CN214924386U - 一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，结构简单轻便，不使用电池等外在动力，可以长时间使用，适用于老年人和腿部疾患人员，走路和上楼时由于机械腿具有支撑能力，减轻膝盖负重的压力，可以形成助力效果，腰围承重活圈按照臀部形状，装置有三角形尼龙兜带，形成座椅的效果，使用中可以随时蹲坐休息，该发明同样适用于需长时间站立工作的人员，如汽车装配线操作工，和长时间站立手术台的医护人员，在站立时借助机械腿的支撑即可休息，减轻体力消耗，极大地提高工作效率。

Description

一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿

技术领域：

本发明属于医疗康复领域，具体是涉及一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿。

背景技术：

目前，随着科技的发展，能够解决人类行走不便的各种外骨骼机器人、各类型外骨骼机械腿在不断出现，能够改善老年人或腿部疾患者的运动机能，改善人们的生活质量，但目前的外骨骼机器人，虽然功能强大，但结构复杂、体积笨重，使用了各类传感器、马达、杠杆、电动装置、及各种机械转换装置由微电脑进行控制，需要电池作为能源驱动，因电池容量所限，无法长时间使用，且整体装置造价昂贵，因此大部分状况只是作为科学研究，而无法满足和普及到广大需求者。

如何减小助力结构体积，减轻重量，降低成本使用灵活轻便，即成为当前急需解决的问题。

另，对于长时间站立工作，如汽车装配生产线的操作工，手术台手术医师等，亦需要一种能减轻工作强度的助力机械腿，在站立时借助机械腿的支撑即可休息，减轻体力消耗，亦是本发明的考虑内容。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种无需动力，简单轻便，能够普及适用于广大老年人和行走困难的人群，行走时身体重量由机械腿支撑，减小对膝关节的压力，并可随时蹲坐休息的行走助力机械腿。

本发明采用金属空心管材作为腿部支撑，其特征是：大腿支撑管(1)，小腿支撑管(2)作为腿部外骨骼支撑，在大小腿连接的膝关节处，按装有可控棘轮组合装置，该装置是根据行走状态控制其棘爪(22)、棘轮(21)的分离与啮合。为使机械腿运动灵活度达到与人体腿部自由活动状态相同，在髋关节部位设计有具有3个自由度的模拟髋关节，大腿支撑管上端安装有关节轴承(3)，以模拟人体髋关节的3个活动自由度，脚踝部设计有踝关节轴承(8)，模拟脚踝部活动自由度，其整体结构为大腿支撑管(1)上端关节轴承(3)与腰围承重活圈(12)连接，大小腿支撑管膝关节处通过可控棘轮组合结构连接，小腿支撑管脚踝关节(8)与脚踏支架(11)连接，脚踏支架(11)安装有脚踏旋转板(28)及与脚踏旋转板固接的旋转杠杆(29)，旋转杠杆(29)通过牵引钢丝绳(26)连接到棘爪离合顶杆(24)，整体装配后形成腿部外骨骼，脚踏支架(11)安装有尼龙魔术贴鞋绑带(10)，以与鞋子扎紧，腰部设计的腰围承重活圈(12)，通过髋关节连接板(34)与大腿支撑管上部关节轴承(3)连接，腰围承重活圈(12)制作有三角形尼龙兜带(18)，可以作为休息座椅，当人体蹲坐休息时，完全由外骨骼承担身体重量。

其作用原理为：双腿站立时，脚踏旋转板(28)在人体重力作用下被踏平，如图6状态，旋转杠杆(29)向下旋转，牵引钢丝绳(26)牵引棘爪离合顶杆 (24)向下拉动，在棘爪拉簧(23)作用下，棘爪(22)、棘轮(21)恢复正常啮合状态，如图3所示，机械腿处于不可弯曲状态，起到支撑作用，当人体开始走路时，一脚抬起，脚踏旋转板(28)松开对棘爪离合顶杆(24)的牵引，在顶杆复位弹簧(25)推动下向上顶起，克服棘爪拉簧(23)的拉力，顶起棘爪(22)，使棘爪(22)、棘轮(21)分离，如图4所示，此时膝关节处于自由活动状态，可以做迈步动作，向前迈步后，脚步落地踩压脚踏旋转板(28)，带动旋转杠杆(29)逆时针向下转动，牵引钢丝绳(26)牵引棘爪离合顶杆(24) 向下运动脱离棘爪(22)，在棘爪拉簧(23)的拉动下，棘爪(22)复位与棘轮(21)啮合，棘爪、棘轮再次处于单向旋转状态，即膝关节只能在弯曲状态向上站立伸直，而不能向下弯曲，即形成对身体支撑力量。另一腿运动状况相同，当双腿站立时双侧棘爪棘轮结构均处于单向锁止状态，使得双腿在弯曲时可伸直站立，下蹲则棘轮结构锁止，形成机械腿对身体的支撑作用。

进一步：本发明对膝关节处的棘轮结构动作，另设计有手动调整功能，在机械腿膝关节处设有棘爪手动调节钮(5)，可以在不需要棘轮单向旋转功能时，向上拨动棘爪手动调节钮(5)，通过棘爪手动分离钩(30)可以向上拉动棘爪 (22)，脱开棘爪(22)与棘轮(21)的啮合，起到和脚部抬起时膝关节可自由活动的同样功能，可以方便调节膝关节任意弯曲角度，即调节人体的坐姿高度，调整至需要高度后再拨回原位，恢复单向锁定功能，形成对人体的支撑。

进一步：大腿支撑管(1)与小腿支撑管(2)膝关节之间的可控棘轮结构，设计的转动角度范围在0-120°之间单向锁止和转动，即可以达到人体在腿部直立至下蹲120°任意位置实现蹲坐休息。

进一步，在膝关节处设有0-120°旋转槽(19)和限位销钉(20)，进一步确保膝关节在0-120°之间的活动范围。

进一步：身体重量的支撑则是由大腿支撑管(1)与腰围承重活圈(12)连接后，由腰围承重活圈(12)上的尼龙兜带(18)兜住臀部形成座椅而实现蹲坐功能。

进一步：腰围承重活圈(12)设计为带有腰围尺寸调节孔的铰链活圈(17)，根据需要可以选择不同位置的安装孔，可以调节腰围尺寸大小，以适合不同腰围人员使用，腰围承重活圈(12)采用铰链(17)打开结构，可以打开闭合方便穿戴。

进一步：大腿支撑管(1)和小腿支撑管(2)采用长度可调结构，通过按压调节按钮，可调节大小腿支撑管长度，以适应不同身高人员使用。

再一步：腰围承重活圈(12)通过腰围扎紧尼龙皮带(13)系在腰部以与身体结合固定，尼龙兜带(18)通过可调整尼龙带长度的金属挂钩(16)挂在腰围承重活圈(12)上。大小腿支撑管安装有绑带固定卡(7)，可穿过带有粘扣的魔术贴绑带(33)，当中垫有大腿绑扎软垫(31)小腿绑扎软垫(32)以扎紧大腿部和小腿脚踝部。

实现目的的技术方案如下：

本发明可根据需要采用矩形不锈钢、铝合金管材或碳纤维材质作为大小腿支撑管，本方案采用的是铝合金空心管材，大小腿支撑管连接的膝盖部位，按装有铝合金膝关节连接板，采用旋转销轴连接，两膝关节连接板之间安装可控棘轮组合结构，其中棘轮与大腿支撑管膝关节连接板通过销钉固定，棘爪安装在小腿支撑管膝关节连接板上，由旋转销轴定位，棘爪拉簧一端挂在棘爪，另一端挂在离合顶杆基座上，形成对棘爪的弹性牵引，棘爪离合顶杆穿入离合复位弹簧，由开口挡圈定位，安装于离合顶杆基座上，牵引钢丝绳插入棘爪复位顶杆底部孔位由顶丝紧固，另一端通过钢丝绳线管穿入与脚踏旋转板固接的旋转杠杆，用顶丝紧固，通过脚步的抬起与落地，脚踏旋转板做上下旋转动作，通过脚踏旋转杠杆牵拉钢丝绳，调节棘爪工作位置，改变棘爪与棘轮的啮合状态。

腰围承重活圈起到承受身体重量的座椅作用，其采用不锈钢带制作，四面为铰链结构便于打开穿戴，腰围承重活圈设计有尺寸调节孔，可调节腰围尺寸，其上穿有尼龙环和长度可调尼龙皮带以方便系在腰部，腰围承重活圈上安装有尼龙带制作的臀部尼龙兜带，起到座椅的用途，尼龙兜带端部的尼龙兜带挂钩可调节臀部兜带松紧度，身体承重由腰围承重活圈与尼龙兜带构成臀部座椅支撑，借助机械腿整体结构支撑人体重量，形成坐姿，减少腿部所承受的身体重量。脚踏支架装有尼龙魔术贴鞋绑带，可将鞋子与脚踏支架绑紧，使行走更灵便。

本发明所产生的有益效果是：

1.结构简单轻便，成本低廉，不使用电池等外在动力，可以长时间使用。

2.适用于老年和腿部疾患人员，走路和上楼时由于助力机械腿具有支撑能力，可以形成助力效果，降低膝盖承受力，同时可以减轻护理人员帮扶力量。

3.使用中可以随时蹲坐休息，亦减轻使用人员和护理人员很多体力。

4.同样适用于长时间站立工作人员，如汽车装配线操作工和长时间站立手术台的医护人员，在站立时借助机械腿的支撑即可休息，极大降低长时间站立的体力负担。

附图说明：

图1：助力机械腿整体结构外观示意图

图中：(1)大腿支撑管 (2)小腿支撑管 (3)髋关节轴承 (4)膝关节防护罩 (5)棘爪手动调节钮 (6)钢丝绳线管 (7)绑带固定卡 (8)踝关节轴承 (9)脚踏支架护罩 (10)鞋绑带 (11)脚踏支架 (12)腰围承重活圈

图2：腰围承重活圈结构图

图中：(13)尼龙皮带 (14)尼龙皮带环 (15)塑料插扣 (16)尼龙兜带挂钩 (17)承重活圈铰链 (18)尼龙兜带 (34)髋关节固定板

图3：膝关节结构示意图

图中：(19)旋转槽 (20)限位销钉 (21)棘轮 (22)棘爪 (23)棘爪拉簧 (24)棘爪离合顶杆 (25)复位顶杆弹簧 (26)牵引钢丝绳 (27)离合顶杆基座

图4：棘爪、棘轮分离示意图

图5：脚踏支架结构示意图

图中：(28)脚踏旋转板 (29)拉线杠杆

图6：脚踏旋转板踏平示意图

图7：棘爪手动复位挂钩结构示意图

图中：(30)棘爪手动分离钩

图8：膝关节外观结构示意图

图9：脚踏支架立体图

图10：大小腿绑扎尼龙带示意图

图中：(31)大腿绑扎软垫 (32)小腿绑扎软垫 (33)魔术贴粘扣

具体实施方式：

本发明涉及一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，具体实施方式如下：

穿戴时，可以在座位上将尼龙皮带插扣打开，腰围承重活圈铰链打开，将尼龙皮带扣于腰间，将腰围承重活圈挂扣在适当孔位扣好，脚步踩入脚踏支架，将大腿绑扎尼龙带扎紧于大腿根部，将小腿踝部尼龙带扎紧，脚踏支架的尼龙带绑扎在鞋面，将尼龙承重兜带兜住臀部，挂钩挂在腰围承重活圈上，调节好松紧度，以下蹲时有尼龙兜带能承受身体重量的座椅感，完成穿戴。站起时脚踏旋转板被踩平，通过牵引钢丝绳牵拉棘爪复位顶杆，脱离棘爪，在棘爪拉簧的拉动下棘爪与棘轮啮合，此时膝关节处棘轮发出哒哒声，即棘轮在做单向旋转动作，此时身体下蹲即感觉有机械腿支撑力量，一腿抬起迈步时，脚踏旋转踏板脱离对棘爪复位顶杆的牵引，在顶杆复位弹簧的弹力下顶起棘爪离合顶杆进而顶起棘爪，分开棘爪与棘轮的啮合，此时膝关节处于自由旋转状态，可以迈步行走，而在脚步落地后，脚踏旋转板又被踏平，经钢丝绳牵引棘爪离合顶杆，又回到棘爪棘轮啮合状态，左右腿分别迈步时情况相同。如不需要膝关节有单向自锁功能，可将棘爪手动调节钮向上拨动，拉动棘爪脱离与棘轮的啮合，此时行走状态和正常走路相同。

调节蹲坐高度的方法有三种：

1.一腿向前迈步时掌握落地腿部弯曲程度，另一腿迈步落地时亦掌握相同弯曲度，双脚落地后即可由机械腿支撑身体重量。

2.双腿站立，踮起脚尖(使脚踏旋转板离开地面)向下弯曲腿部，至需要高度时脚跟落地，即可保持弯曲角度。

3.双脚站立，用双手向上拨动棘爪手动调节钮，膝部可自由弯曲，至合适位置，再将棘爪手动调节钮复位。

蹲坐时注意身体重心稍前倾，或手扶物体以保证身体稳定性。如身后有依靠物体则完全像座椅一样稳定。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，采用金属空芯管材作为腿部外骨骼支撑，其特征在于：大腿支撑管与小腿支撑管膝关节部位采用可控棘爪棘轮组合结构，模拟膝关节行走和站立时所需要的旋转或支撑动作，棘爪棘轮的啮合与分离是由棘爪离合顶杆根据行走状态所控制，大腿支撑管与小腿支撑管在髋关节与脚踝关节处各安装有具有3个自由度的关节轴承，大腿支撑管髋关节轴承与腰围承重活圈连接，小腿支撑管踝关节轴承与脚踏支架连接，模拟走路时髋关节、膝关节和踝关节动作，腰部的腰围承重活圈，制作有类似座椅的尼龙兜带，蹲坐休息时由尼龙兜带兜住臀部承受身体重量，行走时可模拟人体腿部全部关节运动特征，同时膝关节部位设有棘爪手动调节钮，拨动棘爪手动调节钮可完全分开棘爪与棘轮的啮合，以方便各种情况使用，实现行走助力和蹲坐休息的功能。

2.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：所述的膝关节部位棘爪与棘轮的啮合与分离，由棘爪离合顶杆控制，脚部着地时棘爪离合顶杆受到牵引钢丝绳牵拉与棘爪分离，棘爪由棘爪拉簧拉动，使棘爪棘轮复位啮合，处于只能单向旋转状态，即膝盖弯曲时可以直立站起，下蹲时锁止，起到支撑功能。

3.根据权利要求2所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：所述的棘爪离合顶杆装置，其离合复位弹簧的弹力大于棘爪拉簧的拉力，牵引钢丝绳松开时由离合复位弹簧克服棘爪拉簧的拉力，顶起棘爪离合顶杆，使棘爪旋转脱离棘轮，即脚部抬离地面时牵引钢丝绳松开对棘爪离合顶杆的牵引，棘爪离合顶杆的离合复位弹簧弹起，使得棘爪与棘轮分离，膝盖可以自由弯曲运动。

4.根据权利要求3所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：所述的棘爪离合顶杆牵引钢丝绳是与脚踏旋转板及拉线杠杆连接，安装于脚踏支架上，通过行走时脚部落地与抬起，踩压脚踏旋转板及拉线杠杆，牵引棘轮离合顶杆下拉与复位，控制棘爪与棘轮的分离与啮合状态。

5.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：棘爪棘轮旋转角度设计为0-120°之间，同时在膝关节之间设有0-120°之间旋转槽和限位销钉的锁止机构，进一步确保膝关节旋转范围，即人体可以在大腿直立与下蹲120°任意位置蹲坐休息。

6.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：在髋关节部位及脚踝关节设计有关节轴承，以保证髋关节和脚踝关节具有和人体髋关节及脚踝关节相同的三个自由度运动，可实现人腿前、后、左、右及竖直方向扭转运动，大腿支撑管的关节轴承通过髋关节固定板与腰围活圈连接。

7.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：所述的腰围承重活圈由可调节腰围尺寸的带有调节孔的腰围活圈铰链组成，腰围尺寸可调，以适应不同身材人员使用，其上带有可系在腰部的腰部扎紧尼龙皮带，其采用塑料插扣对插连接，尼龙兜带前端具有可调节长短的尼龙兜带挂钩结构，挂在腰围承重活圈上，腰围承重活圈和扎紧尼龙皮带可以打开以方便穿戴。

8.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：脚踏支架安装有魔术贴尼龙鞋绑带，以扎紧与鞋的连接，并通过踝关节轴承与小腿支撑管连接。

9.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：所述的棘爪手动调节钮可以在不需要棘轮单向旋转功能时，向上拨动棘爪手动调节钮，脱开棘轮棘爪的啮合，以方便各种情况的使用，起到和脚部抬起时膝关节自由活动的同样功能。

10.根据权利要求1所述的一种无动力可蹲坐休息的行走助力机械腿，其特征在于：所述的大、小腿支撑管具有长度可调节功能，以适用不同身高人群使用，其大、小腿支撑管通过固定在管上的固定卡，将带魔术粘扣的固定带，绑扎在大腿和脚踝部位，以使腿部和机械腿连接固定，膝关节和踝关节部位粘贴有防磨伤软垫。

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