CN108324505A - 一种足下垂康复助力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种足下垂康复助力装置，包括一腿部连接组件、一支撑组件、一线驱动组件、一压簧组件、一直角导向组件、一直线导向组件、一拉杆组件、一脚部连接件、一控制器以及一电源，所述腿部连接组件与所述支撑组件连接，且所述腿部连接组件与小腿连接，所述线驱动组件、所述直角导向组件、所述直线导向组件以及所述控制器均与所述支撑组件连接，所述压簧与所述直线导向组件结合安装，所述脚部连接件通过所述拉杆组件与所述直线导向组件连接，且所述脚部连接件与脚部连接。所述控制器与所述线驱动组件电连接，所述线驱动组件和所述控制器均与所述电源电连接。所述足下垂康复助力装置能耗低，体积小，便于患者使用。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复器械技术领域，更准确的说涉及一种足下垂康复助力装置。
背景技术
足下垂是一种骨科临床症状，患者行走时具有典型的“画圈步态”，并且伴有足尖着地、拖拽的现象，与正常人体步态相比，足下垂患者在足跟着地这一时刻，是整个脚掌着地；在摆动相时期，足处于跖屈位且完全不能主动背屈；而且伴有足内翻。引起足下垂的病因较多，脑卒中,脑外伤,脊髓损伤,及多发性硬化症等中枢神经疾病常引起足下垂，诊疗及康复耗时较长，在此期间，如何帮助足下垂患者正常的行走，减少病情对患者的二次伤害，是很重要的。足下垂的传统疗法为使用机械足托将足部和小腿固定成垂直角度，机械避免足部下垂。现有的机械足托存在较多的缺陷，首先，现有的机械足托不易调节，病人不管是坐姿或在行走的不同状态，足部和踝关节都保持垂直角度，不能自然运动；其次，现有的机械足托结构笨重，体积及重量均较大，容易给患者造成负担，不能长期使用。
随着康复机器人技术的发展，本领域中对于足下垂的矫正康复提出了一些新的方案，例如采用增强功能型外骨骼作为助力装置，但是由于技术并不是十分成熟，现有的助力装置体积、重量较大，依然存在着便携性差的问题，而且由于采用电源供电，其还存在着有限的机械功率和能源供给问题。综上，足下垂康复助力装置虽然在近些年实现了技术上的进步，但是仍存在较多问题急需解决，尤其是针对采用增强功能型外骨骼的助力装置，重点在于解决其便携性及能耗问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种足下垂康复助力装置，通过采用对称式结构和混合动力供能，辅助足下垂患者在日常生活中行走，在行走时的摆动相提供助力，帮助患者背屈，同时克服患者在足跟着地时，由于足内翻及重心过渡不稳带来的二次伤害。
为了达到上述目的，本发明提供一种足下垂康复助力装置，包括一腿部连接组件、一支撑组件、一线驱动组件、一压簧组件、一直角导向组件、一直线导向组件、两个拉杆、一脚部连接件以及一电源，所述腿部连接组件与所述支撑组件连接，且所述腿部连接组件可拆卸地与小腿连接，所述线驱动组件、所述直角导向组件以及所述直线导向组件均与所述支撑组件连接，所述压簧组件与所述直线导向组件结合安装，所述脚部连接件通过所述拉杆与所述直线导向组件连接，所述线驱动组件与所述电源电连接，所述线驱动组件通过所述直角导向组件和所述直线导向组件，在所述压簧的共同作用下控制所述拉杆，控制所述拉杆的运动状态。
优选地，所述支撑板组件包括一第一板、一第二板以及一第三板，所述第二板和所述第三板互相平行，且所述第二板和所述第三板均垂直地与所述第一板连接。
优选地，所述线驱动组件包括一驱动电机、一U型连接件，一联轴器、一线轴、一线绳、一上电机支撑件、一下电机支撑件以及一深沟球轴承组，所述上电机支撑件和所述下电机支撑件互相平行，所述上电机支撑件和所述下电机支撑件与所述第一板垂直连接；所述线轴通过所述深沟球轴承组垂直地设置于所述上电机支撑件和所述下电机支撑件之间，且所述线轴能够在所述上电机支撑件和所述下电机支撑件之间水平转动；所述线绳水平穿过所述线轴与其连接，当所述线轴转动时，所述线绳缠绕或者释放，所述线绳两端分别经过所述直角导向组件后与所述直线导向组件连接；所述下电机支撑件通过所述U型连接件与所述驱动电机连接；所述联轴器垂直穿透所述上电机支撑件和所述下电机支撑件，所述驱动电机通过所述联轴器与所述线轴连接，且所述线轴通过所述联轴器受到所述驱动电机的驱动。
优选地，所述直角导向组件包括分别安装在所述第二板和所述第三板上的两个对称的相同结构，安装在所述第二板上的结构包括一侧支撑件、一前支撑组件、一导向轴、一铜套以及一导向轮，所述侧支撑件和所述前支撑组件均与所述第二板连接，所述侧支撑件呈L型，且所述导向轮垂直于所述侧支撑件的侧边可转动地设置于所述侧支撑件和所述第二板之间所述前支撑组件包括两个相同且互相平行的前支撑件，两个所述前支撑件水平与所述第二板连接，且两个所述前支撑件之间垂直设置所述导向轴，所述铜套可转动地套在所述导向轴上，所述线绳的一端依次分别环绕所述铜套和所述导向轮后与所述直线导向组件连接。
优选地，所述直线导向组件分别安装在所述第二板和所述第三板上的两个对称的相同结构，所述压簧组件包括两个相同的压簧，两个所述压簧分别与所述直线导向组件的两个结构结合安装，安装在所述第二板上的结构包括一压簧支撑件、一压簧轴、一直线轴承、一拉杆连接件、一调整螺母以及一球铰链，所述压簧支撑件垂直于所述第二板地设置于所述第二板底部，所述压簧轴垂直于所述拉杆连接件与其固定连接，所述压簧轴底部具有螺纹，且所述调整螺母通过所述螺纹与所述压簧轴可旋转地连接，所述直线轴承可滑动地与所述压簧轴连接，所述拉杆连接件与所述直线轴承固定连接，所述压簧环绕所述压簧轴设置于所述直线轴承和所述调整螺母之间，所述球铰链与所述拉杆连接件连接，且所述球铰链与所述拉杆的一端连接，所述球铰链还与穿过所述直角导向组件的线绳的一端连接。
优选地，所述电源为穿戴在使用者腰部的24V锂电池。
优选地，所述腿部连接件由低温热塑板和两个绑带组成，所述低温热塑板与两个所述绑带通过缝针的方式连接在一起，所述支撑组件与所述低温热塑板连接。
优选地，所述足下垂康复助力装置包括一控制器，所述控制器与所述支撑组件连接，所述控制器与所述电源电连接，且所述控制器与所述线驱动组件电连接，控制所述线驱动组件的工作状态。
优选地，所述控制器采用传统PID方法对所述驱动电机进行位置、速度双闭环控制。
与现有技术相比，本发明公开的一种足下垂康复助力装置优点在于：装置采用压簧和电机共同作为混合驱动，减小能耗，降低了对电机和电源的要求，能够选用体积较小的电机、电源，降低了能耗，同时增强了便携性；装置采用对称式的拉杆作为拉动脚掌的力臂，减少了由于患者足内翻带来的踝关节损伤的风险。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
如图1所示为本发明一种足下垂康复助力装置的侧示图。
如图2所示为本发明一种足下垂康复助力装置的正视图。
如图3所示为本发明一种足下垂康复助力装置支撑组件的结构示意图。
如图4所示为本发明一种足下垂康复助力装置线驱动组件的结构示意图。
如图5所示为本发明一种足下垂康复助力装置直角导向组件的结构示意图。
如图6所示为本发明一种足下垂康复助力装置直线导向组件的结构示意图。
具体实施方式
如图1和图2所示为本发明一种足下垂康复助力装置的结构示意图，所述足下垂康复助力装置包括一腿部连接组件1、一支撑组件2、一线驱动组件3、一压簧组件4、一直角导向组件5、一直线导向组件6、两个拉杆7、一脚部连接件8、一控制器9以及一电源10。所述腿部连接组件1与所述支撑组件2连接，且所述腿部连接组件1可拆卸地与小腿连接。所述线驱动组件3、所述直角导向组件5、所述直线导向组件6以及所述控制器9均与所述支撑组件2连接，所述压簧组件4与所述直线导向组件6结合安装，所述脚部连接件8通过所述拉杆7与所述直线导向组件6连接，且所述脚部连接件8可拆卸地与脚部连接。所述控制器9与所述线驱动组件3电连接，且所述控制器9控制所述线驱动组件3的工作状态，所述线驱动组件3和所述控制器9均与所述电源10电连接，所述电源10为所述线驱动组件3和所述控制器9供电。优选地，所述电源10设置穿戴在使用者腰部，从而减少腿部负重。更进一步的，所述电源10选择24V锂电池。
具体的，当所述腿部连接组件1被使用者穿戴在腿上，且所述脚部连接件8被使用者穿戴在脚上后，所述线驱动组件3在所述控制器9的控制下，通过所述直角导向组件5和所述直线导向组件6，在所述压簧组件4的共同作用下控制所述拉杆7，控制所述拉杆7的运动状态，进一步控制脚部与腿部的相对位置，从而达到为足下垂患者提供康复助力的效果。
更进一步的，所述腿部连接件1可以采用多种形式，优选采用柔性材料。如图1和图2中的所述腿部连接件1由低温热塑板和两个绑带组成，形状类似小腿形状，所述低温热塑板与两个所述绑带通过缝针的方式连接在一起。所述支撑组件2与所述低温热塑板连接。所述低温热塑板具有良好的可塑性，便于与使用者小腿的结合。
如图3所示为所述支撑板组件2的结构示意图，所述支撑板组件2包括一第一板21、一第二板22以及一第三板23，所述第二板22和所述第三板23互相平行，且所述第二板22和所述第三板23均垂直地与所述第一板21连接。穿戴所述足下垂康复助力装置时，所述第一板21位于小腿正面，所述第二板22和所述第三板23位于小腿两侧。优选地，所述第二板22.所述第三板23与所述第一板21通过螺钉组合连接。
如图4所示为所述线驱动组件3的结构示意图，所述线驱动组件3包括一驱动电机31、一U型连接件32，一联轴器33、一线轴34、一线绳35、一上电机支撑件36、一下电机支撑件37以及一深沟球轴承组38。优选地，所述驱动电机31自带行星齿轮减速器。其中，所述上电机支撑件36和所述下电机支撑件37互相平行，所述上电机支撑件36和所述下电机支撑件37与所述第一板21垂直连接；所述线轴34通过所述深沟球轴承组38垂直地设置于所述上电机支撑件36和所述下电机支撑件37之间，且所述线轴34能够在所述上电机支撑件36和所述下电机支撑件37之间水平转动；所述线绳35水平穿过所述线轴34与其连接，当所述线轴34转动时，所述线绳35缠绕或者释放，所述线绳35两端分别经过所述直角导向组件5后与所述直线导向组件6连接；所述下电机支撑件37通过所述U型连接件32与所述驱动电机31连接；所述联轴器33垂直穿透所述上电机支撑件36和所述下电机支撑件37，所述驱动电机31通过所述联轴器33与所述线轴34连接，且所述线轴34通过所述联轴器33受到所述驱动电机31的驱动。所述驱动电机31通过所述联轴器33控制所述线轴34沿顺时针或逆时针方向转动时，所述线绳35即会缠绕或者释放。进一步的，所述控制器9采用传统PID方法对所述驱动电机31进行位置、速度双闭环控制。
如图5所示为所述直角导向组件5的结构示意图，所述直角导向组件5包括小腿左右对称的两个相同结构，分别安装在所述第二板22和所述第三板23上。安装在所述第二板22上的结构包括一侧支撑件51、一前支撑组件52、一导向轴53、一铜套54、一导向轮55以及一深沟球轴承组56。其中，所述侧支撑件51和所述前支撑组件52均与所述第二板22连接。所述侧支撑件51呈L型，且所述导向轮55垂直于所述侧支撑件51的侧边可转动地设置于所述侧支撑件51和所述第二板22之间，具体的，所述导向轮55两端设置所述深沟球轴承组56。所述前支撑组件52包括两个相同且互相平行的前支撑件，两个所述前支撑件水平与所述第二板22连接，且两个所述前支撑件之间垂直设置所述导向轴53，所述铜套54可转动地套在所述导向轴53上。所述线绳35的一端依次分别环绕所述铜套54和所述导向轮55后与所述直线导向组件6连接，从而改变了所述线绳35拉力的方向。
如图6所示为所述直线导向组件6的结构示意图，所述直线导向组件6包括小腿左右对称的两个相同结构，分别安装在所述第二板22和所述第三板23上。所述压簧组件4包括两个相同的压簧，两个所述压簧分别与所述直线导向组件6的两个结构结合安装。安装在所述第二板22上的结构包括一压簧支撑件61、一压簧轴62、一直线轴承63、一拉杆连接件64、一调整螺母65以及一球铰链66。所述压簧支撑件61垂直于所述第二板22地设置于所述第二板22底部，所述压簧轴62垂直于所述拉杆连接件64与其固定连接，所述压簧轴62底部具有螺纹，且所述调整螺母65通过所述螺纹与所述压簧轴62可旋转地连接，所述直线轴承63可滑动地与所述压簧轴62连接，所述拉杆连接件64与所述直线轴承63固定连接，从而所述拉杆连接件64随所述直线轴承63的移动而上下滑动。所述压簧环绕所述压簧轴62设置于所述直线轴承63和所述调整螺母65之间，从而通过旋转所述调整螺母65即可调节所述压簧的预压缩量。所述球铰链66与所述拉杆连接件64连接，且所述球铰链66与所述拉杆7的一端连接，从而所述拉杆7的一端会随所述直线轴承63的滑动而上下滑动。所述球铰链66还与穿过所述直角导向组件5的线绳35的一端连接，即所述驱动电机31通过所述线绳35作用于所述拉杆7的一端。
综上，所述压簧和所述驱动电机31共同作用于所述拉杆7的一端，拉杆7的另一端连接所述脚部连接件8，所述驱动电机31在所述控制器9的控制下能够调节所述线绳35的松紧程度，进而改变使用者脚部所受到牵引力的大小，调节使用者脚部背屈角度。压簧和驱动电机共同作用，能够有效降低耗能需求，对电机和电源的要求降低，便于设计生产过程中减轻装置重量，减小装置体积，便于患者穿戴使用。采用两根拉杆的对称式结构，有效解决了脚部受力不均的技术问题，能够有效防止足下垂患者行走时的内外翻问题。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种足下垂康复助力装置，其特征在于，包括一腿部连接组件、一支撑组件、一线驱动组件、一压簧组件、一直角导向组件、一直线导向组件、两个拉杆、一脚部连接件以及一电源，所述腿部连接组件与所述支撑组件连接，且所述腿部连接组件可拆卸地与小腿连接，所述线驱动组件、所述直角导向组件以及所述直线导向组件均与所述支撑组件连接，所述压簧组件与所述直线导向组件结合安装，所述脚部连接件通过所述拉杆与所述直线导向组件连接，所述线驱动组件与所述电源电连接，所述线驱动组件通过所述直角导向组件和所述直线导向组件，在所述压簧的共同作用下控制所述拉杆，控制所述拉杆的运动状态。
2.如权利要求1所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述支撑板组件包括一第一板、一第二板以及一第三板，所述第二板和所述第三板互相平行，且所述第二板和所述第三板均垂直地与所述第一板连接。
3.如权利要求2所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述线驱动组件包括一驱动电机、一U型连接件，一联轴器、一线轴、一线绳、一上电机支撑件、一下电机支撑件以及一深沟球轴承组，所述上电机支撑件和所述下电机支撑件互相平行，所述上电机支撑件和所述下电机支撑件与所述第一板垂直连接；所述线轴通过所述深沟球轴承组垂直地设置于所述上电机支撑件和所述下电机支撑件之间，且所述线轴能够在所述上电机支撑件和所述下电机支撑件之间水平转动；所述线绳水平穿过所述线轴与其连接，当所述线轴转动时，所述线绳缠绕或者释放，所述线绳两端分别经过所述直角导向组件后与所述直线导向组件连接；所述下电机支撑件通过所述U型连接件与所述驱动电机连接；所述联轴器垂直穿透所述上电机支撑件和所述下电机支撑件，所述驱动电机通过所述联轴器与所述线轴连接，且所述线轴通过所述联轴器受到所述驱动电机的驱动。
4.如权利要求3所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述直角导向组件包括分别安装在所述第二板和所述第三板上的两个对称的相同结构，安装在所述第二板上的结构包括一侧支撑件、一前支撑组件、一导向轴、一铜套以及一导向轮，所述侧支撑件和所述前支撑组件均与所述第二板连接，所述侧支撑件呈L型，且所述导向轮垂直于所述侧支撑件的侧边可转动地设置于所述侧支撑件和所述第二板之间所述前支撑组件包括两个相同且互相平行的前支撑件，两个所述前支撑件水平与所述第二板连接，且两个所述前支撑件之间垂直设置所述导向轴，所述铜套可转动地套在所述导向轴上，所述线绳的一端依次分别环绕所述铜套和所述导向轮后与所述直线导向组件连接。
5.如权利要求4所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述直线导向组件分别安装在所述第二板和所述第三板上的两个对称的相同结构，所述压簧组件包括两个相同的压簧，两个所述压簧分别与所述直线导向组件的两个结构结合安装，安装在所述第二板上的结构包括一压簧支撑件、一压簧轴、一直线轴承、一拉杆连接件、一调整螺母以及一球铰链，所述压簧支撑件垂直于所述第二板地设置于所述第二板底部，所述压簧轴垂直于所述拉杆连接件与其固定连接，所述压簧轴底部具有螺纹，且所述调整螺母通过所述螺纹与所述压簧轴可旋转地连接，所述直线轴承可滑动地与所述压簧轴连接，所述拉杆连接件与所述直线轴承固定连接，所述压簧环绕所述压簧轴设置于所述直线轴承和所述调整螺母之间，所述球铰链与所述拉杆连接件连接，且所述球铰链与所述拉杆的一端连接，所述球铰链还与穿过所述直角导向组件的线绳的一端连接。
6.如权利要求1所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述电源为穿戴在使用者腰部的24V锂电池。
7.如权利要求1所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述腿部连接件由低温热塑板和两个绑带组成，所述低温热塑板与两个所述绑带通过缝针的方式连接在一起，所述支撑组件与所述低温热塑板连接。
8.如权利要求1至7中任一项所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，包括一控制器，所述控制器与所述支撑组件连接，所述控制器与所述电源电连接，且所述控制器与所述线驱动组件电连接，控制所述线驱动组件的工作状态。
9.如权利要求8所述的足下垂康复助力装置，其特征在于，所述控制器采用传统PID方法对所述驱动电机进行位置、速度双闭环控制。
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