CN111084685A - 一种支撑相控制膝关节支具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种支撑相控制膝关节支具，包括：鞋垫；内侧膝关节模块，包括小腿内侧连杆、大腿内侧连杆和小腿内侧连杆限位块；内侧关节盖板，连接于大腿内侧连杆上；外侧膝关节模块，包括小腿外侧连杆、大腿外侧连杆和小腿外侧连杆限位块；外侧关节盖板，连接于大腿外侧连杆上；小腿前挡板，两侧分别连接于小腿内侧连杆和小腿外侧连杆上；大腿前挡板，连接于大腿内侧连杆和大腿外侧连杆上；传感器模块，用于检测使用者的步态行为；控制模块，用于根据使用者的步态行为控制两个弹簧预紧单向棘轮模块的状态，其中，外侧膝关节模块还包括设置于外侧关节盖板外内侧的弹簧预紧单向棘轮组件。

Description

一种支撑相控制膝关节支具

技术领域

本发明属于可穿戴设备技术领域，涉及一种膝关节支具，具体涉及一种支撑相控制膝关节支具。

背景技术

生活中，由于肌肉退行性病变等原因造成的股四头肌功能性萎缩，大幅降低了患者的肌肉能力，使患者在行走过程中会发生膝关节过伸、失稳和突发性肌无力问题，改变患者的行进步态，容易使患者在行走时发生步态异常以及绊跌，患者若想要维持行走，通常则需要在步行的支撑相时用手按压住大腿，强行维持支撑相的稳定，患者行走时会产生较大的不适。为了维持患者在行走时的摔倒概率，让行走步态能够趋于正常人的步态，通常可以通过穿戴下肢助行支具的方法来解决。

现有技术的产品多为术后康复用助行器或者骨骼固定器，结构主要有外框架滑动轮行走车或者被动式支具，前者为一个外部的多滑动轮的框架结构，不与人体绑定，后者为与人体绑定，但是防跌倒功能是通过一根伸向下方的支撑杆来实现，在使用者出现摔倒趋势时提供支撑，这种结构较为简单，功能单一，同时也会对使用者的步行或者下蹲这种行为造成一定的妨碍，让使用者产生不适感。此外，该些支具无法对使用者的步态进行检测，而市场上也缺少类似具有步态检测功能的膝关节支具。因此，需要设计一种能够解决上述问题的膝关节支具。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种支撑相控制膝关节支具。

本发明提供了一种支撑相控制膝关节支具，用于提供膝关节的辅助限位支撑，具有这样的特征，包括：鞋垫，置于使用者的足下；内侧膝关节模块，包括相互连接的小腿内侧连杆和大腿内侧连杆以及设置于小腿内侧连杆的顶部表面用于限位的小腿内侧连杆限位块；内侧关节盖板，一端连接于棘爪大腿内侧连杆上，另一端连接于棘爪小腿内侧连杆和棘爪大腿内侧连杆的连接处；外侧膝关节模块，包括相互连接的大腿外侧连杆和大腿外侧连杆以及设置于小腿外侧连杆的顶部表面用于限位的小腿外侧连杆限位块；外侧关节盖板，连接于大腿外侧连杆上；小腿前挡板，两侧分别连接于小腿内侧连杆靠近足部的一端以及小腿外侧连杆靠近足部的一端，用于支撑小腿；大腿前挡板，两侧分别连接于大腿内侧连杆靠近躯干的一端以及大腿外侧连杆靠近躯干的一端，用于支撑大腿；传感器模块，用于检测使用者的步态行为，包括安装于大腿外侧连杆顶端的第一六轴加速度计、安装于小腿外侧连杆的下端的第二六轴加速度计、由小腿外侧连杆顶部表面的磁头以及与第二滑动轴承同轴并靠近磁头的磁环组成的角速度传感器以及多个设置于鞋垫表面并通过电线与第二六轴加速度计连接的压力传感器；以及控制模块，用于根据使用者的步态行为控制弹簧预紧单向棘轮组件的状态，包括设置于大腿前挡板上的具有手动控制按钮的并安装有第一六轴加速度计的主控制器、与主控制器通过电线连接的电池组以及与主控制器通过电线连接的电磁致动器；其中，外侧膝关节模块还包括，设置于外侧关节盖板外内侧的弹簧预紧单向棘轮组件，该弹簧预紧单向棘轮组件包括：第一滑动轴承，设置于大腿外侧连杆与关节外侧盖板之间；第二滑动轴承，设置于小腿外侧连杆与关节外侧盖板之间；棘爪，套设于第一滑动轴承外围，且棘爪的表面具有位于前部的第一外缘凸起以及位于后部的第二外缘凸起；棘轮，套设于第二滑动轴承外围；预紧弹簧，一端固定于大腿外侧连杆上的第一凸起上，另一端固定于棘爪的第一外缘凸起上，用于对棘爪施加第一预紧力，且该第一预紧力的方向为辅助棘爪与棘轮咬合的方向；扭簧，嵌于棘轮内圈，用于给棘轮提供一个与咬合受力方向相反的第二预紧力；以及棘爪滚轮，通过滚轮插销安装于棘爪上，棘爪滚轮的表面在棘爪与棘轮咬合时，与棘轮的齿面接触，从而降低咬合时棘爪与棘轮之间的摩擦力，棘爪与棘轮均在预紧弹簧的预紧力的作用下在咬合，从而使咬合面产生的交互力阻止膝关节弯曲的扭矩，在行走的支撑相进行单向锁定，且在电磁致动器的作用下，使得棘爪在步态摆动相时克服所受的预紧力，从而完成棘轮与棘爪之间的解锁动作，进而完成膝关节的弯曲。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，可以具有这样的特征，还包括：其中，防坠挂钩带，固定于大腿外侧连杆靠近躯干段顶部一侧；以及防坠挂钩，连接于防坠挂钩带顶部，用于挂在穿戴者的腰带上。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，还可以具有这样的特征：其中，小腿前挡板上设置有用于绑缚小腿的且分别设于小腿前侧和小腿后侧的小腿前绑带与小腿后绑带。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，还可以具有这样的特征：其中，大腿前挡板上设置有用于绑缚大腿的且分别设于大腿前侧和大腿后侧的大腿前绑带与大腿后绑带。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，还可以具有这样的特征：其中，小腿内侧连杆和大腿内侧连杆的连接处的内侧以及小腿外侧连杆和大腿外侧连杆的连接处的内侧均固定有柔性护垫，柔性护垫由填充物、包裹于填充物之外的外层织物以及一侧与外层织物连接的带有勾刺毛且另一侧黏于小腿前挡板内侧表面和大腿前挡板内侧表面的魔术贴。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，还可以具有这样的特征：其中，大腿内侧连杆以及小腿内侧连杆之间以及大腿外侧连杆以及小腿外侧连杆之间的最小夹角均为50^°，最大夹角均为180^°，棘爪与棘轮的咬合的最大角度为130^°，且每10^°为一档。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，还可以具有这样的特征：其中，小腿外侧连杆与棘轮之间通过四根螺钉固定。

在本发明提供的支撑相控制膝关节支具中，还可以具有这样的特征：其中，电磁致动器为电磁铁，电磁致动器的输出端通过无弹性拉索或刚性制动连杆连接于棘爪的第二外缘凸起，电磁致动器工作时对棘爪的牵引力方向为辅助棘爪脱离与棘轮咬合状态的方向。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为内侧膝关节模块具有小腿内侧连杆限位块且外侧膝关节模块具有小腿外侧连杆限位块，所以能够限制内侧膝关节和外侧膝关节的转动角度；因为具有连接于小腿内侧连杆以及小腿外侧连杆上的小腿前挡板，所以能够用于支撑小腿；因为具有连接于大腿内侧连杆以及大腿外侧连杆上的大腿前挡板，所以能够用于支撑大腿；因为具有传感器模块，所以能够检测使用者的步态行为；因为具有控制模块，所以能够根据使用者的步态行为控制两个弹簧预紧单向棘轮组件的状态；因为弹簧预紧单向棘轮组件具有棘爪、棘轮、预紧弹簧、扭簧以及棘爪滚轮，所以实现膝关节支具的单向锁定和解锁，进而完成膝关节的弯曲和直立。

因此，本发明的支撑相控制膝关节支具能够通过弹簧预紧单向棘轮组件、传感器模块以及控制模块之间的配合，实现对步态的检测，并通过电池致动器控制解锁以及在行走支撑相进行单向锁定，还能够在行走的摆动相中进行解锁，从而不影响使用者的行走。

进一步地，本发明的支撑相控制膝关节支具解决了患者在行走时发生步态异常以及绊跤等问题，且本实施例的支具的各部位贴合腿部，能够对使用者的行走步态进行检测，允许关节在任意时刻进行伸展，让行走步态趋于正常人的步态，不会让使用者产生由于步行或者下蹲等动作造成妨碍而引起的不适感。

附图说明

图1是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的结构示意图；

图2是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的佩戴示意图；

图3是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的内侧膝关节模块的结构示意图；

图4是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的外侧膝关节模块的结构示意图；

图5是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的弹簧预紧单向棘轮组件的锁定状态示意图；

图6是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的弹簧预紧单向棘轮组件的解锁状态示意图；

图7是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的单关节形式示意图；

图8是本发明的支撑相控制膝关节支具的双关节形式的弹簧预紧棘轮模块的内侧膝关节模块主视图；

图9是本发明的支撑相控制膝关节支具的双关节形式的弹簧预紧棘轮模块的外侧膝关节模块主视图；

图10是本发明的支撑相控制膝关节支具的双关节形式的弹簧预紧棘轮模块的外侧膝关节模块立体图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段与功效易于明白了解，以下结合实施例及附图对本发明作具体阐述。

以下实施例中，步态指走路时所表现的姿态以及走路所有的动作，支撑相指下肢接触地面并承受重力的时间，约占步行周期的60％，摆动相指足底离不地面向前迈步到再次落地之间的时间，约占整个步态周期的40％。

实施例：

图1是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的结构示意图，图2是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的佩戴示意图。

如图1和图2所示，本实施例的一种支撑相控制膝关节支具100，用于提供膝关节的辅助限位支撑，包括：鞋垫1、内侧膝关节模块2、内侧关节盖板3、外侧膝关节模块4、外侧关节盖板5、小腿前挡板6、大腿前挡板7、传感器模块9、控制模块10、防坠挂钩带11以及防坠挂钩12。

鞋垫1置于使用者的足下。

内侧膝关节模块2包括相互连接的小腿内侧连杆201和大腿内侧连杆202，且绕内侧关节轴旋转，且内侧膝关节模块2为可以绕内侧关节轴进行单自由度旋转的二连杆结构，且只起到降低内外侧膝关节剪切力的作用，并限制腿部只能在矢状面即人向前行走方向的平面进行单自由度的转动。

本实施例中，内侧膝关节模块2还包括设置于小腿内侧连杆201的顶部表面用于限位的小腿内侧连杆限位块203。

内侧关节盖板3的一端通过一根螺钉连接于大腿内侧连杆202上，另一端通过一根螺钉连接于大腿内侧连杆与小腿内侧连杆的连接处。

图4是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的外侧膝关节模块的结构示意图。

如图4所示，外侧膝关节模块4包括相互连接的小腿外侧连杆401和大腿外侧连杆402，且绕外侧关节旋转轴旋转。

本实施例中，外侧膝关节模块4还包括设置于小腿外侧连杆401的顶部表面用于限位的小腿外侧连杆限位块403以及设置于所述外侧关节盖板外内侧的弹簧预紧单向棘轮组件。

本实施例中，内侧膝关节模块2和外侧膝关节模块4均为单关节形式的模块，且内侧关节旋转轴与外侧关节旋转轴共线，构成了支撑相控制膝关节支具100的膝关节轴。

本实施例中，小腿内侧连杆201和大腿内侧连杆202的连接处的内侧以及小腿外侧连杆402和大腿外侧连杆402的连接处的内侧均固定有柔性护垫13，柔性护垫13由填充物、包裹于填充物之外的外层织物以及一侧与外层织物连接的带有勾刺毛且另一侧黏于小腿前挡板内侧表面和大腿前挡板内侧表面的魔术贴，且外层织物使用针织或者胶合方式封口，分为两面，一面为与魔术贴带有勾刺毛的一面连接的软毛纤维面，另一侧为涂覆防滑橡胶的防滑面。

本实施例中，柔性护垫13的形状与大腿前挡板7以及小腿前挡板6的形状相同或相似，从而起到贴合腿型并具有固定防滑的作用。

外侧关节盖板5连接于大腿外侧连杆402上，具体通过一根依次穿过大腿外侧连杆402、第一滑动轴承801、棘爪803后插入于外侧关节盖板5上的定位孔的螺钉405以及一根依次穿过大腿外侧连杆402、小腿外侧连杆401、第二滑动轴承802、棘轮804后插入于外侧关节盖板5上的定位孔的螺钉406连接。

本实施例中，内侧关节盖板3与大腿内侧连杆202固定，且外侧关节盖板5与大腿外侧连杆402固定，从而形成了U字型结构，使得膝关节只有一个旋转自由度，此外，大腿内侧连杆202与小腿内侧连杆201以及大腿外侧连杆402与小腿外侧连杆201在U字型结构上均具有用于对内外侧大小腿连杆的开度进行物理限位的结构15，限制了膝关节轴的转角在130°，同时，大腿内侧连杆202以及小腿内侧连杆201之间以及大腿外侧连杆402以及小腿外侧连杆401之间的最小夹角均为50^°，最大夹角均为180^°。

小腿前挡板6两侧分别连接于小腿内侧连杆201靠近足部的一端以及小腿外侧连杆401靠近足部的一端，用于支撑小腿。

本实施例中，小腿前挡板6上设置有用于绑缚小腿的且分别设于小腿前侧和小腿后侧的小腿前绑带601与小腿后绑带602。

大腿前挡板7两侧分别连接于大腿内侧连杆202靠近躯干的一端以及大腿外侧连杆402靠近躯干的一端，用于支撑大腿。

本实施例中，大腿前挡板7上设置有用于绑缚大腿的且分别设于大腿前侧和大腿后侧的大腿前绑带701与大腿后绑带702。

如图2-图4所示，弹簧预紧单向棘轮组件8设置于外侧关节盖板5外侧，包括：第一滑动轴承801、第二滑动轴承802、棘爪803、棘轮804、扭簧805、预紧弹簧806以及棘爪滚轮807。

第一滑动轴承801设置于大腿外侧连杆402与外侧关节盖板5之间。

第二滑动轴承802设置于小腿外侧连杆401与外侧关节盖板5之间。

棘爪803套设于第一滑动轴承801外围，且棘爪803的表面具有位于前部的第一外缘凸起808以及位于后部的第二外缘凸起809。

棘轮804套设于第二滑动轴承802外围。

本实施例中，棘轮804的旋转轴与外侧关节旋转轴同轴并与小腿外侧连杆401固定，棘爪803绕棘爪803的旋转轴旋转，并可与棘轮804的轮齿有效接触，此外，棘爪803的旋转轴与外侧关节旋转轴平行且垂直固定于大腿外侧连杆402。

本实施例中，棘爪803与棘轮804之间咬合的最大角度为130^°，且每10^°为一档，此外，小腿外侧连杆401与棘轮804之间通过四根螺钉固定，且小腿外侧连杆401上的四个棘轮固定孔407为腰型长孔，保证棘轮804能够以棘轮804的旋转轴做有限制的旋转，该旋转为5°。

本实施例中，当承压咬合使棘轮804旋转5^°后，此时的咬合力方向与棘轮804和棘爪803之间的咬合面垂直，以棘轮804的旋转轴与外侧关节旋转轴构成的平面，分别将棘轮804和棘爪803分为前后两部分。

预紧弹簧806一端固定于大腿外侧连杆401上的第一凸起404上，另一端固定于棘爪803前部的第一外缘凸起808上，用于对棘爪803施加预紧力，并且在该第一预紧力的作用下，棘爪803可与棘轮804在130°范围内咬合，咬合面的交互力产生阻止膝关节弯曲的扭矩，且该第一预紧力的方向为辅助棘爪803与棘轮804咬合的方向。

扭簧805嵌于棘轮804内圈，用于给棘轮804提供一个与咬合受力方向相反的预紧力，为承压咬合锁紧时能够提供缓冲作用，且增加棘轮804的抗冲击性能，从而保护使用者的膝关节。

棘爪滚轮807通过滚轮插销8011安装于棘爪803上，且棘爪滚轮807与滚轮插销之间设置有滚轮滑套8010，棘爪滚轮807的表面在棘爪803与棘轮804咬合时，与棘轮804的齿面接触，从而降低咬合时棘爪803与棘轮804之间的摩擦力。

本实施例中，棘爪803与棘轮804在预紧弹簧806的第一预紧力的作用下在咬合，从而使咬合面产生的交互力阻止膝关节弯曲的扭矩，在行走的支撑相进行单向锁定，且在电磁致动器1003的作用下，使得棘爪803在步态摆动相时克服所受的第一预紧力，从而完成棘轮804与棘爪803之间的解锁动作，进而完成膝关节的弯曲。

传感器模块9，用于检测使用者的步态行为，包括大腿外侧连杆顶端的位于大腿端用于检测大腿运动加速度的第一六轴加速度计、安装于小腿外侧连杆下端的位于小腿端用于检测小腿运动加速度的第二六轴加速度计901、安装于膝关节轴轴端的用于检测膝关节转角的角速度传感器以及多个设置于鞋垫1表面并通过电线14与第二六轴加速度计901连接的多个用于压力检测并获得足底接触信息的压力传感器902。

本实施例中，第一六轴加速度计集成在控制模块10上，第二六轴加速度计901为一块单独的安装于小腿外侧的电路板，并通过电线与主控制器1001连接，由同样与主控制器1001连接的电池组进行供电。

本实施例中，角速度传感器由磁头903和磁环904组成，磁头903设置于小腿外侧连杆401的顶部的中心圆孔的外周表面，且与小腿外侧连杆限位块403相邻，磁环904与第一滑动轴承801同轴且靠近磁头903，磁头903读取磁环904磁场的变化，传给控制模块10响应的大小腿连杆之间所呈夹角数据。

控制模块10用于根据使用者的步态行为控制弹簧预紧单向棘轮组件的状态，包括设置于大腿前挡板7上的且具有手动控制按钮并安装有第一六轴加速度计的主控制器1001、与主控制器1001通过电线14连接的用于供电的电池组1002以及与主控制器1001通过电线14连接的电磁致动器1003。

本实施例中，电磁致动器1003为电磁铁，电磁致动器1003的输出端通过无弹性拉索1004或刚性制动连杆连接于棘爪803的第二外缘凸起809，电磁致动器1003工作时对棘爪803的牵引力方向为辅助棘爪803脱离与棘轮804咬合状态的方向。

防坠挂钩带11固定于大腿外侧连杆402靠近躯干段顶部一侧。

防坠挂钩12连接于防坠挂钩带11顶部，用于挂在穿戴者的腰带上，防止支撑相控制膝关节支具100在使用者行走过程中下滑失效而引起穿戴不适感。

图5是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的弹簧预紧单向棘轮组件的锁定状态示意图，图6是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的弹簧预紧单向棘轮组件的解锁状态示意图，图7是本发明的实施例中支撑相控制膝关节支具的单关节形式的示意图。

进一步地，本实施例中，在支撑相控制膝关节支具100未通电或者支撑相状态时，棘轮804与棘爪803为咬合状态，此时，膝关节锁死，如图5所示，当支撑相控制膝关节支具100通电启动并且由传感器模块9检测到腿部进入摆动相时，则由控制模块10给电磁致动器1003信号，电磁致动器1003启动，锁舌缩入，通过无弹性拉索或刚性制动连杆将棘爪803的一端拉起，由锁定状态进入解锁状态，如图6所示。一定时间后或者当传感器模块9检测到腿处于支撑相时，电磁致动器1003关闭，受到棘爪803对侧预紧弹簧806的第一预紧力的作用，棘爪803再次锁定。

实施例的作用与效果

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为内侧膝关节模块具有小腿内侧连杆限位块且外侧膝关节模块具有小腿外侧连杆限位块，所以能够限制内侧膝关节和外侧膝关节的转动角度；因为具有连接于小腿内侧连杆以及小腿外侧连杆上的小腿前挡板，所以能够用于支撑小腿；因为具有连接于大腿内侧连杆以及大腿外侧连杆上的大腿前挡板，所以能够用于支撑大腿；因为具有传感器模块，所以能够检测使用者的步态行为；因为具有控制模块，所以能够根据使用者的步态行为控制两个弹簧预紧单向棘轮组件的状态；因为弹簧预紧单向棘轮组件均具有棘爪、棘轮、预紧弹簧、扭簧以及棘爪滚轮，所以实现膝关节支具的单向锁定和解锁，进而完成膝关节的弯曲和直立。

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为具有防坠挂钩带和防坠挂钩，所以能够防止支具在使用者在行走过程中下滑失效而引起的穿戴不适感。

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为小腿前挡板上设置且分别位于小腿前侧和小腿后侧的小腿前绑带与小腿后绑带，所以能够用于绑缚小腿，使其更好地支撑小腿。

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为大腿前挡板上设置且分别位于大腿前侧和大腿后侧的大腿前绑带与大腿后绑带，所以能够用于绑缚大腿，使其更好地支撑大腿。

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为小腿内侧连杆和大腿内侧连杆的连接处的内侧以及小腿外侧连杆和大腿外侧连杆的连接处的内侧均固定有柔性护垫，所以能够更好地保护膝关节。

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为电磁致动器的输出端通过无弹性拉索或刚性制动连杆连接于第一棘爪的第二外缘凸起，所以电磁致动器在工作时能够辅助棘爪脱离与棘轮咬合状态的方向。

根据本实施例所涉及的支撑相控制膝关节支具，因为小腿外侧连杆以及小腿内侧连杆上的棘轮固定孔均为腰型长孔，所以能够保证棘轮绕棘轮旋转轴做有限制的旋转，该旋转为5^°。

因此，本实施例的支撑相控制膝关节支具能够通过弹簧预紧单向棘轮组件、传感器模块以及控制模块之间的配合，实现对步态的检测，并通过电池致动器控制解锁以及在行走支撑相进行单向锁定，还能够在行走的摆动相中进行解锁，从而不影响使用者的行走。

进一步地，本实施例的支撑相控制膝关节支具解决了患者在行走时发生步态异常以及绊跤等问题，且本实施例的支具的各部位贴合腿部，能够对使用者的行走步态进行检测，允许关节在任意时刻进行伸展，让行走步态趋于正常人的步态，不会让使用者产生由于步行或者下蹲等动作造成妨碍而引起的不适感。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

实施例中的棘爪滚轮、扭簧、小腿外侧连杆的腰型孔等均为功能改善性零件和设计，但是在本发明基本的棘爪和与小腿外侧连杆固定的棘轮设计也应纳入专利保护范围内。

实施例中的内侧膝关节模块和外侧膝关节模块均为单关节形式的模块。但是在本发明中内侧膝关节模块和外侧膝关节模块还可以是双关节形式的内侧膝关节模块和外侧膝关节模块，如图8-图10所示，即将大腿外侧连杆替换为大腿外侧齿轮连杆，小腿外侧连杆替换为小腿外侧齿轮连杆，大腿内侧连杆替换为大腿内侧齿轮连杆，小腿内侧连杆替换为小腿内侧齿轮连杆，并增加一个内侧关节盖板和一个外侧关节盖板，棘爪与大腿外侧齿轮连杆连接，棘轮与小腿外侧齿轮连杆连接，此时，大腿外侧齿轮连杆的旋转轴、大腿内侧齿轮连杆的旋转轴与外侧关节盖板大腿侧旋转轴同轴，小腿外侧齿轮连杆的旋转轴、小腿内侧齿轮连杆的旋转轴与外侧关节盖板的小腿侧旋转轴同轴，大腿内侧齿轮连杆的旋转轴与内侧关节盖板的大腿侧旋转轴同轴，小腿内侧齿轮连杆的旋转轴与内侧关节盖板的小腿侧旋转轴同轴，大腿外侧齿轮连杆的齿轮部分与小腿外侧齿轮连杆的齿轮部分互相啮合，大腿内侧齿轮连杆的齿轮部分与小腿内侧齿轮连杆的齿轮部分互相啮合，大腿外侧齿轮连杆和小腿外侧齿轮连杆以各自的旋转轴，经由齿轮啮合进行联动转动，棘爪的转轴与外侧关节盖板的大腿侧旋转轴同轴，棘轮的转轴与外侧关节盖板的小腿侧旋转轴同轴。同时，内侧膝关节模块通过大腿内侧齿轮连杆的齿轮和小腿内侧连杆的齿轮啮合，只能绕大腿关节转轴和小腿关节转轴运动，且双关节形式的内侧膝关节模块同样只起到降低内外侧膝关节剪切力的作用，并限制腿部只能在矢状面即人向前行走方向的平面进行单自由度的转动。

Claims (8)

1.一种支撑相控制膝关节支具，用于提供膝关节的辅助限位支撑，其特征在于，包括：

鞋垫，置于使用者的足下；

内侧膝关节模块，包括相互连接的小腿内侧连杆和大腿内侧连杆以及设置于所述小腿内侧连杆的顶部表面用于限位的小腿内侧连杆限位块；

内侧关节盖板，一端连接于所述大腿内侧连杆上，另一端连接于所述小腿内侧连杆和所述大腿内侧连杆的连接处；

外侧膝关节模块，包括相互连接的大腿外侧连杆和大腿外侧连杆以及设置于所述小腿外侧连杆的顶部表面用于限位的小腿外侧连杆限位块；

外侧关节盖板，连接于所述大腿外侧连杆上；

小腿前挡板，两侧分别连接于所述小腿内侧连杆靠近足部的一端以及所述小腿外侧连杆靠近足部的一端，用于支撑小腿；

大腿前挡板，两侧分别连接于所述大腿内侧连杆靠近躯干的一端以及所述大腿外侧连杆靠近躯干的一端，用于支撑大腿；

传感器模块，用于检测使用者的步态行为，包括安装于所述大腿外侧连杆顶端的第一六轴加速度计、安装于所述小腿外侧连杆的下端的第二六轴加速度计、由所述小腿外侧连杆顶部表面的磁头以及与所述第二滑动轴承同轴并靠近所述磁头的磁环组成的角速度传感器以及多个设置于所述鞋垫表面并通过电线与所述第二六轴加速度计连接的压力传感器；以及

控制模块，用于根据使用者的步态行为控制所述弹簧预紧单向棘轮组件的状态，包括设置于所述大腿前挡板上的具有手动控制按钮的并安装有所述第一六轴加速度计的主控制器、与所述主控制器通过电线连接的电池组以及与所述主控制器通过电线连接的电磁致动器；

其中，所述外侧膝关节模块还包括设置于所述外侧关节盖板外内侧的弹簧预紧单向棘轮组件，该弹簧预紧单向棘轮组件包括：

第一滑动轴承，设置于大腿外侧连杆与所述关节外侧盖板之间；

第二滑动轴承，设置于小腿外侧连杆与所述关节外侧盖板之间；

棘爪，套设于所述第一滑动轴承外围，且所述棘爪的表面具有位于前部的第一外缘凸起以及位于后部的第二外缘凸起；

棘轮，套设于所述第二滑动轴承外围；

预紧弹簧，一端固定于所述大腿外侧连杆上的第一凸起上，另一端固定于所述棘爪的第一外缘凸起上，用于对所述棘爪施加第一预紧力，且该第一预紧力的方向为辅助所述棘爪与所述棘轮咬合的方向；

扭簧，嵌于所述棘轮内圈，用于给所述棘轮提供一个与咬合受力方向相反的第二预紧力；以及

棘爪滚轮，通过滚轮插销安装于所述棘爪上，所述棘爪滚轮的表面在所述棘爪与所述棘轮咬合时，与所述棘轮的齿面接触，从而降低咬合时所述棘爪与所述棘轮之间的摩擦力，

所述棘爪与所述棘轮均在所述预紧弹簧的预紧力的作用下在咬合，从而使咬合面产生的交互力阻止膝关节弯曲的扭矩，在行走的支撑相进行单向锁定，且在所述电磁致动器的作用下，使得所述棘爪在步态摆动相时克服所受的预紧力，从而完成所述棘轮与所述棘爪之间的解锁动作，进而完成膝关节的弯曲。

2.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于，还包括：

防坠挂钩带，固定于所述大腿外侧连杆靠近躯干段顶部一侧；以及

防坠挂钩，连接于所述防坠挂钩带顶部，用于挂在穿戴者的腰带上。

3.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于：

其中，所述小腿前挡板上设置有用于绑缚小腿的且分别设于小腿前侧和小腿后侧的小腿前绑带与小腿后绑带。

4.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于：

其中，所述大腿前挡板上设置有用于绑缚大腿的且分别设于大腿前侧和大腿后侧的大腿前绑带与大腿后绑带。

5.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于：

其中，所述小腿内侧连杆和所述大腿内侧连杆的连接处的内侧以及所述小腿外侧连杆和所述大腿外侧连杆的连接处的内侧均固定有柔性护垫，

所述柔性护垫由填充物、包裹于所述填充物之外的外层织物以及一侧与所述外层织物连接的带有勾刺毛且另一侧黏于所述小腿前挡板内侧表面和所述大腿前挡板内侧表面的魔术贴。

6.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于：

其中，所述大腿内侧连杆以及所述小腿内侧连杆之间以及所述大腿外侧连杆以及所述小腿外侧连杆之间的最小夹角均为50^°，最大夹角均为180^°，

所述棘爪与所述棘轮之间咬合的最大角度为130^°，且每10^°为一档。

7.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于：

其中，所述小腿外侧连杆与所述棘轮之间通过四根螺钉固定，

所述小腿外侧连杆上的棘轮固定孔为腰型长孔。

8.根据权利要求1所述的支撑相控制膝关节支具，其特征在于：

其中，所述电磁致动器为电磁铁，

所述电磁致动器的输出端通过无弹性拉索或刚性制动连杆连接于所述棘爪的第二外缘凸起，所述电磁致动器工作时对所述棘爪的牵引力方向为辅助所述棘爪脱离与所述棘轮咬合状态的方向。

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