CN110420110A - 一种步行辅助器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种步行辅助器。可对人体膝部关节起到保护作用，将弹簧储能释放能量的作用点放在小腿上，对于腿部肌肉乏力、腿部关节不适的人群有利。本发明包括左右两个对称的结构，每个行走辅助器的结构包括腰部连接板、弹簧储能盒、连接杆、腿部连接件和绑腿片，所述的腰部连接板的下部活动连接有弹簧储能盒，所述的弹簧储能盒的内凸轮柄部与连接杆的一端活动连接，连接杆的另一端与腿部连接件的一端活动连接，腿部连接件的另一端与绑腿片的中心活动连接，所述的绑腿片为弧形片，弧形片的两端分别设置有相粘接的魔术贴。

Description

一种步行辅助器

技术领域

本发明涉及一种步行辅助器。

背景技术

行走时，人体的左右两腿交替执行着提腿与落腿落脚的动作。提腿时，腿部肌肉做功；落腿落脚时，既有重力做功，也有腿部肌肉做功。落腿落脚时重力的作用使腿脚自由下落，而腿部肌肉要控制落腿落脚的速度，以减缓落地时对人体关节的冲击。

很明显，落腿落脚时重力所作的功大于实际所需要的，被浪费了。

在落腿落脚时，若能够恰当地减缓腿脚的重力作用，既保证人的正常行走，又降低腿部肌肉对落腿落脚控制的要求；而提腿时，又能辅助人体提腿而减少从腿部肌肉中获取能量，这样，人行走起来就会省力、少冲击。

也就是，在人落脚时，设法恰当地将一部分重力势能储存起来，而当提腿时，将此储存的能量释放出来，辅助人体屈腿。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种步行辅助器，可对人体膝部关节起到保护作用，将弹簧储能释放能量的作用点放在小腿上，对于腿部肌肉乏力、腿部关节不适的人群有利。

为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种步行辅助器，其特征在于：所述的行走辅助器为左右两个对称的结构，每个行走辅助器的结构包括腰部连接板、弹簧储能盒、连接杆、腿部连接件和绑腿片；

所述的腰部连接板为“V”形，两边的上部分别设置有相粘接的魔术贴，所述的腰部连接板的下部活动连接有弹簧储能盒，所述的弹簧储能盒的内凸轮柄部与连接杆的一端活动连接，连接杆的另一端与腿部连接件的一端活动连接，腿部连接件的另一端与绑腿片的中心活动连接，所述的绑腿片为弧形片，弧形片的两端分别设置有相粘接的魔术贴；

所述的弹簧储能盒结构包括内壳体、外壳体、调节螺钉、调节螺母、压缩弹簧、滚轮架、轴承、内凸轮组件、滚轮轴和滚轮；所述的内壳体和外壳体扣合于一体，中心通过中心轴固连，所述的内壳体和外壳体之间的中心轴上通过轴承连接有可摆动的内凸轮组件，内凸轮组件设置于“U”型的滚轮架内，“U”型的滚轮架设置于外壳体和内壳体内壁的槽内，并可沿槽上下移动，所述的内凸轮组件包括内凸轮和内凸轮曲柄，内凸轮曲柄一体设置于内凸轮的外壁一侧，内凸轮顶部中心设置有圆孔，内凸轮中心中空设置，内凸轮曲柄设置于内壳体和外壳体外，所述的滚轮架的两侧壁上设置有对称的腰型槽，底部对称设置有半圆孔，半圆孔内设置有滚轮轴，滚轮轴上套设有滚轮，滚轮的两侧套设有滚轮轴套，所述的内壳体和外壳体内壁下部对称设置有一对竖直腰型槽，竖直腰型槽内分别设置有衬套，滚轮轴套设置于内壳体和外壳体的衬套内，并可沿衬套上下运动，所述的滚轮架的顶部设置有压缩弹簧，压缩弹簧的顶部设置有调节螺钉，所述的调节螺钉与压缩弹簧之间设置有用于预调节压缩弹簧压缩量的调节螺母。

所述的连接杆为双连杆。

所述的弹簧储能盒通过腰部连接板上设置的上下两个连接孔与腰部连接板连接。

所述的中心轴与内凸轮顶部中心的圆孔之间设置有轴承。

所述的连接杆的两端分别通过腰部连接件和腿部关节分别与弹簧储能盒和腿部连接件连接。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

本发明结构可佩戴于人体外侧，与拐杖相比，无需手持，解放了双手；与轮椅相比，它依靠双腿在行走，是真正意义上的双足行走；与护膝相比，它使行走更节能；与体外骨骼相比，它无需外部动力、质量小、而且价格低。

附图说明

图1为用于人体右侧的本发明结构示意图；

图2为腰部连接板的结构示意图；

图3为图2的俯视图；

图4为弹簧储能盒的结构示意图；

图5为内凸轮组件的主视图；

图6为内凸轮组件的立体图；

图7为滚轮与内凸轮作用时产生的斜向力的原理图；

图8限制滚轮架与弹簧偏斜的导向装置的主视图；

图9为图8的A -A剖视图；

图10为腰部连接件结构示意图；

图11为连接杆与腰部连接件和腿部连接件的结构示意图；

图12为绑腿片与腿部连接件的结构示意图；

图13为图12的斜视图；

图14为本发明外壳体的主视图；

图15为本发明外壳体的后视图；

图16为本发明内壳体的主视图；

图17为本发明内壳体的后视图；

图18为本发明滚轮架的结构示意图；

图19为本发明腰部连接件的爆炸图；

图20为本发明腿部连接件的爆炸图；

附图标记：1-腰部连接板，2-弹簧储能盒，3-连接杆，4-腿部关节，5-绑腿片，6-腰部连接件，7-腿部连接件，8-魔术贴，9-孔，10-调节螺钉，11-调节螺母，12-压缩弹簧，13-滚轮架，14-中心轴，15-轴承，16-内凸轮组件，17-滚轮轴，18-滚轮，19-内壳体，20-凸轮柄部，21-弹簧轴线，22-外壳体，23-竖直腰型槽，24-衬套，25-滚轮轴套，26-内凸轮，27-一对夹板一，28-螺钉一，29-螺母一，30-一对夹板二，31-螺钉二，32-螺母二，33-腿轴。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明为了对人体膝部关节也起到保护作用，将弹簧储能释放能量的作用点设置在小腿上。依这种原理设计的步行辅助装置，对于腿部肌肉乏力、腿部关节不适的人群有利。

本发明一种步行辅助器，如图1所示，图1为右侧形状行走辅助器，包括左右两个结构对称的装置，分别设置于人体的左右腿上，每个装置的结构包括腰部连接板1、弹簧储能盒2、连接杆3、腿部连接件7和绑腿片5；

参见图4-图9：弹簧储能盒2结构包括内壳体19、外壳体22、调节螺钉10、调节螺母11、压缩弹簧12、滚轮架13、轴承15、内凸轮组件16、滚轮轴17和滚轮18；

上述内壳体19和外壳体22扣合于一体组成弹簧储能盒的壳体，中心通过中心轴14固连，所述的内壳体19和外壳体22之间的中心轴14上通过轴承15连接有可摆动的内凸轮组件16，内凸轮组件16设置于“U”型的滚轮架13内，“U”型的滚轮架13设置于外壳体22和内壳体19内壁的槽内，并可沿槽上下移动，所述的内凸轮组件16（参见图5和图6）包括内凸轮26和内凸轮曲柄20，内凸轮曲柄20一体设置于内凸轮26的外壁一侧，内凸轮26顶部中心设置有圆孔，内凸轮26中心中空设置，内凸轮曲柄20设置于内壳体19和外壳体22外，所述的滚轮架13如图18所示，其两侧壁上设置有对称的腰型槽，底部对称设置有半圆孔，半圆孔内设置有滚轮轴17，滚轮轴17上套设有滚轮18，滚轮18的两侧套设有滚轮轴套25，所述的内壳体19和外壳体22内壁下部对称设置有竖直腰型槽23，竖直腰型槽23内分别设置有衬套24，滚轮轴套25设置于内壳体19和外壳体22的衬套24内，并可沿衬套上下运动，所述的滚轮架13的顶部设置有压缩弹簧12（参见图7），压缩弹簧12的顶部设置有调节螺钉10，所述的调节螺钉10与压缩弹簧12之间设置有用于预调节压缩弹簧12压缩量的调节螺母11，调节螺钉10与调节螺母11用于微调、预紧压缩弹簧，以便弹簧蓄能盒可提供不同的力度，适应不同的人群的力度要求。

上述外壳体的结构示意图如图14和图15所示；

上述内壳体的结构示意图如图16和图17所示；

上述滚轮架上方用于承载压缩弹簧，下方作用于滚轮轴。中间的扁圆孔则可以通过中心轴，使滚轮架可以在内外壳体一定范围内上下移动。

所述的腰部连接板1为“V”形，两边的上部分别设置有相粘接的魔术贴8（参见图2-图3），所述的腰部连接板1的下部活动连接有弹簧储能盒2，弹簧储能盒2通过腰部连接板1上设置的上下两个连接孔9与腰部连接板1连接；穿戴时，弹簧蓄盒的心轴线与人体髋关节回转中心轴线重合。所述的弹簧储能盒2的内凸轮柄部20与连接杆3的一端活动连接（参见图10），连接杆3的另一端与腿部连接件7的一端活动连接，腿部连接件7的另一端与绑腿片5的中心活动连接，所述的绑腿片5为弧形片，弧形片的两端分别设置有相粘接的魔术贴（参见图12）；

上述连接杆3的两端分别通过腰部连接件6和腿部关节4分别与弹簧储能盒2和腿部连接件7连接（参见图11）。

上述连接杆3为双连杆。

腰部连接件6如图19所示，为中空的上下一对夹板一27，一对夹板一27的内表面两侧加工有纹路，一对夹板一27的左侧设置有用于固定凸轮柄部20槽，右侧设置有用于穿过连接杆3的孔，一对夹板一27上下两面上设置有两个孔，螺钉一28螺母一29穿过孔将两个夹板固定于一起。

腿部关节4如图20所示，为中空的一对夹板二30，一对夹板二30上下两面上设置有两个孔，通过螺钉二31螺母二32穿过孔将两个夹板固定于一起，一对夹板二30的内表面两侧加工有纹路，腿部连接件通过腿轴33与一对夹板二30上的孔连接。

上述中心轴14与凸轮26顶部中心的圆孔之间设置有轴承15。

本发明结构当人落腿落脚时，可储存一部分腿脚的重力势能，这就降低了腿部肌肉对控制落腿落脚速度的要求、降低了落脚时的冲击能量，也就减轻了对脚腿部关节、脑部等的冲击；而人提腿时，它将所储存的重力势能释放出来，辅助提腿，减少了从腿部肌肉中获取能量，降低了步行时人体的能量消耗，使步行省力，使步行更轻松，步行的距离更长。

本发明内凸轮组件（如图5和图6所示），用于实现人体摆腿时弹簧的压缩，采用了中空结构，可在保证强度与刚度的基础上，可使弹簧蓄能盒更加小巧紧凑、同时也降低了的弹簧蓄能盒的质量，使佩戴更为轻松方便，当内凸轮绕中心轴旋转时，滚轮受到来自内凸轮的斜向作用力F，该力可分解为与压缩弹簧轴线方向一致的力F1和压缩弹簧轴线方向垂直的力F2。其中，F1是对压缩弹簧有用的力，而F2会使滚轮架、压缩弹簧偏斜而无法正常工作，如图7所示。

本发明内凸轮顶部的圆孔通过中心轴14、轴承15连接于内壳体、外壳体上，使内凸轮可相对内壳体、外壳体转动，其内凸轮内部的弧形表面为工作表面，滚轮通过弧形表面作用于内凸轮。滚轮通过滚轮轴与滚轮架相连；压缩弹簧12的一端作用在滚轮架13上方，另一端作用在调节螺钉10的端部，调节螺钉旋于调节螺母中，而调节螺母则固定在内壳体、外壳体上；调节螺钉10与调节螺母11用于微调、预紧压缩弹簧，以便弹簧蓄能盒适应不同的人群的力度要求。

本发明为了消除作用在滚轮架上的侧向力，设计了限制滚轮架与弹簧偏斜的导向装置，它由滚轮轴套、腰型衬套和内、外壳体上的竖直腰型槽组成。分力F2通过安装在滚轮轴上的一对滚轮轴套作用在一对腰型槽上，腰型槽设置于内、外壳体的腰型槽衬套上，从而使分力F2作用在内、外壳体，保证了滚轮架及其上部压缩弹簧的正常工作，如图8和图9所示。图8为该导向装置的主视图（剖视），图9为全剖左视图。

本发明连接杆为轻质的空心材料，为了提高旋转的抗弯刚度，采用了两杆并联形式，如图11所示，连接杆的下部所连是腿部关节，腿部关节向下通过腿部连接件连接到绑腿片的中部，通过腿部关节，使绑腿片可相对连接杆旋转。而腿部关节的回转中心与人体大小腿间关节的回转轴线重合，如图12所示。

绑腿片呈圆弧形，贴合人体小腿侧面形状，由“魔术贴”通过两边的槽口固定在人体的小腿上，参见图13。

本发明的使用方法：

本发明行走辅助器通过腰部连接板1两端的子母贴8固定于腰带上，弹簧蓄能盒2通过中间的两个孔9固定在腰部连接板1上，如图2所示，穿戴时，弹簧蓄盒2（参见图4）的轴心线与人体髋关节回转中心轴线重合，弹簧蓄能盒2负责储存和释放人体重心下降时的部分重力势能，弹簧蓄能盒2中内凸轮26的内凸轮柄部20通过腰部连接件6与连接杆3连接（如图1所示）。当连接杆3带动内凸轮26经轴承15顺时针绕着中心轴14在工作范围内旋转时，内凸轮26作用于滚轮处的回转半径逐渐变小，与凸轮26接触的滚轮18向上运动，位于滚轮架13上方的压缩弹簧12受压而蓄能；而当内凸轮16逆时针转动时，与内凸轮26接触的滚轮18对中心轴14的距离变大，压缩弹簧12通过滚轮18释放能量，由内凸轮16的凸轮柄部20给连接杆3提供能量，弹簧压缩，对应人体行走时的落脚；弹簧松开，对应人体行走时的提腿抬步，如图4所示。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种步行辅助器，其特征在于：所述的行走辅助器为左右两个对称的结构，每个行走辅助器的结构包括腰部连接板（1）、弹簧储能盒（2）、连接杆（3）、腿部连接件（7）和绑腿片（5）；

所述的腰部连接板（1）为“V”形，两边的上部分别设置有相粘接的魔术贴（8），所述的腰部连接板（1）的下部活动连接有弹簧储能盒（2），所述的弹簧储能盒（2）的内凸轮柄部（20）与连接杆（3）的一端活动连接，连接杆（3）的另一端与腿部连接件（7）的一端活动连接，腿部连接件（7）的另一端与绑腿片（5）的中心活动连接，所述的绑腿片（5）为弧形片，弧形片的两端分别设置有相粘接的魔术贴；

所述的弹簧储能盒（2）结构包括内壳体（19）、外壳体（22）、调节螺钉（10）、调节螺母（11）、压缩弹簧（12）、滚轮架（13）、轴承（15）、内凸轮组件（16）、滚轮轴（17）和滚轮（18）；所述的内壳体（19）和外壳体（22）扣合于一体，中心通过中心轴（14）固连，所述的内壳体（19）和外壳体（22）之间的中心轴（14）上通过轴承（15）连接有可摆动的内凸轮组件（16），内凸轮组件（16）设置于“U”型的滚轮架（13）内，“U”型的滚轮架（13）设置于外壳体（22）和内壳体（19）内壁的槽内，并可沿槽上下移动，所述的内凸轮组件（16）包括内凸轮（26）和内凸轮曲柄（20），内凸轮曲柄（20）一体设置于内凸轮（26）的外壁一侧，内凸轮（26）顶部中心设置有圆孔，内凸轮（26）中心中空设置，内凸轮曲柄（20）设置于内壳体（19）和外壳体（22）外，所述的滚轮架（13）的两侧壁上设置有对称的腰型槽，底部对称设置有半圆孔，半圆孔内设置有滚轮轴（17），滚轮轴（17）上套设有滚轮（18），滚轮（18）的两侧套设有滚轮轴套（25），所述的内壳体（19）和外壳体（22）内壁下部对称设置有一对竖直腰型槽（23），竖直腰型槽（23）内分别设置有衬套（24），滚轮轴套（25）设置于内壳体（19）和外壳体（22）的衬套（24）内，并可沿衬套上下运动，所述的滚轮架（13）的顶部设置有压缩弹簧（12），压缩弹簧（12）的顶部设置有调节螺钉（10），所述的调节螺钉（10）与压缩弹簧（12）之间设置有用于预调节压缩弹簧（12）压缩量的调节螺母（11）。

2.根据权利要求1所述的一种步行辅助器，其特征在于：所述的连接杆（3）为双连杆。

3.根据权利要求1或2所述的一种步行辅助器，其特征在于：所述的弹簧储能盒（2）通过腰部连接板（1）上设置的上下两个连接孔（9）与腰部连接板（1）连接。

4.根据权利要求3所述的一种步行辅助器，其特征在于：所述的中心轴（14）与内凸轮（26）顶部中心的圆孔之间设置有轴承（15）。

5.根据权利要求4所述的一种步行辅助器，其特征在于：所述的连接杆（3）的两端分别通过腰部连接件（6）和腿部关节（4）分别与弹簧储能盒（2）和腿部连接件（7）连接。