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CN108283568A - 穿戴式髋关节外骨骼康复装置 - Google Patents

穿戴式髋关节外骨骼康复装置 Download PDF

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CN108283568A
CN108283568A CN201711408599.2A CN201711408599A CN108283568A CN 108283568 A CN108283568 A CN 108283568A CN 201711408599 A CN201711408599 A CN 201711408599A CN 108283568 A CN108283568 A CN 108283568A
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CN
China
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waist
thigh
bandage
hip joint
support tube
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Application number
CN201711408599.2A
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English (en)
Inventor
张兆晶
王福德
远桂方
郭雅静
邓烨
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Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
Original Assignee
Beijing Research Institute of Precise Mechatronic Controls
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Abstract

穿戴式髋关节外骨骼康复装置，涉及下肢助力器械领域；包括腰部结构、连杆部分和大腿结构；其中，腰部结构为中空圆筒结构；实现套装在人体的腰部；大腿结构为中空圆筒结构；实现套装在人体的大腿位置；腰部结构水平放置；2个大腿结构水平设置在腰部结构的下方；2个大腿结构的外侧均通过连杆部分与腰部结构水平两端外侧固定连接；本发明采用串联式机构设计，运用人机运动相容理论，构造恰约束人机关节闭链，减少人机之间的阻碍内力，同时简化机构形式，减小装置整体体积与质量。

Description

穿戴式髋关节外骨骼康复装置
技术领域
本发明涉及一种下肢助力器械领域，特别是一种穿戴式髋关节外骨骼康复装置。
背景技术
下肢助力器械是一种可穿戴式机械系统，通过机械结构连接人体腰部与腿部，再利用驱动器对人体关节提供助力或康复力/力矩。髋关节式人体称重关节，参与步行、跑步等运动，极易造成损伤。损伤后的髋关节将严重影响患者的行走功能。
目前，穿戴式髋关节外骨骼康复机器人研究尚处于起步阶段，从机械结构上主要可分成并联式与串联式两大类。其中：并联式设计方案可以灵活助力康复髋关节三自由度的运动功能，但是通常连杆排布不够紧凑，体积重量较大，穿戴于患者时会造成较大负重；串联式设计方案体积较小，但是尚未考虑如何消除因人机关节转轴不对齐而引发人机之间的阻碍内力，这种阻碍内力会在使用过程中引发穿戴的不适感。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供穿戴式髋关节外骨骼康复装置，采用串联式机构设计，运用人机运动相容理论，构造恰约束人机关节闭链，减少人机之间的阻碍内力，同时简化机构形式，减小装置整体体积与质量。
本发明的上述目的是通过如下技术方案予以实现的：
穿戴式髋关节外骨骼康复装置，包括腰部结构、连杆部分和大腿结构；其中，腰部结构为中空圆筒结构；实现套装在人体的腰部；大腿结构为中空圆筒结构；实现套装在人体的大腿位置；腰部结构水平放置；2个大腿结构水平设置在腰部结构的下方；2个大腿结构的外侧均通过连杆部分与腰部结构水平两端外侧固定连接。
在上述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，所述的腰部结构包括2个电机、2个轴承和腰部绑带；其中，腰部绑带为圆环结构；2个轴承分别固定安装在腰部绑带的两侧；2个电机沿轴向分别对应与2个轴承连接；实现电机绕腰部绑带转动。
在上述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，所述的连杆部分包括上支撑筒、电推杆和下支撑筒；其中，上支撑筒和下支撑筒均为中空矩形筒状结构；且上支撑筒固定安装在下支撑筒的上端；电推杆为竖直杆状结构；电推杆沿轴向伸入上支撑筒和下支撑筒的内部，且电推杆顶端与电机固定连接。
在上述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，所述连杆部分还包括十字铰接轴十字铰接轴固定安装在电推杆的底端。
在上述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，所述大腿结构包括大腿绑带和连接装置；其中，大腿绑带为矩形柱状结构，大腿绑带的中部沿竖直方向设置有通孔，实现人体腿部的穿过；连接装置固定安装在大腿绑带的外侧壁。
在上述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，所述连接装置与十字铰接轴固定连接。
本发明与现有技术相比具有如下优点：
(1)本发明采用了串联式连杆机构，使机构整体较为紧凑，但与其它串联式连杆机构不同之处在于不需要人机关节轴线完全对齐的限制，减少了人机之间的阻碍内力；
(2)本发明基于两自由度空间六杆机构，使人体与机械系统构成的人机闭链自由度分别对应髋关节的屈伸运动和收展运动。不对髋关节的内外旋运动助力，但不限制此自由度的运动，其中，以人体解剖位置时大腿位置为起始点，屈伸运动范围可达到±150°，收展运动范围可达到±60°，完全满足人体髋关节活动范围需要；
(3)本发明采用电推杆和电机驱动，分别提供屈伸、收展运动的驱动力，使人机闭链整体构成恰约束机构。
附图说明
图1为本发明外骨骼康复装置正视图；
图2为本发明外骨骼康复装置侧视图；
图3为本发明腰部结构分解示意图；
图4为本发明连杆部分分解示意图；
图5为本发明大腿结构分解示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述：
本发明提供一种穿戴式髋关节外骨骼康复装置，包括腰部结构、连杆部分和大腿结构。所述腰部结构通过绑带与粘扣固定于人体腰部位置，所述大腿结构通过连杆部分与大腿结构连接，并通过绑带与粘扣固定于人体大腿上。
本发明要解决的技术问题是提供一种穿戴式髋关节外骨骼康复装置，采用串联式结构设计，运用人机运动相容理论，构造恰约束人机关节闭链，减少人机之间的阻碍内力，同时简化结构形式，减小装置整体体积与质量。
如图1所示为外骨骼康复装置正视图，如图2所示为外骨骼康复装置侧视图，由图可知，穿戴式髋关节外骨骼康复装置，包括腰部结构1、连杆部分2和大腿结构3；其中，腰部结构1为中空圆筒结构；实现套装在人体的腰部；大腿结构3为中空圆筒结构；实现套装在人体的大腿位置；腰部结构1水平放置；2个大腿结构3水平设置在腰部结构1的下方；2个大腿结构3的外侧均通过连杆部分2与腰部结构1水平两端外侧固定连接。腰部结构1通过绑带与粘扣固定于人体腰部，腰部结构1通过销钉销孔与连杆部分2连接，连杆部分2通过销钉销孔与大腿结构3连接，大腿结构3与人体大腿通过绑带与粘扣连接。
如图3所示为腰部结构分解示意图，由图可知，腰部结构1包括2个电机1-1、2个轴承1-2和腰部绑带1-3；其中，腰部绑带1-3为圆环结构；2个轴承1-2分别固定安装在腰部绑带1-3的两侧；2个电机1-1沿轴向分别对应与2个轴承1-2连接；实现电机1-1绕腰部绑带1-3转动。
如图4所示为连杆部分分解示意图，由图可知，连杆部分2包括上支撑筒2-1、电推杆2-2和下支撑筒2-3；其中，上支撑筒2-1和下支撑筒2-3均为中空矩形筒状结构；且上支撑筒2-1固定安装在下支撑筒2-3的上端；电推杆2-2为竖直杆状结构；电推杆2-2沿轴向伸入上支撑筒2-1和下支撑筒2-3的内部，且电推杆2-2顶端与电机1-1固定连接。连杆部分2还包括十字铰接轴2-4十字铰接轴2-4固定安装在电推杆2-2的底端。
如图5所示为大腿结构分解示意图，由图可知，大腿结构3包括大腿绑带3-1和连接装置3-2；其中，大腿绑带3-1为矩形柱状结构，大腿绑带3-1的中部沿竖直方向设置有通孔，实现人体腿部的穿过；连接装置3-2固定安装在大腿绑带3-1的外侧壁。连接装置3-2与十字铰接轴2-4固定连接。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.穿戴式髋关节外骨骼康复装置，其特征在于：包括腰部结构(1)、连杆部分(2)和大腿结构(3)；其中，腰部结构(1)为中空圆筒结构；实现套装在人体的腰部；大腿结构(3)为中空圆筒结构；实现套装在人体的大腿位置；腰部结构(1)水平放置；2个大腿结构(3)水平设置在腰部结构(1)的下方；2个大腿结构(3)的外侧均通过连杆部分(2)与腰部结构(1)水平两端外侧固定连接。
2.根据权利要求1所述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，其特征在于：所述的腰部结构(1)包括2个电机(1-1)、2个轴承(1-2)和腰部绑带(1-3)；其中，腰部绑带(1-3)为圆环结构；2个轴承(1-2)分别固定安装在腰部绑带(1-3)的两侧；2个电机(1-1)沿轴向分别对应与2个轴承(1-2)连接；实现电机(1-1)绕腰部绑带(1-3)转动。
3.根据权利要求2所述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，其特征在于：所述的连杆部分(2)包括上支撑筒(2-1)、电推杆(2-2)和下支撑筒(2-3)；其中，上支撑筒(2-1)和下支撑筒(2-3)均为中空矩形筒状结构；且上支撑筒(2-1)固定安装在下支撑筒(2-3)的上端；电推杆(2-2)为竖直杆状结构；电推杆(2-2)沿轴向伸入上支撑筒(2-1)和下支撑筒(2-3)的内部，且电推杆(2-2)顶端与电机(1-1)固定连接。
4.根据权利要求3所述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，其特征在于：所述连杆部分(2)还包括十字铰接轴(2-4)十字铰接轴(2-4)固定安装在电推杆(2-2)的底端。
5.根据权利要求4所述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，其特征在于：所述大腿结构(3)包括大腿绑带(3-1)和连接装置(3-2)；其中，大腿绑带(3-1)为矩形柱状结构，大腿绑带(3-1)的中部沿竖直方向设置有通孔，实现人体腿部的穿过；连接装置(3-2)固定安装在大腿绑带(3-1)的外侧壁。
6.根据权利要求5所述的穿戴式髋关节外骨骼康复装置，其特征在于：所述连接装置(3-2)与十字铰接轴(2-4)固定连接。
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