CN112276909B - 一种自适应膝关节助力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自适应膝关节助力装置，涉及可穿戴助力器械领域；包括大腿连接组件和小腿连接组件，所述大腿连接组件和小腿连接组件之间通过驱动组件转动连接，所述大腿连接组件远离所述驱动组件的一端内侧转动连接有大腿绑带，所述小腿连接组件远离所述驱动组件的一端内侧转动连接有小腿绑带。本发明提供的自适应膝关节助力装置，在穿戴者行走中，该装置会根据穿戴者膝关节运动变化时刻做出调整，使得其运动轴线始终与人体膝关节运动轴线保持一致，消除了膝关节处人机之间的作用力，在减少穿戴者膝盖受力的同时，避免了助力装置对人体的伤害。

Description

一种自适应膝关节助力装置
技术领域
本发明涉及可穿戴助力器械领域，特别是涉及一种自适应膝关节助力装置。
背景技术
膝关节是人体最易损伤的关节之一，膝关节发病的主要原因在于长时间过度受力；因此，减小膝关节的运动负荷，使之保持在合理的受力范围是预防和治疗膝关节疾病的一大重要手段。
穿戴膝关节助力装置可以有效地减少膝关节的负荷；然而，现阶段的膝关节助力装置常存在运动轴线和人体膝关节运动轴线不重合的问题，当助力装置的运动轴线和人体膝关节运动轴线不重合时，在膝关节处会产生人机作用力，极易造成膝关节二次损伤。
发明内容
本发明的目的是提供一种自适应膝关节助力装置，以解决上述现有技术存在的问题，在穿戴者行走中，该装置会根据穿戴者膝关节运动变化时刻做出调整，使得其运动轴线始终与人体膝关节运动轴线保持一致，消除了膝关节处人机之间的作用力，在减少穿戴者膝盖受力的同时，避免了助力装置对人体的伤害。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
本发明提供一种自适应膝关节助力装置，包括大腿连接组件和小腿连接组件，所述大腿连接组件和小腿连接组件之间通过驱动组件转动连接，所述大腿连接组件远离所述驱动组件的一端内侧转动连接有大腿绑带，所述小腿连接组件远离所述驱动组件的一端内侧转动连接有小腿绑带。
可选的，所述大腿连接组件包括第一安装板和第一绑带安装块，所述第一安装板一侧开设有圆形安装槽，所述第一绑带安装块一端与所述大腿绑带固定连接，另一端固定设置有第一水平轴，所述第一水平轴上依次套设有第一护板和第一轴承，所述第一水平轴端部通过螺钉固定连接第一限位挡板后安装于所述第一安装板的圆形安装槽内，所述第一安装板开设有圆形安装槽的一侧边沿处固定设置有连接凸边，所述第一护板与所述第一安装板的连接凸边通过螺钉固定连接，所述第一轴承外侧与所述第一安装板的圆形安装槽的侧壁接触连接。
可选的，所述小腿连接组件包括第二安装板和第二绑带安装块，所述第二安装板一侧开设有圆形安装槽，所述第二绑带安装块一端与所述小腿绑带固定连接，另一端固定设置有第二水平轴，所述第二水平轴上依次套设有第二护板和第三轴承，所述第二水平轴端部通过螺钉固定连接第二限位挡板后安装于所述第二安装板的圆形安装槽内，所述第二安装板开设有圆形安装槽的一侧边沿处固定设置有连接凸边，所述第二护板与所述第二安装板的连接凸边通过螺钉固定连接，所述第三轴承外侧与所述第二安装板的圆形安装槽的侧壁接触连接。
可选的，所述第一安装板远离所述第一绑带安装块一端的内侧固定设置有第一导轨滑块组件，所述第一导轨滑块组件包括与所述第一安装板固定连接的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块；所述滑块上端与第一弹簧一端相连；所述第一弹簧另一端安装在所述第一安装板上；所述第一安装板远离所述第一绑带安装块的端部设置有开口；所述第二安装板远离所述第二绑带安装块一端的内侧固定设置有第二导轨滑块组件，所述第二导轨滑块组件包括与所述第二安装板固定连接的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块；所述滑块下端与第二弹簧一端相连；所述第二弹簧另一端安装在所述第二安装板上；所述第二安装板远离所述第二绑带安装块的端部设置有开口。
可选的，所述驱动组件包括安装轴、第一旋转板和第二旋转板；所述第一旋转板一端穿过所述第一安装板端部的开口后与所述第一导轨滑块组件的滑块固定连接，所述第一旋转板另一端转动连接有第一旋转板轴承槽，所述第二旋转板一端穿过所述第二安装板端部的开口后与所述第二导轨滑块组件的滑块固定连接，所述第二旋转板另一端转动连接有第二旋转板轴承槽；所述安装轴上套设有扭簧，所述扭簧两端分别与所述第一旋转板和第二旋转板连接，所述安装轴两端对称连接有第二轴承，所述安装轴一端通过第二轴承安装于第一旋转板轴承槽内，所述安装轴另一端通过第二轴承安装于第二旋转板轴承槽内；所述安装轴两端分别通过螺钉与所述第一旋转板轴承槽和第二旋转板轴承槽的内底壁固定连接。
本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：
本发明提供了一种自适应膝关节助力装置，采用RTRTR(R-转动副，T-移动副)运动副布置；驱动组件的回转轴线实际是膝关节助力装置的回转轴线，由于驱动组件两侧均具有转动副和移动副，当人佩戴上该装置后，驱动组件的回转轴线会根据人体膝关节运动轴线做出调整，并使之与人体膝关节运动轴线重合在一起；无论人体如何运动，驱动组件的回转轴线始终与人体膝关节运动轴线保持重合状态，从而使穿戴者膝盖活动更加自如；当穿戴者在屈膝运动时，驱动组件中的扭簧进行蓄能；当穿戴者在屈膝复位时，驱动组件中的扭簧便释放能量推动大小腿做伸展运动。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种自适应膝关节助力装置的总成装配图；
图2为本发明一种自适应膝关节助力装置中大腿连接组件装配图；
图3为本发明一种自适应膝关节助力装置中大腿连接组件的第一绑带安装块位置处剖视图；
图4为本发明一种自适应膝关节助力装置中大腿连接组件局部视图；
图5为本发明一种自适应膝关节助力装置中驱动组件装配图；
图6为本发明一种自适应膝关节助力装置中驱动组件剖面图；
图7为本发明一种自适应膝关节助力装置中小腿连接组件装配图；
图8为本发明一种自适应膝关节助力装置中小腿连接组件的第二绑带安装块位置处剖视图；
图9为本发明一种自适应膝关节助力装置中小腿连接组件局部视图；
附图标记说明：1—大腿连接组件；2—驱动组件；3—小腿连接组件；4—大腿绑带；5—小腿绑带；1-1—第一安装板；1-2—第一护板；1-3—第一绑带安装块；1-4—第一螺钉；1-5—第一轴承；1-6—第一挡板；1-7—第二螺钉；1-8—第一导轨滑块组件；2-1—第一旋转板；2-2—第二旋转板；2-3—第二轴承；2-4—扭簧；2-5—安装轴；2-6—第三螺钉；3-1—第二安装板；3-2—第二护板；3-3—第二绑带安装块；3-4—第四螺钉；3-5—第三轴承；3-6—第二挡板；3-7—第五螺钉；3-8—第二导轨滑块组件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种自适应膝关节助力装置，以解决上述现有技术存在的问题，在穿戴者行走中，该装置会根据穿戴者膝关节运动变化时刻做出调整，使得其运动轴线始终与人体膝关节运动轴线保持一致，消除了膝关节处人机之间的作用力，在减少穿戴者膝盖受力的同时，避免了助力装置对人体的伤害。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明提供一种自适应膝关节助力装置，如图1-图9所示，包括大腿连接组件1、驱动组件2、小腿连接组件3、大腿绑带4、小腿绑带5和螺钉，大腿绑带4通过螺钉安装在大腿连接组件1中的第一绑带安装块1-3上；驱动组件2中的第一旋转板2-1通过螺钉安装在大腿连接组件1中的第一导轨滑块组件1-8上；驱动组件2中的第二旋转板2-2通过螺钉安装在小腿连接组件3中的第二导轨滑块组件3-8上；小腿绑带5通过螺钉安装在小腿连接组件3中的第二绑带安装块3-3上。
大腿连接组件1包括第一安装板1-1、第一护板1-2、第一绑带安装块1-3、第一螺钉1-4、第一轴承1-5、第一挡板1-6、第二螺钉1-7、第一导轨滑块组件1-8；第一导轨滑块组件1-8安装在第一安装板1-1上；第一导轨滑块组件1-8中滑块的上端与第一弹簧(图中未注)一端连接；第一弹簧(图中未注)另一端安装在第一安装板1-1上；依次将第一护板1-2、第一轴承1-5装入第一绑带安装块1-3的轴上，并用第一挡板1-6和第二螺钉1-7限位固定后装入第一安装板1-1的圆形安装槽中；第一护板1-2通过第一螺钉1-4安装在第一安装板1-1上。
驱动组件2包括第一旋转板2-1、第二旋转板2-2、第二轴承2-3、扭簧2-4、安装轴2-5、第三螺钉2-6；将安装轴2-5装入扭簧2-4中，扭簧2-4两端分别与第一旋转板2-1和第二旋转板2-2固定连接，并在安装轴2-5两侧装入第二轴承2-3；将上述装配件一端装入第一旋转板2-1的第一旋转板轴承槽中，另一端装入第二旋转板2-2的第二旋转板轴承槽中；用第三螺钉2-6将第一旋转板轴承槽和第二旋转板轴承槽固定在安装轴2-5两端，第一转转板2-1能够沿第一旋转板轴承槽转动，第二旋转板2-2能够沿第二旋转板轴承槽转动。
小腿连接组件3包括第二安装板3-1、第二护板3-2、第二绑带安装块3-3、第四螺钉3-4、第三轴承3-5、第二挡板3-6、第五螺钉3-7、第二导轨滑块组件3-8；第二导轨滑块组件3-8安装在第二安装板3-1上；第二导轨滑块组件3-8中滑块的下端与第二弹簧(图中未注)一端连接；第二弹簧(图中未注)另一端安装在第二安装板3-1上；依次将第二护板3-2、第三轴承3-5装入第二绑带安装块3-3的轴上，并用第二挡板3-6和第五螺钉3-7限位固定后装入第二安装板3-1的圆形安装槽中；第二护板3-2通过第四螺钉3-4安装在第二安装板3-1上。
第一旋转板2-1远离第一旋转板轴承槽的一端穿过第一安装板1-1端部的开口后与第一导轨滑块组件1-8的滑块固定连接，第二旋转板2-2远离第二旋转板轴承槽的一端穿过第二安装板3-1端部的开口后与第二导轨滑块组件3-8的滑块固定连接。本发明使用时，采用大腿绑带4和小腿绑带5将其固定到人体的腿部上，受人体自身重力影响，当穿戴者在屈膝运动时，第一旋转板2-1和第二旋转板2-2分别穿过第一安装板2-2和第二安装板3-1底部开口的一端跟随导轨滑块组件的滑块在导轨上滑动，第一旋转板2-1和第二旋转板2-2另一端绕安装轴2-5转动，驱动组件2中的扭簧2-4进行蓄能；当穿戴者在屈膝复位时，驱动组件2中的扭簧2-4便释放能量推动大小腿做伸展运动；在穿戴者行走中，该装置会根据穿戴者膝关节运动变化时刻做出调整，使得其运动轴线始终与人体膝关节运动轴线保持一致，消除了膝关节处人机之间的作用力，在减少穿戴者膝盖受力的同时，避免了助力装置对人体的伤害。
本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种自适应膝关节助力装置，其特征在于：包括大腿连接组件和小腿连接组件，所述大腿连接组件和小腿连接组件之间通过驱动组件转动连接，所述大腿连接组件远离所述驱动组件的一端内侧转动连接有大腿绑带，所述小腿连接组件远离所述驱动组件的一端内侧转动连接有小腿绑带；所述大腿连接组件包括第一安装板和第一绑带安装块，所述第一安装板一侧开设有圆形安装槽，所述第一绑带安装块一端与所述大腿绑带固定连接，另一端固定设置有第一水平轴，所述第一水平轴上依次套设有第一护板和第一轴承，所述第一水平轴端部通过螺钉固定连接第一限位挡板后安装于所述第一安装板的圆形安装槽内，所述第一安装板开设有圆形安装槽的一侧边沿处固定设置有连接凸边，所述第一护板与所述第一安装板的连接凸边通过螺钉固定连接，所述第一轴承外侧与所述第一安装板的圆形安装槽的侧壁接触连接。
2.根据权利要求1所述的自适应膝关节助力装置，其特征在于：所述小腿连接组件包括第二安装板和第二绑带安装块，所述第二安装板一侧开设有圆形安装槽，所述第二绑带安装块一端与所述小腿绑带固定连接，另一端固定设置有第二水平轴，所述第二水平轴上依次套设有第二护板和第三轴承，所述第二水平轴端部通过螺钉固定连接第二限位挡板后安装于所述第二安装板的圆形安装槽内，所述第二安装板开设有圆形安装槽的一侧边沿处固定设置有连接凸边，所述第二护板与所述第二安装板的连接凸边通过螺钉固定连接，所述第三轴承外侧与所述第二安装板的圆形安装槽的侧壁接触连接。
3.根据权利要求2所述的自适应膝关节助力装置，其特征在于：所述第一安装板远离所述第一绑带安装块一端的内侧固定设置有第一导轨滑块组件，所述第一导轨滑块组件包括与所述第一安装板固定连接的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块；所述滑块上端与第一弹簧一端相连；所述第一弹簧另一端安装在所述第一安装板；所述第一安装板远离所述第一绑带安装块的端部设置有开口；所述第二安装板远离所述第二绑带安装块一端的内侧固定设置有第二导轨滑块组件，所述第二导轨滑块组件包括与所述第二安装板固定连接的导轨，所述导轨上滑动设置有滑块；所述滑块下端与第二弹簧一端相连；所述第二弹簧另一端安装在所述第二安装板；所述第二安装板远离所述第二绑带安装块的端部设置有开口。
4.根据权利要求3所述的自适应膝关节助力装置，其特征在于：所述驱动组件包括安装轴、第一旋转板和第二旋转板；所述第一旋转板一端穿过所述第一安装板端部的开口后与所述第一导轨滑块组件的滑块固定连接，所述第一旋转板另一端转动连接有第一旋转板轴承槽，所述第二旋转板一端穿过所述第二安装板端部的开口后与所述第二导轨滑块组件的滑块固定连接，所述第二旋转板另一端转动连接有第二旋转板轴承槽；所述安装轴上套设有扭簧，所述扭簧两端分别与所述第一旋转板和第二旋转板连接，所述安装轴两端对称连接有第二轴承，所述安装轴一端通过第二轴承安装于第一旋转板轴承槽内，所述安装轴另一端通过第二轴承安装于第二旋转板轴承槽内；所述安装轴两端分别通过螺钉与所述第一旋转板轴承槽和第二旋转板轴承槽的内底壁固定连接。
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