CN112704626B - 下肢康复用膝关节弹性自锁装置及使用方法 - Google Patents

下肢康复用膝关节弹性自锁装置及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置及使用方法，大腿支架与离合器一端弹性连接，小腿支架与离合器另一端连接，所述平衡检测机构用于在出现跌倒趋势时使离合器锁止。本发明中，离合器分别与大腿支架和小腿支架连接，离合器的定子在得电时能够抱死离合器动盘并使大腿支架和小腿支架相对锁止，离合器失电时使大腿支架和小腿支架能够相对转动，大腿支架与离合器外壳之间弹性连接，在小腿开始摆转或离合器锁止时能够提供一定的弹性缓冲，避免大腿支架和小腿支架对大腿和小腿的冲击。

Description

下肢康复用膝关节弹性自锁装置及使用方法
技术领域
本发明属于下肢康复技术领域，尤其是涉及一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置及使用方法。
背景技术
在康复领域中，以功能性电刺激引起的肌肉收缩作为动力源的外骨骼，如神工三号，被用于帮助脑卒中患者行走以及恢复步态的康复训练中。比如：膝关节模块包括离合器、大腿支架和小腿支架，大腿支架与离合器的一端连接，小腿支架与离合器另一端连接，离合器具有锁止或分离两种状态。当脑卒中患者穿戴好下肢外骨骼进行行走时，电刺激信号施加于大腿肌肉并引起收缩，然后带动膝关节模块转动，完成摆腿、伸直等动作。在实际使用中发现，脑卒中患者行走过程中，如果受到外界的平衡扰动，会产生跌倒的趋势，为了避免训练中跌倒，一种具有弹性自锁功能的模块化防跌倒膝关节制动装置显得十分必要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置。该装置能够在行走并产生跌倒趋势时自动锁止离合器且能降低大腿支架和小腿支架之间产生的冲击力。
本发明采取的技术方案是：
一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：包括离合器、大腿支架、小腿支架和平衡检测机构，大腿支架与离合器一端弹性连接，小腿支架与离合器另一端连接，所述平衡检测机构用于在出现跌倒趋势时使离合器锁止。
再有，所述大腿支架下端与大腿支架连接盘上端连接，该大腿支架连接盘下端与离合器一端的外壳弹性连接。
再有，所述弹性连接的结构包括安装盘，安装盘与外壳固定连接，在安装盘外缘中心对称的设置有两个按逆时针方向或顺时针方向弧形延伸的弹性臂，该两个弹性臂的末端与大腿支架连接盘连接。
再有，所述大腿支架连接盘与一主轴一端固定连接，大腿支架连接盘旁侧的外壳转动设置在主轴外缘，外壳内固定连接离合器定子，该离合器定子的内缘转动设置在主轴外缘，离合器定子旁侧的主轴外缘转动设置一轴承套，该轴承套朝向离合器定子的内部固定连接有离合器动盘，所述轴承套朝向离合器定子的外侧边缘固定连接小腿支架连接盘，小腿支架连接盘的下端固定连接小腿支架。
再有，所述轴承套朝向离合器定子的外侧边缘连接中间连接环，该中间连接环朝向离合器定子的外侧边缘固定连接所述小腿支架连接盘。
再有，所述离合器定子在得电后与离合器动盘锁止并使大腿支架和小腿支架相对锁止。
再有，所述平衡检测机构包括陀螺仪，该陀螺仪检测到检测到某一侧下肢处于跌倒趋势时使离合器锁止。
再有，所述外壳内设置两个间隔的限位块，所述小腿支架连接盘设置有一个凸起，该凸起伸入两个限位块之间。
再有，所述轴承座内部或外部设置有用于检测转动角度的检测机构。
本发明的另一个目的是提供一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置的使用方法，包括以下步骤：包含所述的下肢康复用膝关节弹性自锁装置；
A时刻：所述自锁装置通电自锁，患者保持站立状态；
B时刻：一条腿的离合器失电，离合器处于分离状态；调整重心至另一条腿；然后，电刺激大腿的阔筋膜张肌和股直肌，使得所述一条腿逐渐抬起；
所述平衡检测机构时时检测是否有跌倒的趋势，将存在跌倒趋势一侧的腿部的离合器锁止；
C时刻：所述一条腿抬起，当检测机构检测到所述一条腿到达预设定角度，所述自锁装置立刻通电，离合器处于锁止状态，膝关节不可相对运动；然后，患者前倾，并调节调整到抬起的所述一条腿；
D时刻：当所述一条腿落地并站稳后，离合器失电，离合器处于分离状态，膝关节可相对运动；然后，电刺激患者的股二头肌和半腱肌，使患者完成所述一条腿伸直的动作；
所述平衡检测机构时时检测是否有跌倒的趋势，将存在跌倒趋势一侧的腿部的离合器锁止；
E时刻：所述一条腿伸直，患者恢复站立状态，完成迈所述一条腿的动作。
患者准备开始迈另一条腿的动作。
本发明的优点和积极效果是：
本发明中，离合器分别与大腿支架和小腿支架连接，离合器的定子在得电时能够抱死离合器动盘并使大腿支架和小腿支架相对锁止，离合器失电时使大腿支架和小腿支架能够相对转动，大腿支架与离合器外壳之间弹性连接，在小腿开始摆转或离合器锁止时能够提供一定的弹性缓冲，避免大腿支架和小腿支架对大腿和小腿的冲击。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是图1的截面图；
图3是图1的零件爆炸图；
图4是弹性臂和安装盘的结构示意图；
图5是迈左腿的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明进一步说明，下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例来限定本发明的保护范围。
一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，如图1、2、3、4、5所示，本发明的创新在于：包括离合器、大腿支架2、小腿支架9和平衡检测机构，大腿支架与离合器一端弹性连接，小腿支架与离合器另一端连接，所述平衡检测机构用于在出现跌倒趋势时使离合器锁止。
大腿支架下端与大腿支架连接盘1上端连接，该大腿支架连接盘下端与离合器一端的外壳3弹性连接(标号10处)。
在离合器锁止时，由于锁止的动作快速完成，为了避免锁止动作对大腿和小腿的冲击，所以大腿直接连接盘采用的弹性连接的结构是：包括安装盘27，安装盘通过螺栓与外壳固定连接，在安装盘外缘中心对称的设置有两个按逆时针方向或顺时针方向弧形延伸的弹性臂26、29，该两个弹性臂的末端25、28与大腿支架连接盘连接。在锁止发生时，大腿支架连接盘带动弹性臂有一个继续保持运动方向的趋势，但在弹性臂的缓冲和弹力作用下逐渐停下，避免快读停下产生的对大腿和小腿的冲击。
大腿支架连接盘内部设置一套筒22，该套筒内穿装一主轴17的轴肩，该主轴的切边轴端穿过大腿支架连接盘并通过轴端挡片23和固定螺栓使大腿支架连接盘和主轴相互固定连接。大腿支架连接盘旁侧的外壳通过一个深沟球轴承24转动设置在主轴外缘，外壳内固定连接离合器定子12，该离合器定子的内缘通过一个深沟球轴承转动设置在主轴外缘且该深沟球轴承的一侧靠在上述套筒端面，离合器定子旁侧的主轴外缘通过两个深沟球轴承19转动设置一轴承套6，两个深沟球轴承之间设置有孔用弹性挡圈15，靠外侧深沟球轴承的主轴端部上套装一轴用弹性挡圈16，该轴承套朝向离合器定子的内部固定连接有离合器动盘13，所述轴承套朝向离合器定子的外侧边缘固定连接小腿支架连接盘4，小腿支架连接盘的下端7通过连接架8固定连接小腿支架。
轴承套朝向离合器定子的外侧边缘连接中间连接环5，该中间连接环朝向离合器定子的外侧边缘固定连接所述小腿支架连接盘。
离合器定子设置的接线口11伸出外壳外，离合器定子在得电后与离合器动盘锁止并使大腿支架和小腿支架相对锁止。
平衡检测机构包括陀螺仪，陀螺仪可以装在离合器外表面上或者安装在外骨骼的任意处或者安装在处于下肢位置的其他佩戴式结构上，该陀螺仪检测到某一侧下肢处于跌倒趋势时向外骨骼的控制单元发送数据，由控制单元驱动离合器锁止。
外壳内设置两个间隔的限位块21，所述小腿支架连接盘设置有一个凸起20，该凸起伸入两个限位块之间并用于限制小腿支架的最大摆转角度。轴承座内部或外部设置有用于检测转动角度的检测机构，该机构可以是旋转编码器，也可以是电位计，如图2、3所示，图中为电位计方式的检测机构，既端盖14安装在轴承套上，主轴位于该处的端部设置有D字形轴端18，该D字形轴端与电位计的调节旋钮连接，当主轴转动时，D字形轴端带动电位计旋钮转动彬输出不同的电阻值，控制单元接收后转换为角度数据。
如图5所示，图中弹性自锁装置为标号2，外骨骼为标号1，电刺激位置分别为标号3或4。两条腿分别佩戴外骨骼1以及自锁装置2，然后进行辅助行走，此时下肢康复用膝关节弹性自锁装置的使用方法包括以下步骤：
I阶段：
A时刻：所述自锁装置2通电自锁，患者保持站立状态；
Ⅱ阶段：
B时刻：左腿的自锁装置2离合器失电，离合器处于分离状态；调整重心至右腿(该另一侧推的离合器处于锁止状态)；然后，电刺激左腿的阔筋膜张肌和股直肌3，使得左腿逐渐抬起；
所述平衡检测机构时时检测是否有跌倒的趋势，将存在跌倒趋势一侧的腿部的离合器锁止；比如：左腿在逐渐抬起时，当左侧出现跌倒的趋势时，左腿的离合器锁止，取消电刺激，左腿落下并站立在地面，能够消除左侧的跌倒趋势；
Ⅲ阶段：
C时刻：左腿抬起，当检测机构检测到左腿到达预设定角度，所述自锁装置2立刻通电，离合器处于锁止状态，膝关节不可相对运动；然后，患者前倾，并调节重心至左腿；
Ⅳ阶段：
D时刻：当左腿落地并站稳后，自锁装置2离合器失电，离合器处于分离状态，膝关节可相对运动；然后，电刺激患者的股二头肌和半腱肌4，使患者完成左腿伸直的动作；
所述平衡检测机构时时检测是否有跌倒的趋势，将存在跌倒趋势一侧的腿部的离合器锁止；比如：左腿在逐渐伸直时，当左侧出现跌倒的趋势时，左腿的离合器锁止，取消电刺激，左腿保持站立在地面，能够消除左侧的跌倒趋势；
Ⅴ阶段：
E时刻：左腿伸直，患者恢复站立状态，完成迈左腿的动作。
患者准备开始迈右腿的动作。
本发明中，离合器分别与大腿支架和小腿支架连接，离合器的定子在得电时能够抱死离合器动盘并使大腿支架和小腿支架相对锁止，离合器失电时使大腿支架和小腿支架能够相对转动，大腿支架与离合器外壳之间弹性连接，在小腿开始摆转或离合器锁止时能够提供一定的弹性缓冲，避免大腿支架和小腿支架对大腿和小腿的冲击。

Claims (6)

1.一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：包括离合器、大腿支架、小腿支架和平衡检测机构，大腿支架与离合器一端弹性连接，小腿支架与离合器另一端连接，所述平衡检测机构用于在出现跌倒趋势时使离合器锁止；所述大腿支架下端与大腿支架连接盘上端连接，该大腿支架连接盘下端与离合器一端的外壳弹性连接；所述弹性连接的结构包括安装盘，安装盘上四个连接孔通过螺栓与外壳的一端中心处连接，在安装盘外缘中心对称的设置有两个按逆时针方向或顺时针方向弧形延伸的弹性臂，该两个弹性臂的末端与大腿支架的连接盘连接；大腿支架、安装盘和外壳同轴设置；安装盘与两个弹性臂一体设置，且安装盘与两个弹性臂构成螺旋状弹性连接结构；
所述的大腿支架的连接盘内部设置一套筒，该套筒内穿装一主轴的轴肩，该主轴的切边轴端穿过大腿支架连接盘并通过轴端挡片和固定螺栓使大腿支架连接盘和主轴相互固定连接；大腿支架连接盘旁侧的外壳通过一个深沟球轴承转动设置在主轴外缘，外壳内固定连接离合器定子，该离合器定子的内缘通过一个深沟球轴承转动设置在主轴外缘且该深沟球轴承的一侧靠在上述套筒端面，离合器定子旁侧的主轴外缘通过两个深沟球轴承转动设置一轴承套，两个深沟球轴承之间设置有孔用弹性挡圈，靠外侧深沟球轴承的主轴端部上套装一轴用弹性挡圈，该轴承套朝向离合器定子的内部固定连接有离合器动盘，所述轴承套朝向离合器定子的外侧边缘固定连接小腿支架连接盘，小腿支架连接盘的下端通过连接架固定连接小腿支架。
2.根据权利要求1所述的一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：所述轴承套朝向离合器定子的外侧边缘连接中间连接环，该中间连接环朝向离合器定子的外侧边缘固定连接所述小腿支架连接盘。
3.根据权利要求2所述的一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：所述的离合器定子设置的接线口11伸出外壳外，离合器定子在得电后与离合器动盘锁止并使大腿支架和小腿支架相对锁止。
4.根据权利要求2所述的一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：所述平衡检测机构包括陀螺仪，该陀螺仪检测到检测到某一侧下肢处于跌倒趋势时使离合器锁止。
5.根据权利要求2或3或4所述的一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：所述外壳内设置两个间隔的限位块，所述小腿支架连接盘设置有一个凸起，该凸起伸入两个限位块之间。
6.根据权利要求2或3或4所述的一种下肢康复用膝关节弹性自锁装置，其特征在于：所述轴承套内部或外部设置有用于检测转动角度的检测机构。
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