CN110974629B - 一种下肢助行外骨骼装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及医疗辅助装置技术领域，公开了一种下肢助行外骨骼装置，包括：足底板、U型固定支架、松紧绷带、两个伸缩支架、两个第一支架和两个第二支架，松紧绷带设置在固定支架的U型口之间，两个伸缩支架位于足底板和固定支架左右两侧的后部，固定支架左右两侧的前部还分别设有一能够储存能量和释放能量的离合器装置，两个第一支架的上端与两个离合器装置一一对应铰接，两个第一支架的下端对应铰接在足底板左右两侧的前部，两个第二支架的上端对应铰接在两个第一支架的下部，两个第二支架的下端对应铰接在足底板后部的左右两侧，这种下肢助行外骨骼装置，无动力源设计，结构简单，使用方便，降低了生产成本。

Description

一种下肢助行外骨骼装置
技术领域
本发明涉及医疗辅助装置技术领域，特别涉及一种下肢助行外骨骼装置。
背景技术
下肢助行外骨骼是用于帮助人类正常行走时减少其小腿肌肉代谢能量的一种装置，通过对装置进行机构设计来达到减少小腿肌肉代谢能量以及助力正常行走的目的。
下肢助行外骨骼作用于小腿，平行于小腿肌肉，在人行走过程中，将小腿肌肉消耗的热能及机械能收集并反馈于小腿肌肉，达到减少小腿肌肉代谢能量的效果。在现有机构方案中，可主要分为有动力源装置和无动力源装置，无动力装置机构设计较少，而有动力装置成本较高。
发明内容
本发明提供一种下肢助行外骨骼装置，无动力源设计，结构简单，使用方便，降低了生产成本。
本发明提供了一种下肢助行外骨骼装置，包括：足底板、U型固定支架、松紧绷带、两个伸缩支架、两个第一支架和两个第二支架，固定支架位于足底板的正上方，松紧绷带设置在固定支架的U型口之间，两个伸缩支架相对设置在足底板和固定支架之间，两个伸缩支架位于足底板和固定支架左右两侧的后部，固定支架左右两侧的前部还分别设有一能够储存能量和释放能量的离合器装置，两个第一支架的上端与两个离合器装置一一对应铰接，两个第一支架的下端对应铰接在足底板左右两侧的前部，两个第二支架的上端对应铰接在两个第一支架的下部，两个第二支架的下端对应铰接在足底板后部的左右两侧。
所述离合器装置包括滑道、I型滑块和储能弹簧，滑道的底部设有水平滑轨，滑道的上下两侧对应设有棘齿，I型滑块滑动连接在滑轨上，第一支架的上端铰接在I型滑块上，I型滑块顶端两侧对称设有固定轴，固定轴上分别铰接有棘爪，滑轨的一端设有使棘爪与棘齿啮合的接合杆，滑轨的另一端设有使棘爪与棘齿脱离的脱开杆，第一支架通过I型滑块、滑轨、棘爪和棘齿与滑道连接，储能弹簧设置在I型滑块的后侧与伸缩支架之间，还包括限位弹簧，限位弹簧的一端与I型滑块连接，限位弹簧的另一端连接限位块，限位块与棘爪连接。所述伸缩支架包括外杆套和内杆体，外杆套套设在内杆体外，内杆体能沿外杆套上下移动，外杆套的上端与固定支架左右两侧的后部固定连接，内杆体的下端与足底板左右两侧的后部固定连接。
所述两个伸缩支架的下端铰接在足底板上小腿踝关节的位置处。
所述接合杆和脱开杆均包括两根相对的轴，两根相对的轴中间设有间距，间距大于滑轨的宽度小于两个相对的棘齿之间的间距。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明通过两个伸缩支架，在足底板与足在运动中相互作用，从而带动伸缩支架进行收缩或拉直运动，第一支架的下端与足底板铰接，上端与离合器装置铰接，使足底板带动第一支架在离合器装置上运动，第二支架下端与足底板后端铰接，顶端与第一支架铰接，用于固定第一支架与足底板，保证第一支架成为足底板与离合器装置的传动装置，第二支架的连接方式改变了现有机构的能量转化装置平行于小腿肌肉的结构，结构简单，降低了生产成本。
本发明通过小腿和装置的相互作用，足底板随足的运动而运动，脚掌抬起时第一支架带动离合器装置储存能量，当离合器装置释放能量时，离合器装置带动第一支架和第二支架使足底板将脚跟抬起，使小腿肌肉在运动中消耗的能量被收集并反馈给小腿肌肉，减少其代谢能量的消耗，达到助行的目的，无动力源设计，结构简单，使用方便，降低了生产成本。
附图说明
图1为本发明提供的一种下肢助行外骨骼装置的立体结构示意图。
图2为本发明提供的一种下肢助行外骨骼装置的侧面结构示意图。
图3为本发明提供的一种下肢助行外骨骼装置中离合器装置的结构示意图。
图4为本发明提供的一种下肢助行外骨骼装置中离合器装置的局部结构示意图。
附图标记说明：
1-固定支架，2-外杆套，3-内杆体，4-松紧绷带，5-第一支架，6-第二支架，7-足底板，8-离合器装置，9-接合杆，10-滑轨，11-脱开杆，12-棘齿，13-棘爪，14-储能弹簧，15-I型滑块，16-限位块，17-限位弹簧。
具体实施方式
下面结合附图1-4，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的技术方案和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照图1和图2，本发明提供了一种下肢助行外骨骼装置，包括足底板7、U型固定支架1、松紧绷带4、两个伸缩支架、两个第一支架5和两个第二支架6，固定支架1位于足底板7的正上方，松紧绷带4设置在固定支架1的U型口之间，两个伸缩支架相对设置在足底板7和固定支架1之间，两个伸缩支架位于足底板7和固定支架1左右两侧的后部，固定支架1左右两侧的前部还分别设有一能够储存能量和释放能量的离合器装置8，两个第一支架5的上端与两个离合器装置8一一对应铰接，两个第一支架5的下端对应铰接在足底板7左右两侧的前部，两个第二支架6的上端对应铰接在两个第一支架5的下部，两个第二支架6的下端对应铰接在足底板7后部的左右两侧。
松紧绷带4用于对小腿上部进行固定，同时满足不同人腿部大小的需求。
本发明通过两个伸缩支架，使足底板与足在运动中相互作用，从而带动伸缩支架进行收缩或拉直运动，第一支架5的下端与足底板7铰接，且上端与离合器装置连接，使足底板7带动第一支架5在离合器装置上运动，第二支架6下端与足底板7后部铰接，且顶端与第一支架5固定连接，用于固定第一支架5与足底板7，保证第一支架5成为足底板7与离合器装置8的传动装置，第二支架6的连接方式改变了现有机构中能量转化装置平行于小腿肌肉的结构，结构简单，降低了生产成本。
本发明通过小腿和装置的相互作用，足底板7随足的运动而运动，脚掌抬起时第一支架5带动离合器装置8储存能量，当离合器装置8释放能量时，离合器装置8带动第一支架5和第二支架6使足底板7将脚跟抬起，使小腿肌肉在运动中消耗的能量被收集并反馈给小腿肌肉，减少其代谢能量的消耗，达到助行的目的，无动力源设计，结构简单，使用方便，降低了生产成本。
具体地，如图3和图4所示，所述离合器装置8包括滑道、I型滑块15和储能弹簧14，滑道的底部设有水平滑轨10，滑道的上下两侧对应设有棘齿12，I型滑块15滑动连接在滑轨10上，第一支架5的上端铰接在I型滑块15上，I型滑块15顶端两侧对称设有固定轴，固定轴上分别铰接有棘爪13，滑轨10的一端设有使棘爪13与棘齿12啮合的接合杆9，滑轨10的另一端设有使棘爪13与棘齿12脱离的脱开杆11，第一支架5通过I型滑块15、滑轨10、棘爪13和棘齿12与滑道连接，储能弹簧14设置在I型滑块15的后侧与伸缩支架之间，还包括限位弹簧17，限位弹簧17的一端与I型滑块15连接，限位弹簧17的另一端连接限位块16，限位块16与棘爪13连接。
离合器装置8位于固定支架1上，离合器装置8通过小腿与机构在运动中的相互作用，使储能弹簧14压缩与伸张，储能弹簧14与I型滑块15相连接，I型滑块15在滑轨10上水平移动，I型滑块15上的棘爪13与滑道上的棘齿12保证储能弹簧14完全储存能量或释放能量，使机构将小腿在运动中所消耗的机械能和热能转化为弹性势能，从而机构在使用时，避免了使用电动机为机构施加额外的动力源，减少了机构的负担，同时提高了整个***的能量利用效率，使用方便，降低了生产成本。
参照图3，离合器装置8固定于固定支架1，离合器装置8中设有滑轨10，I型滑块15与储能弹簧14设置于离合器装置8的空间内，I型滑块15平行于滑轨10工作，I型滑块15底端在凹形滑轨10内运动，顶端稍长两侧设有对称固定轴，棘爪13铰链连接于I型滑块15顶端两侧固定轴上，滑轨10两端分别设有脱开杆11和接合杆9，使用时，足底板7随足的运动而运动，脚掌向上抬起时，带动第一支架5发生位移，然后I型滑块15在滑轨10内移动，当棘爪13与接合杆9接触，棘爪13和棘齿12啮合，储能弹簧14开始压缩并完全储存能量，当I型滑块15移动到滑轨10的另一侧，棘爪13与脱开杆11接触，棘爪13与棘齿12脱离，储能弹簧14伸张恢复形变并释放能量，I型滑块15被弹回初始位置，第一支架5带动第二支架6发生位移，最终使足底板7将脚跟向上抬起，减小小腿肌肉的负荷。
参照图3和图4，棘爪13通过接合杆9和脱开杆11与棘齿12接合或脱离，而机构通过限位块16和限位弹簧17保证棘爪13的工作状态，限位弹簧17与限位块16固定连接，限位块16垂直于I型滑块15顶端的棘爪13的固定轴，通过摩擦限定棘爪13的工作状态。
所述伸缩支架包括外杆套2和内杆体3，外杆套2套设在内杆体3外，内杆体3能沿外杆套2上下移动，外杆套2的上端与固定支架1左右两侧的后部固定连接，内杆体3的下端与足底板7左右两侧的后部固定连接。
参照图1和图2，本发明提供了一种下肢助行外骨骼装置，包括固定支架1，固定支架1在使用时固定于小腿肌肉顶端，固定支架1两侧固定连接松紧绷带4，用于机构与小腿的固定，足底板7对应足底位置，为入鞋式穿戴，固定支架1两侧固定连接外杆套2，内杆体3与外杆套2连接，在外杆套2内部可进行伸缩活动，第一支架5底端与足底板7前端铰链连接，第一支架5与I型滑块15铰链连接，第二支架6底端与足底板7后端铰链连接，第二支架6与第一支架5固定连接，固定第一支架5的位置，使第一支架5与足底板7同步运动。
所述两个伸缩支架的下端铰接在足底板7上小腿踝关节的位置处。
所述接合杆9和脱开杆11均包括两根相对的轴，两根相对的轴中间设有间距，间距大于滑轨10的宽度小于两个相对的棘齿12之间的间距。
一种下肢助行外骨骼装置，包括外骨骼支架体，所述支架固定于小腿，是一种穿戴式装置，所述装置底部为足底板，所述足底板与固定支架通过三套支架铰链连接以满足贴合关节运动的需求，所述一套支架为伸缩支架，其上端固定连接于固定支架，下端铰链连接于足底板，作用于小腿踝关节位置，所述第一支架顶端铰链连接于离合器的I型滑块，底端铰链连接于足底板前端，所述第二支架顶端铰链连接于第一支架上，底端铰链连接于足底板后端，所述固定支架两侧固定装有离合器装置，所述离合器装置内装有滑轨，所述滑轨固定于离合器装置的镂空矩形空间内，所述镂空空间顶端设有棘齿，所述滑轨内装有I型滑块，所述I型滑块在滑轨内通过压缩弹簧作用，I型滑块顶端两侧装有固定轴，所述固定轴与棘爪铰链连接，所述棘爪通过弹簧块与棘爪的相互作用来固定位置，所述镂空矩形空间两端等距固定四根轴两两成组，所述一组轴为棘爪脱开轴，当棘爪与轴接触时棘爪与棘齿脱离，所述二组轴为棘爪结合轴，当棘爪与轴接触时棘爪与棘齿啮合。
以上公开的仅为本发明的几个具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种下肢助行外骨骼装置，其特征在于，包括：足底板(7)、U型固定支架(1)、松紧绷带(4)、两个伸缩支架、两个第一支架(5)和两个第二支架(6)，固定支架(1)位于足底板(7)的正上方，松紧绷带(4)设置在固定支架(1)的U型口之间，两个伸缩支架相对设置在足底板(7)和固定支架(1)之间，两个伸缩支架位于足底板(7)和固定支架(1)左右两侧的后部，固定支架(1)左右两侧的前部还分别设有一能够储存能量和释放能量的离合器装置(8)，两个第一支架(5)的上端与两个离合器装置(8)一一对应铰接，两个第一支架(5)的下端对应铰接在足底板(7)左右两侧的前部，两个第二支架(6)的上端对应铰接在两个第一支架(5)的下部，两个第二支架(6)的下端对应铰接在足底板(7)后部的左右两侧。
2.如权利要求1所述的下肢助行外骨骼装置，其特征在于，所述离合器装置(8)包括滑道、I型滑块(15)和储能弹簧(14)，滑道的底部设有水平滑轨(10)，滑道的上下两侧对应设有棘齿(12)，I型滑块(15)滑动连接在滑轨(10)上，第一支架(5)的上端铰接在I型滑块(15)上，I型滑块(15)顶端两侧对称设有固定轴，固定轴上分别铰接有棘爪(13)，滑轨(10)的一端设有使棘爪(13)与棘齿(12)啮合的接合杆(9)，滑轨(10)的另一端设有使棘爪(13)与棘齿(12)脱离的脱开杆(11)，第一支架(5)通过I型滑块(15)、滑轨(10)、棘爪(13)和棘齿(12)与滑道连接，储能弹簧(14)设置在I型滑块(15)的后侧与伸缩支架之间，还包括限位弹簧(17)，限位弹簧(17)的一端与I型滑块(15)连接，限位弹簧(17)的另一端连接限位块(16)，限位块(16)与棘爪(13)连接。
3.如权利要求1所述的下肢助行外骨骼装置，其特征在于，所述伸缩支架包括外杆套(2)和内杆体(3)，外杆套(2)套设在内杆体(3)外，内杆体(3)能沿外杆套(2)上下移动，外杆套(2)的上端与固定支架(1)左右两侧的后部固定连接，内杆体(3)的下端与足底板(7)左右两侧的后部固定连接。
4.如权利要求1所述的下肢助行外骨骼装置，其特征在于，所述两个伸缩支架的下端铰接在足底板(7)上小腿踝关节的位置处。
5.如权利要求2所述的下肢助行外骨骼装置，其特征在于，所述接合杆(9)和脱开杆(11)均包括两根相对的轴，两根相对的轴中间设有间距，间距大于滑轨(10)的宽度小于两个相对的棘齿(12)之间的间距。
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