助老外骨骼下肢辅助机械装置

摘要

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置涉及一种物理康复设备。其目的是为了提供一种操作方便、结构简单、成本低的助老外骨骼下肢辅助机械装置。本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置包括传动机构、储能机构和锁紧机构，所述传动机构包括脚踏板，脚踏板上安装有踝关节球，踝关节球上方活动连接有定常杆，定常杆上活动安装有止动滑块，止动滑块的侧面加工有定位孔，定常杆上沿止动滑块运动的方向加工有多个销孔，销孔与定位孔的位置相对应，定常杆的上部活动安装有主动拉杆；所述储能机构安装在主动拉杆和止动滑块之间；所述锁紧机构安装在止动滑块一侧，锁紧机构包括能够靠近和远离止动滑块的止动销，用于穿过定位孔和销孔将止动滑块的位置锁紧。

说明书

技术领域

本发明涉及康复设备技术领域，特别是涉及一种助老外骨骼下肢辅助机械装置。

背景技术

现在人口老龄化严重，大多数老年人有自理能力但缺少行动力，绝大多数的老年人腿脚不灵便，其原因大多是年轻时落下的病。老年人薄弱的地方在于脚踝和髋关节的支撑能力不足，踝关节在于站立的稳定性。

针对老年人的上述不便情况，目前普遍采用穿戴辅助设备进行改善，辅助设备的作用是使老人轻松又安全地站起来，不再过分依赖腰部支撑费劲站起，从而避免老人站立过程中可能摔倒；在站立的基础上，让老人借助外骨骼装备轻松走路，又防止肢体不平衡，造成侧滑、正面或背面摔倒的麻烦；同时达到不费力又安全地上下楼梯。

现有的下肢辅助机械装置结构复杂，穿戴过程繁琐，不利于老年人穿戴。另外，现有的下肢辅助机械装置缺少必要的保护的措施，下肢辅助机械装置本身可以随下肢的运动进行运动，如果缺少必要的保护或者锁止机构，一旦老年人在使用时出现意外情况，下肢辅助机械装置也很难起到保护或者辅助的作用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种操作方便、结构简单、成本低的助老外骨骼下肢辅助机械装置。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，包括传动机构、储能机构和锁紧机构，

所述传动机构包括脚踏板，脚踏板上安装有踝关节球，踝关节球上方活动连接有定常杆，定常杆上活动安装有止动滑块，止动滑块的侧面加工有定位孔，定常杆上沿止动滑块运动的方向加工有多个销孔，销孔与定位孔的位置相对应，定常杆的上部活动安装有主动拉杆；

所述储能机构安装在主动拉杆和止动滑块之间；

所述锁紧机构安装在止动滑块一侧，锁紧机构包括能够靠近和远离止动滑块的止动销，用于穿过定位孔和销孔将止动滑块的位置锁紧。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述定常杆的上部活动安装有连接轴，主动拉杆的一端安装在连接轴上，主动拉杆能够绕连接轴摆动。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述止动滑块套装在定常杆外侧，止动滑块能够沿定常杆的外侧滑动。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述储能机构选用储能弹簧，储能弹簧的两端分别与主动拉杆和止动滑块上加工的安装部件连接。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述锁紧机构包括机架，机架的上部活动安装有旋转开关，选转开关下部活动连接有导向凸杆，机架下部横向安装有止动销，止动销位于机架内部的一端能够与导向凸杆的下部相接触，止动销外部安装有第二助推弹簧。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述机架的上部安装有转轴，旋转开关的上部安装在转轴上。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述旋转开关上设置有两个手柄，两个手柄对应旋转开关的锁紧和开始两个工位。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述导向凸杆的底面设置有弧面结构，机架的下部加工有与导向凸杆下端弧面相配合的带有粗糙度的弧面滑道。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置，其中所述导向凸杆外部安装有第一助推弹簧。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置与现有技术不同之处在于，本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置采用定常杆和主动拉杆分别与人体小腿和大腿对应，在定常杆的外部安装有滑块，滑块的进退由大腿弯曲角度决定。储能机构安装在摇杆上，进行力的传递和能量的转换。锁紧部分可以通过外部元件进行左右扳动，内部的机构可以进行力的传递和能量交换，最后传递给传动部分，以上几大部分运行循环可逆，从而达到了操作简单实用和机构运行稳定的目标。本发明采用纯机械式锁定，可靠性会更高，寿命长；手动锁紧压头设计适合人的手势按压，通过与助推弹簧的配合，轻松省力，操作简单；导向凸杆与滑道形成高副接触且采用滚轮增加虚约束，传动效率高，减小阻力，加强了力学性质，起到稳固作用。

下面结合附图对本发明的助老外骨骼下肢辅助机械装置作进一步说明。

附图说明

图1为本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置结构示意图；

图2为本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置中锁紧机构的结构示意图；

图3a-图3f分别为本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置处于蹲姿、半蹲姿、平坐姿、略下蹲姿、站立姿和行走姿的使用状态图；

图4为本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置中锁紧机构处于极限位置的分析示意图；

图5a-图5d分别为本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置中锁紧机构处于位置2、位置2`、位置2``和位置1状态下的结构示意图；

图中标记示意为：1-脚踏板；2-止动滑块；3-主动拉杆；4-储能弹簧；5-销孔；6-定常杆；7-踝关节球；

21-机架；22-第二助推弹簧；23-止动销；24-导向凸杆；25-旋转开关；26-第一助推弹簧；27-滑道。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1和图2所示，本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置包括传动机构、储能机构和锁紧机构。传动机构分别与储能机构和锁紧机构连接。

传动机构包括脚踏板1，脚踏板1上设置有底座，底座上安装有踝关节球7，踝关节球7上方连接有定常杆6。脚踏板1与人体脚步对应，脚踏板1与定常杆6联合构成支撑人体重力，同时可以约束老人错误的走路姿势，防止其摔倒。定常杆6能够绕踝关节球7转动。踝关节球7相当于人体的踝关节，可以在360°范围内运动，不会受到机构自身结构局限性限制。

定常杆6上活动安装有止动滑块2，止动滑块2套装在定常杆6外侧，止动滑块2可以沿定常杆6的外侧滑动。止动滑块2的侧面加工有定位孔。定常杆6上沿止动滑块2运动的方向加工有多个销孔5，销孔5与定位孔的位置相对应，且大小一致，通过止动销23穿过定位孔和销孔5，可以将止动滑块2固定在定常杆6外侧。

定常杆6的上部活动安装有连接轴，连接轴上连接有主动拉杆3，主动拉杆3能够绕连接轴摆动。定常杆6和主动拉杆3分别位于人体的小腿和大腿一侧，当人体的大腿摆动时，主动拉杆3带动定常杆6及其连接的结构运动。

储能机构安装在主动拉杆3和止动滑块2之间，在本实施例中，储能机构选用储能弹簧4，储能弹簧4可以直接把机构运动的机械能转化为弹簧势能，再转化成机械势能。储能弹簧4的两端分别与主动拉杆3和止动滑块2上加工的安装部件连接。当主动拉杆3摆动时，储能弹簧4可以进行储能。

锁紧机构安装在止动滑块2一侧，用于将止动滑块2的位置锁紧。锁紧机构包括机架21，机架21为锁紧机构的主体结构。机架21的上部安装有转轴，转轴上安装有旋转开关25。旋转开关25上设置有两个手柄，两个手柄对应旋转开关25的锁紧和开始两个工位，拨动手柄即可使旋转开关25绕转轴转动。旋转开关25下部活动连接有导向凸杆24。导向凸杆24的上部与旋转开关25铰接，导向凸杆24的底面设置有弧面结构，当旋转开关25转动时，导向凸杆24的上部与其转动的方向相反。机架21的下部加工有与导向凸杆24下端弧面相配合的带有粗糙度的弧面滑道27，当导向凸杆24上部随旋转开关25转动时，导向凸杆24的底面在机架21的滑道27内移动。导向凸杆24外部安装有第一助推弹簧26。

机架21下部横向安装有止动销23，止动销23活动套装在机架21的安装孔上。止动销23位于机架21内部的一端能够与导向凸杆24的下部相接触，当导向凸杆24摆动时可以带动止动销23进行直线运动。止动销23外部安装有第二助推弹簧22，第二助推弹簧22可以起到复位的作用。止动销23伸出到机架21外侧的一端与止动滑块2上定位孔的位置相对。当止动销23伸出时，可以插入定位孔和其中一个销孔5中，将止动滑块2的位置锁定。

下面以图3a-3f为例，描述老人蹲起与运动过程：

1.蹲姿：当老人要进行蹲下动作时，脚需要借助踝关节球7与脚踏板1和定常杆6的相互作用，可以略微向外倾斜，之后搬动旋转开关25至开始状态，老人开始下蹲动作，弹簧开始压缩，机械势能开始转换成弹簧势能，且处于竖直状态时，老人已经彻底蹲下，此时，搬动旋转开关25至锁紧状态，弹簧被约束，且弹簧势能被储存；

2.半蹲姿：在蹲姿的基础上，搬动旋转开关25至开始状态，老人进行站起动作时，弹簧势能开始转换成机械势能，弹簧力顶起主动拉杆3，老人大腿轻松立起，当处于半蹲姿时，搬动旋转开关25至锁紧状态，弹簧被约束，且弹簧势能被储存；

3.平坐姿：老人坐在凳子上时，旋转开关25锁紧便可；

4.略下蹲姿：在旋转开关25锁紧时，主动拉杆3起到了支撑人体大腿的作用，定常杆6也可以略微起到支撑作用，这样，老人在此状态，就达到轻松不费力的良好效果；

5.站立姿和行走姿：这两状态是老人在基本行走的时候会有的状态组合，踝关节球7起到了老人灵活运动的作用，老人在行走的过程中，旋转开关25可以不必锁紧，此时，弹簧势能完全转换成机械势能，弹簧处于原长状态，不影响老人正常行走，同时老人在行走的过程中，会有短暂的曲腿动作，止动滑块2可以随老人曲腿，自动上下滑动，定常杆6和脚踏板1也会辅助老人保持正常姿态，不易扭脚和防止腿部由于突然软弱，造成老人摔倒。

根据图3a-3f所示，及人体屈膝和踝关节运动过程具体分析得出以下

表1情况：

表1人体屈膝和踝关节运动角度主要位置值

锁紧机构运动过程如图4和图5a-5d所示，在运动过程中主要涉及6个位置，其中位置31`为锁定过程中的不稳定态；位置31``为锁定过程中极致状态；位置32为锁定位置此时开关关闭(图5a)；位置32`为开锁过程中的不稳定态(图5b)；位置32``为开锁过程中极致状态(图5c)；位置31为开锁位置此时开关打开(图5d)。运动轨迹过程：31→31`→31``→32→32`→32``；此轨迹运动过程从任意一个位置开始都可循环。轨迹运动过程具体分析：首先导向凸杆24在图4中心线位置处，手动按旋转开关25，助推弹簧压缩，导向凸杆24在旋转开关25和极限弹簧作用下，向位置1`位置运动，此时是极限位置，会是自锁状态，所以增加了滚轮，有效避免了阻力有过大的影响，同时不会受助推弹簧弹簧力影响，会继续向位置1``的位置运动，从而会使止动销23达到理想的功能，在回程时，手动返程搬动旋转开关25，同时助推弹簧给予弹力，辅助导向凸杆24成功回程，也会有效避免极限位置阻力的影响，导致自锁。

本发明助老外骨骼下肢辅助机械装置采用定常杆和主动拉杆分别与人体小腿和大腿对应，在定常杆的外部安装有滑块，滑块的进退由大腿弯曲角度决定。储能部分，由于弹簧运行灵活，而且就外骨骼辅助机构而言，需要的力也不大，几乎与人体自身自然蹲下施加的力相等，所以选用弹簧作为储能元件，把它安装在摇杆上，进行力的传递和能量的转换。锁紧部分可以通过外部元件进行左右扳动，内部的机构可以进行力的传递和能量交换，最后传递给传动部分，以上几大部分运行循环可逆，从而达到了操作简单实用和机构运行稳定的目标。本发明采用纯机械式锁定，可靠性会更高，寿命长；手动锁紧压头设计适合人的手势按压，通过与助推弹簧的配合，轻松省力，操作简单；导向凸杆与滑道形成高副接触且采用滚轮增加虚约束，传动效率高，减小阻力，加强了力学性质，起到稳固作用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。