CN112972208A - 一种膝关节康复助行外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种膝关节康复助行外骨骼，由第一肢体绑缚结构、第二肢体绑缚结构和弹性助行部件三部分组成；所述第一肢体绑缚结构包括第一护板、第二护板、同步连接板和绑缚组件，所述第二肢体绑缚结构包括第三护板、第四护板、同步连接板和绑缚组件，所述第一肢体绑缚结构下端与第二肢体绑缚结构的上端铰接在一起，其通过可调刚度的弹性助行部件满足不同损伤程度、不同康复程度的使用者在步行时对膝关节外助力大小的不同需求，结构整体调节方便，故障率低，而且取消了气缸、电机等传统外骨骼的主动助力结构，安全性更高、成本更低。

Description

一种膝关节康复助行外骨骼

技术领域

本发明属于医疗器械技术领域，具体涉及一种膝关节康复助行外骨骼。

背景技术

一方面，我们日常生活中如打篮球等运动时，膝关节受损现象时有发生，且人群数量整体较多；另一方面，随着我国人口老龄化现象日益严重，老年人口数量不断增加，针对老年人口身体机能衰退、韧带弹性和肌力下降的现象，需要对他们的运动状态和生活质量予以更多的关注。膝关节助行器可以为膝关节受损人群提供康复阶段步行时的必要外助力和运动锻炼，也可以为运动能力衰退的老年人口提供必要的步行外助力，其在应用市场前景和具体实用性上均具有很强的竞争力。

传统的外骨骼大体分为主动外骨骼和被动外骨骼，主动外骨骼多采用气缸或液缸，以及电机等外部动力部件提供助力，此类外骨骼助力大，但是结构相对复杂、成本高，且复杂结构导致故障率高，发生故障时危险性强；被动外骨骼是采用弹簧等蓄能元件利用人体步行膝关节弯曲力进行辅助助力，其助力的可调性差，一般均需要更换蓄能元件，对于家庭用户来说，增加了购买成本和使用的及时性，不能满足随着康复程度不同对不同助力大小的需求，以及不同体能状态的老年人对助力大小的不同需求。

发明内容

基于上述现有技术的不足，本发明提供了一种膝关节康复助行外骨骼，其通过可调刚度的弹性助行部件满足不同损伤程度、不同康复程度的使用者在步行时对膝关节外助力大小的不同需求，结构整体调节方便，故障率低，而且取消了气缸、电机等传统外骨骼的主动助力结构，安全性更高、成本更低。

本发明采用的技术方案如下：一种膝关节康复助行外骨骼，由第一肢体绑缚结构、第二肢体绑缚结构和弹性助行部件三部分组成；所述第一肢体绑缚结构包括第一护板、第二护板、同步连接板和绑缚组件，所述第一护板和第二护板左右对称设置；所述同步连接板为弧形板结构，其左右两侧分别固定连接第一护板和第二护板，同步连接板用于防止人体穿戴本发明的外骨骼时因位于肢体两侧的第一护板和第二护板的相对晃动而影响穿戴舒适性和助力的稳定性；所述绑缚组件包括两组，用于将外骨骼固定绑缚在人体肢体上。

所述第二肢体绑缚结构包括第三护板、第四护板、同步连接板和绑缚组件，所述第三护板和第四护板左右对称设置，所述同步连接板左右两侧分别固定连接第三护板和第四护板，所述第三护板和第四护板上还固定有两组绑缚组件。

所述第一肢体绑缚结构下端与第二肢体绑缚结构的上端铰接在一起，具体的，所述第一护板下端和第三护板上端通过铰接螺母铰接在一起，所述第二护板下端和第四护板上端通过铰接螺母铰接在一起。

所述弹性助行部件包括两组，第一组弹性助行部件上下两端分别铰接在第一护板和第三护板上，第二组弹性助行部件上下两端分别铰接在第二护板和第四护板上，具体的，第一至第四护板临近铰接螺母的位置处均一体式或固定连接有铰接头，第一组和第二组弹性助行部件的上下两端均固定连接有铰轴，所述铰轴与所述铰接头配合实现铰接。

所述弹性助行部件包括第一弹簧片、第二弹簧片和调节气囊；所述第一弹簧片与所述第二弹簧片均为弧形金属弹性片，所述第一弹簧片位于所述第二弹簧片弧面的外侧且两者之间留有一定间隙，两者的弧面朝向同一个方向；第一弹簧片和第二弹簧片的两端均固定连接在铰轴上，使得弹性助行部件可相对于与铰轴铰接的第一护板至第四护板中的一个发生相对转动；所述第一弹簧片与所述第二弹簧片之间固定安装有调节气囊，所述调节气囊可充气并根据内部气压大小影响第一弹簧片和第二弹簧片之间间隙变小或变大的难度，从而改变第一弹簧片和第二弹簧片组成的弹性助行部件整体的刚度。

所述调节气囊呈圆柱形，其中部设置有穿透前后面的中心孔，其侧面设置有气囊充气嘴，用于向调节气囊内部充入气体调节其内部压力大小；所述第一弹簧片上穿设有圆板形的第一垫板，所述第二弹簧片上穿设有圆板形的第二垫板，所述第一垫板和第二垫板中部均设有中心通孔，与第一垫板和第二垫板的中心通孔位置相对应处的第一弹簧片和第二弹簧片上也设置有穿透孔；所述调节气囊位于所述第一垫板和第二垫板之间，其通过限位螺栓进行限位，所述限位螺栓依次穿过第一垫板的中心通孔、调节气囊的中心孔和第二垫板的中心通孔，从而将调节气囊的位置固定，所述限位螺母的两端螺拧有限位螺母，以防止限位螺栓的滑出或窜动。

所述绑缚组件包括绑缚带、两块绑缚垫板和两块气垫，所述绑缚垫板为锲合人体肢体形状的弧板，其可采用硬质塑料或金属材质制造，两块绑缚垫板对称布置，均固定连接在绑缚带上，所述绑缚垫板中部具有穿透内外表面的通孔；所述绑缚带与第一护板和第二护板或者第三护板和第四护板均固定连接，从而将绑缚组件与第一肢体绑缚结构或第二肢体绑缚结构固定连接；所述气垫整体呈弧板状，两块气垫分别粘结在两块绑缚垫板的内侧，每一块气垫上均设置有气垫充气嘴，所述气垫充气嘴从所述绑缚垫板的中部通孔穿出，且穿出绑缚带外部，以方便使用者向气垫内部进行充气操作，所述气垫由高强度复合布、橡胶或皮质材料制成，其内部可充入气体，使得气垫与人体肢体的贴附面(即内侧面)在气体膨胀作用下均匀贴附在人体肢体上，提高绑缚受力均衡性，防止因长时间穿戴外骨骼压迫使用者肢体局部造成血液循环不良或皮肤受损现象。优选的，所述气垫上均布多个透气孔，用于提升绑缚组件整体透气性。

本发明的外骨骼在使用时，使用者通过绑缚组件将第一肢体绑缚结构绑缚在大腿肢体上，将第二肢体绑缚结构绑缚在小腿肢体上，通过小型充气件对绑缚组件的气垫进行充气，以感受到气垫均匀施压在肢体表面为宜；然后通过气囊充气嘴对调节气囊进行充气，调节其内部压力以改变调节气囊的厚度和硬度，如果使用者膝关节处于初始康复阶段，可充气使调节气囊压力处于较大程度，即第一弹簧片和第二弹簧片之间间隙不容易变化，使其整体刚度较大，在步行时，第三护板和第四护板相对于第一护板和第二护板不容易弯曲，且在弯曲后，弹性助行部件的回复力大，辅助使用者步行更轻松，防止膝关节承力过大；当使用者已经康复至较好的程度时，可采用顶针释放调节气囊内部部分气体，调节气囊处于相对松软状态，弹性助行部件的整体刚度减小，第一弹簧片和第二弹簧片整体在弯曲弹性变形时更容易，弯曲变形后的回复力也减小，使得使用者步行时需要自身膝盖施加和承受相对较大的力，有助于帮助膝关节进行康复锻炼。

本发明的优点在于：

1、相对于气缸式的助行外骨骼，本发明外骨骼的结构更为简单，成本低，维修更为方便，而且不需要担心气缸的使用带来的气压爆炸等潜在危险，安全性高；

2、膝关节受损后在康复的不同环节，可以通过调节气囊的压力调节，改变弹性助行部件的刚度系数，使得本发明外骨骼可以适应整个康复周期内不同的助行力度的需求，可以起到对使用者康复前期进行保护、康复后期进行锻炼的效果；

3、绑缚组件采用绑缚垫板和气垫相结合的结构形式，保证结构稳固性的同时，可通过气垫增加绑缚组件的施力均匀性和透气性，防止常规绑缚垫板对人体皮肤的长久压迫带来的损伤。

附图说明

图1是本发明外骨骼整体结构示意图；

图2是本发明外骨骼的绑缚组件结构示意图；

图3是本发明外骨骼绑缚组件的气垫结构示意图；

图4是本发明外骨骼绑缚组件的绑缚垫板结构示意图；

图5是本发明外骨骼的上半部结构示意图；

图6是本发明外骨骼的弹性助行部件安装结构示意图；

图7是本发明外骨骼的弹性助行部件结构示意图；

图8是本发明外骨骼的调节气囊安装结构示意图；

图9是本发明外骨骼的调节气囊结构示意图；

图中：1、第一护板，2、第二护板，3、第三护板，4、第四护板，5、铰接螺母，6、同步连接板，7、绑缚带，8、绑缚垫板，9、气垫，10、气垫充气嘴，11、铰接头，12、铰轴，13、第一弹簧片，14、第二弹簧片，15、第一垫板，16、第二垫板，17、调节气囊，18、限位螺栓，19、限位螺母，20、气囊充气嘴，21、中心孔。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方法，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

参阅附图，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的位置限定用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

图1是本发明外骨骼整体结构示意图，如图所示，本发明的膝关节康复助行外骨骼包括第一肢体绑缚结构、第二肢体绑缚结构和弹性助行部件三部分组成；所述第一肢体绑缚结构包括第一护板1、第二护板2、同步连接板6和绑缚组件，所述第一护板1和第二护板2左右对称设置；所述同步连接板6为弧形板结构，其左右两侧分别固定连接第一护板1和第二护板2，所述同步连接板6用于防止人体穿戴本发明的外骨骼时因位于肢体两侧的第一护板1和第二护板2的相对晃动而影响穿戴舒适性和助力的稳定性；所述绑缚组件可以包括一组或多组，用于将外骨骼固定绑缚在人体肢体上，本实施例中，所述第一护板1和第二护板2上设置有两组绑缚组件。

如图2-4所示，图2是本发明外骨骼的绑缚组件结构示意图，图3是本发明外骨骼绑缚组件的气垫结构示意图，图4是本发明外骨骼绑缚组件的绑缚垫板结构示意图，所述绑缚组件包括绑缚带7、两块绑缚垫板8和两块气垫9，所述绑缚垫板8为锲合人体肢体形状的弧板，其可采用硬质塑料或金属材质制造，两块绑缚垫板8对称布置，均固定连接在绑缚带7上，所述绑缚垫板8中部具有穿透内外表面的通孔；所述绑缚带7与第一护板1和第二护板2均固定连接，从而将绑缚组件与第一肢体绑缚结构固定连接；所述气垫9整体呈弧板状，两块气垫9分别粘结在两块绑缚垫板8的内侧，每一块气垫9上均设置有气垫充气嘴10，所述气垫充气嘴从所述绑缚垫板8的中部通孔穿出，且穿出绑缚带7外部，以方便使用者向气垫9内部进行充气操作，所述气垫9由高强度复合布、橡胶或皮质材料制成，其内部可充入气体，使得气垫9与人体肢体的贴附面(即内侧面)在气体膨胀作用下均匀贴附在人体肢体上，提高绑缚受力均衡性，防止因长时间穿戴外骨骼压迫使用者肢体局部造成血液循环不良或皮肤受损现象。优选的，所述气垫9上均布多个透气孔，用于提升绑缚组件整体透气性。

图5是本发明外骨骼的上半部结构示意图，即第一肢体绑缚结构示意图，本发明的第二肢体绑缚结构与本发明的第一肢体绑缚结构基本呈上下对称，第一肢体绑缚结构与第二肢体绑缚结构通过铰接螺母5交接在一起。具体的，所述第二肢体绑缚结构与所述第一肢体绑缚结构大致相同，包括第三护板3、第四护板4、同步连接板6和绑缚组件，所述第三护板3和第四护板4左右对称设置，所述同步连接板6左右两侧分别固定连接第三护板3和第四护板4，所述第三护板3和第四护板4上还固定有一组或多组绑缚组件，本实施例中，所述第三护板3和第四护板4上设置有两组绑缚组件。

图6是本发明外骨骼的弹性助行部件安装结构示意图，所述弹性助行部件包括两组，第一组弹性助行部件上下两端分别铰接在第一护板1和第三护板3上，第二组弹性助行部件上下两端分别铰接在第二护板2和第四护板4上，具体的，第一至第四护板临近铰接螺母5的位置处均一体式或固定连接有铰接头11，第一组和第二组弹性助行部件的上下两端均固定连接有铰轴12，所述铰轴12与所述铰接头11配合实现铰接。

所述弹性助行部件包括第一弹簧片13、第二弹簧片14和调节气囊17，参见图7-9，图7是本发明外骨骼的弹性助行部件结构示意图，图8是本发明外骨骼的调节气囊安装结构示意图，图9是本发明外骨骼的调节气囊结构示意图；所述第一弹簧片13与所述第二弹簧片14均为弧形金属弹性片，所述第一弹簧片13位于所述第二弹簧片14弧面的外侧且两者之间留有一定间隙，两者的弧面朝向同一个方向；第一弹簧片13和第二弹簧片14的两端均固定连接在铰轴12上，使得弹性助行部件可相对于与铰轴12铰接的第一护板至第四护板中的一个发生相对转动；所述第一弹簧片13与所述第二弹簧片14之间固定安装有调节气囊17，所述调节气囊17可充气并根据内部气压大小影响第一弹簧片13和第二弹簧片14之间间隙变小或变大的难度，从而改变第一弹簧片13和第二弹簧片14组成的弹性助行部件整体的刚度。

参见图8和图9，所述调节气囊17呈圆柱形，其中部设置有穿透前后面的中心孔21，其侧面设置有气囊充气嘴20，用于向调节气囊内部充入气体调节其内部压力大小；所述第一弹簧片13上穿设有圆板形的第一垫板15，所述第二弹簧片14上穿设有圆板形的第二垫板16，所述第一垫板15和第二垫板16中部均设有中心通孔，与第一垫板15和第二垫板16的中心通孔位置相对应处的第一弹簧片13和第二弹簧片14上也设置有穿透孔；所述调节气囊17位于所述第一垫板15和第二垫板16之间，其通过限位螺栓18进行限位，所述限位螺栓18依次穿过第一垫板15的中心通孔、调节气囊17的中心孔21和第二垫板16的中心通孔，从而将调节气囊17的位置固定，所述限位螺母19的两端螺拧有限位螺母19，以防止限位螺栓18的滑出或窜动。

下面结合图1-9对本发明外骨骼的作用原理作进一步说明：

使用者通过绑缚组件将第一肢体绑缚结构绑缚在大腿肢体上，将第二肢体绑缚结构绑缚在小腿肢体上，通过小型充气件对绑缚组件的气垫9进行充气，以感受到气垫9均匀施压在肢体表面为宜；然后通过气囊充气嘴20对调节气囊17进行充气，调节其内部压力以改变调节气囊17的厚度和硬度，如果使用者膝关节处于初始康复阶段，可充气使调节气囊17压力处于较大程度，即第一弹簧片13和第二弹簧片14之间间隙不容易变化，使其整体刚度较大，在步行时，第三护板3和第四护板4相对于第一护板1和第二护板2不容易弯曲，且在弯曲后，弹性助行部件的回复力大，辅助使用者步行更轻松，防止膝关节承力过大；当使用者已经康复至较好的程度时，可采用顶针释放调节气囊17内部部分气体，调节气囊17处于相对松软状态，弹性助行部件的整体刚度减小，第一弹簧片13和第二弹簧片14整体在弯曲弹性变形时更容易，弯曲变形后的回复力也减小，使得使用者步行时需要自身膝盖施加和承受相对较大的力，有助于帮助膝关节进行康复锻炼。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可作出的各种等效结构或等效流程的修改或变形，或直接或间接运用到其他相关的技术领域，仍在本发明的保护范围以内。

Claims (8)

1.一种膝关节康复助行外骨骼，其特征在于，由第一肢体绑缚结构、第二肢体绑缚结构和弹性助行部件三部分组成；

所述第一肢体绑缚结构包括第一护板、第二护板、同步连接板和绑缚组件，所述第一护板和第二护板左右对称设置；所述同步连接板为弧形板结构，其左右两侧分别固定连接第一护板和第二护板，所述绑缚组件包括两组，用于将外骨骼固定绑缚在人体肢体上；

所述第二肢体绑缚结构包括第三护板、第四护板、同步连接板和绑缚组件，所述第三护板和第四护板左右对称设置，所述同步连接板左右两侧分别固定连接第三护板和第四护板，所述第三护板和第四护板上也固定有两组绑缚组件；

所述第一肢体绑缚结构下端与第二肢体绑缚结构的上端铰接在一起；

所述弹性助行部件包括两组，第一组弹性助行部件上下两端分别铰接在第一护板和第三护板上，第二组弹性助行部件上下两端分别铰接在第二护板和第四护板上，

所述弹性助行部件包括第一弹簧片、第二弹簧片和调节气囊；所述第一弹簧片与所述第二弹簧片均为弧形金属弹性片，所述第一弹性片位于所述第二弹性片弧面的外侧且两者之间留有一定间隙，两者的弧面朝向同一个方向；所述第一弹簧片与所述第二弹簧片之间固定安装有调节气囊，所述调节气囊可充气并根据内部气压大小影响第一弹簧片和第二弹簧片之间间隙变小或变大的难度，从而改变第一弹簧片和第二弹簧片组成的弹性助行部件整体的刚度。

2.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征还在于，所述第一护板下端和第三护板上端通过铰接螺母铰接在一起，所述第二护板下端和第四护板上端通过铰接螺母铰接在一起。

3.根据权利要求2所述的外骨骼，其特征还在于，第一至第四护板临近铰接螺母的位置处均一体式或固定连接有铰接头，第一组和第二组弹性助行部件的上下两端均固定连接有铰轴，所述铰轴与所述铰接头配合实现铰接。

4.根据权利要求3所述的外骨骼，其特征还在于，第一弹性片和第二弹性片的两端均固定连接在铰轴上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的外骨骼，其特征还在于，所述调节气囊呈圆柱形，其中部设置有穿透前后面的中心孔，其侧面设置有气囊充气嘴；所述第一弹簧片上穿设有圆板形的第一垫板，所述第二弹簧片上穿设有圆板形的第二垫板，所述第一垫板和第二垫板中部均设有中心通孔，与第一垫板和第二垫板的中心通孔位置相对应处的第一弹簧片和第二弹簧片上也设置有穿透孔；所述调节气囊位于所述第一垫板和第二垫板之间，其通过限位螺栓进行限位，所述限位螺栓依次穿过第一垫板的中心通孔、调节气囊的中心孔和第二垫板的中心通孔，从而将调节气囊的位置固定，所述限位螺母的两端螺拧有限位螺母。

6.根据权利要求1-4任一项所述的外骨骼，其特征还在于，所述绑缚组件包括绑缚带、两块绑缚垫板和两块气垫，所述绑缚垫板为弧板，两块绑缚垫板对称布置，均固定连接在绑缚带上，所述绑缚垫板中部具有穿透内外表面的通孔；所述气垫整体呈弧板状，两块气垫分别粘结在两块绑缚垫板的内侧，每一块气垫上均设置有气垫充气嘴，所述气垫充气嘴从所述绑缚垫板的中部通孔穿出，且穿出绑缚带外部。

7.根据权利要求6所述的外骨骼，其特征还在于，所述气垫上均布多个透气孔。

8.根据权利要求5所述的外骨骼，其特征还在于，所述绑缚组件包括绑缚带、两块绑缚垫板和两块气垫，所述绑缚垫板为弧板，两块绑缚垫板对称布置，均固定连接在绑缚带上，所述绑缚垫板中部具有穿透内外表面的通孔；所述气垫整体呈弧板状，两块气垫分别粘结在两块绑缚垫板的内侧，每一块气垫上均设置有气垫充气嘴，所述气垫充气嘴从所述绑缚垫板的中部通孔穿出，且穿出绑缚带外部。

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