CN211214231U - 一种穿戴式助行器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型所述的一种穿戴式助行器包括腰部固定支撑装置、大腿支撑装置、小腿支撑装置、脚部支撑装置，依照健康人体步态行走过程中髋、膝和踝关节在运动过程中的关键自由度和人体空间姿态，充分考虑腰腹、骨盆、大腿、小腿等人体工学特点，各主要构件设计为满足力学属性的曲线形，绑缚在用户下肢上穿戴使用。通过铰接轴处加入高摩擦系数胶垫，可在行走触地环节实现对膝关节和踝关节的抱死效果，把用户上身重量通过各构件向下传导直至地面，实现在室内进行无源式的助力行走、步态姿势矫正训练、站姿减负等多体态的使用效果，友好的使用体验、仿生智能型的使用功能，轻量化的自重与低廉的加工成本，填补了领域空白，利于商品化生产、普及和推广。
Description
技术领域
本实用新型属于人体运动助行机械设备领域，涉及可对下肢运动功能障碍患者进行步态运动辅助的一种穿戴式助行器。
背景技术
人体的步行能力是实现自主生活不可或缺的重要行为之一，而对于下肢运动功能障碍患者或者是有长时间步行、弯腰等需求的特殊职业人群，通过辅助设备增强或者延长其步态运动能力，具有重要的价值。目前，国内外结构简单的运动助行或者步态训练设备，常见于健身用动力设备领域，很难使患者实现仿生运动辅助的效果，而非仿生的步态运动辅助器械会给患者肌肉骨骼等造成不同程度的畸态康复，或者造成畸态强迫性辅助，限制了运动的舒适性。目前国内外专用于仿生步态辅助的设备大多是有源多自由度机械系统，机械结构和控制系统复杂，成本高，造价贵，一般仅适用于医院或康复机构中采购使用，很难进行家庭化使用推广。因此，基于对标健康使用者步态行走过程中髋、膝和踝关节的关键自由度，依据仿生学和人体工学原理，设计机械结构简单、造价低、使用方便、轻量化的无源可穿戴式外骨骼机械设备，助行医疗器械领域或工业中产业工人的护具设备领域，都具有重要意义。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种穿戴式助行器，使机构简单，方便家庭使用推广，依据仿生学原理，设计一种在使用者进行步态行走训练时，人机交互体验感良好的行走运动辅助器械，不使用电机等有源设备，并做结构轻量化处理，通过坐板及束带等做捆束式穿戴使用，为不同的下肢运动功能障碍患者或者有运动续航需要的用户提供定制的步态行走辅助与减负。
为达到上述目的，本实用新型通过如下技术方案予以实现：
所述的一种穿戴式助行器包括腰部固定支撑装置1、大腿支撑装置2、小腿支撑装置3、脚部支撑装置4，所述腰部固定支撑装置1置于用户骨盆外穿戴使用，并在左右髋关节位置分别与左右两片大腿支撑装置2连接后对大腿实现支撑与拨动，所述大腿支撑装置2下端与小腿支撑装置3的上端在膝腘处铰接，小腿支撑装置3下端与脚部支撑装置4内外双位铰接，最后绑缚在用户下肢上穿戴使用。
所述的腰部固定支撑装置1包括腰部支撑座101、腰部横向束带102、束带基座103、腰部纵向束带104,所述腰部支撑座101为硬质材料一体成型加工，可以紧密贴合用户骨盆形状，接近全包裹式置于骨盆后面、腰后、臀下及胯下，之后通过腰部横向束带102从用户腹部横向束缚后，再与腰部纵向束带104和束带基座103扣紧形成一体式束缚紧固，确保腰部固定支撑装置1可以舒适稳固的穿戴使用。
所述的大腿支撑装置2包括卷簧201、传动封盖202、大腿撑片203、大腿束带204、第一异形销轴205，所述卷簧201内芯始端套接固定在传动封盖202内部中心圆柱轴上，卷簧201外卷终端与腰部支撑座101侧面圆槽内壁固定连接，之后传动封盖202盖在腰部支撑座101左右两侧的圆槽上进行铰接封装，使二者之间可以实现稳定的相对转动，所述大腿撑片203上端向上焊接在传动封盖202外圆面，然后大腿撑片203向下进行90度向内扭形后，下端在膝腘处通过第一异形销轴205铰接在小腿支撑装置3上端，在用户步态前行中大腿做向下摆动动作时，大腿撑片203被大腿压着向下一体摆动，则卷簧201被卷曲压缩储能，之后大腿开始做向上摆动进行迈腿动作时，卷簧201释放所储弹性势能，通过大腿撑片203向上为迈腿动作中的大腿提供助力，这一过程中卷簧201有效存储大腿运动中的重力势能和动能，并且适时合理释放提供助力，减少用户的体能消耗。
所述的小腿支撑装置3包括第一胶垫301、小腿上撑片302、限位销303、小腿下撑片304、小腿束带305、第二异形销306，所述第一胶垫301由高摩擦系数的柔性材料制备并嵌入小腿上撑片302上端圆通孔内，第一异形销轴205穿过大腿撑片203下端通孔和小腿上撑片302上端的圆通孔，对大腿支撑装置2和小腿支撑装置3进行铰接固连，使小腿支撑装置3和大腿支撑装置2之间可以实现有摩擦的阻尼转动，所述小腿下撑片304通过限位销303穿过小腿上撑片302下部的横向弧形开槽固连，通过选择不同的横向弧形槽调整小腿支撑装置3的长度，又可保证小腿下撑片304在小腿上撑片302内部弧形滑动，部分释放小腿内收外展的自由度，小腿下撑片304通过小腿束带305绑缚小腿上穿戴使用。
所述的脚部支撑装置4包括第二胶垫401、鞋体402，所述鞋体402穿戴在用户脚上使用，第二胶垫401内嵌于鞋体402后跟上部左右两侧的圆孔内，第二异形销306穿过小腿下撑片304下端左右两个内六角开孔后，铰接到鞋体402后跟上部左右两侧的圆孔内，并与第二胶垫401可形成摩擦接触，可使小腿支撑装置3与脚部支撑装置4之间形成有摩擦阻尼的铰接转动。
本实用新型的有益效果在于：充分依照健康人体步态行走过程中髋、膝和踝关节在运动过程中的关键自由度和人体空间姿态，依照仿生学原理将所述机械结构设计成恰约束系统，通过对使用者骨盆、双膝、双踝等位置的有效联动支撑，可辅助有运动功能障碍的使用者按照对标健康人体仿生学行走状态进行辅助行走。腰部固定支撑装置、大腿支撑装置、小腿支撑装置、脚部支撑装置的结构充分考虑人体大腿、小腿等人体工学特点，设计为满足力学属性的曲线形，通过在设备的膝关节和踝关节铰接轴处加入高摩擦系数的胶垫，可在触地环节实现对膝关节和踝关节的抱死效果，将用户上身重量通过各构件向下传导直至地面，最大程度的降低了上身重量对下肢的载荷压迫。进一步的，通过结构与尺寸优化分析降低设备构件自重并可节省制造成本。本实用新型可实现在室内进行无源式的助力行走、步态姿势矫正训练、站姿减负等多体态的使用效果，友好的使用体验、仿生智能型的使用功能，轻量化的自重与低廉的加工成本，填补了领域空白，利于商品化生产、普及和推广。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。
图1 本实用新型的一种穿戴式助行器的轴测图
图2 本实用新型的腰部固定支撑装置的结构爆炸图
图3 本实用新型的大腿支撑装置的结构爆炸图
图4 本实用新型的小腿支撑装置的结构爆炸图
图5 本实用新型的脚部支撑装置的结构爆炸图
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的详细内容及其具体实施方式。
所述的一种穿戴式助行器包括腰部固定支撑装置1、大腿支撑装置2、小腿支撑装置3、脚部支撑装置4，所述腰部固定支撑装置1置于用户骨盆外穿戴使用，并在左右髋关节位置分别与左右两片大腿支撑装置2连接后对大腿实现支撑，所述大腿支撑装置2下端与小腿支撑装置3的上端在膝腘处铰接，小腿支撑装置3下端与脚部支撑装置4内外双位铰接，最后绑缚在用户下肢上穿戴使用。
所述的腰部固定支撑装置1包括腰部支撑座101、腰部横向束带102、束带基座103、腰部纵向束带104,所述腰部支撑座101为硬质材料一体成型加工，可以紧密贴合用户骨盆形状，接近全包裹式置于骨盆后面、腰后、臀下及胯下，之后通过腰部横向束带102从用户腹部横向束缚后，再与腰部纵向束带104和束带基座103扣紧形成一体式束缚紧固，确保了腰部固定支撑装置1可以舒适稳固的穿戴使用。
所述的大腿支撑装置2包括卷簧201、传动封盖202、大腿撑片203、大腿束带204、第一异形销轴205，所述卷簧201内芯始端套接固定在传动封盖202内部中心圆柱轴上，卷簧201外卷终端与腰部支撑座101侧面圆槽内壁固定连接，之后传动封盖202向内铰接封装在腰部支撑座101左右两侧的圆槽上，可实现稳定的相对转动，所述大腿撑片203上端向上焊接在传动封盖202下面，然后向下进行90度向内扭形后，下端在膝腘处通过第一异形销轴205铰接在小腿支撑装置3上端，在用户步态前行中大腿做向下摆动动作时，大腿撑片203被大腿压着向下带动，则卷簧201被卷曲压缩储能，之后大腿开始做向上摆动进行迈腿动作时，卷簧201释放所储弹性势能，通过大腿撑片203向上为迈腿动作中的大腿提供助力，这一过程中卷簧201有效存储大腿运动中的重力势能和动能，并且适时合理释放提供助力，减少了用户的体能消耗。
所述的小腿支撑装置3包括第一胶垫301、小腿上撑片302、限位销303、小腿下撑片304、小腿束带305、第二异形销306，所述第一胶垫301由高摩擦系数的柔性材料制备并嵌入小腿上撑片302上端圆柱通孔内，第一异形销轴205穿过大腿撑片203下端通孔和小腿上撑片302上端的圆柱通孔，对大腿支撑装置2和小腿支撑装置3进行铰接固连，使小腿支撑装置3和大腿支撑装置2之间可以实现有摩擦的阻尼转动，所述小腿下撑片304通过限位销303穿过小腿上撑片302下部的横向弧形槽固连，通过选择不同的横向弧形槽调整小腿支撑装置3的长度，又可通过小腿下撑片304在小腿上撑片302内部弧形滑动，部分释放小腿内收外展的自由度小腿下撑片304通过小腿束带305绑缚小腿上。
所述的脚部支撑装置4包括第二胶垫401、鞋体402，所述鞋体402穿戴在用户脚上，第二胶垫401内嵌于鞋体402后跟上部左右两侧的开孔内，所述的脚部支撑装置4包括第二胶垫401、鞋体402，所述鞋体402穿戴在用户脚上，第二胶垫401内嵌于鞋体402后跟上部左右两侧的圆孔内，第二异形销306穿过小腿下撑片304下端左右两个内六角开孔后，铰接固连到鞋体402后跟上部左右两侧的圆孔内，并与第二胶垫401可形成摩擦接触，保证小腿支撑装置3和脚部支撑装置4之间在脚踝处可实现有摩擦的阻尼转动。
作为一种优选实例，当使用者穿戴使用本实用新型的一种穿戴式助行器时，先将腰部固定支撑装置1稳定穿戴在用户骨盆上，根据用户身高和小腿肢段长度，调节好小腿支撑装置3长度，通过大腿束带204和小腿束带305，将大腿支撑装置2、小腿支撑装置3和脚部支撑装置4稳定束缚在用户下肢各肢段上，做好使用准备。所述第一异形销轴205的外六角端过盈装配在大腿撑片203下端的内六角开孔中，第一异形销轴205的外圆柱端间隙装配在小腿上撑片302上端的圆通孔中与第一胶垫301实现摩擦接触，第二异形销306外六角端过盈装配在小腿下撑片304下端的两个内六角开口孔中，第二异形销306外圆柱端装配在鞋体402圆孔内与第二胶垫401形成摩擦接触，当该侧下肢处于撑地状态时，用户上身重量通过各级构件传导后先加载到第一异形销轴205上，直至与第一胶垫301产生足够摩擦力而充分阻止大腿支撑装置2和小腿支撑装置3之间的转动，即实现对用户膝关节的抱死效应，接着用户上身重量继续向下传导后先加载到第二异形销306上，直至与第二胶垫401产生足够摩擦力而充分阻止小腿支撑装置3和脚部支撑装置4之间的转动，即实现对用户踝关节的抱死效应，最终实现该侧下肢外骨骼在撑地环节中的各关节自由度全抱死状态，则上身的所有重量通过各构件向下传导直至地面，最大程度的降低了上身重量对下肢的载荷压迫。接着，当用户大腿开始抬升时，膝关节和踝关节处的下压力逐步减弱而使铰接处的摩擦力逐渐减弱，抱死效应消失，各关节恢复转动自由度，大腿上抬进行后面的步行动作。
以上所述仅为本实用新型的优选实例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡对本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种穿戴式助行器，其特征在于：包括腰部固定支撑装置（1）、大腿支撑装置（2）、小腿支撑装置（3）、脚部支撑装置（4），所述腰部固定支撑装置（1）置于用户骨盆外穿戴使用，并在左右髋关节位置分别与左右两片大腿支撑装置（2）连接后对大腿实现支撑与拨动，所述大腿支撑装置（2）下端与小腿支撑装置（3）的上端在膝腘处铰接，小腿支撑装置（3）下端与脚部支撑装置（4）双位铰接，最后绑缚在用户下肢上穿戴使用。
2.根据权利要求1所述的一种穿戴式助行器，其特征在于：所述的腰部固定支撑装置（1）包括腰部支撑座（101）、腰部横向束带（102）、束带基座（103）、腰部纵向束带（104）,所述腰部支撑座（101）为硬质材料一体成型加工，可以紧密贴合用户骨盆形状，接近全包裹式置于骨盆后面、腰后、臀下及胯下，之后通过腰部横向束带（102）从用户腹部横向束缚后，再与腰部纵向束带（104）、束带基座（103）扣紧形成一体式束缚紧固，确保腰部固定支撑装置（1）可以舒适稳固的穿戴使用。
3.根据权利要求2所述的一种穿戴式助行器，其特征在于：所述的大腿支撑装置（2）包括卷簧（201）、传动封盖（202）、大腿撑片（203）、大腿束带（204）、第一异形销轴（205），所述卷簧（201）内芯始端套接固定在传动封盖（202）内部中心圆柱轴上，卷簧（201）外卷终端与腰部支撑座（101）侧面圆槽内壁固定连接，之后传动封盖（202）盖在腰部支撑座（101）左右两侧的圆槽上进行铰接封装，二者之间可实现稳定的相对转动，所述大腿撑片（203）上端向上焊接在传动封盖（202）外圆面，大腿撑片（203）向下进行90度向内扭形后，下端在膝腘处通过第一异形销轴（205）铰接在小腿支撑装置（3）上端，在用户步态前行中大腿做向下摆动动作时，大腿撑片（203）被大腿压着向下一体摆动，则卷簧（201）被卷曲压缩储能，之后大腿开始做向上摆动进行迈腿动作时，卷簧（201）释放所储弹性势能，通过大腿撑片（203）向上为迈腿动作中的大腿提供助力，这一过程中卷簧（201）有效存储大腿运动中的重力势能和动能，并且适时合理释放提供助力，减少用户的体能消耗。
4.根据权利要求3所述的一种穿戴式助行器，其特征在于：所述的小腿支撑装置（3）包括第一胶垫（301）、小腿上撑片（302）、限位销（303）、小腿下撑片（304）、小腿束带（305）、第二异形销（306），所述第一胶垫（301）由高摩擦系数的柔性材料制备并嵌入小腿上撑片（302）上端圆通孔内，第一异形销轴（205）穿过大腿撑片（203）下端内六角通孔和小腿上撑片（302）上端的圆通孔，对大腿支撑装置（2）和小腿支撑装置（3）进行铰接固连，使小腿支撑装置（3）和大腿支撑装置（2）之间可以实现有摩擦的阻尼转动，所述小腿下撑片（304）通过限位销（303）穿过小腿上撑片（302）下部的横向弧形开槽固连，通过选择不同的横向弧形槽可调整小腿支撑装置（3）的长度，又可确保小腿下撑片（304）在小腿上撑片（302）内部弧形滑动，部分释放小腿内收外展的自由度，小腿下撑片（304）可通过小腿束带（305）绑缚在小腿上穿戴使用。
5.根据权利要求4所述的一种穿戴式助行器，其特征在于：所述的脚部支撑装置（4）包括第二胶垫（401）、鞋体（402），所述鞋体（402）穿戴在用户脚上使用，第二胶垫（401）内嵌于鞋体（402）后跟上部左右两侧的开孔内，第二异形销（306）穿过小腿下撑片（304）下端左右两个内六角通孔后，铰接固连到鞋体（402）后跟上部左右两侧的圆孔内，并与第二胶垫（401）可形成摩擦接触，保证小腿支撑装置（3）和脚部支撑装置（4）之间在脚踝处可实现有摩擦的阻尼转动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20200811 |