CN114712175A

CN114712175A - 一种用于脑卒中患者的行走辅助装置

Info

Publication number: CN114712175A
Application number: CN202210184810.1A
Authority: CN
Inventors: 张秋实; 赵燕利; 朱庆华; 陈素艳; 张振香
Original assignee: Zhengzhou University
Current assignee: Zhengzhou University
Priority date: 2022-02-28
Filing date: 2022-02-28
Publication date: 2022-07-08

Abstract

本发明公开了一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，包括机体组、大腿固定模块、连接模块、小腿固定模块、踝关节减震模块和路况反馈模块，所述大腿助力模块安装在机体组的内侧，且大腿助力模块通过连接模块与小腿固定模块连接，所述路况反馈模块安装于机体组的前端。本发明所述的一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，可以帮助患者在行走过程中保持正常步态的屈髋、屈膝和屈踝角度，有利于患者的行走和偏瘫步态的矫正，减小患者行走过程中的冲击，有利于预防或者矫正脑卒中引起的足内翻症状，同时可以实时探测患者行走路线上路面的坡度情况，并可以根据路面情况实现患者髋关节、膝关节和踝关节的实时调节，便于患者在不同坡度和环境的路面上行走。

Description

一种用于脑卒中患者的行走辅助装置

技术领域

本发明涉及医疗辅助器械领域，特别涉及一种用于脑卒中患者的行走辅助装置。

背景技术

偏瘫是脑卒中常见的后遗症之一，患者由于高级中枢损伤，失去了对低级中枢的控制，容易出现感觉缺失、运动障碍、肌群间协调能力丧失，失去维持正常姿态控制的能力，临床变现包括患者侧肢体负重能力减退及稳定性下降，身体重心健侧偏移等，影响了平衡的维持和行走能力，表现为划圈步态，行走中步态不稳易引起摔倒等。造成偏瘫步态的原因主要有：患者发病早起忽视了良肢位的摆放，加之缺乏早起规范的康复训练，导致患侧下肢伸肌痉挛模式，使得膝关节屈伸活动受到影响，这种情况不断加重，造成踝背伸肌及群屈膝肌群出现废用性萎缩；患者迈步时为了屈膝，过度抬高患腿，屈膝的同时造成腓肠肌痉挛，足跖屈内翻，导致步态异常，步行能力下降。此外，脑卒中偏瘫患者平衡功能的减退主要表现在过大的躯体侧方运动和骨盆旋转、小范围的垂直运动和躯体运动的不对称性，身体重心偏移、重心摆动系数增大等方面，从而使平衡能力下降，进一步影响患者的步行能力。

患者在行走过程中，由于肌张力较高，会出现屈髋和屈膝困难，且常常伴有足内翻现象，导致患者行走困难，出现偏瘫步态，现有的行走辅助设备，只能够帮助患者进行行走动作，或者在患者行走过程中提供支撑，并不能帮助患者纠正偏瘫步态，且患者在行走过程中，遇到的环境时复杂多样的，常常会遇到有坡度的路面，当患者行走在有坡度的路面时，其髋关节和膝关节的弯曲角度与在平躺路面上行走时是不同的，现有的行走装置并不能根据路况进行实时调节，容易导致患者摔倒，为此，我们提出一种用于脑卒中患者的行走辅助装置。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，可以有效解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，包括机体组、大腿固定模块、连接模块、小腿固定模块、踝关节减震模块和路况反馈模块，所述大腿助力模块安装在机体组的内侧，且大腿助力模块通过连接模块与小腿固定模块连接，所述小腿固定模块下端与踝关节减震模块连接，所述路况反馈模块安装于机体组的前端，且路况反馈模块通过实时反馈路况信息至控制系统，实现对连接模块和踝关节减震模块中驱动机构的控制。

所述连接模块包括壳体、驱动电机、谐波齿轮减速器、驱动轴、驱动齿轮、从动齿轮和从动轴，用于大腿固定模块和小腿固定模块的连接和患者膝关节的助力，所述驱动电机主轴末端与谐波齿轮减速器的输入轴连接，所述谐波齿轮减速器的输出轴与驱动轴连接，所述驱动齿轮安装于驱动轴外侧，所述从动齿轮安装于从动轴外侧，且驱动齿轮与从动齿轮相啮合。

所述踝关节减震模块包括连接杆、减震器、液压缸、跟骨固定器、脚掌固定器、脚掌固定带和足底压力采集器，用于行走过程中踝关节的减震和助力，所述减震器和液压缸的上端均与连接杆转动连接，所述减震器和液压缸的下端均与跟骨固定器转动连接，且减震器安装在液压缸的后侧，所述脚掌固定器与跟骨固定器连接，所述脚掌固定带端部与脚掌固定器连接，所述足底压力采集器包括复合脚垫和矩阵式传感器模块，用于采集患者行走过程中的足底压力，所述矩阵式传感器模块安装于复合脚垫的内部。

所述路况反馈模块包括固定架、探测雷达、红外测距传感器和倾角传感器，用于行走路线上障碍物和路面坡度的探测，所述探测雷达、测距传感器和倾角传感器均安装于固定架的内部。

进一步的，所述机体组包括骨架式助行器、控制器、万向轮、刹车系统、坐垫和供电设备，用于患者行走过程中的支撑和设备的安装，所述控制器安装在骨架式助行器的扶手处，所述万向轮安装于骨架式助行器的前端下侧，且万向轮通过固定于骨架式助行器扶手处的刹车系统抱死，所述坐垫安装于骨架式助行器的前端内侧，所述供电设备安装于坐垫的下侧端面。

进一步的，所述大腿固定模块包括连接销、大腿伸缩杆、第一限位器、大腿绑带和助力缸，用于患者大腿的固定，所述大腿伸缩杆通过第一连接销与骨架式助行器转动连接，且大腿伸缩杆下端与驱动轴转动连接，所述第一限位器安装于大腿伸缩杆远离患者躯体的一侧端面，所述大腿绑带安装于大腿伸缩杆靠近患者躯体的一侧端面，所述助力缸的两端分别与骨架式助行器和大腿伸缩杆转动连接。

进一步的，所述小腿固定模块包括小腿伸缩杆、第二限位器和小腿绑带，用于患者小腿的固定，所述小腿伸缩杆上端与从动轴转动连接，所述小腿伸缩杆下端与连接杆连接，所述第二限位器安装于小腿伸缩杆远离患者躯体的一侧端面，所述小腿绑带安装于小腿伸缩杆靠近患者躯体的一侧端面。

进一步的，所述跟骨固定器为刚性结构，且跟骨固定器内侧与患者足跟皮肤接触的部分覆盖有缓冲垫，所述缓冲垫为硅胶、硅橡胶、聚乙烯或棉麻材质构成。

进一步的，所述红外测距传感器沿顺时针倾斜45度设置。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1）可以帮助患者在行走过程中保持正常步态的屈髋、屈膝和屈踝角度，有利于患者的行走和偏瘫步态的矫正，当患者足部落地时，液压缸并未完全复位，使得患者的足跟部首先与地面接触，减震器收缩吸收足跟部与地面接触时的冲击力，随后液压缸逐步复位，使患者脚掌与地面逐渐接触，保持支撑相，可以减小患者行走过程中的冲击，尤其对于由足内翻症状的患者，可以减小患者脚部外侧落地时的压力，减轻患者足内翻症状引起的足部不适感；

2）在患者行走过程中，足底接触端面时，安装于脚掌固定器上端的足底压力采集器可以实时采集患者足底压力值，并将矩阵式传感器模块采集的多方位的足底压力值传送至控制器处，控制器对采集的数值进行滤波降噪处理后，储存在其内部储存器中，通过大量积累的足底压力的原始数据，便于对患者足底压力分布情况进行分析，有利于预防或者矫正脑卒中引起的足内翻症状，同时对于已经产生足内翻症状患者的矫正器设计有着指导作用；

3）通过设置的路况探测模块，可以实时探测患者行走路线上路面的坡度情况，并可以根据路面情况实现患者髋关节、膝关节和踝关节的实时调节，便于患者在不同坡度和环境的路面上行走。

附图说明

图1为本发明一种用于脑卒中患者的行走辅助装置的结构示意图；

图2为本发明一种用于脑卒中患者的行走辅助装置的局部爆炸图；

图3为本发明一种用于脑卒中患者的行走辅助装置机体组的结构示意图；

图4为本发明路况反馈模块在不同坡度路面情况下的工作原理图。

图中：1、机体组；11、骨架式助行器；12、控制器；13、万向轮；14、刹车系统；15、坐垫；16、供电设备；2、大腿固定模块；21、连接销；22、大腿伸缩杆；23、第一限位器；24、大腿绑带；25、助力缸；3、连接模块；31、壳体；32、驱动电机；33、谐波齿轮减速器；34、驱动轴；35、驱动齿轮；36、从动齿轮；37、从动轴；4、小腿固定模块；41、小腿伸缩杆；42、第二限位器；43、小腿绑带；5、踝关节减震模块；51、连接杆；52、减震器；53、液压缸；54、跟骨固定器；55、脚掌固定器；56、脚掌固定带；57、足底压力采集器；571、复合脚垫；572、矩阵式传感器模块；6、路况反馈模块；61、固定架；62、探测雷达；63、红外测距传感器；64倾角传感器。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明作进一步的说明，其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制，为了更好地说明本发明的具体实施方式，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸，对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的，基于本发明中的具体实施方式，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具体实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1、图2、图3所示，一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，包括机体组1、大腿固定模块2、连接模块3、小腿固定模块4、踝关节减震模块5和路况反馈模块6，大腿助力模块2安装在机体组1的内侧，且大腿助力模块2通过连接模块3与小腿固定模块4连接，小腿固定模块4下端与踝关节减震模块5连接，路况反馈模块6安装于机体组1的前端，且路况反馈模块6通过实时反馈路况信息至控制系统，实现对连接模块3和踝关节减震模块5中驱动机构的控制。

连接模块3包括壳体31、驱动电机32、谐波齿轮减速器33、驱动轴34、驱动齿轮35、从动齿轮36和从动轴37，用于大腿固定模块2和小腿固定模块4的连接和患者膝关节的助力，驱动电机32主轴末端与谐波齿轮减速器33的输入轴连接，谐波齿轮减速器33的输出轴与驱动轴34连接，驱动齿轮35安装于驱动轴34外侧，从动齿轮36安装于从动轴37外侧，且驱动齿轮35与从动齿轮36相啮合。

踝关节减震模块5包括连接杆51、减震器52、液压缸53、跟骨固定器54、脚掌固定器55、脚掌固定带56和足底压力采集器57，用于行走过程中踝关节的减震和助力，减震器52和液压缸53的上端均与连接杆51转动连接，减震器52和液压缸53的下端均与跟骨固定器54转动连接，且减震器52安装在液压缸53的后侧，脚掌固定器55与跟骨固定器54连接，脚掌固定带56端部与脚掌固定器55连接，足底压力采集器57包括复合脚垫571和矩阵式传感器模块572，用于采集患者行走过程中的足底压力，矩阵式传感器模块572安装于复合脚垫571的内部。

路况反馈模块6包括固定架61、探测雷达62、红外测距传感器63和倾角传感器64，用于行走路线上障碍物和路面坡度的探测，探测雷达62、测距传感器63和倾角传感器64均安装于固定架61的内部。

机体组1包括骨架式助行器11、控制器12、万向轮13、刹车系统14、坐垫15和供电设备16，用于患者行走过程中的支撑和设备的安装，控制器12安装在骨架式助行器11的扶手处，万向轮13安装于骨架式助行器11的前端下侧，且万向轮13可以通过固定于骨架式助行器11扶手处的刹车系统14抱死，坐垫15安装于骨架式助行器11的前端内侧，供电设备16安装于坐垫15的下侧端面。

大腿固定模块2包括连接销21、大腿伸缩杆22、第一限位器23、大腿绑带24和助力缸25，用于患者大腿的固定，大腿伸缩杆22通过第一连接销21与骨架式助行器11转动连接，且大腿伸缩杆22下端与驱动轴34转动连接，第一限位器23安装于大腿伸缩杆22远离患者躯体的一侧端面，大腿绑带24安装于大腿伸缩杆22靠近患者躯体的一侧端面，助力缸25的两端分别与骨架式助行器11和大腿伸缩杆22转动连接。

小腿固定模块4包括小腿伸缩杆41、第二限位器42和小腿绑带43，用于患者小腿的固定，小腿伸缩杆41上端与从动轴37转动连接，小腿伸缩杆41下端与连接杆51连接，第二限位器42安装于小腿伸缩杆41远离患者躯体的一侧端面，小腿绑带43安装于小腿伸缩杆41靠近患者躯体的一侧端面。

跟骨固定器54为刚性结构，且跟骨固定器54内侧与患者足跟皮肤接触的部分覆盖有缓冲垫，缓冲垫为硅胶、硅橡胶、聚乙烯或棉麻材质构成。红外测距传感器63沿顺时针倾斜45度设置。

通过采用上述技术方案：使用时，将患者的脚掌放置在脚掌固定器55上端，脚跟位置与跟骨固定器54相贴合，并使用脚掌固定带56将患者的脚掌进行固定，使用小腿绑带43将患者的小腿与小腿伸缩杆41固定，使用大腿绑带24将患者的大腿与大腿伸缩杆22固定，当患者进行行走动作时，助力缸25收缩带动患者的大腿抬起，帮助患者完成屈髋动作，同时驱动电机32运行带动谐波齿轮减速器33运行，谐波齿轮减速器33带动驱动齿轮35转动，通过驱动齿轮35与从动齿轮36的啮合，使从动齿轮36围绕驱动齿轮35转动，从而帮助患者进行屈膝动作，液压缸53运行带动跟骨固定器54转动，使患者的踝关节跟随转动，使患者在行走过程中保持正常的屈髋、屈膝和屈踝，有利于患者的行走和偏瘫步态的矫正，当患者足部落地时，液压缸53并未完全复位，使得患者的足跟部首先与地面接触，减震器52收缩吸收足跟部与地面接触时的冲击力，随后液压缸53逐步复位，使患者脚掌与地面逐渐接触，保持支撑相，可以减小患者行走过程中的冲击，尤其对于由足内翻症状的患者，可以减小患者脚部外侧落地时的压力，减轻患者足内翻症状引起的足部不适感，此外，可以根据患者的大腿和小腿长度调节大腿伸缩杆22和小腿伸缩杆41的长度，并使用第一限位器23和第二限位器42进行固定。

实施例2

通过采用上述技术方案：在患者行走过程中，足底接触端面时，安装于脚掌固定器55上端的足底压力采集器57可以实时采集患者足底压力值，并将矩阵式传感器模块572采集的多方位的足底压力值传送至控制器12处，控制器12对采集的数值进行滤波降噪处理后，储存在其内部储存器中，通过大量积累的足底压力的原始数据，便于对患者足底压力分布情况进行分析，有利于预防或者矫正脑卒中引起的足内翻症状，同时对于已经产生足内翻症状患者的矫正器设计有着指导作用，跟骨固定器54为刚性结构，便于对患者的足跟部位进行固定，对于患者的足内翻症状进行矫正，且跟骨固定器54内侧与患者足跟皮肤接触的部分覆盖有缓冲垫，缓冲垫为硅胶、硅橡胶、聚乙烯或棉麻材质构成，可以对患者足跟处的皮肤进行保护，防止长时间使用后皮肤因摩擦出现损伤。

实施例3

如图1、图2、图3、图3、图4所示，一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，包括机体组1、大腿固定模块2、连接模块3、小腿固定模块4、踝关节减震模块5和路况反馈模块6，大腿助力模块2安装在机体组1的内侧，且大腿助力模块2通过连接模块3与小腿固定模块4连接，小腿固定模块4下端与踝关节减震模块5连接，路况反馈模块6安装于机体组1的前端，且路况反馈模块6通过实时反馈路况信息至控制系统，实现对连接模块3和踝关节减震模块5中驱动机构的控制。

路况反馈模块6包括固定架61、探测雷达62、红外测距传感器63和倾角传感器64，用于行走路线上障碍物和路面坡度的探测，探测雷达62、测距传感器63和倾角传感器64均安装于固定架61的内部。红外测距传感器63沿顺时针倾斜45度设置。

通过采用上述技术方案：路况反馈模块6的探测雷达62用于行走路线上障碍物的探测，当行进路线上存在障碍区时，探测雷达62通过控制器12发出警报信息，以便于提醒使用者，同时倾斜45度安装的红外测距传感器63向前方发送探测信号，实时检测行走路线上地面与红外测距传感器63之间的距离值，当患者在平坦路面行走时，由于其安装高度为固定值，根据三角函数计算可知红外测距传感器63与地面之间的距离为也为固定值，大约为其安装高度的1.41倍，当患者行走至将要上坡的路面时，红外测距传感器63检测到与地面之间的距离减小，并将距离信息发送至控制器12，控制器12判定患者将要在上坡路面上行走，在上坡过程中，患者的屈膝角度相应增大，而踝关节弯曲角度减小，控制器12通过调节驱动电机32的运行参数，使从动齿轮36转动角度减小，从而减小患者的屈膝角度，同时控制器12通过减小液压缸53的伸长量，使踝关节的转动角度减小，同理，当患者行走至将要下坡的路面时，红外测距传感器63检测到与地面之间的距离增大，并将距离信息发送至控制器12，控制器12判定患者将要在下坡路面上行走，在下坡过程中，患者的屈膝角度相应减小，而踝关节弯曲角度增大，控制器12通过调节驱动电机32的运行参数，使从动齿轮36转动角度增大，从而增大患者的屈膝角度，同时控制器12通过增加液压缸53的伸长量，使踝关节的转动角度增大，从而可以根据路面情况实现患者髋关节、膝关节和踝关节的实时调节，便于患者在不同坡度和环境的路面上行走。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，包括机体组、大腿固定模块、连接模块、小腿固定模块、踝关节减震模块和路况反馈模块，其特征在于：所述大腿助力模块安装在机体组的内侧，且大腿助力模块通过连接模块与小腿固定模块连接，所述小腿固定模块下端与踝关节减震模块连接，所述路况反馈模块安装于机体组的前端，且路况反馈模块通过实时反馈路况信息至控制系统，实现对连接模块和踝关节减震模块中驱动机构的控制；所述连接模块包括壳体、驱动电机、谐波齿轮减速器、驱动轴、驱动齿轮、从动齿轮和从动轴，用于大腿固定模块和小腿固定模块的连接和患者膝关节的助力，所述驱动电机主轴末端与谐波齿轮减速器的输入轴连接，所述谐波齿轮减速器的输出轴与驱动轴连接，所述驱动齿轮安装于驱动轴外侧，所述从动齿轮安装于从动轴外侧，且驱动齿轮与从动齿轮相啮合；所述踝关节减震模块包括连接杆、减震器、液压缸、跟骨固定器、脚掌固定器、脚掌固定带和足底压力采集器，用于行走过程中踝关节的减震和助力，所述减震器和液压缸的上端均与连接杆转动连接，所述减震器和液压缸的下端均与跟骨固定器转动连接，且减震器安装在液压缸的后侧，所述脚掌固定器与跟骨固定器连接，所述脚掌固定带端部与脚掌固定器连接，所述足底压力采集器包括复合脚垫和矩阵式传感器模块，用于采集患者行走过程中的足底压力，所述矩阵式传感器模块安装于复合脚垫的内部；所述路况反馈模块包括固定架、探测雷达、红外测距传感器和倾角传感器，用于行走路线上障碍物和路面坡度的探测，所述探测雷达、测距传感器和倾角传感器均安装于固定架的内部。

2.根据权利要求1所述的一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，其特征在于：所述机体组包括骨架式助行器、控制器、万向轮、刹车系统、坐垫和供电设备，用于患者行走过程中的支撑和设备的安装，所述控制器安装在骨架式助行器的扶手处，所述万向轮安装于骨架式助行器的前端下侧，且万向轮可以通过固定于骨架式助行器扶手处的刹车系统抱死，所述坐垫安装于骨架式助行器的前端内侧，所述供电设备安装于坐垫的下侧端面。

3.根据权利要求1所述的一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，其特征在于：所述大腿固定模块包括连接销、大腿伸缩杆、第一限位器、大腿绑带和助力缸，用于患者大腿的固定，所述大腿伸缩杆通过第一连接销与骨架式助行器转动连接，且大腿伸缩杆下端与驱动轴转动连接，所述第一限位器安装于大腿伸缩杆远离患者躯体的一侧端面，所述大腿绑带安装于大腿伸缩杆靠近患者躯体的一侧端面，所述助力缸的两端分别与骨架式助行器和大腿伸缩杆转动连接。

4.根据权利要求1所述的一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，其特征在于：所述小腿固定模块包括小腿伸缩杆、第二限位器和小腿绑带，用于患者小腿的固定，所述小腿伸缩杆上端与从动轴转动连接，所述小腿伸缩杆下端与连接杆连接，所述第二限位器安装于小腿伸缩杆远离患者躯体的一侧端面，所述小腿绑带安装于小腿伸缩杆靠近患者躯体的一侧端面。

5.根据权利要求1所述的一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，其特征在于：所述跟骨固定器为刚性结构，且跟骨固定器内侧与患者足跟皮肤接触的部分覆盖有缓冲垫，所述缓冲垫为硅胶、硅橡胶、聚乙烯或棉麻材质构成。

6.根据权利要求1所述的一种用于脑卒中患者的行走辅助装置，其特征在于：所述红外测距传感器沿顺时针倾斜45度设置。