一種下肢助力矯形器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及矯形器械，具體涉及一種下肢助力矯形器。
【背景技術(shù)】
[0002]下肢癱瘓患者或者下肢運動功能障礙患者在日常生活中，大多數(shù)需要借助輪椅或者拐杖實現(xiàn)移動。為了早日康復(fù)或者不讓下肢關(guān)節(jié)及肌肉萎縮，患者通常需要定期訓(xùn)練，訓(xùn)練一般包括慢走、單腿伸展、下蹲-站起等方式。站立時，膝關(guān)節(jié)承受了人體絕大部分重量；同時，在下肢彎曲訓(xùn)練中，膝關(guān)節(jié)需要提供很大的力矩，這對下肢病患患者來說很困難，該類殘疾人的訓(xùn)練一般需要輔助人員參與，也有部分醫(yī)院具有殘疾人下肢輔助康復(fù)系統(tǒng)，但是系統(tǒng)設(shè)備體積龐大，主要面向術(shù)后短期的康復(fù)訓(xùn)練，無法滿足大部分殘疾人的需求。為了減輕社會和家庭負擔(dān)，同時也為了提高這類人群的自理能力，尋找新的輔助該類人群日?？祻?fù)訓(xùn)練和日?；顒拥脑O(shè)備或裝置顯得很有必要。下肢外骨骼機器人作為一種可穿戴的設(shè)備，能為使用者提供助力，正逐步實現(xiàn)從軍用到商用的轉(zhuǎn)化。但由于外骨骼技術(shù)的綜合性和復(fù)雜性，下肢外骨骼機器人的研制困難，成本也很高。因此，針對特定的病患，比如膝關(guān)節(jié)運動障礙患者，專門研制膝關(guān)節(jié)助力裝置將降低技術(shù)門檻和成本。
[0003]目前，大多數(shù)下肢外骨骼都是通過設(shè)計與下肢相似的機械結(jié)構(gòu)，平行布置在下肢肢體外側(cè)，采用繃帶或者其他的柔性連接材料將下肢與外骨骼固定，同時在矢狀面內(nèi)通過驅(qū)動外骨骼帶動穿戴者下肢運動。由于人體下肢的重心與下肢外骨骼并不在同一個平面內(nèi)，在驅(qū)動外骨骼時會給使用者下肢向內(nèi)作用一個力矩，造成不適感;且大部分下肢外骨骼結(jié)構(gòu)多采用氣壓驅(qū)動系統(tǒng)或液壓驅(qū)動系統(tǒng)，這兩種系統(tǒng)都會增加外骨骼的體積和重量，其本身就會給使用者帶來額外的負擔(dān)，而對于下肢患者來說，可能產(chǎn)生相反的結(jié)果。而且，針對下肢關(guān)節(jié)、肌肉等病患，實際上采用最多的是下肢矯形器，而常用的下肢矯形器以固定功能為主，較少的矯形器帶有主動驅(qū)動功能。因此，有必要對現(xiàn)有技術(shù)進行改進。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種助力方式更符合人體運動規(guī)律、穿戴舒適的主動式下肢助力矯形器。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:一種下肢助力矯形器，包括腰部支撐組件，以及結(jié)構(gòu)相同的左腿助力機構(gòu)和右腿助力機構(gòu)，左腿助力機構(gòu)和右腿助力機構(gòu)對稱安設(shè)在腰部支撐組件的兩側(cè)，所述腰部支撐組件上設(shè)有電源模塊和控制器;所述左腿助力機構(gòu)由足部組件、小腿組件和大腿組件組成，足部組件與小腿組件鉸接，小腿組件與大腿組件鉸接，大腿組件與腰部支撐組件鉸接;所述矯形器還包括電動推桿，電動推桿與控制器電連接;電動推桿的一端與小腿組件鉸接，電動推桿的另一端與大腿組件鉸接，驅(qū)動大腿組件與小腿組件發(fā)生相對運動。
[0006]按上述方案，所述小腿組件包括小腿內(nèi)撐板、小腿外撐板，以及兩端分別與小腿內(nèi)撐板和小腿外撐板固定連接的U型小腿限位板;所述大腿組件包括大腿內(nèi)撐板、大腿外撐板以及兩端分別與大腿內(nèi)撐板和大腿外撐板固定相連的U型大腿限位板;所述足部組件包括足套，足套的內(nèi)側(cè)與小腿內(nèi)撐板的下端鉸接，小腿內(nèi)撐板的上端與大腿內(nèi)撐板的下端鉸接；所述足套的外側(cè)與小腿外撐板的下端鉸接，小腿外撐板的上端與大腿外撐板的上端鉸接，大腿外撐板的上端與腰部支撐組件鉸接;所述電動推桿位于足套后端上方，電動推桿的一端與U型大腿限位板鉸接，電動推桿的另一端與U型小腿限位板鉸接。
[0007]按上述方案，所述矯形器還包括彈性儲能器，彈性儲能器的下端與足套的后端鉸接，彈性儲能器的上端與U型小腿限位板鉸接，彈性儲能器可緩沖小腿組件和足部組件的相對運動。
[0008]按上述方案，所述彈性儲能器包括導(dǎo)桿、缸筒和彈簧，導(dǎo)桿的一端與U型小腿限位板鉸接，導(dǎo)桿的另一端設(shè)置有凸臺，凸臺與缸筒的內(nèi)壁滑動配合，凸臺可沿缸筒內(nèi)壁滑動；缸筒的另一端與足套的后端鉸接;所述彈簧套設(shè)在導(dǎo)桿和缸筒上，彈簧的一端與導(dǎo)桿的上端固定連接，彈簧的另一端與缸筒的下端連接固定。
[0009]按上述方案，所述足套內(nèi)安設(shè)有壓力檢測模塊，壓力檢測模塊分別與控制器和電源模塊電連接。
[0010]按上述方案，所述矯形器還包括與控制器和電源模塊電連接的角位移檢測模塊，角位移檢測模塊由多個角位移傳感器組成;在足部組件與小腿組件的鉸接處、小腿組件與大腿組件的鉸接處，以及大腿組件與腰部支撐組件的鉸接處各安設(shè)一個角位移傳感器。
[0011 ]按上述方案，所述腰部支撐組件包括U型支撐板及分別安設(shè)在U型支撐板兩端的兩個彈性連接板，彈性連接板鉸接有腰部連接板，腰部連接板的下端與大腿外撐板的上端鉸接。
[0012]按上述方案，所述壓力檢測模塊包括若干壓力傳感器;足套包括自上而下粘合的上面板、夾芯板和下?lián)伟澹瑠A芯板上安裝壓力傳感器;下?lián)伟宓膬蓚?cè)各安設(shè)有與小腿內(nèi)撐板鉸接的內(nèi)鉸座和與小腿外撐板鉸接的外鉸座。
[0013]按上述方案，所述下?lián)伟宓膬蓚?cè)各安設(shè)有內(nèi)耳板和外耳板，內(nèi)耳板和外耳板上均各安設(shè)一個壓力傳感器;所述內(nèi)耳板與內(nèi)鉸座連接固定，外耳板與外鉸座連接固定;所述下?lián)伟宓暮蠖松斐鲇泻蠖?，后耳板與彈簧儲能器鉸接;所述后耳板上安設(shè)一個壓力傳感器。
[0014]按上述方案，所述小腿組件還包括小腿繃帶，小腿繃帶的一端與小腿內(nèi)撐板連接，小腿繃帶的另一端與小腿外撐板連接;所述大腿組件還包括大腿繃帶，大腿繃帶的一端與大腿內(nèi)撐板連接，大腿繃帶的另一端與大腿外撐板連接。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
I)膝關(guān)節(jié)后置的電動推桿采用直流電機控制，驅(qū)動膝關(guān)節(jié)的運動，與液壓驅(qū)動或氣壓驅(qū)動相比，大大減少了控制系統(tǒng)對其它組件的要求，控制系統(tǒng)的體積小，結(jié)構(gòu)更加緊湊；同時保證了電動推桿的驅(qū)動作用力與使用者的運動大致在一個豎直平面(矢狀面)上，使用者運動更加舒適自然。
[0016]2)不采用主動驅(qū)動裝置，采用彈簧儲能器件將足部組件與小腿組件鉸接，降低系統(tǒng)的重量和控制難度。彈性儲能器中的彈簧起緩沖儲能作用，結(jié)合人體步態(tài)特點，根據(jù)使用者的步態(tài)階段調(diào)整小腿保護組件與踝足保護組件之間的拉力，從而達到儲能和助力效果，滿足使用者康復(fù)運動中小腿肌肉的拉伸訓(xùn)練要求，防止肌肉萎縮，同時還能防止足部下垂。
[0017]3)足部組件、小腿組件和彈性儲能器在矢狀面內(nèi)構(gòu)成單自由度機構(gòu)，在冠狀面和橫切面構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，起到矯正踝關(guān)節(jié)的作用。
[0018]4)采用內(nèi)外撐板與U型彈性限位板，使用者的下肢受力更加平衡，有利于下肢助力裝置與穿戴者下肢同步運動，同時還能起到對下肢矯形的功能。
[0019]5)本矯形器結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，可控性能好，輕便，可輔助下肢殘疾人或者是膝踝足病患者獨立進行日常的康復(fù)訓(xùn)練，為下肢患者提供支撐作用，可以減少使用者站立到坐下、上下樓梯等常規(guī)運動中膝關(guān)節(jié)所需的力矩，減輕患者的負擔(dān)。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明一個具體實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0021 ]圖2為本實施例中左腿助力機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖3為本實施例中左腿助力機構(gòu)的小腿組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖4為本實施例中左腿助力機構(gòu)的大腿組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖5為本實施例中左腿助力機構(gòu)的足部組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6為本實施例中夾芯板與下?lián)伟宓氖疽鈭D。
[0026]圖7為本實施例中腰部支撐組件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖8為本實施例中彈性儲能器的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]圖9為本實施例中導(dǎo)桿與缸筒的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖10為左腿助力機構(gòu)適應(yīng)使用者的狀態(tài)示意圖。
[0030]其中:1、腰部支撐組件；1.1、腰部連接板；1.2、彈性連接件；1.3、U形支撐板;2、右腿助力機構(gòu);3、左腿助力機構(gòu);3.1、大腿組件;3.11、大腿內(nèi)撐板;3.12、大腿外撐板;3.13、U型大腿限位板；3.14、大腿繃帶；3.15、大腿彈性支撐板；3.2、電動推桿；3.3、小腿組件；3.31、小腿內(nèi)撐板;3.32、小腿外撐板;3.33、U型小腿限位板;3.34、小腿繃帶;3.4、彈簧儲能器;3.41、導(dǎo)桿;3.42、缸筒;3.43、彈簧;3.5、足部組件;3.51、足套;3.52、彈簧鉸座;3.53、上面板;3.54、夾芯板;3.55、下?lián)伟?3.56、內(nèi)鉸座;3.57、外鉸座。
【具體實施方式】
[0031]為了更好地理解本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步地描述。
[0032]如圖1所述的一種下肢助力矯形器，包括腰部支撐組件I，以及結(jié)構(gòu)相同的左腿助力機構(gòu)3和右腿助力機構(gòu)2，左腿助力機構(gòu)3和右腿助力機構(gòu)2對稱安設(shè)在腰部支撐組件I的兩側(cè)，腰部支撐組件I上安設(shè)有電源模塊和控制器;如圖2所示，左腿助力機構(gòu)3由足部組件3.5、小腿組件3.3和大腿組件3.1組成，大腿組件3.1和小腿組件3.3都采用了雙側(cè)支撐結(jié)構(gòu)，即內(nèi)側(cè)和外側(cè)支撐;足部組件3.5與小腿組件3.3鉸接，小腿組件3.3與大腿組件3.1鉸接，大腿組件3.1與腰部支撐組件I鉸接;足部組件3.5內(nèi)安設(shè)有壓力檢測模塊，壓力檢測模塊與控制器和電源模塊電連接;所述矯形器還包括角位移檢測模塊，角位移檢測模塊與控制器和電源模塊電連接;角位移檢測模塊由多個角位移傳感器組成，在足部組件3.5與小腿組件3.3的鉸接處、小腿組件3.3與大腿組件3.1的鉸接處，以及大腿組件3.1與腰部支撐組件I的鉸接處各安設(shè)有一個角位移傳感器。
[0033]如圖3所示，小腿組件3.3包括小腿內(nèi)撐板3.31、小腿外撐板3.32、小腿繃帶3.34(或粘帶)和U型小腿限位板3.33，U型小腿限位板3.33兩端分別與小腿內(nèi)撐板3.31和小腿外撐板3.32固定連接，通過小腿繃帶3.34固定使用者的小腿;為提高使用者穿戴的舒適度，在小腿組件3.3的內(nèi)側(cè)增加小腿保護罩;小腿內(nèi)撐板3.31和小腿外撐板3.32的結(jié)構(gòu)相同，均由第一小腿連桿和第二小腿連桿組成，第一小腿連桿上端設(shè)有鉸接接頭，第二小腿連桿上端中空，第二小腿連桿下端設(shè)有鉸接接頭;第一段小腿連桿下端可插入第二段小腿連桿上端，通過在第二小腿連桿上端外側(cè)設(shè)置的螺孔，采用螺釘微調(diào)小腿第一連桿和小腿第二