CN113576833A - 一种基于重力平衡的下肢助力装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于重力平衡的下肢助力装置,涉及康复机械领域,包括椅子主体和安装于椅子主体上的助力装置,所述助力装置包括大腿绑带组件、小腿绑带组件、调节装置和驱动装置,本装置通过设置调节组件一和调节组件二,使得小腿绑带与大腿绑带的位置可调,适合于下肢长度不同的患者,通过设置电机二,带动驱动装置,辅助大腿绑带带着大腿向上运动做髋关节康复运动、小腿绑带带着小腿做辅助膝关节康复运动,且在该过程中,弹簧一、弹簧二辅助平衡。

Description

一种基于重力平衡的下肢助力装置
技术领域
本发明涉及康复机械领域,特别涉及一种基于重力平衡的下肢助力装置。
背景技术
患者在坐姿状态下进行膝关节、髋关节的康复训练时,由于患者的肌力强弱不同其康复训练方式也不同,根据肌力分级标准,共分为六个等级(如图5所示),现阶段具备重力平衡效应的康复设备大多服务于MMT-3到MMT-5级的患者,这类患者可以抵抗一定的重力,很少有针对MMT-2级患者服务的康复训练装置,这类患者只能克服较少自身重力;
现有的康复训练方式有:1.配重法:其原理是通过添加等量配重保证机器人机械臂质心位置维持不变实现机器人重力平衡。机器人自重越大则需添加的配重越大,运动时会产生较大的惯性力,造成机器人动态特性降低,不利于机器人控制,所以配重法适用范围有限;2.凸轮机构法:原理是利用凸轮轮廓的非线性变化改变弹簧形变精确平衡电机负载,由于凸轮的非线性特点,即使负载发生改变也可以精确完成机器人重力平衡,但是受凸轮的非线性特点限制,凸轮机构法能够平衡的变化负载必须是已知特定的,即特定变化负载对应于特定凸轮轮廓,但是,凸轮的加工费用昂贵,这制约了其在重力平衡中的广泛应用;3.在关节处加电机,依靠弹簧、连杆、配重物和电机连在一起的,相当于给电机加负载减小扭矩,间接抵消小腿的重力,这种方法是服务于稍有力的患者,不能完全平衡腿部重力,因此,需要提供一种基于重力平衡的下肢助力装置解决上述问题。
发明内容
为解决上述技术问题,本发明提供以下的技术方案:
一种基于重力平衡的下肢助力装置,包括椅子主体和安装于椅子主体上的助力装置,所述助力装置包括大腿绑带组件、小腿绑带组件、调节装置和驱动装置,所述大腿绑带组件用于固定大腿并通过调节装置调节其长度,所述小腿绑带组件用于固定小腿并通过调节装置调节其长度,所述驱动装置用于辅助关节康复。
优选的,所述椅子主体上表面开有让位槽,所述大腿绑带组件安装于椅子主体的安装板一和安装板二,所述安装板一上转动连接两个结构对称的导套一和滑动于导套一内的导杆一,两根所述的导杆一另一端安装于安装板三上,所述安装板二上安装弹簧一,所述弹簧一的另一端连接于其中一根导杆一上,另一根导杆一上设有大腿绑带,所述大腿绑带下端设有交叉滚子导轨一,且交叉滚子导轨一活动于让位槽内。
优选的,所述小腿绑带组件包括两根转动连接于安装板三上且结构对称的导杆二以及套接于导杆二外的导套二,所述导套二上连接有钢丝绳,所述钢丝绳另一端套于滑轮外且其末端连接于弹簧二上,所述弹簧二另一端连接于安装板一上,两导套二下端安装有脚踏,其中一个导套二上设有小腿绑带,所述小腿绑带一侧设有连接杆,所述连接杆内安装交叉滚子导轨四。
优选的,所述调节装置包括安装于椅子主体上的调节组件一和调节组件二。
优选的,所述调节组件一包括安装于椅子主体侧板上的两个安装架一,两安装架一间设有导柱一和丝杠一,所述导柱一和丝杠一外套接滑板一,所述滑板一上设有交叉滚子导轨二,所述交叉滚子导轨二外侧连接滑块,所述滑块下端滑动连接于限位架内,所述滑块外侧转动连接连杆三,所述连杆三另一端转动连接连杆二,所述连杆二一侧转动连接于椅子主体下端侧板上,所述丝杠一下端连接电机一,所述电机一安装于下端的安装架一上。
优选的,所述调节组件二包括两个安装于椅子主体侧板上的安装架二,两安装架二间设有导柱二和丝杠二,所述导柱二和丝杠二外套接滑板二,所述滑板二上安装推板,所述推板上安装交叉滚子导轨三,丝杠二一端连接电机三,电机安装于安装架二上。
优选的,所述驱动装置包括安装于椅子主体底板上的电机二,所述电机二的输出轴上套接皮带,所述皮带另一端套接于连杆一的轴上,所述连杆一转动连接连杆二和滑套,所述滑套内套接连杆四,所述连杆四另一端连接有连杆五,所述连杆五连接有顶杆,所述顶杆滑动连接于支撑槽上,所述支撑槽安装于椅子主体另一个侧板上。
本发明有益效果:本装置通过设置调节组件一和调节组件二,使得小腿绑带与大腿绑带的位置可调,适合于下肢长度不同的患者,通过设置电机二,带动驱动装置,辅助大腿绑带带着大腿向上运动做髋关节康复运动、小腿绑带带着小腿做辅助膝关节康复运动,且在该过程中,弹簧一、弹簧二辅助平衡,本发明针对MMT-2级患者自主进行腿部康复训练存在的肌无力问题,1、外骨骼关节处不施加电机,保护患者,提高训练安全性,2、通过弹簧和连杆结构实现重力平衡,消除患者的肌肉负重感,提高康复训练效果,3、在坐姿的状态下实现膝关节和髋关节分开训练,4、能代替康复医疗师对腿部受伤的患者进行康复训练,提高训练效果、缩短康复周期和减轻医疗师的工作负担,5、降低了对电机的性能要求。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1未安装椅子主体的结构示意图。
图3为图2未安装安装板二的结构示意图。
图4为本发明中调节组件一与驱动装置的连接示意图。
图5为本发明中肌力分级标准对应图。
其中,1-椅子主体,2-助力装置,3-大腿绑带组件,4-小腿绑带组件,5-调节装置,6-安装板一,7-安装板二,8-弹簧一,9-导套一,10-导杆一,11-安装板三,12-钢丝绳,13-滑轮,14-大腿绑带,15-让位槽,16-交叉滚子导轨一,17-导杆二,18-导套二,19-脚踏,20-小腿绑带,21-连接杆,22-弹簧二,23-调节组件一,24-调节组件二,25-安装架一,26-导柱一,27-丝杠一,28-滑板一,29-交叉滚子导轨二,30-滑块,31-限位架,32-电机一,33-电机二,34-皮带,35-连杆一,36-连杆二,37-滑套,38-连杆三,39-连杆四,40-连杆五,41-顶杆,42-支撑槽,43-安装架二,44-导柱二,45-丝杠二,46-滑板二,47-推板,48-驱动装置,49-交叉滚子导轨三,50-交叉滚子导轨四。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施方式,进一步阐述本发明。
如图1至图5所示,一种基于重力平衡的下肢助力装置,包括椅子主体1和安装于椅子主体1上的助力装置2,所述助力装置2包括大腿绑带组件3、小腿绑带组件4、调节装置5和驱动装置48,所述大腿绑带组件3用于固定大腿并通过调节装置5调节其长度,所述小腿绑带组件4用于固定小腿并通过调节装置5调节其长度,所述驱动装置48用于辅助关节康复。
所述椅子主体1上表面开有让位槽15,所述大腿绑带组件3安装于椅子主体1的安装板一6和安装板二7,所述安装板一6上转动连接两个结构对称的导套一9和滑动于导套一9内的导杆一10,两根所述的导杆一10另一端安装于安装板三11上,所述安装板二7上安装弹簧一8,所述弹簧一8的另一端连接于其中一根导杆一10上,另一根导杆一10上设有大腿绑带14,所述大腿绑带14下端设有交叉滚子导轨一16,且交叉滚子导轨一16活动于让位槽15内。
所述小腿绑带组件4包括两根转动连接于安装板三11上且结构对称的导杆二17以及套接于导杆二17外的导套二18,所述导套二18上连接有钢丝绳12,所述钢丝绳12另一端套于滑轮13外且其末端连接于弹簧二22上,所述弹簧二22另一端连接于安装板一6上,两导套二18下端安装有脚踏19,其中一个导套二18上设有小腿绑带20,所述小腿绑带20一侧设有连接杆21,所述连接杆21内安装交叉滚子导轨四50。
所述调节装置5包括安装于椅子主体1上的调节组件一23和调节组件二24。
所述调节组件一23包括安装于椅子主体1侧板上的两个安装架一25,两安装架一25间设有导柱一26和丝杠一27,所述导柱一26和丝杠一27外套接滑板一28,所述滑板一28上设有交叉滚子导轨二29,所述交叉滚子导轨二29外侧连接滑块30,所述滑块30下端滑动连接于限位架31内,所述滑块30外侧转动连接连杆三38,所述连杆三38另一端转动连接连杆二36,所述连杆二36一侧转动连接于椅子主体1下端侧板上,所述丝杠一27下端连接电机一32,所述电机一32安装于下端的安装架一25上。
所述调节组件二24包括两个安装于椅子主体1侧板上的安装架二43,两安装架二43间设有导柱二44和丝杠二45,所述导柱二44和丝杠二45外套接滑板二46,所述滑板二46上安装推板47,所述推板47上安装交叉滚子导轨三49,丝杠二45一端连接电机三51,电机安装于安装架二43上。
所述驱动装置48包括安装于椅子主体1底板上的电机二33,所述电机二33的输出轴上套接皮带34,所述皮带34另一端套接于连杆一35的轴上,所述连杆一35转动连接连杆二36和滑套37,所述滑套37内套接连杆四39,所述连杆四39另一端连接有连杆五40,所述连杆五40连接有顶杆41,所述顶杆41滑动连接于支撑槽42上,所述支撑槽42安装于椅子主体1另一个侧板上。
工作过程与原理:使用本装置时,根据使用者的小腿与大腿长度,调节小腿绑带20与大腿绑带14的位置,具体的:
调节小腿绑带20:先启动电机一32,带动丝杠一27运动,使得滑板一28带着交叉滚子导轨二29向上或下运动,直至碰触连接杆21的交叉滚子导轨四50上端或下端,推动或下压连接杆21带着小腿绑带20移动,直至调节至适合位置;
调节大腿绑带14:启动电机三51,带动丝杠二45运动,使得滑板二46带着推板47和交叉滚子导轨三49前后运动,直至碰触交叉滚子导轨一16,使得大腿绑带14移动,直至调节至适合位置;
启动电机二33,带动34、连杆一35、连杆二36、滑套37运动,从而使得,与滑套37连接的连杆四39带着连杆五40运动,顶杆41沿着支撑槽42运动,顶杆41顶住交叉滚子导轨三49,从而辅助大腿绑带14带着大腿向上运动做髋关节康复运动,与此同时,连杆三38也会因为连杆二36的运动而运动,从而带动滑块30、交叉滚子导轨二29向前运动,交叉滚子导轨二29推动连接杆21,从而使得小腿绑带20带着小腿做辅助膝关节康复运动,在以上过程中弹簧一8、弹簧二22辅助平衡。
本装置通过设置调节组件一23和调节组件二24,使得小腿绑带20与大腿绑带14的位置可调,适合于下肢长度不同的患者,通过设置电机二33,带动驱动装置48,辅助大腿绑带14带着大腿向上运动做髋关节康复运动、小腿绑带20带着小腿做辅助膝关节康复运动,且在该过程中,弹簧一8、弹簧二22辅助平衡,本发明针对MMT-2级患者自主进行腿部康复训练存在的肌无力问题,1、外骨骼关节处不施加电机,保护患者,提高训练安全性,2、通过弹簧和连杆结构实现重力平衡,消除患者的肌肉负重感,提高康复训练效果,3、在坐姿的状态下实现膝关节和髋关节分开训练,4、能代替康复医疗师对腿部受伤的患者进行康复训练,提高训练效果、缩短康复周期和减轻医疗师的工作负担,5、降低了对电机的性能要求。
由技术常识可知,本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此,上述公开的实施方案,就各方面而言,都只是举例说明,并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。

Claims (7)

1.一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于,包括椅子主体(1)和安装于椅子主体(1)上的助力装置(2),所述助力装置(2)包括大腿绑带组件(3)、小腿绑带组件(4)、调节装置(5)和驱动装置(48),所述大腿绑带组件(3)用于固定大腿并通过调节装置(5)调节其长度,所述小腿绑带组件(4)用于固定小腿并通过调节装置(5)调节其长度,所述驱动装置(48)用于辅助关节康复。
2.根据权利要求1中所述的一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于:所述椅子主体(1)上表面开有让位槽(15),所述大腿绑带组件(3)安装于椅子主体(1)的安装板一(6)和安装板二(7),所述安装板一(6)上转动连接两个结构对称的导套一(9)和滑动于导套一(9)内的导杆一(10),两根所述的导杆一(10)另一端安装于安装板三(11)上,所述安装板二(7)上安装弹簧一(8),所述弹簧一(8)的另一端连接于其中一根导杆一(10)上,另一根导杆一(10)上设有大腿绑带(14),所述大腿绑带(14)下端设有交叉滚子导轨一(16),且交叉滚子导轨一(16)活动于让位槽(15)内。
3.根据权利要求1中所述的一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于:所述小腿绑带组件(4)包括两根转动连接于安装板三(11)上且结构对称的导杆二(17)以及套接于导杆二(17)外的导套二(18),所述导套二(18)上连接有钢丝绳(12),所述钢丝绳(12)另一端套于滑轮(13)外且其末端连接于弹簧二(22)上,所述弹簧二(22)另一端连接于安装板一(6)上,两导套二(18)下端安装有脚踏(19),其中一个导套二(18)上设有小腿绑带(20),所述小腿绑带(20)一侧设有连接杆(21),所述连接杆(21)内安装交叉滚子导轨四(50)。
4.根据权利要求3中所述的一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于:所述调节装置(5)包括安装于椅子主体(1)上的调节组件一(23)和调节组件二(24)。
5.根据权利要求4中所述的一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于:所述调节组件一(23)包括安装于椅子主体(1)侧板上的两个安装架一(25),两安装架一(25)间设有导柱一(26)和丝杠一(27),所述导柱一(26)和丝杠一(27)外套接滑板一(28),所述滑板一(28)上设有交叉滚子导轨二(29),所述交叉滚子导轨二(29)外侧连接滑块(30),所述滑块(30)下端滑动连接于限位架(31)内,所述滑块(30)外侧转动连接连杆三(38),所述连杆三(38)另一端转动连接连杆二(36),所述连杆二(36)一侧转动连接于椅子主体(1)下端侧板上,所述丝杠一(27)下端连接电机一(32),所述电机一(32)安装于下端的安装架一(25)上。
6.根据权利要求5中所述的一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于:所述调节组件二(24)包括两个安装于椅子主体(1)侧板上的安装架二(43),两安装架二(43)间设有导柱二(44)和丝杠二(45),所述导柱二(44)和丝杠二(45)外套接滑板二(46),所述滑板二(46)上安装推板(47),所述推板(47)上安装交叉滚子导轨三(49),丝杠二(45)一端连接电机三(51),电机安装于安装架二(43)上。
7.根据权利要求1中所述的一种基于重力平衡的下肢助力装置,其特征在于:所述驱动装置(48)包括安装于椅子主体(1)底板上的电机二(33),所述电机二(33)的输出轴上套接皮带(34),所述皮带(34)另一端套接于连杆一(35)的轴上,所述连杆一(35)转动连接连杆二(36)和滑套(37),所述滑套(37)内套接连杆四(39),所述连杆四(39)另一端连接有连杆五(40),所述连杆五(40)连接有顶杆(41),所述顶杆(41)滑动连接于支撑槽(42)上,所述支撑槽(42)安装于椅子主体(1)另一个侧板上。
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