CN111643240B - 一种自适应性膝关节穿戴装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自适应性膝关节穿戴装置，包括一个大腿连接件、一个小腿连接件、一个大腿绑带、一个小腿绑带、两个弯曲机构和小腿自适应机构。本发明公开的一种自适应性膝关节穿戴装置，大腿板底端的第一齿轮与小腿板顶端的第二齿轮啮合能够产生转动，以拟合膝关节的屈伸；小腿自适应机构能沿着水平方向、竖直方向和沿着小腿绑带旋转的自由度，使小腿绑带具有在腿长、腿宽和腿肚圆周上的三个自由度，实现了该装置对于人体小腿腿型的自适应，大大提高了装置穿戴舒适性。

Description

一种自适应性膝关节穿戴装置
技术领域
本发明涉及智能设备技术领域，具体涉及一种自适应性膝关节穿戴装置。
背景技术
膝关节的辅助康复装置依据是否穿戴可分为穿戴式和非穿戴式。穿戴式辅助康复装置是指穿戴于人体大、小腿上的器具，其将关节的伸展和屈曲限制在合适的角度范围内，或者将膝关节维持在某一角度范围，以促进膝关节功能早期得到康复。目前的穿戴式辅助康复膝关节装置结构相对简单，一般起支撑、稳定患者受损膝关节的作用，使用起来也相对简单，如市场上常见的膝关节矫形器。但是现有的非动力辅助康复膝关节装置往存在往穿戴相对繁琐、而且对不同腿型的人的适应性差的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应性穿戴式膝关节装置，用以解决现有的非动力辅助康复膝关节装置穿戴舒适性差、腿型的适应性差等问题。
本发明提供一种自适应性膝关节穿戴装置，包括一个大腿连接件、一个小腿连接件、一个大腿绑带、一个小腿绑带、两个弯曲机构和小腿自适应机构，所述大腿连接件包括大腿后挡板、大腿左连接板和大腿右连接板，所述大腿绑带与所述大腿后挡板固定连接，所述大腿左连接板和所述大腿右连接板的顶端分别固定于所述大腿后挡板的两端；所述小腿连接件包括小腿后挡板、小腿左连接板和小腿右连接板，所述小腿后挡板通过所述小腿自适应机构与所述小腿绑带固定连接，小腿左连接板和小腿右连接板的底端分别固定于所述小腿后挡板的两端；所述大腿左连接板和所述小腿左连接板之间以及所述大腿右连接板和所述小腿右连接板之间分别通过两个所述弯曲机构连接，所述弯曲机构包括第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮设置于所述大腿左连接板或所述大腿右连接板的底端，所述第二齿轮设置于所述小腿左连接板或所述小腿右连接板的顶端，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合；其中，所述小腿自适应机构能沿着水平方向、竖直方向和沿着所述小腿绑带旋转的自由度，实现了该装置对于人体小腿的自适应和提高了装置穿戴舒适性。
进一步地，所述小腿自适应机构包括一个绑带板、一个铰链板、两个铰链轴、两个轴套、旋钮螺栓和大头螺母，所述小腿后挡板中部沿水平方向设置有长条形的水平位移槽，所述绑带板沿竖直方向设置有长条形的竖直位移槽，所述竖直位移槽的两侧的绑带板上设置有两个凸起的轴底座，且两个所述轴底座之间的距离大于所述小腿后挡板的宽度，两个所述轴套分别套设于两个铰链轴上，两个铰链轴分别活动枢接于所述轴底座上；所述铰链板的中部与所述绑带板夹设所述小腿后挡板，且所述铰链板的两端分别与两个所述轴套通过螺栓固定连接；所述铰链板上开设有竖直方向的旋钮螺栓移动孔，大头螺母设置于绑带板的竖直位移槽上且所述大头螺母的大头端卡设于竖直位移槽；所述旋钮螺栓设置有旋转头，旋钮螺栓从外自内依次穿过所述铰链板上的旋钮螺栓移动孔、所述小腿后挡板的水平位移槽，与所述大头螺母通过螺纹连接，使得所述旋钮螺栓的旋转头和所述大头螺母的大头端分别从两侧将所述铰链板、小腿后挡板和所述绑带板固定连接成铰链结构，所述小腿后挡板与所述绑带板之间能通过绕两个铰链轴旋转而发生相对转动。
进一步地，所述小腿绑带包括位于上部的第一小腿绑带和位于下部的第二小腿绑带，所述第一小腿绑带和所述第二小腿绑带均固定于所述绑带板上；所述小腿绑带内穿设有拉绳，所述第一小腿绑带和所述第二小腿绑带均采用拉绳锁紧。
进一步地，所述大腿绑带包括弧形板部和绷带部，所述绷带部的两端固定于所述弧形板部弧形内侧中线的两侧，所述绷带部内穿设有拉绳，所述绷带部采用拉绳锁紧。
进一步地，所述大腿绑带还包括大腿粗度单向锁紧机构，所述大腿粗度单向锁紧机构包括锁条和棘爪，所述弧形板部两侧固定连接有多个锁条，每个锁条上均匀设置有多个棘齿，所述绷带部的两侧设置有多个锁扣，每个锁扣内均设有棘爪，当锁条在锁扣内直线运动停止时，所述锁条上的棘齿能被锁扣内的棘爪锁紧。
进一步地，所述第一齿轮和所述第二齿轮的中部固定有齿轮转轴，所述第一齿轮和所述第二齿轮均包括有齿区和无齿区，所述有齿区的轮缘上设置有齿，所述无齿区轮缘内设置有螺钉轴孔，螺钉轴孔与齿轮转轴相垂直；所述大腿左连接板和所述大腿右连接板的底端均设置有半圆弧槽，所述小腿左连接板和所述小腿右连接板的顶端均设置有半圆弧槽；所述第一齿轮的无齿区通过螺钉固定于所述大腿左连接板或所述大腿右连接板的半圆弧槽内，所述第二齿轮的有齿区通过螺钉固定于所述小腿左连接板或所述小腿右连接板的半圆弧槽内，所述第一齿轮的有齿区与所述第二齿轮的有齿区啮合。
进一步地，所述弯曲机构包括内盖、外盖、两个内盖轴承和两个外盖轴承，所述内盖和所述外盖对接形成一个密封盒，相互啮合的第一齿轮盒第二齿轮设置于该密封盒内；其中，所述内盖上有两个内盖轴承槽，所述外盖上设置有两个外盖轴承槽，两个所述内盖轴承的外圈分别固定于两个内盖轴承槽内，两个所述外盖轴承的外圈分别固定于两个外盖轴承槽内，所述第一齿轮的齿轮转轴的两端分别固定于位于上端的所述内盖轴承和所述外盖轴承的内圈，所述第二齿轮的齿轮转轴的两端分别固定于位于下端的所述内盖轴承和所述外盖轴承的内圈。
本发明的有益效果是：
本发明公开的一种自适应性膝关节穿戴装置，大腿板底端的第一齿轮与小腿板顶端的第二齿轮啮合，能够产生转动，以拟合膝关节的屈伸；针对人体大腿和小腿往往非线性对应结构且小腿多成弯曲状的人体工程学特点，设计了能沿着水平方向、竖直方向和沿着小腿绑带旋转的自由度的小腿自适应机构，使小腿绑带具有在腿长、腿宽和腿肚圆周上的三个自由度，实现了该装置对于人体小腿腿型的自适应，大大提高了装置穿戴舒适性。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的自适应性膝关节穿戴装置的整体结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的该装置的侧视结构示意图；
图3是本发明实施例1提供的该装置的爆炸示意图；
图4是本发明实施例1提供的大腿绑带的结构示意图；
图5是本发明实施例1提供的弯曲机构的放大示意图；
图6是本发明实施例1提供的第一齿轮或第二齿轮的结构示意图；
图7是本发明实施例1提供的小腿连接件的结构示意图；
图8是本发明实施例1提供的小腿连接件的结构示意图；
图9是本发明实施例1提供的绑带板的结构示意图；
图10是本发明实施例1提供的大头螺母的结构示意图；
图11是本发明实施例1提供的小腿自适应机构的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
实施例1提供一种自适应性膝关节穿戴装置，下面对其结构进行详细描述。
参考图1至3，该装置包括一个大腿连接件1、一个小腿连接件2、一个大腿绑带3、一个小腿绑带4、两个弯曲机构5和小腿自适应机构6。
大腿连接件1包括大腿后挡板11、大腿左连接板12和大腿右连接板13，大腿左连接板12和大腿右连接板13的顶端分别固定于大腿后挡板11的两端形成半包围结构，适用于包住人体大腿的后部。
参考图4，大腿绑带3包括弧形板部31和绷带部32，大腿绑带3的弧形板部31与大腿后挡板11固定连接，绷带部32的两端固定于弧形板部31弧形内侧中线的两侧。绷带部32内穿设有拉绳，绷带部32采用拉绳锁紧。
为了增强小腿绑带4穿戴的灵活性，使上半部分能更好的锁紧在小腿肚最高点的上方，极大的减少了装置在人行走过程往下坠的情况，小腿绑带4包括位于上部的第一小腿绑带41和位于下部的第二小腿绑带42，第一小腿绑带41和第二小腿绑带42固定于小腿自适应机构6上，具体地，第一小腿绑带41和第二小腿绑带42固定于小腿自适应机构6的绑带板65上，详见下文。小腿绑带4内穿设有拉绳，第一小腿绑带41和第二小腿绑带42均采用拉绳锁紧。
为了增强大腿绑带3对于不同人体的适用性，大腿绑带3还设置有大腿粗度单向锁紧机构33，该大腿粗度单向锁紧机构33包括锁条和棘爪，
弧形板部31两侧固定连接有多个锁条，其中每侧分布有两个锁条，每个锁条上均匀设置有多个棘齿，绷带部32的两侧设置有多个锁扣，每个锁扣内均设有棘爪，锁条在锁扣内直线运动停止时，锁条上的棘齿能被锁扣内的棘爪锁紧，只能进行单向间隙的运动，锁条在锁扣内的单向间隙运动，直至将弧形板部31和绷带部32围成粗度满足包裹住人体大腿的要求时，将大腿绑带3的粗度锁紧。
小腿连接件2包括小腿后挡板21、小腿左连接板22和小腿右连接板23，小腿后挡板21通过小腿自适应机构6连接于小腿绑带4，小腿左连接板22和小腿右连接板23的底端分别固定于小腿后挡板21的两端形成半包围结构，适用于包住人体小腿的后部；小腿绑带4用于包住人体小腿。
为了增加该装置穿戴行走过程中后大腿与小腿之间的弯曲适用性，大腿左连接板12和小腿左连接板22之间和大腿右连接板13和小腿右连接板23之间分别通过两个弯曲机构5连接。
参考图5，弯曲机构5包括第一齿轮51和第二齿轮52，第一齿轮51固定于大腿左连接板12或大腿右连接板13的底端，第二齿轮52固定于小腿左连接板22或小腿右连接板23的顶端，第一齿轮51与第二齿轮52啮合。
具体地，参考图6，第一齿轮51和第二齿轮52的中部固定有齿轮转轴501，第一齿轮51和第二齿轮52均包括有齿区502和无齿区503，有齿区502的轮缘上设置有齿，无齿区503轮缘内设置有螺钉轴孔504，螺钉轴孔504与齿轮转轴501相垂直。
大腿左连接板12和大腿右连接板13的底端均设置有与第一齿轮51的无齿区503相配合的半圆弧槽103，小腿左连接板22和小腿右连接板23的顶端均设置有与第二齿轮52的无齿区503相配合的半圆弧槽103，如图7所示。
第一齿轮51的无齿区503通过螺钉固定于大腿左连接板12或大腿右连接板13的半圆弧槽103内，第二齿轮52的有齿区502通过螺钉固定于小腿左连接板22或小腿右连接板23的的半圆弧槽103内，第一齿轮51的有齿区502与第二齿轮52的有齿区502啮合。
具体地，半圆弧槽103的两端分别设置有外端通孔和内端孔。第一齿轮51的无齿区503设于大腿左连接板12或大腿右连接板13的半圆弧槽103内，且枢轴穿过大腿左连接板12或大腿右连接板13底端半圆弧槽103的外端通孔、第一齿轮51的螺钉轴孔504直至与大腿左连接板12或大腿右连接板13底端半圆弧槽103的内端孔固定连接，将第一齿轮51枢接于大腿左连接板12或大腿右连接板13的底端；第二齿轮52的有齿区502设于小腿左连接板22或小腿右连接板23的的半圆弧槽103内，且枢轴穿过小腿左连接板22或小腿右连接板23的顶端的外端通孔、第二齿轮52的螺钉轴孔504直至与小腿左连接板22或小腿右连接板23底端半圆弧槽103的内端孔固定连接，将第二齿轮52固定于小腿左连接板22或小腿右连接板23的顶端。
为了提高第一齿轮51和第二齿轮52啮合的稳定性和保护该齿轮，进一步地，参考图3和图8，弯曲机构5包括内盖53、外盖54、两个内盖轴承55和两个外盖轴承56，内盖53和外盖54对接形成一个密封盒，相互啮合的第一齿轮51盒第二齿轮52设置于该密封盒内。
更具体地，内盖53上有两个内盖轴承槽，外盖54上设置有两个外盖轴承槽，两个内盖轴承55的外圈分别固定于两个内盖轴承槽内，两个外盖轴承56的外圈分别固定于两个外盖轴承槽内，第一齿轮51的齿轮转轴501的两端分别固定于位于上端的内盖轴承55和外盖轴承56的内圈，第二齿轮52的齿轮转轴501的两端分别固定于位于下端的内盖轴承55和外盖轴承56的内圈。
由于人体大腿和小腿之间不是线性的，且小腿与大腿的结合处往往需要实现弯曲，为了增强该装置对于人体小腿活动的适用性，该装置还包括小腿自适应机构6。
参考图9至图11，小腿自适应机构6包括一个绑带板65、一个铰链板61、两个铰链轴63、两个轴套62、一个旋钮螺栓60和一个大头螺母64。
小腿后挡板21中部沿水平方向设置有长条形的水平位移槽210，绑带板65沿竖直方向设置有长条形的竖直位移槽650，竖直位移槽650的两侧设置有两个凸起的轴底座651，两个轴底座651之间的距离大于小腿后挡板21的宽度，每个轴底座651的两侧分别开设有两个穿孔，两个轴套62分别穿套于两个铰链轴63上，且铰链轴63的两端活动穿设于轴底座651的两个穿孔上，以实现两个轴套62分别活动枢接于轴底座651上。铰链板61的中部与绑带板65夹设小腿后挡板21，且铰链板61的两端分别与两个轴套62通过螺栓固定连接。其中，铰链板61与轴套62通过四个螺栓固定连接，其中轴套62为耐磨材料，轴套62和绑带板65通过铰链轴63连接在一起，绑带板65与小腿后挡板21固定。
具体地，上端的轴套62的两端分别设置有两个固定孔，铰链板61的上端两侧分别设置螺栓穿孔，铰链板61的上端与上端的轴套62通过螺栓固定于小腿后挡板21上端的两侧；下端的轴套62的两端分别设置有两个固定孔，铰链板61的下端两侧分别设置螺栓穿孔，铰链板61的下端与下端的轴套62通过螺栓固定于小腿后挡板21下端的两侧。
铰链板61上开设有竖直方向的旋钮螺栓移动孔610，大头螺母64设置于绑带板65的竖直位移槽650上且大头螺母64的大头端卡设于竖直位移槽650，
旋钮螺栓60设置有旋转头，旋钮螺栓60从外自内依次穿过铰链板61上的旋钮螺栓移动孔610、小腿后挡板21的水平位移槽210，与大头螺母64通过螺纹连接，使得旋钮螺栓60的旋转头和大头螺母64的大头端分别从两侧将铰链板61、小腿后挡板21和绑带板65固定连接成一个整体，且小腿后挡板21与绑带板65之间能通过绕两个铰链轴63旋转而发生相对转动。
其中，绑带板65在小腿后挡板21上沿水平位移槽210发生左右相对滑动，旋钮螺栓60和大头螺母64可分别在铰链板61沿着旋钮螺栓移动孔610和在绑带板65沿着竖直位移槽650发生上下相对滑动，且由于绑带板65和小腿后挡板21存有活动间隙，与两个轴套62固定连接的小腿后挡板21通过两个铰链轴63与绑带板65发生相对转动。
穿戴时，先把大腿绑带3固定于大腿的合适位置，让后把小腿绑带3与小腿先预紧但不完全固定，然后来回轻轻屈伸膝盖，待绑带板65稳定在小腿的某个合适位置时，然后拧紧旋钮螺钉60，最后再锁紧小腿绑带4。即可实现了小腿绑带2可以沿腿长、腿宽、腿圆周方向三个自由度的自适应，提供了良好的穿戴舒适感。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (6)

1.一种自适应性膝关节穿戴装置，其特征在于，包括一个大腿连接件(1)、一个小腿连接件(2)、一个大腿绑带(3)、一个小腿绑带(4)、两个弯曲机构(5)和小腿自适应机构(6)，
所述大腿连接件(1)包括大腿后挡板(11)、大腿左连接板(12)和大腿右连接板(13)，所述大腿绑带(3)与所述大腿后挡板(11)固定连接，所述大腿左连接板(12)和所述大腿右连接板(13)的顶端分别固定于所述大腿后挡板(11)的两端；
所述小腿连接件(2)包括小腿后挡板(21)、小腿左连接板(22)和小腿右连接板(23)，所述小腿后挡板(21)通过所述小腿自适应机构(6)与所述小腿绑带(4)固定连接，所述小腿左连接板(22)和所述小腿右连接板(23)的底端分别固定于所述小腿后挡板(21)的两端；
所述大腿左连接板(12)和所述小腿左连接板(22)之间以及所述大腿右连接板(13)和所述小腿右连接板(23)之间分别通过两个所述弯曲机构(5)连接，所述弯曲机构(5)包括第一齿轮(51)和第二齿轮(52)，所述第一齿轮(51)设置于所述大腿左连接板(12)或所述大腿右连接板(13)的底端，所述第二齿轮(52)设置于所述小腿左连接板(22)或所述小腿右连接板(23)的顶端，所述第一齿轮(51)与所述第二齿轮(52)啮合；
其中，所述小腿自适应机构(6)包括一个绑带板(65)、一个铰链板(61)、两个铰链轴(63)、两个轴套(62)、旋钮螺栓(60)和大头螺母(64)，
所述小腿后挡板(21)中部沿水平方向设置有长条形的水平位移槽(210)，所述绑带板(65)沿竖直方向设置有长条形的竖直位移槽(650)，所述竖直位移槽(650)的两侧的绑带板(65)上设置有两个凸起的轴底座(651)，且两个所述轴底座(651)之间的距离大于所述小腿后挡板(21)的宽度，两个所述轴套(62)分别套设于两个铰链轴(63)上，两个铰链轴(63)分别活动枢接于所述轴底座(651)上；
所述铰链板(61)的中部与所述绑带板(65)夹设所述小腿后挡板(21)，且所述铰链板(61)的两端分别与两个所述轴套(62)通过螺栓固定连接；
所述铰链板(61)上开设有竖直方向的旋钮螺栓移动孔(610)，大头螺母(64)设置于绑带板(65)的竖直位移槽(650)上且所述大头螺母(64)的大头端卡设于竖直位移槽(650)；
所述旋钮螺栓(60)设置有旋转头，旋钮螺栓(60)从外自内依次穿过所述铰链板(61)上的旋钮螺栓移动孔(610)、所述小腿后挡板(21)的水平位移槽(210)，与所述大头螺母(64)通过螺纹连接，使得所述旋钮螺栓(60)的旋转头和所述大头螺母(64)的大头端分别从两侧将所述铰链板(61)、小腿后挡板(21)和所述绑带板(65)固定连接成铰链结构，所述小腿后挡板(21)与所述绑带板(65)之间能通过绕两个铰链轴(63)旋转而发生相对转动；
以使所述小腿自适应机构(6)能沿着水平方向、竖直方向和沿着所述小腿绑带(4)旋转的自由度，实现了该装置对于人体小腿的自适应和提高了装置穿戴舒适性。
2.如权利要求1所述的自适应性膝关节穿戴装置，其特征在于，
所述小腿绑带(4)包括位于上部的第一小腿绑带(41)和位于下部的第二小腿绑带(42)，所述第一小腿绑带(41)和所述第二小腿绑带(42)均固定于所述绑带板(65)上；所述小腿绑带(4)内穿设有拉绳，所述第一小腿绑带(41)和所述第二小腿绑带(42)均采用拉绳锁紧。
3.如权利要求1所述的自适应性膝关节穿戴装置，其特征在于，
所述大腿绑带(3)包括弧形板部(31)和绷带部(32)，所述绷带部(32)的两端固定于所述弧形板部(31)弧形内侧中线的两侧，所述绷带部(32)内穿设有拉绳，所述绷带部(32)采用拉绳锁紧。
4.如权利要求3所述的自适应性膝关节穿戴装置，其特征在于，
所述大腿绑带(3)还包括大腿粗度单向锁紧机构(33)，
所述大腿粗度单向锁紧机构(33)包括锁条和棘爪，
所述弧形板部(31)两侧固定连接有多个锁条，每个锁条上均匀设置有多个棘齿，
所述绷带部(32)的两侧设置有多个锁扣，每个锁扣内均设有棘爪，
当锁条在锁扣内直线运动停止时，所述锁条上的棘齿能被锁扣内的棘爪锁紧。
5.如权利要求1所述的自适应性膝关节穿戴装置，其特征在于，
所述第一齿轮(51)和所述第二齿轮(52)的中部固定有齿轮转轴(501)，所述第一齿轮(51)和所述第二齿轮(52)均包括有齿区(502)和无齿区(503)，所述有齿区(502)的轮缘上设置有齿，所述无齿区(503)轮缘内设置有螺钉轴孔(504)，螺钉轴孔(504)与齿轮转轴(501)相垂直；
所述大腿左连接板(12)和所述大腿右连接板(13)的底端均设置有半圆弧槽(103)，所述小腿左连接板(22)和所述小腿右连接板(23)的顶端均设置有半圆弧槽(103)；
所述第一齿轮(51)的无齿区(503)通过螺钉固定于所述大腿左连接板(12)或所述大腿右连接板(13)的半圆弧槽(103)内，所述第二齿轮(52)的有齿区(502)通过螺钉固定于所述小腿左连接板(22)或所述小腿右连接板(23)的半圆弧槽(103)内，所述第一齿轮(51)的有齿区(502)与所述第二齿轮(52)的有齿区(502)啮合。
6.如权利要求5所述的自适应性膝关节穿戴装置，其特征在于，
所述弯曲机构(5)包括内盖(53)、外盖(54)、两个内盖轴承(55)和两个外盖轴承(56)，所述内盖(53)和所述外盖(54)对接形成一个密封盒，相互啮合的第一齿轮(51)盒第二齿轮(52)设置于该密封盒内；
其中，所述内盖(53)上有两个内盖轴承槽，所述外盖(54)上设置有两个外盖轴承槽，两个所述内盖轴承(55)的外圈分别固定于两个内盖轴承槽内，两个所述外盖轴承(56)的外圈分别固定于两个外盖轴承槽内，所述第一齿轮(51)的齿轮转轴(501)的两端分别固定于位于上端的所述内盖轴承(55)和所述外盖轴承(56)的内圈，所述第二齿轮(52)的齿轮转轴(501)的两端分别固定于位于下端的所述内盖轴承(55)和所述外盖轴承(56)的内圈。
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