一种步行辅助外骨骼装置制造方法及图纸

本申请公开了一种步行辅助外骨骼装置，该步行辅助外骨骼装置包括：膝关节组件、连接杆以及髋关节组件，髋关节组件又包括外壳、凸轮以及弹性件，且弹性件包括呈设定角度设置的第一支脚和第二支脚；膝关节组件用于穿戴在用户的膝关节部，外壳用于穿戴在用户的髋关节部，以在连接杆驱动凸轮相对第一支脚向第一方向旋转，而使第二支脚沿第一侧面的部分弧面远离第一支脚运动，并在第二支脚靠近第一支脚运动复位时，带动凸轮相对第一支脚向与第一方向相对的第二方向旋转，凸轮带动连接杆向第二方向旋转。通过上述方式，本申请中的外骨骼装置能够有效减少人体行走负担，且重量轻，穿戴简单，人机协同性强，能够与人体步态相协调。能够与人体步态相协调。能够与人体步态相协调。

【技术实现步骤摘要】
一种步行辅助外骨骼装置


[0001]本专利技术涉及机械外骨骼
，尤其涉及一种步行辅助外骨骼装置。

技术介绍

[0002]近年来，随着机械电子与控制技术的快速发展，进而带动了外骨骼康复机器人的研究。外骨骼不同于矫形器，不能替代使用者的腿部进行支撑，而是在行走时为使用者提供辅助和助力，通过长时间重复的相关运动训练，可代替治疗师的帮助，从而有效降低了康复成本。
[0003]然而，目前市场上代表性的外骨骼系统，如HAL(hybrid assistive limb，混合辅助肢体)、ReWalk(下肢外骨骼机器人)，多采用刚性连接驱动设计，重量较大，使用时额外负担大，会增加穿戴者的代谢消耗。
[0004]其他用于康复或者增强人体性能的外骨骼仍缺乏实际应用。开发一种可用于实际应用的便携式下肢外骨骼仍需要解决许多技术挑战。例如，气动人工肌肉驱动器驱动的外骨骼由于动力源的原因而缺乏便携性，由于空气的压缩性而导致对位置和力的控制精度不高。因此，并不适用于日常康复训练。此外，在穿戴者进行康复训练的过程中，驱动器产生所需要的制动扭矩是不节能的。

技术实现思路

[0005]本申请提供的一种步行辅助外骨骼装置，能够解决现有技术中的外骨骼系统的重量较大，使用时额外负担大，会增加穿戴者的代谢消耗，且对位置和力的控制精度不高，并不适用于日常康复训练，相应驱动器产生所需要的制动扭矩不节能的问题。
[0006]为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种步行辅助外骨骼装置，其中，该步行辅助外骨骼装置包括：膝关节组件，用于穿戴在用户的膝关节部；连接杆，连接杆的一端连接于膝关节组件；髋关节组件，包括外壳、凸轮以及弹性件，外壳用于穿戴在用户的髋关节部，凸轮连接于外壳和连接杆远离膝关节组件的另一端，弹性件包括呈设定角度设置的第一支脚和第二支脚，第一支脚连接于外壳，第二支脚抵接于凸轮的第一侧面，连接杆驱动凸轮相对第一支脚向第一方向旋转，以使第二支脚沿第一侧面的部分弧面远离第一支脚运动，并在第二支脚靠近第一支脚运动复位时，带动凸轮相对第一支脚向与第一方向相对的第二方向旋转，凸轮带动连接杆向第二方向旋转。
[0007]其中，弹性件为扭转弹簧机构，弹性件还包括滚轮，第二支脚包括第一支杆和第二支杆，第一支杆的一端连接于第一支脚，第一支杆的另一端垂直连接于第二支杆，滚轮套设于第二支杆，并抵接于第一侧面。
[0008]其中，第一侧面的部分弧面在凸轮的第二侧面上的投影满足设定曲线函数关系；其中，第二侧面垂直第一侧面。
[0009]其中，髋关节组件还包括传动件，传动件的一端连接于连接杆，凸轮的第二侧面形成有第一通孔，传动件的另一端穿设于第一通孔，传动件由连接杆或凸轮带动转动，以辅助
连接杆带动凸轮旋转，或辅助凸轮带动连接杆旋转。
[0010]其中，传动件的部分结构凸出于第一通孔形成凸起部，凸起部抵接于外壳；其中，凸起部的径向尺寸大于第一通孔的径向尺寸。
[0011]其中，髋关节组件还包括卡簧，传动件面向第一通孔的孔壁的侧面形成有卡簧槽，卡簧套设于卡簧槽，以限制传动件沿第一通孔的中轴线方向运动。
[0012]其中，第一通孔包括向靠近第一侧面凹设的凹陷部，传动件面向第一通孔的孔壁的侧面凸出形成有平键部，平键部嵌设于凹陷部，以限制传动件相对凸轮旋转运动。
[0013]其中，髋关节组件还包括连杆固定壳，连杆固定壳扣合在传动件远离外壳的一侧面上，连接杆的另一端连接在传动件和连杆固定壳之间，以由传动件和连杆固定壳相互配合固定。
[0014]其中，凸轮的第二侧面还形成有第二通孔，所述第二通孔为弯月状，且与所述第一通孔间隔设置。
[0015]其中，设定角度为85
°‑
95
°
，第一支脚相对第二支脚运行时的夹角变化范围为85
°‑
135
°
。
[0016]本申请的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的步行辅助外骨骼装置包括：膝关节组件、连接杆以及髋关节组件，髋关节组件又进一步包括外壳、凸轮以及弹性件，且弹性件包括呈设定角度设置的第一支脚和第二支脚，连接杆的一端连接于膝关节组件，凸轮连接于外壳和连接杆远离膝关节组件的另一端，第一支脚连接于外壳，第二支脚抵接于凸轮的第一侧面，连接杆驱动凸轮相对第一支脚向第一方向旋转；其中，膝关节组件用于穿戴在用户的膝关节部，外壳用于穿戴在用户的髋关节部，以在连接杆驱动凸轮相对第一支脚向第一方向旋转，而使第二支脚沿第一侧面的部分弧面远离第一支脚运动时，进行弹性蓄能，以能够在第二支脚靠近第一支脚运动复位时，带动凸轮相对第一支脚向与第一方向相对的第二方向旋转，进而通过凸轮带动连接杆向第二方向旋转，从而能够避免使用额外的动力装置提供助力，而直接在人体行走过程中的负功阶段进行蓄能，并反馈给人体，以达到辅助人体行走的目的。由此可知，通过穿戴该步行辅助外骨骼装置可以帮助行走功能障碍患者恢复自然步态，提高行走能力，实现运动功能康复，增强独立生活质量；且与现有的步态辅助设备相比，该步行辅助外骨骼装置能够自然获取人体行走能量，进而能够通过外骨骼装置反馈给人体进行助力行走，以减少人体行走负担；且因无需额外的动力装置，相应的重量也较轻，穿戴简单，人机协同性强，能够与人体步态相协调。
附图说明
[0017]图1是本申请步行辅助外骨骼装置一实施例的爆炸结构示意图；
[0018]图2是图1中步行辅助外骨骼装置中的髋关节组件的爆炸结构示意图；
[0019]图3是简化的2D行走模型的示意图；
[0020]图4是图2中髋关节组件中的弹性件一详细结构示意图；
[0021]图5是图2中髋关节组件中的凸轮的一详细结构示意图；
[0022]图6是绳绕凸轮系统的示意图；
[0023]图7是凸轮轮廓拟合曲线的示意图；
[0024]图8是图2中髋关节组件中的传动件一详细结构示意图。
具体实施方式
[0025]专利技术人经长期研究发现，行走是人类日常生活的基本需求，行走功能障碍严重影响个人生活质量。在我们的日常生活中，有太多的因素会导致行走功能障碍，并且在大多数人的一生中都会经历某种形式的行走功能障碍。随着我国人口老龄化的加剧，行动能力的丧失所造成的严重社会问题和经济问题不可小觑。因此迫切需要开发可行的助行解决方案，以辅助并提高患者的行动能力，从而改善生活质量。可穿戴步态辅助设备是解决这一日益严重问题的有效方式。
[0026]在过去的几十年里，随着技术的进步，研究人员开发了新型的步态辅助设备，以重现患者的日常活动能力。其中，膝踝足矫形器Knee Ankle Foot Orthosis(KAFO)已经被广泛采用来治疗下肢骨折、关节炎、关节手术后的患者以及异常步态的矫正治疗。KAFO用于提供膝关节和踝关节的稳定性，同时通过地面反作用力间接影响髋关节的稳定性。由于限制膝关节和踝关节的运动，穿戴者的步态产生不自然的动作，比如抬高臀部进行补偿，被动的增加了穿本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种步行辅助外骨骼装置，其特征在于，包括：膝关节组件，用于穿戴在用户的膝关节部；连接杆，所述连接杆的一端连接于所述膝关节组件；髋关节组件，包括外壳、凸轮以及弹性件，所述外壳用于穿戴在用户的髋关节部，所述凸轮连接于所述外壳和所述连接杆远离所述膝关节组件的另一端，所述弹性件包括呈设定角度设置的第一支脚和第二支脚，所述第一支脚连接于所述外壳，所述第二支脚抵接于所述凸轮的第一侧面，所述连接杆驱动所述凸轮相对所述第一支脚向第一方向旋转，以使所述第二支脚沿所述第一侧面的部分弧面远离所述第一支脚运动，并在所述第二支脚靠近所述第一支脚运动复位时，带动所述凸轮相对所述第一支脚向与所述第一方向相对的第二方向旋转，所述凸轮带动所述连接杆向所述第二方向旋转。2.根据权利要求1所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述弹性件为扭转弹簧机构，所述弹性件还包括滚轮，所述第二支脚包括第一支杆和第二支杆，所述第一支杆的一端连接于所述第一支脚，所述第一支杆的另一端垂直连接于所述第二支杆，所述滚轮套设于所述第二支杆，并抵接于所述第一侧面。3.根据权利要求1所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述第一侧面的部分弧面在所述凸轮的第二侧面上的投影满足设定曲线函数关系；其中，所述第二侧面垂直于所述第一侧面。4.根据权利要求1所述的步行辅助外骨骼装置，其特征在于，所述髋关节组件还包括传动件，所述传动件的一端连接于所述连接杆，所述凸轮的第二侧面形成有第一通孔，所述传动件的另一端穿设于所述第一通孔，所述传动件由所述连接杆或所述凸轮带动转动，以辅助所述连接杆带动所述凸轮旋转，或辅助所述凸轮带动所述连接杆旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：王琳，姜鹏，王烨，邵天琪，李光林，
申请(专利权)人：中国科学院深圳先进技术研究院，
类型：发明
国别省市：