CN114288153B - 一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，包括：髋关节助力机构，包括腰部支撑带和两侧的驱动机构，驱动机构设有牵引带；膝关节助力机构，包括两连接座，连接座的上端铰接有大腿连接杆，下端铰接有小腿连接杆，两根大腿连接杆的连接有一大腿护板和大腿护带，大腿护板和连接座之间设有第一弹簧，两根小腿连接杆连接有一小腿护板和小腿护带，小腿护板和连接座之间设有第二弹簧，踝关节助力机构，包括脚后跟垫，脚后跟垫的弧形架上设有第二棘轮和第二棘爪，脚后跟垫的空腔设有齿条和齿轮，齿轮的轴上连接有控制线，牵引带连接大腿连接杆的上端，拉绳连接小腿连接杆和第二棘轮。本发明解决了现有外骨骼装置不利于日常使用、价格高的问题。

Description

一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置。

背景技术

髋关节、膝关节和踝关节是人体下肢的3个主要运动关节，其屈伸、旋转等功能是行走功能的基础。然而，当这3个关节出现疾病导致屈伸和旋转功能丧失后，患者的自主行走功能将会完全丧失，传统的拄拐等辅助行走方式也对此无效。

近年来，外骨骼成为一种有前景的解决方案，但是其价格昂贵，操作相对复杂，不便单人使用，限制了其应用。

本发明提供了一种新的思路，通过一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，可拆卸的使失去运动功能的关节变为“稳定融合”的关节，使患者可以在应用本装置后，借助简易的双拐等助行器，实现自主行走。

发明内容

本发明意在提供一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，以解决现有外骨骼装置不利于日常穿戴使用、价格高的问题。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，包括髋关节助力机构、膝关节助力机构和踝关节助力机构；

所述髋关节助力机构包括腰部支撑带，所述腰部支撑带的两侧设置有驱动机构，所述驱动机构包括盒体，所述盒体包括前侧壁、后侧壁、外侧壁和内侧壁，所述内侧壁为盒体靠近人体的一侧，所述内侧壁转动连接有转盘，所述转盘上侧与前侧壁之间连接有第四弹簧，所述转盘设置有牵引带；

所述膝关节助力机构包括两个对称设置的连接座，所述连接座的上端铰接有大腿连接杆，所述连接座的下端铰接有小腿连接杆，两根大腿连接杆的前侧连接有一大腿护板，所述大腿护板和连接座之间设置有第一弹簧，两根小腿连接杆的前侧连接有一小腿护板，所述小腿护板和连接座之间设置有第二弹簧，所述大腿护板和小腿护板均呈“U”形结构；两根大腿连接杆的后侧可拆卸连接有大腿护带，两根小腿连接杆的后侧可拆卸连接有小腿护带；

所述踝关节助力机构包括脚后跟垫，所述脚后跟垫的两侧连接有延伸架，所述延伸架从脚后跟贴合人体向上延伸至小腿下端，两个延伸架的自由端之间连接有弧形架，所述弧形架上设置有相互配合的第二棘轮和第二棘爪，所述第二棘轮设置有第一中心轴，所述第一中心轴上还设有第一扭力弹簧，所述脚后跟垫内设置有空腔，所述空腔内设置有齿条，所述齿条的上下两端均设置有第三弹簧，两个第三弹簧分别连接空腔的底壁和顶壁，所述空腔内还设有与齿条啮合的齿轮，所述齿轮的轴上连接有控制线，所述控制线沿延伸架布设并与第二棘爪连接，所述控制线用于控制第二棘爪和第二棘轮之间的离合；

所述牵引带的自由端穿出盒体且连接大腿连接杆的上端，所述中心轴上卷绕连接有拉绳，所述拉绳的自由端连接有助力弹簧，所述助力弹簧的自由端连接有牵引绳，所述牵引绳的自由端与小腿连接杆的下端连接。

优选的，所述转盘远离内侧壁的一端开设有凹槽，所述凹槽中心转动连接有转轴，所述转轴套设有第一棘轮，所述凹槽的底壁转动连接有第二中心轴，第二中心轴上固设有与第一棘轮配合的第一棘爪，第二中心轴远离凹槽的底壁的一端穿出盒体并连接有第一旋钮，第二中心轴与外侧壁螺纹连接，所述凹槽的周壁开设有第一开口，所述牵引带远离大腿固定套的一端穿过第一开口并卷绕在转轴上，所述转轴远离转盘的一端穿出盒体并连接有第二旋钮。

优选的，所述大腿连接杆和小腿连接杆远离人体的一侧均螺纹连接有一排带螺帽的螺栓，所述大腿护带的一端通过带螺帽的螺栓与一大腿连接杆固定连接，所述大腿护带的另一端沿轴向设有若干扣孔，且通过扣孔与另一大腿连接杆的带螺帽的螺栓扣接；所述小腿护带的一端通过带螺帽的螺栓与一小腿连接杆固定连接，所述小腿护带的另一端沿轴向设有若干扣孔，且通过扣孔与另一小腿连接杆的带螺帽的螺栓扣接。

优选的，所述大腿护板和小腿护板均对称设有两个连接件，所述连接件包括第一螺栓和套筒，所述大腿护板、小腿护板与对应连接件的第一螺栓螺纹连接，所述第一螺栓的尾部固接有一卡盘，所述第一螺栓通过卡盘与套筒转动连接，所述第一弹簧、第二弹簧与对应连接件的套筒固定连接。

优选的，所述小腿固定套为一弹性塑料条，所述弹性塑料条的一端外侧沿轴向设有一棘齿带，所述弹性塑料条的另一端沿轴向开有插孔，所述插孔供弹性条带有棘齿带的一端插入，所述插孔的外侧壁设有开口，所述开口处设置有连接轴，所述连接轴上转动连接有控制块，所述连接轴上还设置有第二扭力弹簧，所述第二扭力弹簧能够使控制块的一端抵紧在棘齿带上。

相比现有技术，本发明的有益效果是：

本发明通过分别在膝、髋、踝三关节各设置助力机构，对下肢进行全面地赋能，将功能丧失的髋、膝、踝关节融合成一体，实现整个下肢的行走助力，使得患者借助拄拐等助行器后能够独立行走，其功能全面，结构简单实用，制造成本低。当患者下肢前移时，髋关节助力机构的弹簧带动转盘转动，从而通过牵引带为大腿前移供助力，在患者的腿与患者的身体位于同一纵向面或位于其后侧时，大腿通过牵引带带动转盘转动，使得弹簧拉伸，为下次助力提供储能；通过膝关节助力机构，利用第一弹簧、第二弹簧为膝关节提供支撑力，并且能通过连接件调整第一弹簧、第二弹簧的伸缩长度，进而调节其支撑力度；通过踝关节助力机构，在下肢移动过程中，患者后脚跟着地时，会压迫脚后跟垫，其内腔的齿条下移带动齿轮转动，控制线带动棘爪和棘轮结合，阻止棘轮的中心轴转动，此后在小腿逐渐与脚掌垂直以及相对脚掌前倾的过程中，助力弹簧受拉变长，并在脚后跟离地的过程中，为踝关节助力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置的结构示意图；

图2为图1中盒体的结构示意图；

图3为图1中脚后跟垫的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步的详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：腰部支撑带1、盒体2、转盘3、第四弹簧4、牵引带5、第一棘轮6、第一棘爪7、第一旋钮8、第二旋钮9、连接座10、大腿连接杆11、小腿连接杆12、大腿护板13、小腿护板14、第一弹簧15、第二弹簧16、大腿护带17、小腿护带18、第一螺栓19、套筒20、脚后跟垫21、延伸架22、弧形架23、第二棘轮24、第二棘爪25、助力弹簧26、齿条27、第三弹簧28、控制线29。

如图1、图2和图3所示的，一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，包括髋关节助力机构、膝关节助力机构和踝关节助力机构；

髋关节助力机构包括腰部支撑带1，腰部支撑带1的两端通过皮带扣连接，腰部支撑带1左右两侧均设置有可调节长度的肩带，腰部支撑带1的两侧还设置有驱动机构，驱动机构包括盒体2，盒体2包括前侧壁、后侧壁、外侧壁和内侧壁，内侧壁为盒体2靠近人体的一侧，内侧壁转动连接有转盘3，转盘3上侧与前侧壁之间连接有第四弹簧4，转盘3设置有牵引带5，转盘3远离内侧壁的一端开设有凹槽，凹槽中心转动连接有转轴，转轴套设有第一棘轮6，凹槽的底壁转动连接有第二中心轴，第二中心轴上固设有与第一棘轮6配合的第一棘爪7，第二中心轴远离凹槽的底壁的一端穿出盒体2并连接有第一旋钮8，第二中心轴与外侧壁螺纹连接，凹槽的周壁开设有第一开口，牵引带5远离大腿固定套的一端穿过第一开口并卷绕在转轴上，转轴远离转盘3的一端穿出盒体2并连接有第二旋钮9。

膝关节助力机构包括两个对称设置的连接座10，连接座10的上端铰接有大腿连接杆11，连接座10的下端铰接有小腿连接杆12，两根大腿连接杆11的前侧连接有一大腿护板13，大腿护板13和连接座10之间设置有第一弹簧15，两根小腿连接杆12的前侧连接有一小腿护板14，小腿护板14和连接座10之间设置有第二弹簧16，大腿护板13和小腿护板14均呈“U”形结构；两根大腿连接杆11的后侧可拆卸连接有大腿护带17，两根小腿连接杆12的后侧可拆卸连接有小腿护带18。大腿连接杆11和小腿连接杆12远离人体的一侧均螺纹连接有一排带螺帽的螺栓，大腿护带17的一端通过带螺帽的螺栓与一大腿连接杆11固定连接，大腿护带17的另一端沿轴向设有若干扣孔，且通过扣孔与另一大腿连接杆11的带螺帽的螺栓扣接；小腿护带18的一端通过带螺帽的螺栓与一小腿连接杆12固定连接，小腿护带18的另一端沿轴向设有若干扣孔，且通过扣孔与另一小腿连接杆12的带螺帽的螺栓扣接。大腿护板13和小腿护板14均对称设有两个连接件，连接件包括第一螺栓19和套筒20，大腿护板13、小腿护板14与对应连接件的第一螺栓19螺纹连接，第一螺栓19的尾部固接有一卡盘，第一螺栓19通过卡盘与套筒20转动连接，第一弹簧15、第二弹簧16与对应连接件的套筒20固定连接。

踝关节助力机构包括脚后跟垫21，脚后跟垫21的两侧连接有延伸架22，延伸架22从脚后跟贴合人体向上延伸至小腿下端，两个延伸架22的自由端之间连接有弧形架23，弧形架23上设置有相互配合的第二棘轮24和第二棘爪25，第二棘轮24设置有第一中心轴，第一中心轴上还设有第一扭力弹簧，脚后跟垫21内设置有空腔，空腔内设置有齿条27，齿条27的上下两端均设置有第三弹簧28，两个第三弹簧28分别连接空腔的底壁和顶壁，齿条27的下端设有插槽，齿条27下端对应的空腔底壁设有与插槽插接的限位柱，空腔内还设有与齿条27啮合的齿轮，齿轮的轴上连接有控制线29，控制线29沿延伸架22布设并与第二棘爪25连接，控制线29用于控制第二棘爪25和第二棘轮24之间的离合。

牵引带5的自由端穿出盒体2且通过大腿连接杆11上带螺帽的螺栓连接于大腿连接杆11的上端，中心轴上卷绕连接有拉绳，拉绳的自由端连接有助力弹簧26，助力弹簧26的自由端连接有牵引绳，牵引绳的自由端通过小腿连接杆12上带螺帽的螺栓与小腿连接杆12的下端连接。

具体实施过程如下：

患者将脚后跟垫21放于鞋内，将牵引绳连接在小腿连接杆12上的合适的螺栓上，将小腿护板14套于小腿前侧，再将小腿护带18和小腿连接杆12上的带螺帽的螺栓扣接，使两个连接座10位于膝关节两侧，然后用力将大腿连接杆11朝向大腿折转，直至大腿护板13贴靠于大腿上侧，接着将大腿护带17和大腿连接杆11上的带螺帽的螺栓扣接，接着将腰部支撑带1套于腰部，通过皮带扣收紧并穿上肩带，转动第二旋钮9，第二旋8带动转轴转动从而卷绕收紧牵引带5。

当患者借助拄拐独立行走时，第一弹簧15和第二弹簧16为膝关节提供支撑力，若需调节支撑力大小，转动连接件的螺钉，调整第一弹簧15、第二弹簧16的伸缩长度即可。

行走过程中，下肢前移时，第四弹簧4带动转盘3转动，从而通过牵引带5为大腿前移提供助力，在患者的腿与患者的身体位于同一纵向面或位于其后侧时，通过牵引带5带动转盘3转动，使得第四弹簧4拉伸，为下次助力提供储能；需要调整大腿固定套位置时，可转动第一旋钮8，使第一棘爪7朝远离第一棘轮6的方向转动，从而解除对第一棘轮6的限制，再拉动牵引带5即可调整牵引带5伸出盒体2的长度，反向转动第一旋钮8则使第一棘爪7朝靠近第一棘轮6的方向转动，恢复对第一棘轮6的限制。

而在一个行走行程中，当患者后脚跟着地时，患者的脚后跟压迫脚后跟垫21，其内腔的齿条27下移带动齿轮转动，齿轮转动从而收紧控制线29，控制线29拉动第二棘爪25的下端，从而使第二棘爪25的上端和第二棘轮24结合，阻止第二棘轮24及其中心轴转动；此后，在小腿逐渐与脚掌垂直以及相对脚掌前倾的过程中，助力弹簧26受拉变长，并在脚后跟离地的过程中，为踝关节提供助力，而在脚后跟离地后，脚后跟垫21复位，控制线29松开对第二棘爪25的下端的牵引，第二棘爪25在其回位弹簧的作用下，第二棘爪25的上端与第二棘轮24分离，中心轴及第一扭力弹簧能在助力弹簧26第一次收缩后的后续抖动中，起到消能、稳定的作用，有助于助力弹簧26正常参与下一行走行程。

以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体技术方案和/或特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明技术方案的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (4)

1.一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，其特征在于：包括髋关节助力机构、膝关节助力机构和踝关节助力机构；

所述髋关节助力机构包括腰部支撑带，所述腰部支撑带的两侧设置有驱动机构，所述驱动机构包括盒体，所述盒体包括前侧壁、后侧壁、外侧壁和内侧壁，所述内侧壁为盒体靠近人体的一侧，所述内侧壁转动连接有转盘，所述转盘上侧与前侧壁之间连接有第四弹簧，所述转盘设置有牵引带；

所述膝关节助力机构包括两个对称设置的连接座，所述连接座的上端铰接有大腿连接杆，所述连接座的下端铰接有小腿连接杆，两根大腿连接杆的前侧连接有一大腿护板，所述大腿护板和连接座之间设置有第一弹簧，两根小腿连接杆的前侧连接有一小腿护板，所述小腿护板和连接座之间设置有第二弹簧，所述大腿护板和小腿护板均呈“U”形结构；两根大腿连接杆的后侧可拆卸连接有大腿护带，两根小腿连接杆的后侧可拆卸连接有小腿护带；

所述踝关节助力机构包括脚后跟垫，所述脚后跟垫的两侧连接有延伸架，所述延伸架从脚后跟贴合人体向上延伸至小腿下端，两个延伸架的自由端之间连接有弧形架，所述弧形架上设置有相互配合的第二棘轮和第二棘爪，所述第二棘轮设置有第一中心轴，所述第一中心轴上还设有第一扭力弹簧，所述脚后跟垫内设置有空腔，所述空腔内设置有齿条，所述齿条的上下两端均设置有第三弹簧，两个第三弹簧分别连接空腔的底壁和顶壁，所述空腔内还设有与齿条啮合的齿轮，所述齿轮的轴上连接有控制线，所述控制线沿延伸架布设并与第二棘爪连接，所述控制线用于控制第二棘爪和第二棘轮之间的离合；

所述牵引带的自由端穿出盒体且连接大腿连接杆的上端，所述中心轴上卷绕连接有拉绳，所述拉绳的自由端连接有助力弹簧，所述助力弹簧的自由端连接有牵引绳，所述牵引绳的自由端与小腿连接杆的下端连接。

2.根据权利要求1所述的一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，其特征在于：所述转盘远离内侧壁的一端开设有凹槽，所述凹槽中心转动连接有转轴，所述转轴套设有第一棘轮，所述凹槽的底壁转动连接有第二中心轴，第二中心轴上固设有与第一棘轮配合的第一棘爪，第二中心轴远离凹槽的底壁的一端穿出盒体并连接有第一旋钮，第二中心轴与外侧壁螺纹连接，所述凹槽的周壁开设有第一开口，所述牵引带远离大腿连接杆的一端穿过第一开口并卷绕在转轴上，所述转轴远离转盘的一端穿出盒体并连接有第二旋钮。

3.根据权利要求1所述的一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，其特征在于：所述大腿连接杆和小腿连接杆远离人体的一侧均螺纹连接有一排带螺帽的螺栓，所述大腿护带的一端通过带螺帽的螺栓与一大腿连接杆固定连接，所述大腿护带的另一端沿轴向设有若干扣孔，且通过扣孔与另一大腿连接杆的带螺帽的螺栓扣接；所述小腿护带的一端通过带螺帽的螺栓与一小腿连接杆固定连接，所述小腿护带的另一端沿轴向设有若干扣孔，且通过扣孔与另一小腿连接杆的带螺帽的螺栓扣接。

4.根据权利要求3所述的一种膝、髋、踝三关节功能障碍赋能装置，其特征在于：所述大腿护板和小腿护板均对称设有两个连接件，所述连接件包括第一螺栓和套筒，所述大腿护板、小腿护板与对应连接件的第一螺栓螺纹连接，所述第一螺栓的尾部固接有一卡盘，所述第一螺栓通过卡盘与套筒转动连接，所述第一弹簧、第二弹簧与对应连接件的套筒固定连接。