CN115024947B - 一种多功能下肢外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能下肢外骨骼，包括髋关节、膝关节、踝关节、大腿组件和小腿组件，髋关节通过大腿组件与膝关节活动连接，膝关节通过小腿组件与踝关节连接，膝关节包括转动式连接的大腿连接部及小腿连接部，多功能下肢外骨骼还包括设于膝关节处的助走装置，助走装置包括设于大腿连接部及小腿连接部之间的弹簧，助走装置还包括设于膝关节上的若干个插销孔，插销孔内可拆卸式设有插销，当插销位于插销孔内时，插销穿过弹簧。通过在膝关节处设置助走装置，使用者在行走时，膝关节先弯曲，同时一部分多余的动能转化为弹簧的弹性势能，为下一步膝关节伸直起到助力作用，为下肢无力的使用者提供一定支撑，防止其膝关节过度弯曲而无力站起来。

Description

一种多功能下肢外骨骼

技术领域

本发明涉及下肢外骨骼技术领域，特别涉及一种多功能下肢外骨骼。

背景技术

下肢外骨骼是一种穿戴在使用者身体的一种助力装置，能够帮助穿戴者完成保护支撑和行走助力等功能。目前，一般的下肢外骨骼装置既可以帮助体弱的老年人行走，也可以帮助下肢手术后需要康复的患者进行康复训练。

现有技术中，这些装置大多存在着动力装置复杂、装置笨重、造价昂贵、不方便携带等缺点，实用性较差，难以大规模生产推广。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多功能下肢外骨骼，旨在解决现有技术中的下肢外骨骼实用性较差的技术问题。

为了实现上述目的，本发明是通过如下技术方案来实现的：一种多功能下肢外骨骼，包括髋关节、膝关节、踝关节、大腿组件和小腿组件，所述髋关节通过所述大腿组件与所述膝关节活动连接，所述膝关节通过所述小腿组件与所述踝关节连接，所述膝关节包括转动式连接的大腿连接部及小腿连接部，所述多功能下肢外骨骼还包括设于所述膝关节处的助走装置，所述助走装置包括设于所述大腿连接部及所述小腿连接部之间的弹簧，所述助走装置还包括设于所述膝关节上的若干个插销孔，所述插销孔内可拆卸式设有插销，当所述插销位于所述插销孔内时，所述插销穿过所述弹簧。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过在膝关节处设置助走装置，膝关节包括转动式连接的大腿连接部及小腿连接部，助走装置包括设于大腿连接部及所述小腿连接部之间的弹簧，该助走装置还包括设于膝关节上的若干个插销孔，插销孔内可拆卸式设有插销，当插销位于插销孔内时，插销穿过弹簧，在本发明的一些应用场景中，使用者在行走时，膝关节先弯曲，同时一部分多余的动能转化为弹簧的弹性势能，为下一步膝关节伸直起到助力作用，为下肢无力的使用者提供一定支撑，防止其膝关节过度弯曲而无力站起来，不同的插销孔对应弹簧不同的位置，弹簧的工作长度越短，膝关节的活动角度越小，同时对应的弹簧的所需形变力及弹力越大，可便于膝关节的伸直，从而进一步便于使用者行走助力，同时使用者可根据自身的恢复情况选择插销的插入位置，便于使用者的康复训练。

根据上述技术方案的一方面，所述大腿组件包括靠近所述髋关节设置的大腿上节，及设于所述大腿上节与所述大腿连接部之间的大腿下节，所述大腿上节与所述大腿下节伸缩式设置。

根据上述技术方案的一方面，所述多功能下肢外骨骼还包括设于所述大腿组件一侧的助坐装置，所述助坐装置包括设于所述大腿上节外侧的连杆上连接件，及铰接式设于所述大腿下节外侧的伸缩支撑杆，所述伸缩支撑杆的一侧设有滑轨，所述滑轨上滑动式设有连杆下连接件，所述连杆上连接件与所述连杆下连接件之间设有连杆。

根据上述技术方案的一方面，所述多功能下肢外骨骼还包括保护装置，所述保护装置包括设于所述小腿组件及所述大腿组件内侧的若干个绑缚圈，每个所述绑缚圈内设有气囊。

根据上述技术方案的一方面，所述气囊为可充气式气囊，若干个所述气囊的预设压力值沿所述踝关节至所述髋关节方向逐级递减，所述气囊的一侧设有气泵，所述气泵用于控制若干个所述气囊沿所述踝关节至所述髋关节方向一侧依次连续充气加压，当所有气囊充气完成后，各所述气囊沿所述髋关节至所述踝关节方向依次释放所有气体。

根据上述技术方案的一方面，所述小腿组件包括靠近所述踝关节设置的小腿下节，及设于所述小腿下节与所述小腿连接部之间的小腿上节，所述小腿上节与所述小腿下节伸缩式设置。

根据上述技术方案的一方面，两个所述髋关节之间设有护髋装置，所述护髋装置包括设于所述髋关节一侧的侧板，及铰接式设于两个所述侧板之间的背板，两个所述侧板之间设有两个长扣带，所述侧板下侧设有短扣带。

根据上述技术方案的一方面，所述髋关节为万向节结构，所述万向节结构包括设于所述大腿组件一侧的第一连接部，及设于所述侧板一侧的第二连接部。

根据上述技术方案的一方面，所述侧板的一侧开设有滑槽，所述滑槽靠近所述髋关节一侧设置，所述第二连接部滑动式设于所述滑槽内。

根据上述技术方案的一方面，所述踝关节包括与所述小腿组件铰接设置的踝关节铰接板，所述踝关节铰接板的一侧设有支撑底板。

附图说明

图1为本发明一实施例中多功能下肢外骨骼站立状态的结构示意图；

图2为本发明一实施例中膝关节及助走装置的结构示意图；

图3为本发明一实施例中膝关节及助走装置的装配示意图；

图4为本发明一实施例中大腿组件及髋关节的结构示意图；

图5为本发明一实施例中大腿组件及助坐装置的结构示意图；

图6为本发明一实施例中大腿上节及保护装置的结构示意图；

图7为本发明一实施例中护髋装置的结构示意图；

图8为本发明一实施例中多功能下肢外骨骼坐姿状态的结构示意图；

主要元件符号说明：

髋关节10、第一连接部11、第二连接部12、膝关节20、大腿连接部21、小腿连接部22、弹簧23、插销孔24、通孔25、套筒26、台阶27、弧形盖板部28、大腿组件30、大腿上节31、大腿下节32、伸缩节32a、调节孔32b、螺纹孔33、伸缩槽34、小腿组件40、踝关节50、支撑底板51、助坐装置60、连杆上连接件61、伸缩支撑杆62、滑轨63、连杆下连接件64、连杆65、固定孔66、保护装置70、滑条71、绑缚圈72、气囊73、护髋装置80、侧板81、背板82、长扣带83、短扣带84、滑槽85。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的多实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图8，所示为本发明一实施例中的多功能下肢外骨骼，包括髋关节10、膝关节20、踝关节50、大腿组件30和小腿组件40，所述髋关节10通过所述大腿组件30与所述膝关节20活动连接，所述膝关节20通过所述小腿组件40与所述踝关节50连接，所述膝关节20包括转动式连接的大腿连接部21及小腿连接部22，所述多功能下肢外骨骼还包括设于所述膝关节20处的助走装置，所述助走装置包括设于所述大腿连接部21及所述小腿连接部22之间的弹簧23，所述助走装置还包括设于所述膝关节20上的若干个插销孔24，所述插销孔24内可拆卸式设有插销，当所述插销位于所述插销孔24内时，所述插销穿过所述弹簧23。

具体来说，在本实施例中，上述大腿连接部21及小腿连接部22通过转轴（图未示）转动式连接，上述大腿连接部21上开设有收纳上述转轴的通孔25，上述小腿连接部22包括套接上述转轴的套筒26，上述插销孔24开设于上述大腿连接部21上，上述套筒26的两侧向内收缩形成用于收纳上述弹簧23的容纳空间，上述大腿连接部21朝上述容纳空间一侧延伸形成一台阶27，上述台阶27用于固定上述弹簧23，上述大腿连接部21还包括用于限制上述弹簧23移动行程的弧形盖板部28。此外，在本实施例中，上述插销孔24的数量为三个，分别用于限制膝关节20的30度、60度、90度的活动范围，取出插销时，膝关节20的活动范围可达120度。可以理解地，在本发明的其他实施例中，上述插销孔24的数量可根据需求进行调节。

本实施例中的多功能下肢外骨骼，通过在膝关节20处设置助走装置，膝关节20包括转动式连接的大腿连接部21及小腿连接部22，助走装置包括设于大腿连接部21及所述小腿连接部22之间的弹簧23，该助走装置还包括设于膝关节20上的若干个插销孔24，插销孔24内可拆卸式设有插销，当插销位于插销孔24内时，插销穿过弹簧23，在本发明的一些应用场景中，使用者在行走时，膝关节20先弯曲，同时一部分多余的动能转化为弹簧23的弹性势能，为下一步膝关节20伸直起到助力作用，为下肢无力的使用者提供一定支撑，防止其膝关节20过度弯曲而无力站起来，不同的插销孔24对应弹簧23不同的位置，弹簧23的工作长度越短，膝关节20的活动角度越小，同时对应的弹簧23的所需形变力及弹力越大，可便于膝关节20的伸直，从而进一步便于使用者行走助力，同时使用者可根据自身的恢复情况选择插销的插入位置，便于使用者的康复训练。

优选地，本实施例中的大腿组件30包括靠近上述髋关节10设置的大腿上节31，及设于上述大腿上节31与上述大腿连接部21之间的大腿下节32，上述大腿上节31与上述大腿下节32伸缩式设置。具体来说，上述大腿上节31内开设有伸缩槽34，上述大腿下节32包括滑动式设于上述伸缩槽34内的伸缩节32a，上述伸缩节32a上贯穿式设有若干个调节孔32b，上述大腿上节31上开设有螺纹孔33，上述螺纹孔33靠近伸缩槽34设置，通过调整调节孔32b与螺纹孔33的对齐位置开调节长度，以满足不同身高的使用者。

进一步地，本实施例中的小腿组件40包括靠近所述踝关节50设置的小腿下节，及设于所述小腿下节与所述小腿连接部22之间的小腿上节，所述小腿上节与所述小腿下节伸缩式设置。可以理解地，上述小腿组件40与大腿组件30的结构类似，具体说明可参见上述大腿组件30的描述，在此不多赘述。

需要说明地，在本实施例中，上述多功能下肢外骨骼还包括设于所述大腿组件30一侧的助坐装置60，所述助坐装置60包括设于所述大腿上节31外侧的连杆上连接件61，及铰接式设于所述大腿下节32外侧的伸缩支撑杆62，所述伸缩支撑杆62的一侧设有滑轨63，所述滑轨63上滑动式设有连杆下连接件64，所述连杆上连接件61与所述连杆下连接件64之间设有连杆65。具体来说，上述伸缩支撑杆62包括靠近上述大腿下节32设置的支撑杆上节，及滑动式设于上述支撑杆上节一侧的支撑杆下节，上述支撑杆上节与支撑杆下节的伸缩结构具体可参照上述大腿组件30。此外，具体来说，在本实施例中，上述滑轨63设置于上述支撑杆上节一侧，上述滑轨63靠近支撑杆下节的一侧设有六个固定孔66，通过在固定孔66上穿插固定销，可对连杆下连接件64的活动范围进行限制，以此来调节支撑角度，支撑杆上节和支撑杆下节可以通过伸缩来调节总长度，以此调节撑地的角度，实现不同的坐姿，站立时可以将支撑杆下节收纳于支撑杆上节内。

在本实施例的一些应用场景中，当使用者需要坐下时，通过将插销移出插销孔24外，使膝关节20内的弹簧23处于松弛状态，可实现无阻力助坐，或通过调节插销的插入位置、伸缩支撑杆62的总长度来实现坐下时小腿弯曲0-120°。

优选地，在本实施例中，上述多功能下肢外骨骼还包括保护装置70，所述保护装置70包括设于所述小腿组件40及所述大腿组件30内侧的若干个绑缚圈72，每个所述绑缚圈72内设有气囊73。具体来说，在本实施例中，上述大腿上节31、大腿下节32、小腿上节及小腿下节的一侧均设有滑条71，上述绑缚圈72滑动式设于上述滑条71上，上述绑缚圈72包括用于收纳腿部的收纳部，及设于收纳部一侧的滑动部，上述滑动部及滑条71上设有若干个限位孔，可调节绑缚圈72与腿部之间的相对位置，绑缚圈72内安装有气囊73，用于缓冲和保护腿部易受伤害部分，并有效的预防DVT（deep venous thrombosis），即深静脉血栓形成。

进一步地，在本实施例中，上述气囊73为可充气式气囊，若干个所述气囊73的预设压力值沿所述踝关节50至所述髋关节10方向逐级递减，所述气囊73的一侧设有气泵，所述气泵用于控制若干个所述气囊73沿所述踝关节50至所述髋关节10方向一侧依次连续充气加压，当所有气囊73充气完成后，各所述气囊73沿所述髋关节10至所述踝关节50方向依次释放所有气体。具体来说，在本实施例中，上述每个绑缚圈72的一侧均设有一微型气泵（图未示），气泵基于静脉泵的工作模式，该模式旨在为小腿区域提供最大程度的压缩，同时逐渐降低压力，持续向上到大腿部处，通过增加腿部静脉回流的速度来预防DVT，从而减少静脉淤滞。

在本实施例的一些应用场景中，上述气囊73的工作方式如下：首先，确定控制指令对应的工作模式；其次，预设各级气囊73的预设值，按照预设值逐级加压；接着，各级气囊73按照从肢体远心端层向近心端层逐级依次充气，且逐级压力减小，保压持续一定时间后，再进行放气；最后，确定一个工作周期的时间以及与下一项工作周期的间歇时间。

优选地，在本实施例中，上述两个所述髋关节10之间设有护髋装置80，所述护髋装置80包括设于所述髋关节10一侧的侧板81，及铰接式设于两个所述侧板81之间的背板82，两个所述侧板81之间设有两个长扣带83，所述侧板81下侧设有短扣带84。上述两个长扣带83设置于侧板81外侧，用于绑缚使用者腹部，上述短扣带84设于侧板81下侧，用于系坐带。

进一步地，在本实施例中，上述髋关节10为万向节结构，所述万向节结构包括设于所述大腿组件30一侧的第一连接部11，及设于所述侧板81一侧的第二连接部12。具体来说，上述髋关节10通过万向节结构与大腿组件30相连，可实现髋关节10内旋外旋和屈伸摆动两个自由度。

更进一步地，在本实施例中，所述侧板81的一侧开设有滑槽85，所述滑槽85靠近所述髋关节10一侧设置，所述第二连接部12滑动式设于所述滑槽85内。具体来说，上述侧板81和背板82通过螺栓连接，使侧板81可以相对背板82左右摆动，同时通过设置上述滑槽85，使髋关节10可相对侧板81前后滑动，实现髋关节10的内收和外展。

此外，在本实施例中，上述踝关节50包括与所述小腿组件40铰接设置的踝关节50铰接板，所述踝关节50铰接板的一侧设有支撑底板51。

综上，本发明上述实施例当中的多功能下肢外骨骼，通过在膝关节20处设置助走装置，膝关节20包括转动式连接的大腿连接部21及小腿连接部22，助走装置包括设于大腿连接部21及所述小腿连接部22之间的弹簧23，该助走装置还包括设于膝关节20上的若干个插销孔24，插销孔24内可拆卸式设有插销，当插销位于插销孔24内时，插销穿过弹簧23，在本发明的一些应用场景中，使用者在行走时，膝关节20先弯曲，同时一部分多余的动能转化为弹簧23的弹性势能，为下一步膝关节20伸直起到助力作用，为下肢无力的使用者提供一定支撑，防止其膝关节20过度弯曲而无力站起来，不同的插销孔24对应弹簧23不同的位置，弹簧23的工作长度越短，膝关节20的活动角度越小，同时对应的弹簧23的所需形变力及弹力越大，可便于膝关节20的伸直，从而进一步便于使用者行走助力，同时使用者可根据自身的恢复情况选择插销的插入位置，便于使用者的康复训练，通过调节大腿组件30及小腿组件40的总长度，可满足不同身高的使用者，通过在固定孔66上穿插固定销，可对连杆下连接件64的活动范围进行限制，以此来调节支撑角度，支撑杆上节和支撑杆下节可以通过伸缩来调节总长度，以此调节撑地的角度，实现不同的坐姿，通过设置绑缚圈72，并在绑缚圈72内设置气囊73，可用于缓冲和保护腿部易受伤害部分，并有效的预防DVT，同时通过在气囊73一侧设置微型气泵，气泵基于静脉泵的工作模式，旨在为小腿区域提供最大程度的压缩，同时逐渐降低压力，持续向上到大腿部处，通过增加腿部静脉回流的速度来预防DVT，从而减少静脉淤滞。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出多种变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种多功能下肢外骨骼，其特征在于，包括髋关节、膝关节、踝关节、大腿组件和小腿组件，所述髋关节通过所述大腿组件与所述膝关节活动连接，所述膝关节通过所述小腿组件与所述踝关节连接，所述膝关节包括通过转轴转动式连接的大腿连接部及小腿连接部，所述多功能下肢外骨骼还包括设于所述膝关节处的助走装置，所述助走装置包括设于所述大腿连接部及所述小腿连接部之间的弹簧，所述大腿连接部上开设有收纳所述转轴的通孔，所述小腿连接部包括套接所述转轴的套筒，插销孔开设于所述大腿连接部上，所述套筒的两侧向内收缩形成用于收纳所述弹簧的容纳空间，所述大腿连接部朝向所述容纳空间一侧延伸形成一台阶，所述台阶用于固定所述弹簧，所述大腿连接部还包括用于限制所述弹簧移动行程的弧形盖板部；

所述助走装置还包括设于所述大腿连接部上的若干个插销孔，所述插销孔内可拆卸式设有插销，当所述插销位于所述插销孔内时，所述插销穿过所述弹簧，当使用者在行走时，所述膝关节先弯曲，同时一部分多余的动能转化为所述弹簧的弹性势能，为下一步所述膝关节的伸直起到助力作用；

所述多功能下肢外骨骼还包括保护装置，所述保护装置包括设于所述小腿组件及所述大腿组件内侧的若干个绑缚圈，每个所述绑缚圈内设有气囊，所述气囊为可充气式气囊，若干个所述气囊的预设压力值沿所述踝关节至所述髋关节方向逐级递减，所述气囊的一侧设有气泵，所述气泵用于控制若干个所述气囊沿所述踝关节至所述髋关节方向一侧依次连续充气加压，当所有气囊充气完成后，各所述气囊沿所述髋关节至所述踝关节方向依次释放所有气体。

2.根据权利要求1所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，所述大腿组件包括靠近所述髋关节设置的大腿上节，及设于所述大腿上节与所述大腿连接部之间的大腿下节，所述大腿上节与所述大腿下节伸缩式设置。

3.根据权利要求2所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，所述多功能下肢外骨骼还包括设于所述大腿组件一侧的助坐装置，所述助坐装置包括设于所述大腿上节外侧的连杆上连接件，及铰接式设于所述大腿下节外侧的伸缩支撑杆，所述伸缩支撑杆的一侧设有滑轨，所述滑轨上滑动式设有连杆下连接件，所述连杆上连接件与所述连杆下连接件之间设有连杆。

4.根据权利要求1所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，所述小腿组件包括靠近所述踝关节设置的小腿下节，及设于所述小腿下节与所述小腿连接部之间的小腿上节，所述小腿上节与所述小腿下节伸缩式设置。

5.根据权利要求1所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，两个所述髋关节之间设有护髋装置，所述护髋装置包括设于所述髋关节一侧的侧板，及铰接式设于两个所述侧板之间的背板，两个所述侧板之间设有两个长扣带，所述侧板下侧设有短扣带。

6.根据权利要求5所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，所述髋关节为万向节结构，所述万向节结构包括设于所述大腿组件一侧的第一连接部，及设于所述侧板一侧的第二连接部。

7.根据权利要求6所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，所述侧板的一侧开设有滑槽，所述滑槽靠近所述髋关节一侧设置，所述第二连接部滑动式设于所述滑槽内。

8.根据权利要求1所述的多功能下肢外骨骼，其特征在于，所述踝关节包括与所述小腿组件铰接设置的踝关节铰接板，所述踝关节铰接板的一侧设有支撑底板。

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