述凸轮转轴插接于所述外壳；所述凸轮滚子与所述凸轮高副连接。

进一步的，所述凸轮滚子限位机构包括挡片、挡片限位机构以及限位卡槽；所述转轴插接入所述连接件、所述挡片和所述凸轮滚子，所述连接件、所述挡片和所述凸轮滚子同轴连接；所述挡片两端部插接有所述挡片限位机构，以限制所述凸轮滚子的运动方向。

进一步的，所述凸轮设置有凸轮限位机构，所述凸轮限位机构包括轴承和凸轮转轴；所述轴承外圈嵌装于所述凸轮，所述凸轮转轴插接于所述外壳。

进一步的，所述凸轮设置有凸轮限位机构，包括限位槽和凸轮上限位轴，所述凸轮上限位轴穿过所述限位槽并插接于所述外壳。

进一步的，所述下肢组件，包括：上摆杆连接件、摆杆以及下摆杆连接件；所述上摆杆连接件与所述凸轮装置中的凸轮固定连接，所述摆杆分别与所述上摆杆连接件和所述下摆杆连接件固定连接。

进一步的，所述弹性储能装置中，所述弹簧包括至少一个弹簧。

进一步的，所述下肢助力装置中，所述摆杆材质为碳纤维材质。

进一步的，所述下肢助力装置中，所述摆杆为直杆或曲杆。

如上所述，本发明为偏瘫患者以及腿脚乏力患者提供了一种下肢助力装置，该装置具有轻便、无主动动力源的特点，该装置可调整患者的畸形运动步态，增加患者的步幅、步速和步长，实现患者下肢步行运动康复。本发明力矩输出过程中无须外接主动动力源，可实现凸轮在弹簧的驱动下反向旋转，带动摆杆实现力矩输出。本发明采用凸轮机构提供输出力矩，该结构形式能够提供较大的输出力矩，即可以通过更换不同刚度的弹簧调整输出力矩，也可以通过调节旋钮改变弹簧的初始压缩长度，调节弹簧力的大小，改变输出力矩大小。本发明可采用碳纤维材料作为摆杆，通过固定件如绑带能够很好的将摆杆与患肢大腿相贴合，同时碳纤维材料的摆杆比强度高，较为轻便，能减少佩戴者的负荷。

附图说明

图1显示为本发明的开盖后的下肢助力装置示意图。

图2显示为本发明的下肢助力装置剖面示意图。

图3显示为凸轮滚子的断面示意图。

元件标号说明

1 调节旋钮 5 连接件 13 轴承

2 螺母 6 挡片 14 凸轮转轴

3 弹簧 7 转轴 15 上摆杆连接件

4 外壳 8 挡片限位轴 15a 螺钉

4a 凸轮上限位轴插孔 9 微型轴承 16 螺钉

4b 凸轮转动轴插孔 10 凸轮滚子 17 摆杆

4c 限位卡槽 11 凸轮 18 绑带

4d 固定孔 11a 限位槽 19 螺钉

4e 螺母卡槽 12 凸轮上限位轴 20 下摆杆连接件

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1，在本发明的一实施例中，外壳4，佩戴于佩戴者的腰部周围并与腰部贴合，包括两个前后对置固定连接的所述外壳4，图1显示了取下一侧所述外壳4后的内部结构。储能组件，包括弹性储能装置和凸轮装置，所述弹性储能装置一端固定于所述外壳4，另一端通过连接件5与所述凸轮装置活动连接，所述凸轮装置通过凸轮转轴14插接于所述外壳4的凸轮转动轴插孔4b。所述凸轮装置转动时，所述弹性储能装置跟随所述凸轮装置转动存储能量或释放能量。下肢组件，与所述凸轮装置活动连接，并通过所述凸轮装置驱动所述下肢组件，例如所述凸轮装置转动驱动所述下肢组件的摆动。

请参阅图1至图3，在本发明的一实施例中，所述弹性储能装置包括调节旋钮1、螺母2以及弹簧3。所述调节旋钮1与所述螺母2通过螺纹连接，所述螺母2例如是六角螺母，或者方形螺母(图中未绘出)，所述螺母2固定于所述外壳4的螺母卡槽4e内。所述调节旋钮1一端与所述弹簧3的一端相接触并压紧连接，操作时可通过调节所述调节旋钮1调整所述弹簧3的长度，从而调节输出力矩的大小。所述弹簧3的另一端与所述连接件5连接，例如是所述弹簧3的另一端与所述连接件5一面接触并压紧连接，或者所述弹簧3的另一端与所述连接件5固定连接。

在本发明的一些实施例中，所述弹簧3例如固接有平板状连接件(图中未绘出)，所述调节旋钮1与所述平板状连接件接触并调整所述弹簧3的长度。

在本发明的一些实施例中，所述弹簧3为一组弹簧(图中未绘出)，具体的，所述弹簧3至少包括一个弹簧，例如可在所述弹性储能装置设置两个弹簧。

请参阅图1至图3，在本发明的一实施例中，所述凸轮装置包括凸轮滚子10、凸轮滚子限位机构以及凸轮11。所述凸轮滚子10通过转轴7插接于连接件5，所述凸轮滚子10设置有凸轮滚子限位机构，限制所述凸轮滚子10的运动方向。所述凸轮11通过凸轮转轴14插接于所述外壳4，所述凸轮滚子10与所述凸轮11高副连接。

请参阅图1至图3，进一步的，所述凸轮滚子限位机构包括挡片6、挡片限位机构以及限位卡槽4c。所述转轴7插接入所述连接件5、所述挡片6和所述凸轮滚子10，所述连接件5、所述挡片6和所述凸轮滚子10同轴连接。所述挡片6两端部插接有所述挡片限位机构，所述挡片限位机构例如是挡片限位轴8；或者，所述挡片限位机构包括挡片限位轴8以及套接于所述挡片限位轴8两端的微型轴承9。所述挡片限位机构，例如是所述挡片限位轴8或者所述微型轴承9，被限制在设置于所述的外壳4的限位卡槽4c内运动，运动方向例如为上下运动方向，从而限制所述凸轮滚子10的运动方向。

具体的，请参阅图1，所述限位卡槽4c在所述外壳4上设置有两组，所述限位卡槽4c由设置于所述外壳4上的两条对置的条状物组成，例如是竖直方向对置。当所述挡片限位机构例如为所述挡片限位轴8时，两条对置的条状物的间距略大于所述挡片限位轴8的外径；或者，当所述挡片限位机构例如为所述挡片限位轴8以及套接于所述挡片限位轴8两端的微型轴承9时，两条对置的条状物的间距略大于所述微型轴承9外圈的外径。所述限位机构在所述限位卡槽4c内运动，运动方向例如为为上下方向，由于所述挡片6和所述凸轮滚子10同轴连接，在所述挡片6被限制运动方向后，所述凸轮滚子10的运动方向也被限制为上下运动。

在本发明的一些实施例中，在前后对置的两个所述外壳4中同时设置有所述限位卡槽4c，所述限位卡槽4c的设置位置相互对应。当两个所述外壳扣合或紧固连接后将所述凸轮滚子限位机构包裹在所述外壳4中时，同时设置于两个所述外壳4的所述限位卡槽4c形成可容纳所述挡片限位机构运动的空间，并进行例如是上下运动，进而限制所述凸轮滚子10的运动方向也为上下运动方向。

具体的，请参阅图3，在本发明的一实施例中，所述挡片限位机构包括所述挡片限位轴8和所述微型轴承9，所述挡片6在所述挡片限位轴8两端呈对置方式布置，所述挡片限位轴8在所述挡片6的两端部呈对置方式布置，所述微型轴承9在所述挡片限位轴8两端部呈对置方式布置，所述转轴7依次穿过所述连接件5、所述挡片6、所述凸轮滚子10、所述挡片6以及所述连接件5，每个所述挡片限位轴8贯穿通过两个所述挡片6的同一端，每个所述挡片限位轴8两端套接于所述微型轴承9的内圈。

进一步的，请参阅图3，所述挡片限位轴8例如是台阶轴，位于对置的两片所述挡片6之间的轴体为第一轴体，位于所述挡片6与所述微型轴承9直接的轴体为第二轴体，套接所述微型轴承9内圈的端部轴体为第三轴体，按外径从大到小排序依次为第一轴体、第二轴体和第三轴体，所述挡片6两端部的通孔孔径与第二轴体直径基本相等。

当所述凸轮滚子10运动时，所述凸轮限位机构带动所述挡片限位机构在所述限位卡槽4c中运动，运动方向例如可为上下方向，从而限制所述凸轮滚子10的运动方向例如为上下方向。当所述挡片限位机构中所述挡片限位轴8是台阶轴时，所述挡片6被卡在第一轴体两端，从而避免因所述挡片限位轴8运动而导致对置放置的两片所述挡片6沿轴向靠近，影响所述凸轮滚子10运动的稳定性。进一步的，当所述挡片限位机构还包括所述微型轴承9时，所述挡片6将被进一步限制在第二轴体上，增强所述挡片限位机构的限位作用，提高所述凸轮滚子10的运动稳定性。

在本发明的一实施例中，请参阅图1至图2，所述凸轮11设置有凸轮限位机构，所述凸轮限位机构包括轴承13和凸轮转轴14，所述轴承13外圈嵌装于所述凸轮11，所述凸轮转轴14插接于所述外壳4的凸轮转动轴插孔4b。

在本发明的一实施例中，请参阅图1至图2，所述凸轮11设置有凸轮限位机构，包括限位槽11a和凸轮上限位轴12，所述凸轮上限位轴12穿过所述限位槽11a并插接于所述外壳4的凸轮上限位轴插孔4a。进一步的，所述限位槽11a的形状可依据力矩输出的要求设计，请参阅图1，例如呈弧形状。

所述下肢组件摆动时，驱动所述凸轮11以所述凸轮转轴14为中心点并沿所述轴承13外圈做圆周转动。由于采用轴承结构，一方面，减小了所述凸轮11的转动阻力并增加了转动的顺滑度；另一方面，佩戴者下肢可以用较小的驱动力实现较大力矩的输出，从而驱动所述凸轮11转动，减小佩戴者的负担。为进一步提高转动过程中的平稳度，所述凸轮11上可设置有所述凸轮上限位轴12和所述限位槽11a，可限制所述凸轮11在所述限位槽11a内运动并限制转动角度和方向，实现力矩的平稳输出。

请参阅图1至图3，在本发明的一实施例中，下肢组件包括：上摆杆连接件15、摆杆17以及下摆杆连接件20。所述上摆杆连接件15与所述凸轮装置中的所述凸轮11固定连接，例如是螺钉15a固定，或者是铆接、螺栓连接等其他固定连接方式。所述摆杆17分别与所述上摆杆连接件15和所述下摆杆连接件20固定连接。例如前后相对各放置一块所述上摆杆连接件15，所述两块上摆杆连接件15贴合后可形成容纳单根所述摆杆17的竖孔，所述摆杆17穿过所述竖孔，所述两块上摆杆连接件15通过例如螺钉16或铆钉固定，从而实现所述摆杆17和所述上摆杆连接件15的固定连接。例如前后相对各放置一块所述下摆杆连接件20，所述两块下摆杆连接件20贴合后可形成容纳单根所述摆杆17的竖孔，所述摆杆17穿过所述竖孔，所述两块下摆杆连接件20通过例如螺钉19或铆钉固定，从而实现所述摆杆17和所述下摆杆连接件20的固定连接。

进一步的，所述摆杆17可依据使用目的选用至少一根，请参阅图1，所述摆杆17例如是两根。

请参阅图1至图2，进一步的，在本发明的一些实施例中，所述下肢组件包括固定件，以便将所述摆杆17与佩戴者下肢固定，例如捆绑件，如绑带18。所述固定件例如可与所述摆杆17固定连接，或者，所述固定件例如可与所述摆杆17活动连接，使用时，如直接用所述绑带18将所述摆杆17与佩戴者下肢扎紧，不使用时，松开所述绑带18取下。

在本发明的一些实施例中，所述摆杆17与所述上摆杆连接件15和所述下摆杆连接件20通过例如螺钉连接或铆钉连接。

进一步的，在本发明的一些实施例中，所述摆杆17选用高比强度材料，例如是碳纤维材质。

进一步的，在本发明的一些实施例中，所述摆杆17为直杆或曲杆。

所述外壳4包括两个，前后对置固定连接。组装时，首先将所述凸轮上限位轴12插接入所述外壳4的所述凸轮上限位轴插孔4a，将所述凸轮转轴14插接入所述外壳4的凸轮转动轴插孔4b，所述螺母2安装于同一个所述外壳4的所述螺母卡槽4e内。然后，将另一个所述外壳4与前一个所述外壳4的相应位置对齐扣合，所述凸轮上限位轴12和所述凸轮转轴14将同时与两个所述外壳4的相应位置插接，并将所述储能组件包裹在由对置放置的两个外壳4形成的腔体内。最后，将对置放置的两个外壳4固定连接，例如是在所述外壳4的固定孔4d内进行螺钉连接、螺栓固定、铆接或其他固定连接。

使用时，将下肢助力装置外壳佩戴于腰间，采用固定件将摆杆与佩戴者患肢大腿连接一体，摆杆与大腿联动。当健肢如右腿向前迈步，患肢左腿受迫相对向后运动，使得左腿与铅垂面成一定角度，左大腿带动摆杆运动，摆杆带动上摆杆连接件运动，并带动与上摆杆连接件固定连接的凸轮逆时针旋转，凸轮通过凸轮滚子压缩弹簧，弹簧完成储能过程。健肢右腿向前迈步，前脚尖着地站稳，患肢左腿开始向前跨步，带动摆杆顺时针旋转，此时，已被压缩弹簧释放能量，驱动摆杆逆时针旋转，从而实现助力效果。不同佩戴者所需输出力矩各有差异，可转动调节旋钮，增大弹簧预压缩长度或使弹簧调整至初始长度，实现输出力矩的调节。

本发明为偏瘫患者以及腿脚乏力患者提供了一种下肢助力装置，该装置具有轻便、无主动动力源的特点，该装置可调整患者的畸形运动步态，增加患者的步幅、步速及步长，实现患者下肢步行运动康复。本发明力矩输出过程中无须外接主动动力源，可实现凸轮在弹簧的驱动下反向旋转，带动摆杆实现力矩输出。本发明采用凸轮机构提供输出力矩，该结构形式能够提供较大的输出力矩，即可以通过更换不同刚度的弹簧调整输出力矩，或通过调节旋钮改变弹簧的初始压缩长度，调节弹簧力的大小，改变输出力矩大小。本发明可采用碳纤维材料作为摆杆，通过固定件如绑带能够很好的将摆杆与患肢大腿相贴合，同时碳纤维材料的摆杆比强度高，较为轻便，能减少佩戴者的负荷。

需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种下肢助力装置，其特征在于，所述下肢助力装置包括：

外壳，佩戴于佩戴者的腰部周围并与腰部贴合；

储能组件，设置于所述外壳内，包括弹性储能装置和凸轮装置；所述弹性储能装置一端固定于所述外壳，另一端通过连接件与所述凸轮装置活动连接；所述凸轮装置通过凸轮转轴插接于所述外壳；所述凸轮装置转动时，所述弹性储能装置跟随所述凸轮装置转动存储能量或释放能量；

下肢组件，与所述凸轮装置活动连接，并通过所述凸轮装置驱动所述下肢组件。

2.根据权利要求1所述的下肢助力装置，其特征在于，

所述弹性储能装置包括：调节旋钮、螺母以及弹簧；

所述调节旋钮与所述螺母通过螺纹连接，所述螺母置于所述外壳的螺母卡槽内固定，所述调节旋钮与所述弹簧压紧连接。

3.根据权利要求1所述的下肢助力装置，其特征在于，

所述凸轮装置包括：凸轮滚子、凸轮滚子限位机构以及凸轮；

所述凸轮滚子通过转轴插接于连接件，所述凸轮滚子设置有凸轮滚子限位机构，限制所述凸轮滚子的运动方向；

所述凸轮通过所述凸轮转轴插接于所述外壳；

所述凸轮滚子与所述凸轮高副连接。

4.根据权利要求3所述的下肢助力装置，其特征在于，

所述凸轮滚子限位机构包括挡片、挡片限位机构以及限位卡槽；

所述转轴插接入所述连接件、所述挡片和所述凸轮滚子，所述连接件、所述挡片和所述凸轮滚子同轴连接；

所述挡片两端部插接有所述挡片限位机构，以限制所述凸轮滚子的运动方向。

5.根据权利要求3所述的下肢助力装置，其特征在于，所述凸轮设置有凸轮限位机构，所述凸轮限位机构包括轴承和凸轮转轴；所述轴承外圈嵌装于所述凸轮，所述凸轮转轴插接于所述外壳。

6.根据权利要求3所述的下肢助力装置，其特征在于，所述凸轮设置有凸轮限位机构，包括限位槽和凸轮上限位轴，所述凸轮上限位轴穿过所述限位槽并插接于所述外壳。

7.根据权利要求1所述的下肢助力装置，其特征在于，所述下肢组件，包括：

上摆杆连接件、摆杆以及下摆杆连接件；

所述上摆杆连接件与所述凸轮装置中的凸轮固定连接，所述摆杆分别与所述上摆杆连接件和所述下摆杆连接件固定连接。

8.根据权利要求2所述的下肢助力装置，其特征在于，所述弹簧包括至少一个弹簧。

9.根据权利要求7所述的下肢助力装置，其特征在于，所述摆杆材质为碳纤维材质。

10.根据权利要求7所述的下肢助力装置，其特征在于，所述摆杆为直杆或曲杆。