CN210785246U

CN210785246U - 一种球面外骨骼髋关节康复机构

Info

Publication number: CN210785246U
Application number: CN201920879353.1U
Authority: CN
Inventors: 王勇军; 赵耀虹; 庞国旺; 王吉昌
Original assignee: North University of China
Current assignee: North University of China
Priority date: 2019-06-12
Filing date: 2019-06-12
Publication date: 2020-06-19
Anticipated expiration: 2029-06-12

Abstract

本实用新型属于髋关节外骨骼装置领域，具体涉及一种球面并联机构及可穿戴腰带部分，提供一种基于球面机构的髋关节外骨骼康复装置。其包括可穿戴腰带，髋关节机构，大腿固定装置。所述可穿戴腰带包括腰带、腰带内圈的柔性材料、腰带锁紧机构。柔性材料嵌在腰带内圈，不会给人造成伤害。腰带插入锁紧机构的槽内，拧动锁紧旋钮，可将腰带固定在腰上。所述髋关节机构由上平台、下平台、三条支链构成。机构摆放位置为其工作位置，上平台与人体腰部固定，为静平台，下平台为动平台，套在人体大腿部位，带动大腿一起运动。本实用新型的球面外骨骼髋关节康复机构转动中心工作时与人体髋关节转动中心相重合，以达到更好的康复训练效果。

Description

一种球面外骨骼髋关节康复机构

技术领域

本实用新型属于髋关节外骨骼装置领域，具体涉及一种球面外骨骼髋关节康复机构。

背景技术

髋关节是人体的一个重要关节，为多轴性关节，能作屈伸、收展、旋转及环转运动。由于意外事故会导致人体髋关节功能受损，或者老年人由于身体衰老，髋关节易出现损坏、病变、畸形等问题。针对人体髋关节的康复治疗，目前大多依赖康复医师手工进行，虽有一些康复机器人，但大多数结构复杂，机构操作起来困难，穿戴也不是很方便。

专利（CN207755512U）公开了一种可调心并联式髋关节康复机器人，包括腰部调节组件、康复执行机构以及腿部调节组件，可以有效调节康复执行机构的旋转中心与人体髋关节中心的重合度。但该机构结构复杂，安装难度较大，制作成本较高，而且患者穿戴不方便。

专利（CN105943312B）公开了一种基于传感驱动一体化的髋关节康复辅助装置，包括座椅装置、连接装置、髋关节驱动机构、传感装置和下肢杆装置，但此机构的转动中心与人体髋关节的转动中心不重合，不能保证人体与康复机构实现共融运动。

此外，现有的康复机构支链结构较为复杂，会造成制造及安装的困难，为了解决上述问题，本实用新型设计了一种外骨骼式髋关节康复机构，机构结构紧凑、转动灵活，可根据人体的尺寸调节机构的旋转中心使其与人体髋关节中心重合，同时机构刚度好、安装简单、易于穿戴，可以让髋关节功能受损的患者轻松进行康复训练，能够有效地避免人机干涉力对患者肢体造成的伤害，达到更好的康复效果。

发明内容

本实用新型为了解决上述问题，提供了一种基于球面机构的外骨骼式髋关节康复机构。

本实用新型采用如下技术方案：

一种球面外骨骼髋关节康复机构，包括：

可穿戴腰带，实现套装在人体的腰部；

髋关节机构，转动中心位于并联机构内部，是转动轴线相交的虚拟中心，与人体髋关节的重合，用以完成人体髋关节的前屈、后伸、外展、内收、外旋和内旋运动；

大腿固定装置，实现套装在人体的大腿位置；

可穿戴腰带与髋关节机构之间固定连接，髋关节机构与大腿固定装置之间固定连接。

所述髋关节机构包括平台Ⅰ、球面RRR机构和平台Ⅱ，平台Ⅰ和平台Ⅱ为同心半圆形结构、平行上下布置，平台Ⅰ两端和平台Ⅱ两端分别通过竖向二连杆机构连接，竖向二连杆机构包括通过移动副连接的杆件Ⅰ与杆件Ⅱ，杆件Ⅰ的顶端通过万向节与平台Ⅰ的端头连接，杆件Ⅱ的底端通过球副与平台Ⅱ的端头连接；球面RRR机构设于平台Ⅰ和平台Ⅱ之间，球面RRR机构的上端通过转动副Ⅰ与平台Ⅰ中段连接，球面RRR机构的下端通过转动副Ⅱ与平台Ⅱ中段连接。

所述球面RRR机构包括6条弧形杆件，分别为弧形杆件一、弧形杆件二、弧形杆件三、弧形杆件四、弧形杆件五和弧形杆件六，各弧形杆之间通过转动副相连，弧形杆件一与弧形杆件二之间的转动副的转动轴线、弧形杆件一与弧形杆件三之间的转动副的转动轴线、弧形杆件二与弧形杆件四之间的转动副的转动轴线、弧形杆件三与弧形杆件四之间的转动副的转动轴线、弧形杆件四与弧形杆件五之间的转动副的转动轴线、弧形杆件三与弧形杆件六之间的转动副的转动轴线、弧形杆件五与弧形杆件六之间的转动副的转动轴线都交于一点。

可穿戴腰带包括环状腰带，腰带的一端设有供另一端插入固定的腰带锁紧机构，腰带锁紧机构内设有拧动锁紧旋钮。

本实用新型的优点和积极效果是： 1.本实用新型采用并联机构，负载能力强，控制精度高。

2.本实用新型与人体接触部分采用柔性装置，穿戴效果舒适。

3.本实用新型机构转动中心与人体髋关节转动中心相重合，康复效果好。

4.本实用新型穿戴方便，安装简单。

5 本实用新型机构运动控制简单。

附图说明

图1 为本实用新型髋关节康复机构的侧视图；

图2 为本实用新型髋关节康复机构的主视图；

图3 为本实用新型髋关节康复机构的整体示意图。

图4 为本实用新型髋关节康复机构的结构示意图；

图5 为本实用新型髋关节康复机构的部分结构示意图；

图6 为本实用新型髋关节康复机构的腰部结构示意图；

图7 为本实用新型髋关节康复机构的腰部锁紧结构示意图；

可穿戴腰带（1），髋关节机构（2），大腿固定装置（3）；

腰带锁紧机构（1.1），腰带内圈有（1.2），拧动锁紧旋钮（1.1.1）；

平台Ⅰ(2.1)，转动副Ⅰ(2.2)，球面RRR机构(2.3)，转动副Ⅱ(2.4)，万向节(2.5)，杆件Ⅰ(2.6)，杆件Ⅱ(2.7)，球副(2.8)，移动副（2.9），平台Ⅱ(2.10)；

弧形杆件一（2.3.1），弧形杆件二（2.3.2），弧形杆件三（2.3.3），弧形杆件四（2.3.4），弧形杆件五（2.3.5），弧形杆件六（2.3.6）。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明。

本实用新型提出一种穿戴式髋关节外骨骼康复装置，包括可穿戴腰带结构、髋关节机构、大腿固定结构。所述可穿腰部结构通过腰带与锁紧机构固定于人体腰部位置，所述大腿结构通过髋关节机构与腰部位置连接，并通过绑带与粘扣固定在人体大腿上。

本实用新型要解决的技术问题是提供一种穿戴式髋关节外骨骼康复装置，采用串联和并联相结合（本申请中的串联是指可穿戴腰带1、髋关节机构2、大腿固定装置3通过串联的方式连接在一起，并联指髋关节机构是一种并联机构）的结构设计，运用人机运动相容理论，简化了结构形式，减小了装置的整体体积与质量。

如图1所示为髋关节康复装置的侧视图，如图2所示为髋关节康复装置的正视图，包括腰部结构可穿戴腰带1、髋关节机构2、大腿固定装置3；其中，腰部结构1为圆带状结构，实现套装在人体的腰部；大腿结构3空圆筒结构，实现套装在人体的大腿位置；腰部结构1通过腰带与锁紧结构1.1固定于人体的腰部，腰部结构1通过销钉销孔与髋关节机构2连接，髋关节机构2通过销钉销孔与大腿结构3连接，大腿结构3与人体通过绑带和粘扣连接。

髋关节机构平台Ⅰ2.1，球面RRR机构2.3，杆件Ⅰ2.6，杆件Ⅱ2.7，平台Ⅱ2.10。平台Ⅰ与球面RRR机构通过转动副Ⅰ2.2相连接，平台Ⅱ与球面RRR机构通过转动副Ⅱ2.4相连接，平台Ⅰ与杆件Ⅰ之间通过球副2.8相连接，杆件Ⅰ与杆件Ⅱ之间通过移动副2.9相连接，杆件Ⅱ与平台Ⅱ之间通过万向节2.5相连接。

如图3所示为康复装置的整体结构图，如图4所示为髋关节并联机构的示意图，如图5为球面剪叉机构（球面RRR机构）2.3的结构示意图，包括6条弧形杆件，分别为弧形杆件一2.3.1、弧形杆件二2.3.2、弧形杆件三2.3.3、弧形杆件四2.3.4、弧形杆件五2.3.5、弧形杆件六2.3.6，各弧形杆之间通过转动副相连，弧形杆件一2.3.1与弧形杆件二2.3.2之间的转动副的转动轴线、弧形杆件一2.3.1与弧形杆件二2.3.3之间的转动副的转动轴线、弧形杆件二2.3.2与弧形杆件四2.3.4之间的转动副的转动轴线、弧形杆件三2.3.3与弧形杆件四2.3.4之间的转动副的转动轴线、弧形杆件四2.3.4与弧形杆件五2.3.5之间的转动副的转动轴线、弧形杆件二2.3.3与弧形杆件六2.3.6之间的转动副的转动轴线、弧形杆件五2.3.5与弧形杆件六2.3.6之间的转动副的转动轴线都交于一点。穿戴腰带1通过销钉销孔与康复装置连在一起，髋关节并联机构2通过销钉销孔与大腿固定装置3连接，髋关节机构2的转动中心与人体髋关节的重合，人体髋关节的前屈、后伸、外展、内收、外旋、内旋运动主要是通过杆件Ⅰ2.6与杆件Ⅱ2.7和球面剪叉机构2.3控制。

如图6所示为可穿戴腰带1的结构图，如图7所示为可穿戴腰带上腰带锁紧机构1.1的结构示意图。人体穿戴好髋关节康复装置后，将腰带插入锁紧机构1.1中，拧动锁紧机构旋钮1.1.1，将腰带固定在人体的腰上。

本实用新型所述康复机构的所述髋关节机构由上平台、下平台、三条支链构成。其中两条支链结构相同，都是SPU支链，球副S和下平台相连，虎克铰U和上平台相连，中间为移动副P。另一条支链为多连杆的RRR支链。支链与上、下平台连接的两个转动副R轴线相交于一点。机构上、下平台为空心的圆弧杆所在的平面。机构摆放位置为其工作位置，上平台与人体腰部固定，为静平台，下平台为动平台，套在人体大腿部位，带动大腿一起运动。本实用新型的球面外骨骼髋关节康复机构转动中心工作时与人体髋关节转动中心相重合，以达到更好的康复训练效果。

本实用新型说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims

1.一种球面外骨骼髋关节康复机构，其特征在于，包括：

可穿戴腰带，实现套装在人体的腰部；

髋关节机构，转动中心与人体髋关节的转动中心重合，用以完成人体髋关节的前屈、后伸、外展、内收、外旋和内旋运动；

大腿固定装置，实现套装在人体的大腿位置；

2.根据权利要求1所述的球面外骨骼髋关节康复机构，其特征在于，所述髋关节机构包括平台Ⅰ、球面RRR机构和平台Ⅱ，平台Ⅰ和平台Ⅱ为同心半圆形结构、平行上下布置，平台Ⅰ两端和平台Ⅱ两端分别通过竖向二连杆机构连接，竖向二连杆机构包括通过移动副连接的杆件Ⅰ与杆件Ⅱ，杆件Ⅰ的顶端通过万向节与平台Ⅰ的端头连接，杆件Ⅱ的底端通过球副与平台Ⅱ的端头连接；球面RRR机构设于平台Ⅰ和平台Ⅱ之间，球面RRR机构的上端通过转动副Ⅰ与平台Ⅰ中段连接，球面RRR机构的下端通过转动副Ⅱ与平台Ⅱ中段连接。

3.根据权利要求2所述的球面外骨骼髋关节康复机构，其特征在于，所述球面RRR机构包括6条弧形杆件，分别为弧形杆件一、弧形杆件二、弧形杆件三、弧形杆件四、弧形杆件五和弧形杆件六，各弧形杆之间通过转动副相连，弧形杆件一与弧形杆件二之间的转动副的转动轴线、弧形杆件一与弧形杆件三之间的转动副的转动轴线、弧形杆件二与弧形杆件四之间的转动副的转动轴线、弧形杆件三与弧形杆件四之间的转动副的转动轴线、弧形杆件四与弧形杆件五之间的转动副的转动轴线、弧形杆件三与弧形杆件六之间的转动副的转动轴线、弧形杆件五与弧形杆件六之间的转动副的转动轴线都交于一点。

4.根据权利要求3所述的球面外骨骼髋关节康复机构，其特征在于，可穿戴腰带包括环状腰带，腰带的一端设有供另一端插入固定的腰带锁紧机构，腰带锁紧机构内设有拧动锁紧旋钮。