CN104188786B - 一种基于套索传动的膝关节助力康复装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，该助力康复装置包括支撑定位组件和两套执行组件，每套执行组件包括套索驱动子组件、套索传动子组件和膝关节子组件，套索驱动子组件连接在支撑定位组件上；套索传动子组件分别与套索驱动子组件和膝关节子组件连接。该装置训练康复角度相对较大，结构简单轻巧，控制安全简单，便于工业生产和大范围推广。

Description

一种基于套索传动的膝关节助力康复装置

技术领域

本发明属于助行康复器械领域，具体来说，涉及一种基于套索传动的膝关节助力康复装置，主要适用于下肢康复训练、助力等医疗领域。

背景技术

随着年龄的增长，人的骨骼和关节往往会因为退化或者长期使用而磨损，而骨骼的退化和磨损会导致他们的行动不便；或者由于脑血管疾病等会导致偏瘫症状；现代社会交通工具的增多，由于交通事故造成的肢体损伤的人数也在逐渐增加。医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术治疗和药物治疗外，正确、科学的康复训练对于肢体运动的恢复和提高起到了非常重要的作用，所以肢体康复器械逐渐成了研究的热点，国内外学者对于肢体康复器械特别是下肢康复器械的研发做了大量的工作，并且取得了很大的进展。下肢康复器械按照患者的康复训练姿势分类，可以分为两大类：卧式CPM(对应中文：关节恢复器)机和立式下肢康复器械。

目前使用较多的下肢康复器械是卧式CPM机，患者手术之后可以采用卧姿，将下肢放置在卧式CPM机上进行康复训练。卧式CPM机是利用机械或者电子装置带动或维持部分下肢的运动，从而使得需要康复的关节进行较长时间的运动，治疗与康复同时进行。对于下肢手术之后的康复训练方式，卧式CPM机训练是一种较为成熟的方法。

立式下肢康复器械大多数采用可穿戴式的方式，此装置可以穿在患者身上，能够与患者的腿部紧密贴合。可穿戴的立式下肢康复器械使得患者的训练灵活方便，任何时间、任何地点都可以进行下肢康复训练。此类装置多采用气动人工肌肉、液压缸或者气缸作为驱动装置，能够提供一定的柔顺性和较大的驱动能力，而且安全性相对较高。但是由于气动人工肌肉、液压缸和气缸的行程较短的原因，立式下肢康复器械能够实现的康复角度相对较小，不能够满足患者对于大角度康复训练的要求，而且采用气动人工肌肉、液压缸和气缸作为驱动装置的立式下肢康复器械的结构复杂，体积较大，重量大，穿戴麻烦，不适合民用。迫切需要结构简单轻巧，训练康复角度范围大，控制安全简单，便于工业生产和大范围推广的可穿戴的立式下肢康复器械，本发明即是为此目的而设计。

发明内容

技术问题：本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于套索传动的膝关节助力康复装置，该装置训练康复角度相对较大，结构简单轻巧，控制安全简单，便于工业生产和大范围推广。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，该助力康复装置包括支撑定位组件和两套执行组件，每套执行组件包括套索驱动子组件、套索传动子组件和膝关节子组件，套索驱动子组件连接在支撑定位组件上；套索传动子组件分别与套索驱动子组件和膝关节子组件连接。

进一步，所述的支撑定位组件包括腰部支撑板、两块腰部宽度调整板和绑带，绑带的两端分别与一个腰部宽度调整板的一端连接，两个腰部宽度调整板的另一端分别通过螺栓与腰部支撑板的一端连接。

进一步，所述的套索驱动子组件包括伺服电机、电机固定块、行星齿轮减速器、套索主动轮和轴端端盖，伺服电机通过电机固定块固定连接在腰部支撑板上，伺服电机的动力输出轴与行星齿轮减速器的动力输入轴相配合，套索主动轮连接在行星齿轮减速器的动力输出轴上，轴端端盖固定连接在行星齿轮减速器的动力输出轴的末端，轴端端盖与套索主动轮相抵。

进一步，所述的套索传动子组件包括调整支架、套索固定支架和两个传动单元，调整支架固定连接在行星齿轮减速器的外壳上，调整支架上设有两个螺纹孔，套索固定支架固定连接在旋转固定板上；每个传动单元包括紧固螺母、调节螺钉、套管、穿过套管的绳索，调节螺钉安装在调整支架的一个螺纹孔内，紧固螺母套装在调节螺钉上，套管的顶端嵌套在调节螺钉的沉孔中，套管的底端嵌套在套索固定支架上；绳索的一端穿过调整支架，通过锡块嵌在套索主动轮的槽口内，绳索的另一端通过锡块嵌在套索从动轮的槽口内。

进一步，所述的套索主动轮的两个槽口至套索主动轮中心之间连线的夹角小于90度，所述的套索从动轮的两个槽口至套索从动轮中心之间连线的夹角小于90度。

进一步，所述的膝关节子组件包括大腿固定板、旋转转动板、小腿固定板、旋转固定板、套索从动轮、旋转转动轴和角度传感器；旋转固定板与大腿固定板通过大腿连接过渡板固定连接，旋转转动板与小腿固定板通过小腿连接过渡板固定连接，旋转转动轴连接在旋转固定板上，深沟球轴承连接在旋转转动轴上，套索从动轮套在深沟球轴承上，角度传感器的固定端通过锁紧螺母固定连接在旋转转动轴的内孔中，角度传感器的旋转端与尼龙套过盈配合。

进一步，所述的腰部支撑板的两端分别设有第一U型槽，腰部宽度调整板上设有第二U型槽，第一U型槽和第二U型槽相对。

进一步，所述的套管的轴线分别与套索主动轮的槽口和套索从动轮的槽口相切。

有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)训练康复角度相对较大。本发明中的套索是由两套套管和绳索组成，绳索滑动的装在套管内，绳索的一端通过锡块嵌在套索主动轮的槽口内，另一端通过锡块嵌在套索从动轮的槽口内，套索主动轮的两个槽口至套索主动轮中心之间连线的夹角小于90度，套索从动轮的两个槽口至套索从动轮中心之间连线的夹角小于90度，可实现膝关节大于90度，小于180度的训练康复角度，与采用气动人工肌肉、液压缸和气缸作为驱动装置的立式下肢康复器械相比，训练康复角度较大。

(2)结构简单轻巧。本发明中，由于套索本身细长、柔软的特性，使得本发明的传递路径非常灵活。进而使得本发明具有传递路径灵活、尺寸小、机构简洁轻巧等优点。

(3)穿戴简单，便于工业生产和大范围推广。本发明中，套索传动可以实现远距离小尺寸的传递动力，它可以有效地降低本发明的复杂程度，使得本发明结构简单，重量轻，适合患者穿戴。同时套索传动的加工成本小，适合于工业生产和大范围民用。

附图说明

图1是本发明穿戴在人体上的示意图。

图2是本发明中套索传动子组件的上部和套索驱动子组件的连接示意图。

图3是本发明中套索传动子组件的上部和套索驱动子组件连接的剖视图。

图4是本发明中套索传动子组件的下部和膝关节子组件的连接正视图。

图5是图4的侧视图。

图6是本发明中套索传动子组件的下部和膝关节子组件的剖视图。

图7是本发明中膝关节子组件的剖视图。

图中有：套索驱动子组件1、伺服电机101、电机固定块102、行星齿轮减速器103、套索主动轮104、轴端端盖105、套索传动子组件2、调整支架201、紧固螺母202、调节螺钉203、套管204、绳索205、套索固定支架206、第一锡块207、第二锡块208、膝关节子组件3、大腿固定板301、大腿连接过渡板302、旋转转动板303、小腿连接过渡板304、小腿固定板305、尼龙套306、旋转固定板307、套索从动轮308、旋转转动轴309、深沟球轴承310、锁紧螺母311、角度传感器312、支撑定位组件4、腰部支撑板401、腰部宽度调整板402、绑带403。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本发明基于套索传动的膝关节助力康复装置，包括支撑定位组件4和两套执行组件。每套执行组件包括套索驱动子组件1、套索传动子组件2和膝关节子组件3。套索驱动子组件1连接在支撑定位组件4上。套索传动子组件2分别与套索驱动子组件1和膝关节子组件3连接。

如图2所示，支撑定位组件4包括腰部支撑板401、两块腰部宽度调整板402和绑带403，绑带403的两端分别与一个腰部宽度调整板402的一端连接，两个腰部宽度调整板402的另一端分别通过螺栓与腰部支撑板401的一端连接。

如图2所示，套索驱动子组件1包括伺服电机101、电机固定块102、行星齿轮减速器103、套索主动轮104和轴端端盖105，伺服电机101通过电机固定块102固定连接在腰部支撑板401上，伺服电机101的动力输出轴与行星齿轮减速器103的动力输入轴相配合，套索主动轮104连接在行星齿轮减速器103的动力输出轴上，轴端端盖105固定连接在行星齿轮减速器103的动力输出轴的末端，轴端端盖105与套索主动轮104相抵。

如图2和图3所示，套索传动子组件2包括调整支架201、套索固定支架206和两个传动单元，调整支架201固定连接在行星齿轮减速器103的外壳上，调整支架201上设有两个螺纹孔，套索固定支架206固定连接在旋转固定板307上；每个传动单元包括紧固螺母202、调节螺钉203、套管204、穿过套管204的绳索205，调节螺钉203安装在调整支架201的一个螺纹孔内，紧固螺母202套装在调节螺钉203上，套管204的顶端嵌套在调节螺钉203的沉孔中，套管204的底端嵌套在套索固定支架206上；绳索205的一端穿过调整支架201，通过锡块207嵌在套索主动轮104的槽口内，绳索205的另一端通过锡块207嵌在套索从动轮308的槽口内。套索主动轮的槽口和套索从动轮的槽口之间角度小于90度。套索主动轮的两个槽口至套索主动轮中心之间连线的夹角θ小于90度，套索从动轮的两个槽口至套索从动轮中心之间连线的夹角θ小于90度。如图3所示，套索主动轮104逆时针方向拉动绳索205时，绳索205在套索主动轮104和套索从动轮308的沟槽内滑动，从而带动套索从动轮308绕着旋转转动轴309转动，进而带动人腿转动。套索主动轮104拉动第一锡块207，从起始相切位置(图3中实线所示)转到有效终点位置(图3中虚线所示)，套索主动轮104转过的角度α大于90度，小于180度。因为套索主动轮104和套索从动轮308的直径相等，且绳索205是不可伸缩的，所以，套索从动轮308也相应地转动大于90度，小于180度的角度，从而实现实现膝关节的康复旋转角度大于90度，小于180度。

如图4至图7所示，膝关节子组件3包括大腿固定板301、旋转转动板303、小腿固定板305、旋转固定板307、套索从动轮308、旋转转动轴309和角度传感器312。旋转固定板307与大腿固定板301通过大腿连接过渡板302固定连接，旋转转动板303与小腿固定板305通过小腿连接过渡板304固定连接，旋转转动轴309连接在旋转固定板307上，深沟球轴承310连接在旋转转动轴309上，套索从动轮308套在深沟球轴承310上，角度传感器312的固定端通过锁紧螺母311固定连接在旋转转动轴309的内孔中，角度传感器312的旋转端与尼龙套306过盈配合。

进一步，所述的腰部支撑板401的两端分别设有第一U型槽，腰部宽度调整板402上设有第二U型槽，第一U型槽和第二U型槽相对。设置第一U型槽和第二U型槽，便于调节支撑定位组件4，使之和人体捆绑紧密。腰部支撑板401上设有U型槽，与腰部宽度调整板402连接，并与人的腰部通过绑带403固定在一起，通过调节腰部宽度调整板402相对于腰部支撑板401的距离，以适合人体的腰部尺寸。

进一步，所述的套管204的轴线分别与套索主动轮104的槽口和套索从动轮308的槽口相切。

本发明的基于套索传动的膝关节助力康复装置中，腰部支撑板401上设有U型槽，腰部宽度调整板402连接在腰部支撑板401的U型槽内，并与人的腰部通过绑带403固定在一起。通过调节腰部宽度调整板402相对于腰部支撑板401的距离，以适合人体的腰部尺寸。膝关节子组件3通过大腿固定板301、小腿固定板305和绑带403与人的大腿、小腿进行固定。

本发明的膝关节助力康复装置中，套索驱动子组件1通过电机固定块102固定在腰部支撑板401上，相对于人的位置保持不变。绳索205可在套管204内滑动。套索传动子组件2的一端与套索驱动子组件1的套索主动轮104相连，另一端与膝关节子组件3的套索从动轮308相连。套管204固定在套索固定支架206上，以保持绳索205与套索主动轮104始终相切。调节螺钉203安装在调整支架201上的螺纹孔内，以用来进行套索的预紧。调整支架201兼有绳索205方向保持的作用。套管204固定在调节螺钉203的凹槽内，以保持绳索205与套索主动轮104始终相切。角度传感器312用来检测膝关节角度的变化。

本发明的膝关节助力康复装置的工作过程是：启动伺服电机101，行星齿轮减速器103运行，行星齿轮减速器103带动套索主动轮104转动，套索主动轮104拉动绳索205在套索主动轮104和套索从动轮308的沟槽内滑动，从而带动套索从动轮308绕着旋转转动轴309转动，进而带动人腿转动。套索的张紧过程：向外拧调节螺钉203，使绳索205处于张紧状态，反方向拧紧紧固螺母202，使得调节螺钉203锁紧在调整支架201上。

本发明可以对膝盖磨损或者受伤的患者进行术后膝关节行走助力和康复训练，采用了可实现远距离传动且机械机构简单、传动路线灵活的套索传动机构，结构简单合理。本发明克服了现有技术结构复杂、器械过于笨重、难以穿戴、不适合民用的缺点，结构简单轻巧，控制简单，便于工业生产和大范围的推广。

Claims (7)

1.一种基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，该助力康复装置包括支撑定位组件（4）和两套执行组件，每套执行组件包括套索驱动子组件（1）、套索传动子组件（2）和膝关节子组件（3），套索驱动子组件（1）连接在支撑定位组件（4）上；套索传动子组件（2）分别与套索驱动子组件（1）和膝关节子组件（3）连接；

所述的膝关节子组件（3）包括大腿固定板（301）、旋转转动板（303）、小腿固定板（305）、旋转固定板（307）、套索从动轮（308）、旋转转动轴（309）和角度传感器（312）；旋转固定板（307）与大腿固定板（301）通过大腿连接过渡板（302）固定连接，旋转转动板（303）与小腿固定板（305）通过小腿连接过渡板（304）固定连接，旋转转动轴（309）连接在旋转固定板（307）上，深沟球轴承（310）连接在旋转转动轴（309）上，套索从动轮（308）套在深沟球轴承（310）上，角度传感器（312）的固定端通过锁紧螺母（311）固定连接在旋转转动轴（309）的内孔中，角度传感器（312）的旋转端与尼龙套（306）过盈配合。

2.按照权利要求1所述的基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，所述的支撑定位组件（4）包括腰部支撑板（401）、两块腰部宽度调整板（402）和绑带（403），绑带（403）的两端分别与一个腰部宽度调整板（402）的一端连接，两个腰部宽度调整板（402）的另一端分别通过螺栓与腰部支撑板（401）的一端连接。

3.按照权利要求2所述的基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，所述的套索驱动子组件（1）包括伺服电机（101）、电机固定块（102）、行星齿轮减速器（103）、套索主动轮（104）和轴端端盖（105），伺服电机（101）通过电机固定块（102）固定连接在腰部支撑板（401）上，伺服电机（101）的动力输出轴与行星齿轮减速器（103）的动力输入轴相配合，套索主动轮（104）连接在行星齿轮减速器（103）的动力输出轴上，轴端端盖（105）固定连接在行星齿轮减速器（103）的动力输出轴的末端，轴端端盖（105）与套索主动轮（104）相抵。

4.按照权利要求3所述的基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，所述的套索传动子组件（2）包括调整支架（201）、套索固定支架（206）和两个传动单元，调整支架（201）固定连接在行星齿轮减速器（103）的外壳上，调整支架（201）上设有两个螺纹孔，套索固定支架（206）固定连接在旋转固定板（307）上；每个传动单元包括紧固螺母（202）、调节螺钉（203）、套管（204）、穿过套管（204）的绳索（205），调节螺钉（203）安装在调整支架（201）的一个螺纹孔内，紧固螺母（202）套装在调节螺钉（203）上，套管（204）的顶端嵌套在调节螺钉（203）的沉孔中，套管（204）的底端嵌套在套索固定支架（206）上；绳索（205）的一端穿过调整支架（201），通过第一锡块（207）嵌在套索主动轮（104）的槽口内，绳索（205）的另一端通过第二锡块（208）嵌在套索从动轮（308）的槽口内。

5.按照权利要求4所述的基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，所述的套索主动轮（104）的两个槽口至套索主动轮（104）中心之间连线的夹角小于90度，所述的套索从动轮（308）的两个槽口至套索从动轮（308）中心之间连线的夹角小于90度。

6.按照权利要求2所述的基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，所述的腰部支撑板（401）的两端分别设有第一U型槽，腰部宽度调整板（402）上设有第二U型槽，第一U型槽和第二U型槽相对。

7.按照权利要求4或5所述的基于套索传动的膝关节助力康复装置，其特征在于，所述的套管（204）的轴线分别与套索主动轮（104）的槽口和套索从动轮（308）的槽口相切。