CN110496016B - 一种辅助行走装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种辅助行走装置，包括连接座、驱动机构、行走下肢、检测传感器和控制装置，连接座上设有用于固定于用户身上的绑缚件，行走下肢包括与连接座转动连接的大腿杆、与大腿杆转动连接的小腿杆以及与小腿杆连接的脚套，脚套用于套设于用户脚上，驱动机构分别与大腿杆和小腿杆传动连接，以带动大腿杆相对连接座转动和小腿杆相对大腿杆转动，检测传感器用以检测脚套底部的受力信息以及脚套的运动趋势，控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制驱动机构的动作。本发明提供的辅助行走装置，能够在用户行走时提供辅助的动力，能增强用户腿部行走功能且实现用户自如行走，而且结构简单，便于穿戴。

Description

一种辅助行走装置
技术领域
本发明涉及医疗辅助器材技术领域，特别涉及一种辅助行走装置。
背景技术
中国自年来,就驶入了人口老龄化的快车道。据《中国人口老龄化发展趋势预测研究报告》预测,本世纪前二十年,我国处于人口快速老龄化阶段,中间三十年人口老龄化将加速发展,本世纪后五十年是稳定的重度老龄化阶段,人口老龄化将伴随中国整整一个世纪。人口老龄化将带动“老龄产业”的发展。“老龄产业”在国内,乃至全球都属于朝阳行业,市场前景广阔。
在各项日常活动能力中,行走能力对老年人生活质量的影响尤为重要。目前成熟的辅助行走产品主要有拐杖、无动力轮椅、助步架等。此类辅助器具虽然能够起到帮助老年人保持行动平衡或代步移动的作用,但是,由于其没有动力,需要借助上肢的力量,会使人感到行走费力。此外,这种器具受地面因素影响大,老年人无法享受行走乐趣,长期使用仍会使下肢肌肉活力逐步降低。为此,需要研究一种便于穿戴、能增强老年人腿部行走功能且实现老年人自如行走的装置。
发明内容
针对现有技术的不足和缺陷，提供一种辅助行走装置，能够在用户行走时提供辅助的动力，能增强用户腿部行走功能且实现用户自如行走，而且结构简单，便于穿戴。
为实现上述目的，本发明提供以下技术方案。
一种辅助行走装置，包括连接座、驱动机构、行走下肢、检测传感器和控制装置，所述连接座上设有用于固定于用户身上的绑缚件，所述行走下肢包括与连接座转动连接的大腿杆、与所述大腿杆转动连接的小腿杆以及与所述小腿杆连接的脚套，所述脚套用于套设于用户脚上，所述驱动机构分别与大腿杆和小腿杆传动连接，以带动大腿杆相对连接座转动和小腿杆相对大腿杆转动，所述检测传感器用以检测脚套底部的受力信息以及脚套的运动趋势，所述控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制所述驱动机构的动作。
本发明的有益效果为：本发明通过设置检测传感器，通过检测传感器检测用户的动作，从而判断用户的实时状态，控制装置根据用户的实时状态，控制驱动机构的动作，通过大腿杆和小腿杆的转动以辅助用户行走，用户只需使用很小的力便可实现轻松自如行走，而且本发明结构简单，穿戴方便。
作为本发明的一种改进，所述检测传感器包括位于脚套底部的压力传感器以及位于脚套上部的加速度传感器，所述压力传感器用于检测脚套底部的受力信息，所述加速度传感器用于检测脚套的运动趋势。通过上述改进，以便于检测用户的动作。
作为本发明的一种改进，所述驱动机构包括驱动电机和差速器，所述驱动电机与差速器传动连接，所述差速器设有第一输出轴和第二输出轴，所述差速器的第一输出轴通过连接件与大腿杆固定连接以带动大腿杆转动，所述差速器的第二输出轴通过传送机构与小腿杆连接以带动小腿杆转动，所述控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制所述驱动电机的正转、反转以及停转。通过差速器分别与大腿杆和小腿杆连接，使得大腿杆和小腿杆的转动角度不同，可以适应用户动作，使用效果更佳。
作为本发明的一种改进，所述传送机构包括主动齿轮、从动齿轮、第一传送轮、第二传送轮、传送带，所述主动齿轮通过第一安装轴转动安装于连接座上，所述从动齿轮通过第二安装轴转动安装于大腿杆上，从动齿轮且与主动齿轮相啮合，所述第一传送轮固定安装于第二安装轴上，所述第二传送轮与小腿杆固定连接，所述传送带套设于第一传松轮和第二传送轮之间，所述差速器的第二输出轴上安装有与主动齿轮啮合的传送齿轮。通过上述改进，便于带动小腿杆转动。
作为本发明的一种改进，所述差速器包括输入轴、输入齿轮、第一行星齿轮、第二行星齿轮、锥齿轮、第一太阳齿轮、第二太阳齿轮和所述的第一输出轴、第二输出轴，输入齿轮安装于输入轴上，输入齿轮与锥齿轮相啮合，第一输出轴穿过锥齿轮和第一太阳齿轮，所述第二输出轴与第二太阳齿轮相连接，第一行星齿轮与第一太阳齿轮、第二太阳齿轮相啮合，第二行星齿轮与第一太阳齿轮、第二太阳齿轮相啮合。
作为本发明的一种改进，所述脚套通过关节轴承与小腿杆转动连接。通过上述改进，使得脚套能够相对小腿杆任意角度转动，便于用户的行走。
作为本发明的一种改进，所述绑缚件上连接有肩带，所述肩带一端与绑缚件直接连接，所述肩带另一端连接有支架，所述支架与绑缚件和/或连接座连接。通过上述改进，便于穿戴固定。
作为本发明的一种改进，还包括气泵，所述支架通过气动肌肉与绑缚件和/或连接座连接,所述支架内设有用以检测支架倾斜角度的位置传感器，所述控制装置根据位置传感器检测到的支架倾斜角度控制气泵对气动肌肉的充气和抽气。通过上述改进，当位置传感器检测用户的动作，从而判断用户的弯腰程度，控制装置根据用户的弯腰程度，控制气泵的动作，通过气动肌肉辅助用户直立，从而减少背部肌肉组织的应力。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
图2是本发明去除大腿杆后示意图。
图3是本发明的差速器结构示意图。
图中，1、连接座；2、绑缚件；3、大腿杆；4、小腿杆；5、脚套；6、主动齿轮；7、从动齿轮；8、第一传送轮；9、第二传送轮；10、传送带；11、关节轴承；12、肩带；13、支架；14、气动肌肉；15、差速器；15.1、输入轴；15.2、输入齿轮；15.3、第一行星齿轮；15.4、第二行星齿轮；15.5、锥齿轮；15.6、第一太阳齿轮；15.7、第二太阳齿轮；15.8、第一输出轴；15.9、第二输出轴。
具体实施方式
结合附图对本发明进一步阐释。
参见图1至图3所示的一种辅助行走装置，包括连接座1、驱动机构、行走下肢、检测传感器和控制装置，所述连接座1上设有用于固定于用户身上的绑缚件2，具体而言，绑缚件2为腰带，绑缚件2固定于用户的腰部，连接座1向上延伸形成有座背，座背与腰带连接，从而使得连接座1与用户连接，所述行走下肢包括与连接座1转动连接的大腿杆3、与所述大腿杆3转动连接的小腿杆4以及与所述小腿杆4连接的脚套5，大腿杆3一端通过销轴与连接座1转动连接，大腿杆3另一端通过销轴与小腿杆4转动连接。当用户通过绑缚件2穿戴上连接座1上时，大腿杆3位于用户的大腿处，小腿杆4位于用户的小腿处，所述脚套5用于套设于用户脚上，所述脚套5通过关节轴承11与小腿杆4转动连接，使得脚套5能够相对小腿杆4任意角度转动，便于用户的行走。所述驱动机构分别与大腿杆3和小腿杆4传动连接，以带动大腿杆3相对连接座1转动和小腿杆4相对大腿杆3转动，所述检测传感器用以检测脚套5底部的受力信息以及脚套5的运动趋势，所述控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制所述驱动机构的动作。在本实施例中，控制装置包括微处理器以及与该微处理器相连接的电源。
本实施例中，行走下肢的数量为两组，分别对应用户的两条腿，检测传感器和驱动机构的数量相应的为两个，检测传感器、驱动机构和行走下肢的数量一一对应，两个检测传感器分别检测两个行走下肢的动作，两个驱动机构分别驱动两组行走下肢动作。
所述检测传感器包括位于脚套5底部的压力传感器以及位于脚套5上部的加速度传感器，当脚套5套设于用户的脚部时，压力传感器位于用户的脚部下方，加速度传感器位于用户的脚部上方，压力传感器用于检测脚套5底部的受力信息，以判断用户的脚部处于站立或者悬空状态，加速度传感器用于检测脚套5的运动趋势，以判断用户的脚部处于行走或静止状态。
具体而言，当压力传感器检测到受力，加速度传感器未检测到运动趋势时，则表示用户处于站立静止状态，当压力传感器检测到受力，加速度传感器检测到运动趋势时，则表示用户的腿部处于站立并具有行走的趋势，当压力传感器未检测到受力，加速度传感器检测到运动趋势时，则表示用户的腿部处于悬空并向前行走的状态，当压力传感器未检测到受力，加速度传感器未检测到运动趋势时，则表示用户的腿部抬起处于悬空并静止的状态。
所述驱动机构包括驱动电机和差速器15，连接座1上设有安装盒，驱动电机和差速器15均安装于连接座1的安装盒内，连接座1的安装盒内还设有为驱动电机供电的电源，电源选用可充放电的锂电池，所述驱动电机与差速器15传动连接，所述差速器15设有第一输出轴和第二输出轴15.9，所述差速器15的第一输出轴通过连接件与大腿杆3固定连接以带动大腿杆3转动，连接件为法兰盘，法兰盘固定于大腿杆3上，差速器15的第一输出轴与法兰盘固定连接，所述差速器15的第二输出轴15.9通过传送机构与小腿杆4连接以带动小腿杆4转动，传动机构包括主动齿轮6、从动齿轮7、第一传送轮8、第二传送轮9、传送带10，所述主动齿轮6通过第一安装轴转动安装于连接座1上，所述从动齿轮7通过第二安装轴转动安装于大腿杆3上，从动齿轮7且与主动齿轮6相啮合，所述第一传送轮8固定安装于第二安装轴上，所述第二传送轮9与小腿杆4固定连接，所述传送带10位于大腿杆3内，且传送带10套设于第一传松轮和第二传送轮9之间，所述差速器15的第二输出轴15.9上安装有与主动齿轮6啮合的传送齿轮，驱动电机与差速器15传动连接，带动差速器15的第一输出轴15.8和第二输出轴15.9转动，第一输出轴15.8直接带动大腿杆3转动，第二输出轴15.9通过传动齿轮带动主动齿轮6转动，主动齿轮6与从动齿轮7相啮合，以带动从动齿轮7转动，从动齿轮7通过第二安装轴带动第一传送轮8转动，第一传送轮8通过传送带10带动第二传送轮9转动，第二传送轮9带动小腿杆4转动。通过采用带传动以驱动小腿杆4转动，结构简单，而且当传送带10发生断裂时，不会对用户造成损上，使用安全，此外本发明，仅通过一个驱动电机，便能同时带动大腿杆和小腿杆转动，相对于现有技术中的多个电机分别驱动，本发明大大简化了结构。
具体而言，参见图3所示，差速器15包括输入轴15.1、输入齿轮15.2、第一行星齿轮15.3、第二行星齿轮15.4、锥齿轮15.5、第一太阳齿轮15.6、第二太阳齿轮15.7和所述的第一输出轴15.8、第二输出轴15.9，输入齿轮15.2安装于输入轴15.1上，输入齿轮15.2与锥齿轮15.5相啮合，第一输出轴15.8穿过锥齿轮15.5和第一太阳齿轮15.6，并将锥齿轮15.5和第一太阳齿轮15.6连接，所述第二输出轴15.9与第二太阳齿轮15.7相连接，第一行星齿轮15.3与第一太阳齿轮15.6、第二太阳齿轮15.7相啮合，第二行星齿轮15.4与第一太阳齿轮15.6、第二太阳齿轮15.7相啮合，驱动电机与输入轴15.1传动连接，差速器15结构不限于此，只需第一输出轴15.8、第二输出轴15.9的输出速度不同，即可满足本实施例中差速器15的使用需求。
所述控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制所述驱动电机的正转、反转以及停转。具体而言，当压力传感器检测到受力，加速度传感器未检测到运动趋势时，用户处于站立静止状态，此时控制装置控制驱动电机停转，行走下肢不对用户作用，当压力传感器检测到受力，加速度传感器检测到运动趋势时，用户的腿部处于站立并具有行走的趋势，此时控制装置控制驱动电机正转，通过差速器15带动大腿杆3和小腿杆4向前上方正转，此时大腿杆3和小腿杆4对用户腿部提供一个向上的提升力，以辅助用户行走，用户只需使用很小的力便可实现轻松自如行走，当压力传感器未检测到受力，加速度传感器检测到运动趋势时，用户的腿部处于悬空并继续向前行走的状态，此时控制装置继续控制驱动电机正转，以辅助用户继续抬腿行走，当压力传感器未检测到受力，加速度传感器未检测到运动趋势时，用户的腿部抬起处于悬空并静止的状态，此时控制装置控制驱动电机反转，通过差速器15带动大腿杆3和小腿杆4向后下方反转，此时大腿杆3和小腿杆4对用户腿部提供一个向下的作用，以辅助用户腿部放下，此时完成一个行走周期，通过上述步骤的循环动作，以辅助用户的持续行走，用户只需使用很小的力便可实现轻松自如行走，而且本发明结构简单，只通过绑缚件2和脚套5与用户身体连接，穿戴方便，可减少本装置使用时对用户的约束。此外通过差速器15分别与大腿杆3和小腿杆4连接，使得大腿杆3和小腿杆4的转动角度不同，由于用户行走需要大腿相对胯骨的转动以进行抬升和小腿相对胯骨转动以进行前行，当大腿相对胯骨的转动角度和小腿相对大腿的转动角度不同时，通过差速器15自动调整大腿杆3和小腿杆4的转动角度，使得大腿杆3和小腿杆4的转动能自动适应用户动作，故无需考虑用户步态，使用体验效果更佳。
所述绑缚件2上连接有肩带12，所述肩带12一端与绑缚件2直接连接，所述肩带12另一端连接有支架13，所述支架13与绑缚件2或连接座1连接,就本实施例而言,支架13呈V形,肩带12的数量为两个,分别与用户的左肩和右肩相配合,当用户将肩带12穿戴至身上后,本装置与用户之间连接更加稳定,所述支架13通过气动肌肉14与绑缚件2连接,行走辅助装置还包括与气动肌肉14配合的气泵，气泵安装于连接座1内,所述支架13内设有用以检测支架13倾斜角度的位置传感器，该位置传感器为陀螺仪,当用于将肩带12穿戴至身上时,支架13与用户的背部相贴合,位置传感器检测支架13的倾斜角度,即检测用户背部的倾斜角度,所述控制装置根据支架13的倾斜角度控制气泵对气动肌肉14的充气和抽气,具体而言,控制装置内预设有倾斜角度α1和α2，当用户行走或站立时背部弯曲，使位置传感器检测到的倾斜角度达到α1时，控制装置控制气泵动作，气泵为气动肌肉14进行充气，气动肌肉14逐渐由倾斜状态变为竖直状态，从而带动用户由弯腰状态变为直立状态，直至位置传感器检测到的倾斜角度达到α2，控制装置控制气泵为气动肌肉14进行抽气，通过气动肌肉14辅助用户直立，从而减少背部肌肉组织的应力，避免背部肌肉的拉伤，对低位背部疼痛、腰椎间盘突出等疾病起到预防作用，而且通过气动肌肉14辅助用户直立，能够使得用户行走更加平稳。
以上所述仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。

Claims (8)

1.一种辅助行走装置，包括连接座(1)、驱动机构、行走下肢、检测传感器和控制装置，所述连接座(1)上设有用于固定于用户身上的绑缚件(2)，其特征在于：所述行走下肢包括与连接座(1)转动连接的大腿杆(3)、与所述大腿杆(3)转动连接的小腿杆(4)以及与所述小腿杆(4)连接的脚套(5)，所述脚套(5)用于套设于用户脚上，所述驱动机构分别与大腿杆(3)和小腿杆(4)传动连接，以带动大腿杆(3)相对连接座(1)转动和小腿杆(4)相对大腿杆(3)转动，所述驱动机构包括驱动电机和差速器(15)，所述驱动电机与差速器(15)传动连接，所述差速器(15)设有第一输出轴(15.8)和第二输出轴(15.9)，所述差速器(15)的第一输出轴(15.8)与大腿杆(3)固定连接以带动大腿杆(3)转动，所述差速器(15)的第二输出轴(15.9)通过传送机构与小腿杆(4)连接以带动小腿杆(4)转动，所述检测传感器用以检测脚套(5)底部的受力信息以及脚套(5)的运动趋势，所述控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制所述驱动机构的动作。
2.根据权利要求1所述的一种辅助行走装置,其特征在于：所述检测传感器包括位于脚套(5)底部的压力传感器以及位于脚套(5)上部的加速度传感器，所述压力传感器用于检测脚套(5)底部的受力信息，所述加速度传感器用于检测脚套(5)的运动趋势。
3.根据权利要求1所述的一种辅助行走装置,其特征在于：所述控制装置根据受力信息和/或运动趋势控制所述驱动电机的正转、反转以及停转。
4.根据权利要求3所述的一种辅助行走装置,其特征在于：所述传送机构包括主动齿轮(6)、从动齿轮(7)、第一传送轮(8)、第二传送轮(9)、传送带(10)，所述主动齿轮(6)通过第一安装轴转动安装于连接座(1)上，所述从动齿轮(7)通过第二安装轴转动安装于大腿杆(3)上，从动齿轮(7)且与主动齿轮(6)相啮合，所述第一传送轮(8)固定安装于第二安装轴上，所述第二传送轮(9)与小腿杆(4)固定连接，所述传送带(10)套设于第一传送轮和第二传送轮(9)之间，所述差速器(15)的第二输出轴(15.9)上安装有与主动齿轮(6)啮合的传送齿轮。
5.根据权利要求3所述的一种辅助行走装置,其特征在于：所述差速器(15)包括输入轴(15.1)、输入齿轮(15.2)、第一行星齿轮(15.3)、第二行星齿轮(15.4)、锥齿轮(15.5)、第一太阳齿轮(15.6)、第二太阳齿轮(15.7)和所述的第一输出轴(15.8)、第二输出轴(15.9)，输入齿轮(15.2)安装于输入轴(15.1)上，输入齿轮(15.2)与锥齿轮相啮合，第一输出轴(15.8)穿过锥齿轮(15.5)和第一太阳齿轮(15.6)，所述第二输出轴(15.9)与第二太阳齿轮(15.7)相连接，第一行星齿轮(15.3)与第一太阳齿轮(15. 6)、第二太阳齿轮(15.7)相啮合，第二行星齿轮(15.4)与第一太阳齿轮(15. 6 )、第二太阳齿轮(15.7)相啮合。
6.根据权利要求1所述的一种辅助行走装置,其特征在于：所述脚套(5)通过关节轴承(11)与小腿杆(4)转动连接。
7.根据权利要求1所述的一种辅助行走装置,其特征在于：所述绑缚件(2)上连接有肩带(12)，所述肩带(12)一端与绑缚件(2)直接连接，所述肩带(12)另一端连接有支架(13)，所述支架(13)与绑缚件(2)或连接座(1)连接。
8.根据权利要求7所述的一种辅助行走装置,其特征在于：还包括气泵，所述支架(13)通过气动肌肉(14)与绑缚件(2)或连接座(1)连接,所述支架(13)内设有用以检测支架(13)倾斜角度的位置传感器，所述控制装置根据位置传感器检测到的支架(13)倾斜角度控制气泵对气动肌肉(14)的充气和抽气。
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