CN112245238B - 一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器 - Google Patents

一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及医疗辅助器械技术领域，尤其是一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其中大腿支撑组件的上下端分别和腰部固定外壳、小腿支撑组件的上端铰接，大腿支撑组件上固定杠杆支架，小腿支撑组件的下方滑动式安装有三角支架组件，小腿支撑组件和三角支架组件之间连接弹簧一，三角支架组件的上部安装行程放大滑轮，提拉钢线的下端固定在小腿支撑组件上，提拉钢线的下端向下延伸绕过行程放大滑轮后向上延伸穿过杠杆支架的限位孔后固定在腰部固定杆件上，三角支架组件的上端固定多级锯齿，当多级锯齿滑动时，多级锯齿能够安插扣合在两个锁钩之间实现多级锁定；当解锁钢线向上提拉时解锁，有效利用能量，不需要电池，无须担心续航问题。

Description

一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器
技术领域
本发明涉及医疗辅助器械技术领域，尤其是一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器。
背景技术
现阶段市面上的康复外骨骼多为主动式，依靠电池提供动力，机体体积大，有一定重量，使用者穿戴时需要承受机体带来的负重。并且电池蓄电能力有限，穿戴一段时间后需要进行充电，操作繁琐。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点，提供一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，实现系统有效缓冲与能量的高效转化，防止人体弹回，实现人体运动有效助力，不需要电池，无须担心续航问题，不会给使用者带来大量额外重量负担。
本发明所采用的技术方案如下：一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，包括两个支撑单元，支撑单元包括腰部固定杆件、大腿支撑组件和小腿支撑组件，大腿支撑组件的上下端分别和腰部固定杆件的下端、小腿支撑组件的上端铰接，大腿支撑组件上固定杠杆支架，小腿支撑组件的下方安装有三角支架组件且二者可相对滑动，小腿支撑组件和三角支架组件之间连接弹簧一，三角支架组件的上部安装行程放大滑轮，提拉钢线的下端固定在小腿支撑组件上，提拉钢线的下端向下延伸绕过行程放大滑轮后向上延伸穿过杠杆支架的限位孔后提拉钢线的上端固定在腰部固定杆件上，三角支架组件的上端固定多级锯齿，小腿支撑组件中铰接安装两个锁钩，两个锁钩的上端弹性相连，解锁钢线的上端固定在在腰部固定杆件上，解锁钢线的上端向下延伸穿过杠杆支架的限位孔后分成两条分支钢线分别和两个锁钩的下端固定相连，两个锁钩的下端分别通过连接钢线和多级锯齿的上端相连；当多级锯齿跟随三角支架组件一同滑动时，多级锯齿能够安插到两个锁钩之间并和锁钩扣合实现多级锁定；当解锁钢线向上提拉时，带动两个锁钩的下端相互远离锁钩实现解锁。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述三角支架组件包括条杆一和直角板，直角板贴靠固定在条杆一的下端且直角板的一条直角边和条杆一垂直，小腿固定套的下端连接鞋状足部支撑套，当足部支撑套着地时，所述直角板的一条直角边压制地面。
所述小腿支撑组件包括条杆二，条杆二的横截面为U型，条杆二内部构成条形限位槽道一，条杆二的中部固定U型固定支架一，固定支架一的两侧壁贴靠固定在条杆二的两外侧壁上，固定支架一的中部安装螺钉一，提拉钢线的下端缠绕固定在螺钉一上。
所述条杆一的横截面为U型，条杆一内部构成条形限位槽道二，条杆一的杆身安插在条杆二中构成可滑动式配合，条杆一的槽口和条杆二的槽口相对布置，行程放大滑轮安装在条杆一的上端杆身处。
所述条杆二的下部固定U型固定支架二，固定支架二的两侧壁贴靠固定在条杆二的两外侧壁上，弹簧一的下端固定在固定支架二的中部，弹簧一的上端固定在条杆一的中部，弹簧一的长度方向和条杆一的长度方向一致。
所述多级锯齿的两侧分别对称设有锯齿，多级锯齿的下端固定在条杆一的上端，两个锁钩的上端通过弹簧二相连，两个锁钩的下端向内侧分别悬伸有和多级锯齿的两侧锯齿相配合的钩子，两个锁钩的上端内侧分别开设卡槽，弹簧二的两端分别安插在两个锁钩的卡槽中，两个锁钩的中上部分别通过铰接轴铰接固定在条杆二的槽底面上。
位于两个锁钩两侧的条杆二的两外侧壁上分别固定安装块，两个安装块上布置弧形限位管壁，弧形限位管壁和安装块围合成弧形限位通道，两个弧形限位通道的内弧相对布置，两个锁钩的下端分别垂直固定螺钉二，两条分支钢线分别自两个弧形限位通道后穿过后固定在相应的螺钉二上，所述多级锯齿的中上部固定定位块，定位块中开设通孔一，所述连接钢线自通孔一中穿过，连接钢线的两端分别固定在两个螺钉二上。
所述大腿支撑组件包括条杆三，杠杆支架为条形块状且垂直固定在条杆三的中上部，条杆三的下端和条杆二的上端铰接且在此铰接处的铰接轴上安装限位滑轮，位于限位滑轮下方的条杆二上垂直固定限位板，限位板中开设两个通孔二，解锁钢线绕过限位滑轮后从限位板的其中一个通孔二中穿出分成两条分支钢线，提拉钢线绕过限位滑轮后从限位板的另一个通孔二中穿出向下延伸绕过行程放大滑轮。
所述条杆三的上端沿杆长方向开设多个均匀间隔布置的铰接孔，在其中一个铰接孔处通过铰接轴实现和腰部固定杆件下端的铰接。
所述支撑单元还包括腰部固定外壳、大腿固定套和小腿固定套，腰部固定杆件固定在腰部固定外壳中，两个支撑单元分布在腰部固定外壳的两侧，大腿支撑组件外部套设大腿支架外壳，小腿支撑组件外部套设小腿支架外壳，大腿支架外壳的上端铰接在腰部固定外壳的一侧，大腿支架外壳的下端和小腿支架外壳的上端铰接，大腿固定套固定在大腿支架外壳的内侧，小腿固定套固定在小腿支架外壳的内侧。
本发明的有益效果如下：本申请所述锁钩和多级锯齿的配合在弹簧一拉伸储能时能够锁定弹簧一长度，实现系统有效缓冲与能量的高效转化，防止人体弹回；人体负重越大，速度越高，弹簧一压缩量越大，锁钩、多级锯齿将弹簧一拉伸长度锁定时储存的能量越多。在弹簧一释放储存能量时，弹簧一缩短使得条杆一相对于条杆二向下移动，行程放大滑轮带动提拉钢线张紧，张紧移动长度为下移距离的两倍，实现了行程放大的效果。提拉钢线张紧的长度变化转化为腰部固定杆件和条杆三在一定角度之间的旋转角度变化。此结构实现了行程小力量大的重力转化成行程长力量小的抬腿。有效利用能量，减少步态影响。本申请不需要电池，无须担心续航问题，不会给使用者带来大量额外重量负担。
附图说明
图1是本发明的结构图。
图2是图1的部分结构图。
图3是图2中A部分的放大图。
图4是图2中B部分的放大图。
图5是本发明锁钩和多级锯齿配合的结构图。
其中：1、条杆一；2、条杆二；3、行程放大滑轮；5、限位滑轮；6、固定支架一；7、条杆三；10、腰部固定杆件；11、弹簧一；12、直角板；13、固定支架二；14、多级锯齿；15、锁钩；16、弹簧二；18、提拉钢线；191、分支钢线；19、解锁钢线；20、杠杆支架；21、小腿支架外壳；22、小腿固定套；23、大腿固定套；24、大腿支架外壳；25、腰部固定外壳；26、足部支撑套；27、螺钉一；28、螺钉二；29、安装块；30、弧形限位管壁；31、限位板；32、铰接孔；33、定位块。
具体实施方式
下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本实施例的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，包括两个支撑单元，支撑单元包括腰部固定杆件10、大腿支撑组件和小腿支撑组件，大腿支撑组件的上下端分别和腰部固定杆件10的下端、小腿支撑组件的上端铰接，大腿支撑组件上固定杠杆支架20，小腿支撑组件的下方安装有三角支架组件且二者可相对滑动，小腿支撑组件和三角支架组件之间连接弹簧一11，三角支架组件的上部安装行程放大滑轮3，提拉钢线18的下端固定在小腿支撑组件上，提拉钢线18的下端向下延伸绕过行程放大滑轮3后向上延伸穿过杠杆支架20的限位孔后提拉钢线18的上端固定在腰部固定杆件10上，三角支架组件的上端固定多级锯齿14，小腿支撑组件中铰接安装两个锁钩15，两个锁钩15的上端弹性相连，解锁钢线19的上端固定在在腰部固定杆件10上，解锁钢线19的上端向下延伸穿过杠杆支架20的限位孔后分成两条分支钢线191分别和两个锁钩15的下端固定相连，两个锁钩15的下端分别通过连接钢线和多级锯齿14的上端相连；当多级锯齿14跟随三角支架组件一同滑动时，多级锯齿14能够安插到两个锁钩15之间并和锁钩15扣合实现多级锁定；当解锁钢线19向上提拉时，带动两个锁钩15的下端相互远离锁钩15实现解锁。
三角支架组件包括条杆一1和直角板12，直角板12贴靠固定在条杆一1的下端且直角板12的一条直角边和条杆一1垂直，小腿固定套22的下端连接鞋状足部支撑套26，当足部支撑套26着地时，直角板12的一条直角边压制地面。
小腿支撑组件包括条杆二2，条杆二2的横截面为U型，条杆二2内部构成条形限位槽道一，条杆二2的中部固定U型固定支架一6，固定支架一6的两侧壁贴靠固定在条杆二2的两外侧壁上，固定支架一6的中部安装螺钉一27，提拉钢线18的下端缠绕固定在螺钉一27上。
条杆一1的横截面为U型，条杆一1内部构成条形限位槽道二，条杆一1的杆身安插在条杆二2中构成可滑动式配合，条杆一1的槽口和条杆二2的槽口相对布置，行程放大滑轮3安装在条杆一1的上端杆身处。
条杆二2的下部固定U型固定支架二13，固定支架二13的两侧壁贴靠固定在条杆二2的两外侧壁上，弹簧一11的下端固定在固定支架二13的中部，弹簧一11的上端固定在条杆一1的中部，弹簧一11的长度方向和条杆一1的长度方向一致。
多级锯齿14的两侧分别对称设有锯齿，多级锯齿14的下端固定在条杆一1的上端，两个锁钩15的上端通过弹簧二16相连，两个锁钩15的下端向内侧分别悬伸有和多级锯齿14的两侧锯齿相配合的钩子，两个锁钩15的上端内侧分别开设卡槽，弹簧二16的两端分别安插在两个锁钩15的卡槽中，两个锁钩15的中上部分别通过铰接轴铰接固定在条杆二2的槽底面上。
位于两个锁钩15两侧的条杆二2的两外侧壁上分别固定安装块29，两个安装块29上布置弧形限位管壁30，弧形限位管壁30和安装块29围合成弧形限位通道，两个弧形限位通道的内弧相对布置，两个锁钩15的下端分别垂直固定螺钉二28，两条分支钢线191分别自两个弧形限位通道后穿过后固定在相应的螺钉二28上，多级锯齿14的中上部固定定位块33，定位块33中开设通孔一，连接钢线自通孔一中穿过，连接钢线的两端分别固定在两个螺钉二28上。
大腿支撑组件包括条杆三7，杠杆支架20为条形块状且垂直固定在条杆三7的中上部，条杆三7的下端和条杆二2的上端铰接且在此铰接处的铰接轴上安装限位滑轮5，位于限位滑轮5下方的条杆二2上垂直固定限位板31，限位板31中开设两个通孔二，解锁钢线19绕过限位滑轮5后从限位板31的其中一个通孔二中穿出分成两条分支钢线191，提拉钢线18绕过限位滑轮5后从限位板31的另一个通孔二中穿出向下延伸绕过行程放大滑轮3。
条杆三7的上端沿杆长方向开设多个均匀间隔布置的铰接孔32，在其中一个铰接孔32处通过铰接轴实现和腰部固定杆件10下端的铰接。
支撑单元还包括腰部固定外壳25、大腿固定套23和小腿固定套22，腰部固定杆件10固定在腰部固定外壳25中，两个支撑单元分布在腰部固定外壳25的两侧，大腿支撑组件外部套设大腿支架外壳24，小腿支撑组件外部套设小腿支架外壳21，大腿支架外壳24的上端铰接在腰部固定外壳25的一侧，大腿支架外壳24的下端和小腿支架外壳21的上端铰接，大腿固定套23固定在大腿支架外壳24的内侧，小腿固定套22固定在小腿支架外壳21的内侧。
具体使用时，将本申请的腰部固定外壳25套在使用者的腰部，将两个大腿固定套23套在大腿上，将两个小腿固定套22套在小腿上，脚部放置在足部支撑套26上，其中，腰部固定外壳25、大腿固定套23和小腿固定套22可以采用魔术贴等实现可开合，以便于穿戴。穿戴好以后，行走时下压三角支架组件，条杆一1相对于条杆二2向上滑动一定行程，弹簧一11被拉伸，多级锯齿14随之向上移动一定行程后，两个锁钩15将多级锯齿14的位置锁定，同时将弹簧一11拉伸的长度锁定，将重力势能储存在拉伸的弹簧一11中。在髋关节摆动时，会提拉解锁钢线19，解锁钢线19通过两个分支钢线191拉动两个锁钩15的下端使得两个锁钩15的下端相互远离，从而使得锁钩15远离多级锯齿14实现解锁，释放弹簧一11储存的能量。在弹簧一11释放储存能量时，条杆一1相对条杆二2向下移动，行程放大滑轮3带动提拉钢线18张紧，张紧长度为条杆一1下移距离的两倍，与杠杆支架20共同组成的杠杆结构拉动大腿抬起，实现助力。
本申请的创新点如下：所述锁钩15和多级锯齿14的配合在弹簧一11拉伸储能时能够锁定弹簧一11长度，实现系统有效缓冲与能量的高效转化，防止人体弹回；人体负重越大，速度越高，弹簧一11压缩量越大，锁钩15、多级锯齿14将弹簧一11拉伸长度锁定时储存的能量越多。在弹簧一11释放储存能量时，弹簧一11缩短使得条杆一1相对于条杆二2向下移动，行程放大滑轮3带动提拉钢线18张紧，张紧移动长度为下移距离的两倍，实现了行程放大的效果。提拉钢线18张紧的长度变化转化为腰部固定杆件10和条杆三7在一定角度之间的旋转角度变化。此结构实现了行程小力量大的重力转化成行程长力量小的抬腿。有效利用能量，减少步态影响。本申请不需要电池，无须担心续航问题，不会给使用者带来大量额外重量负担。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在本发明的保护范围之内，可以作任何形式的修改。

Claims (10)

1.一种基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：包括两个支撑单元，支撑单元包括腰部固定杆件(10)、大腿支撑组件和小腿支撑组件，大腿支撑组件的上下端分别和腰部固定杆件(10)的下端、小腿支撑组件的上端铰接，大腿支撑组件上固定杠杆支架(20)，小腿支撑组件的下方安装有三角支架组件且二者可相对滑动，小腿支撑组件和三角支架组件之间连接弹簧一(11)，三角支架组件的上部安装行程放大滑轮(3)，提拉钢线(18)的下端固定在小腿支撑组件上，提拉钢线(18)的下端向下延伸绕过行程放大滑轮(3)后向上延伸穿过杠杆支架(20)的限位孔后提拉钢线(18)的上端固定在腰部固定杆件(10)上，三角支架组件的上端固定多级锯齿(14)，小腿支撑组件中铰接安装两个锁钩(15)，两个锁钩(15)的上端弹性相连，解锁钢线(19)的上端固定在在腰部固定杆件(10)上，解锁钢线(19)的上端向下延伸穿过杠杆支架(20)的限位孔后分成两条分支钢线(191)分别和两个锁钩(15)的下端固定相连，两个锁钩(15)的下端分别通过连接钢线和多级锯齿(14)的上端相连；当多级锯齿(14)跟随三角支架组件一同滑动时，多级锯齿(14)能够安插到两个锁钩(15)之间并和锁钩(15)扣合实现多级锁定；在髋关节摆动时，会提拉解锁钢线(19)，解锁钢线(19)通过两个分支钢线(191)拉动两个锁钩(15)的下端使得两个锁钩(15)的下端相互远离，从而使得锁钩(15)远离多级锯齿(14)实现解锁，释放弹簧一(11)储存的能量。
2.如权利要求1所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述三角支架组件包括条杆一(1)和直角板(12)，直角板(12)贴靠固定在条杆一(1)的下端且直角板(12)的一条直角边和条杆一(1)垂直，小腿固定套(22)的下端连接鞋状足部支撑套(26)，当足部支撑套(26)着地时，所述直角板(12)的一条直角边压制地面。
3.如权利要求2所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述小腿支撑组件包括条杆二(2)，条杆二(2)的横截面为U型，条杆二(2)内部构成条形限位槽道一，条杆二(2)的中部固定U型固定支架一(6)，固定支架一(6)的两侧壁贴靠固定在条杆二(2)的两外侧壁上，固定支架一(6)的中部安装螺钉一(27)，提拉钢线(18)的下端缠绕固定在螺钉一(27)上。
4.如权利要求3所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述条杆一(1)的横截面为U型，条杆一(1)内部构成条形限位槽道二，条杆一(1)的杆身安插在条杆二(2)中构成可滑动式配合，条杆一(1)的槽口和条杆二(2)的槽口相对布置，行程放大滑轮(3)安装在条杆一(1)的上端杆身处。
5.如权利要求4所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述条杆二(2)的下部固定U型固定支架二(13)，固定支架二(13)的两侧壁贴靠固定在条杆二(2)的两外侧壁上，弹簧一(11)的下端固定在固定支架二(13)的中部，弹簧一(11)的上端固定在条杆一(1)的中部，弹簧一(11)的长度方向和条杆一(1)的长度方向一致。
6.如权利要求5所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述多级锯齿(14)的两侧分别对称设有锯齿，多级锯齿(14)的下端固定在条杆一(1)的上端，两个锁钩(15)的上端通过弹簧二(16)相连，两个锁钩(15)的下端向内侧分别悬伸有和多级锯齿(14)的两侧锯齿相配合的钩子，两个锁钩(15)的上端内侧分别开设卡槽，弹簧二(16)的两端分别安插在两个锁钩(15)的卡槽中，两个锁钩(15)的中上部分别通过铰接轴铰接固定在条杆二(2)的槽底面上。
7.如权利要求6所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：位于两个锁钩(15)两侧的条杆二(2)的两外侧壁上分别固定安装块(29)，两个安装块(29)上布置弧形限位管壁(30)，弧形限位管壁(30)和安装块(29)围合成弧形限位通道，两个弧形限位通道的内弧相对布置，两个锁钩(15)的下端分别垂直固定螺钉二(28)，两条分支钢线(191)分别自两个弧形限位通道后穿过后固定在相应的螺钉二(28)上，所述多级锯齿(14)的中上部固定定位块(33)，定位块(33)中开设通孔一，所述连接钢线自通孔一中穿过，连接钢线的两端分别固定在两个螺钉二(28)上。
8.如权利要求7所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述大腿支撑组件包括条杆三(7)，杠杆支架(20)为条形块状且垂直固定在条杆三(7)的中上部，条杆三(7)的下端和条杆二(2)的上端铰接且在此铰接处的铰接轴上安装限位滑轮(5)，位于限位滑轮(5)下方的条杆二(2)上垂直固定限位板(31)，限位板(31)中开设两个通孔二，解锁钢线(19)绕过限位滑轮(5)后从限位板(31)的其中一个通孔二中穿出分成两条分支钢线(191)，提拉钢线(18)绕过限位滑轮(5)后从限位板(31)的另一个通孔二中穿出向下延伸绕过行程放大滑轮(3)。
9.如权利要求8所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述条杆三(7)的上端沿杆长方向开设多个均匀间隔布置的铰接孔(32)，在其中一个铰接孔(32)处通过铰接轴实现和腰部固定杆件(10)下端的铰接。
10.如权利要求9所述的基于人体重力势能转化的康复外骨骼助行器，其特征在于：所述支撑单元还包括腰部固定外壳(25)、大腿固定套(23)和小腿固定套(22)，腰部固定杆件(10)固定在腰部固定外壳(25)中，两个支撑单元分布在腰部固定外壳(25)的两侧，大腿支撑组件外部套设大腿支架外壳(24)，小腿支撑组件外部套设小腿支架外壳(21)，大腿支架外壳(24)的上端铰接在腰部固定外壳(25)的一侧，大腿支架外壳(24)的下端和小腿支架外壳(21)的上端铰接，大腿固定套(23)固定在大腿支架外壳(24)的内侧，小腿固定套(22)固定在小腿支架外壳(21)的内侧。
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