CN114886727B - 一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，包括腰部支撑机构、两个驱动机构和两个髋关节运动机构，两个髋关节运动机构对称安装在腰部支撑机构两侧，两个驱动机构均固定在腰部支撑机构背部，且两个驱动机构分别通过钢丝绳与两个髋关节运动机构连接。本发明可实现髋关节屈曲/伸展、内收/外展、内旋/外旋三自由度运动，辅助髋关节受损的患者进行康复训练，并且髋关节屈曲/伸展自由度采用电机配合钢丝绳驱动方式，对关节自由度起到限位作用，避免患者在康复训练过程中出现二次损伤，具有结构简单、安全便携、穿戴舒适的优点。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复器械技术领域，更具体的说是涉及一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置。
背景技术
在人体日常运动过程中，髋部区域是连接躯干和下肢的重要区域，髋关节具有最大物理负荷和最大压力。一些疾病和安全事故的发生会导致髋关节受损，而髋关节受到损伤会影响人体正常行走和生活，对家庭和社会造成沉重负担。因此，通过进行有效的康复训练来恢复患者髋关节的运动功能是非常有必要的。
康复训练的目标是通过进行特定的运动激发患者的运动可塑性，从而加强运动恢复并最大限度地减少功能缺陷。传统的康复训练需要康复医师一对一地对患者进行康复，随着患者人数的增长，康复医师人数不足，康复机器人的应用可以有效帮助康复医师摆脱重复又繁重的康复训练工作，提高康复训练效率。因此，康复机器人逐渐成为在康复治疗过程中的有效技术手段。
但是，目前髋关节康复机器人仍存在自由度较少、结构复杂、患者穿戴舒适性较差、康复训练效果不佳等问题。
因此，提供一种灵活有效的可穿戴三自由度的髋关节康复装置是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，可实现髋关节三自由度运动，从而对髋关节受损患者进行有效的康复训练。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，包括：
腰部支撑机构，所述腰部支撑机构包括背板、腰带、两个腰部偏航连接件和两个腰部导向滑轮组件，所述腰带安装在所述背板的前平面；两个所述腰部偏航连接件分别通过销轴相对称安装在所述背板的两侧；两个所述腰部导向滑轮组件分别相对称固定在两个所述腰部偏航连接件的外侧；
两个驱动机构，两个相对称分布的所述驱动机构结构相同，均包括电机、减速器、联轴器、绳槽卷筒、两个轴支撑架、第一钢丝绳、第二钢丝绳和两个压绳件，所述电机固定在所述背板的背部；所述减速器套装在所述电机上，且所述减速器与所述电机的输出轴通过联轴器连接；所述绳槽卷筒固定在所述输出轴的延伸端，且所述绳槽卷筒通过其两端的两个所述轴支撑架固定在所述背板的背部；所述第一钢丝绳一端和所述第二钢丝绳一端分别通过所述压绳件固定在所述绳槽卷筒上；
两个髋关节运动机构，两个相对称分布的髋关节运动机构结构相同，均包括髋关节内旋/外旋组件、髋部调节件、髋关节内收/外展组件、大腿连接件、大腿绑带、髋关节屈曲/伸展轴杆、髋关节滑轮、两个锁紧件、挡板和两个髋部导向滑轮，所述髋关节内旋/外旋组件一端依次通过所述髋部调节件、所述髋关节内收/外展组件与所述腰部偏航连接件铰接；所述大腿连接件通过所述髋关节屈曲/伸展轴杆安装在所述髋关节内旋/外旋组件另一端；所述大腿绑带安装在所述大腿连接件的内侧；所述髋关节滑轮安装在所述髋关节屈曲/伸展轴杆延伸端，两个所述锁紧件相对称固定在所述髋关节滑轮上；所述挡板安装在所述髋关节屈曲/伸展轴杆延伸端且位于所述髋关节滑轮外侧；两个所述髋部导向滑轮上下相对称安装在所述髋关节内旋/外旋组件的外侧面；所述第一钢丝绳另一端和所述第二钢丝绳另一端分别依次穿过所述腰部导向滑轮组件和两个所述髋部导向滑轮固定在两个所述锁紧件上。
通过采取以上技术方案，本发明的有益技术效果：
1)结构简单灵活，可实现髋关节屈曲/伸展、内收/外展、内旋/外旋三自由度运动，髋关节受损患者能够进行有效的康复训练；
2)髋关节屈曲/伸展自由度采用电机配合钢丝绳驱动方式，即通过确定钢丝绳长度对髋关节屈曲/伸展自由度进行限位，避免患者在康复训练过程中出现二次损伤，确保在患者康复训练中穿戴康复机器人的安全性；
3)腰带和大腿绑带方便患者穿戴，增加了舒适性。
进一步的，所述腰部导向滑轮组件包括两个腰部导向滑轮架、两个腰部导向滑轮、两个挡绳板和转轴，上下分布的两个所述腰部导向滑轮架均固定在所述腰部偏航连接件的外侧；两个所述腰部导向滑轮分别位于两个所述腰部导向滑轮架内部，两个所述挡绳板分别位于两个所述腰部导向滑轮架外侧，两个所述腰部导向滑轮架、两个所述腰部导向滑轮和两个所述挡绳板通过所述转轴连接为一体；所述第一钢丝绳另一端和所述第二钢丝绳另一端分别依次穿过两个所述腰部导向滑轮和两个所述髋部导向滑轮固定在两个所述锁紧件上。
进一步的，所述髋关节内收/外展组件包括髋关节内收/外展连接件、固定轴和髋关节内收/外展轴杆，所述髋关节内收/外展连接件通过轴与所述髋部调节件连接；所述腰部偏航连接件具有横向槽孔；所述髋关节内收/外展连接件通过所述髋关节内收/外展轴杆及所述固定轴安装在所述横向槽孔内。
进一步的，所述髋关节内旋/外旋组件包括髋关节内旋/外旋连接件、髋关节内旋/外旋轴杆和开口套，所述髋关节内旋/外旋连接件具有沿竖直方向分布的轴杆孔槽；所述髋关节内旋/外旋轴杆安装在所述轴杆孔槽内，且所述髋关节内旋/外旋轴杆开设有键槽，所述键槽与所述轴杆孔槽之间安装有键；所述开口套套合在所述髋关节内旋/外旋轴杆上，且所述键延伸出所述开口套；所述髋部调节件通过所述开口套与所述髋关节内旋/外旋轴杆连接，且所述髋部调节件上开设有与所述键相对应的半圆环孔槽。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，内旋/外旋方向转动时，髋部调节件的半圆环孔槽起到限制键的转动角度，保证内旋/外旋角度在合理范围，防止患者二次损伤的作用。
进一步的，所述背板上开设有多组纵向排布的第一螺纹孔，所述腰带通过旋拧于任一组所述第一螺纹孔内的螺栓安装在所述背板上。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，腰带在背板上的高度位置可以进行调节，增强了患者穿戴机器人的舒适性以及康复机器人的康复人群适用性。
进一步的，所述大腿连接件上开设有多组纵向排布的第二螺纹孔；所述大腿绑带通过旋拧于任一组所述第二螺纹孔内的螺栓安装在所述大腿连接件上。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，大腿绑带在大腿连接件上的高度位置可以进行调节，增强了患者穿戴机器人的舒适性以及康复机器人的康复人群适用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置的整体结构示意图；
图2附图为本发明提供的一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置的侧视图；
图3附图为本发明提供的腰部支撑机构的结构示意图；
图4附图为本发明提供的驱动机构的结构示意图；
图5附图为本发明提供的髋关节运动机构的结构示意图；
图6附图为本发明提供的髋关节运动机构另一视角的结构示意图；
图7附图为本发明提供的腰部导向滑轮组件的结构示意图；
图8附图为本发明提供的髋关节内收/外展组件的结构示意图；
图9附图为本发明提供的髋关节内旋/外旋组件的结构示意图；
图10附图为本发明提供的髋部调节件的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-10所示，本发明实施例公开了一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，包括：
腰部支撑机构1，腰部支撑机构1包括背板102、腰带101、两个腰部偏航连接件103和两个腰部导向滑轮组件104，腰带101安装在背板102的前平面；两个腰部偏航连接件103分别通过销轴相对称安装在背板102的两侧；两个腰部导向滑轮组件104分别相对称固定在两个腰部偏航连接件103的外侧；
两个驱动机构2，两个相对称分布的驱动机构2结构相同，均包括电机201、减速器202、联轴器203、绳槽卷筒206、两个轴支撑架208、第一钢丝绳205A、第二钢丝绳205B和两个压绳件207，电机201固定在背板102的背部；减速器202套装在电机201上，且减速器202与电机201的输出轴204通过联轴器203连接；绳槽卷筒206固定在输出轴204的延伸端，且绳槽卷筒206通过其两端的两个轴支撑架208固定在背板102的背部；第一钢丝绳205A一端和第二钢丝绳205B一端分别通过压绳件207固定在绳槽卷筒206上；
两个髋关节运动机构3，两个相对称分布的髋关节运动机构3结构相同，均包括髋关节内旋/外旋组件303、髋部调节件302、髋关节内收/外展组件301、大腿连接件304、大腿绑带305、髋关节屈曲/伸展轴杆309、髋关节滑轮306、两个锁紧件307、挡板308和两个髋部导向滑轮310，髋关节内旋/外旋组件303一端依次通过髋部调节件302、髋关节内收/外展组件301与腰部偏航连接件103铰接；大腿连接件304通过髋关节屈曲/伸展轴杆309安装在髋关节内旋/外旋组件303另一端；大腿绑带305安装在大腿连接件304的内侧；髋关节滑轮306安装在髋关节屈曲/伸展轴杆309延伸端，两个锁紧件307相对称固定在髋关节滑轮306上；挡板308安装在髋关节屈曲/伸展轴杆309延伸端且位于髋关节滑轮306外侧；两个髋部导向滑轮310上下相对称安装在髋关节内旋/外旋组件303的外侧面；第一钢丝绳205A另一端和第二钢丝绳205B另一端分别依次穿过腰部导向滑轮组件104和两个髋部导向滑轮310固定在两个锁紧件307上。
本发明：
1)结构简单灵活，可实现髋关节屈曲/伸展、内收/外展、内旋/外旋三自由度运动，髋关节受损患者能够进行有效的康复训练；
2)髋关节屈曲/伸展自由度采用电机201配合钢丝绳驱动方式，对关节自由度起到限位作用，避免患者在康复训练过程中出现二次损伤，确保在患者康复训练中穿戴康复机器人的安全性；
3)腰带101和大腿绑带305方便患者穿戴，增加了舒适性。
具体的，腰部导向滑轮组件104包括两个腰部导向滑轮架104C、两个腰部导向滑轮104B、两个挡绳板104A和转轴，上下分布的两个腰部导向滑轮架104C均固定在腰部偏航连接件103的外侧；两个腰部导向滑轮104B分别位于两个腰部导向滑轮架104C内部，两个挡绳板104A分别位于两个腰部导向滑轮架104C外侧，两个腰部导向滑轮架104C、两个腰部导向滑轮104B和两个挡绳板104A通过转轴连接为一体；第一钢丝绳205A另一端和第二钢丝绳205B另一端分别依次穿过两个腰部导向滑轮104B和两个髋部导向滑轮310固定在两个锁紧件307上。
具体的，髋关节内收/外展组件301包括髋关节内收/外展连接件301C、固定轴301B和髋关节内收/外展轴杆301A，髋关节内收/外展连接件301C通过轴与髋部调节件302连接；腰部偏航连接件103具有横向槽孔；髋关节内收/外展连接件301C通过髋关节内收/外展轴杆301A及固定轴301B与腰部偏航连接件103连接，其中髋关节内收/外展轴杆301A贯穿安装在髋关节内收/外展连接件301C的安装槽孔上，髋关节内收/外展轴杆301A延伸端位于横向槽孔内，在髋关节内收/外展轴杆301A延伸端开设有纵向孔，固定轴301B贯穿纵向孔和横向槽孔，其两端再通过螺栓夹紧固定，髋关节内收/外展轴杆301A可以在横向槽孔内横向移动，从而实现腰部宽度调节，位置确定后，髋关节内收/外展轴杆301A和横向槽孔通过贯穿其的固定轴301B进行固定。
具体的，髋关节内旋/外旋组件303包括髋关节内旋/外旋连接件303C、髋关节内旋/外旋轴杆303B和开口套303A，髋关节内旋/外旋连接件303C具有沿竖直方向分布的轴杆孔槽；髋关节内旋/外旋轴杆303B安装在轴杆孔槽内，且髋关节内旋/外旋轴杆303B开设有键槽，键槽与轴杆孔槽之间安装有键；开口套303A套合在髋关节内旋/外旋轴杆303B上，且键延伸出开口套303A；髋部调节件302通过开口套303A与髋关节内旋/外旋轴杆303B连接，且髋部调节件302上开设有与键相对应的半圆环孔槽3021。
具体的，背板102上开设有多组纵向排布的第一螺纹孔，腰带101通过旋拧于任一组第一螺纹孔内的螺栓安装在背板102上。
具体的，大腿连接件304上开设有多组纵向排布的第二螺纹孔；大腿绑带305通过旋拧于任一组第二螺纹孔内的螺栓安装在大腿连接件304上。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (4)
1.一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，其特征在于，包括：
腰部支撑机构，所述腰部支撑机构包括背板、腰带、两个腰部偏航连接件和两个腰部导向滑轮组件，所述腰带安装在所述背板的前平面；两个所述腰部偏航连接件分别通过销轴相对称安装在所述背板的两侧；两个所述腰部导向滑轮组件分别相对称固定在两个所述腰部偏航连接件的外侧；
两个驱动机构，两个相对称分布的所述驱动机构结构相同，均包括电机、减速器、联轴器、绳槽卷筒、两个轴支撑架、第一钢丝绳、第二钢丝绳和两个压绳件，所述电机固定在所述背板的背部；所述减速器套装在所述电机上，且所述减速器与所述电机的输出轴通过联轴器连接；所述绳槽卷筒固定在所述输出轴的延伸端，且所述绳槽卷筒通过其两端的两个所述轴支撑架固定在所述背板的背部；所述第一钢丝绳一端和所述第二钢丝绳一端分别通过所述压绳件固定在所述绳槽卷筒上；
两个髋关节运动机构，两个相对称分布的髋关节运动机构结构相同，均包括髋关节内旋/外旋组件、髋部调节件、髋关节内收/外展组件、大腿连接件、大腿绑带、髋关节屈曲/伸展轴杆、髋关节滑轮、两个锁紧件、挡板和两个髋部导向滑轮，所述髋关节内旋/外旋组件一端依次通过所述髋部调节件、所述髋关节内收/外展组件与所述腰部偏航连接件铰接；所述大腿连接件通过所述髋关节屈曲/伸展轴杆安装在所述髋关节内旋/外旋组件另一端；所述大腿绑带安装在所述大腿连接件的内侧；所述髋关节滑轮安装在所述髋关节屈曲/伸展轴杆延伸端，两个所述锁紧件相对称固定在所述髋关节滑轮上；所述挡板安装在所述髋关节屈曲/伸展轴杆延伸端且位于所述髋关节滑轮外侧；两个所述髋部导向滑轮上下相对称安装在所述髋关节内旋/外旋组件的外侧面；所述第一钢丝绳另一端和所述第二钢丝绳另一端分别依次穿过所述腰部导向滑轮组件和两个所述髋部导向滑轮固定在两个所述锁紧件上；
所述髋关节内收/外展组件包括髋关节内收/外展连接件、固定轴和髋关节内收/外展轴杆，所述髋关节内收/外展连接件通过轴与所述髋部调节件连接；所述腰部偏航连接件具有横向槽孔；所述髋关节内收/外展连接件通过所述髋关节内收/外展轴杆及所述固定轴安装在所述横向槽孔内；
所述髋关节内旋/外旋组件包括髋关节内旋/外旋连接件、髋关节内旋/外旋轴杆和开口套，所述髋关节内旋/外旋连接件具有沿竖直方向分布的轴杆孔槽；所述髋关节内旋/外旋轴杆安装在所述轴杆孔槽内，且所述髋关节内旋/外旋轴杆开设有键槽，所述键槽与所述轴杆孔槽之间安装有键；所述开口套套合在所述髋关节内旋/外旋轴杆上，且所述键延伸出所述开口套；所述髋部调节件通过所述开口套与所述髋关节内旋/外旋轴杆连接，且所述髋部调节件上开设有与所述键相对应的半圆环孔槽。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，其特征在于，所述腰部导向滑轮组件包括两个腰部导向滑轮架、两个腰部导向滑轮、两个挡绳板和转轴，上下分布的两个所述腰部导向滑轮架均固定在所述腰部偏航连接件的外侧；两个所述腰部导向滑轮分别位于两个所述腰部导向滑轮架内部，两个所述挡绳板分别位于两个所述腰部导向滑轮架外侧，两个所述腰部导向滑轮架、两个所述腰部导向滑轮和两个所述挡绳板通过所述转轴连接为一体。
3.根据权利要求1或2所述的一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，其特征在于，所述背板上开设有多组纵向排布的第一螺纹孔，所述腰带通过旋拧于任一组所述第一螺纹孔内的螺栓安装在所述背板上。
4.根据权利要求3所述的一种可穿戴三自由度的髋关节康复装置，其特征在于，所述大腿连接件上开设有多组纵向排布的第二螺纹孔；所述大腿绑带通过旋拧于任一组所述第二螺纹孔内的螺栓安装在所述大腿连接件上。
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