一種剛度自動變換的膝關節助力裝置的製作方法

2023-11-06 21:15:21

本發明涉及一種新型的機械外骨骼裝置，具體說來，是一種純被動的剛度自動變換的膝關節助力裝置。

背景技術：

在人體活動中，膝關節是人體承受負擔最大的部位，尤其在人體下蹲時對膝關節產生的負擔尤為嚴重，膝關節也極容易疲勞，造成人們諸如關節炎之類的病症，機械外骨骼則是解決這一問題的有效工具。在外骨骼助力領域，人們總是希望獲得一種純被動的膝關節助力裝置，不需要額外的動力結構，只需要用彈簧儲能原件完成即可；一般的被動膝關節助力裝置都會使用彈簧，彈簧可以在人體下蹲時被壓縮產生助力效果，然而這種類似結構都存在一個問題，無法解決下肢在擺動相時膝關節彎曲引起的阻尼幹涉問題。本發明裝置即是對該問題的一種具體解決方案。

技術實現要素：

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種剛度自動變換的膝關節助力裝置，該裝置可以穿戴在人的下肢上；當人體下肢活動在支撐相時，能以一定的剛度對膝關節產生助力作用，在擺動相時，該裝置不會產生影響膝關節正常動作的幹涉。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明採用如下的技術方案：

一種剛度自動變換的膝關節助力裝置，包括大腿支撐杆1和小腿支撐杆2，所述大腿支撐杆1能轉動地安裝在小腿支撐杆2上，包括：

滑塊4，所述滑塊4能滑動地安裝在小腿支撐杆2上；

連杆3，所述連杆3的上端能轉動地安裝在大腿支撐杆1上，下端能轉動安裝在滑塊4上；

彈性件5，所述彈性件5的上端安裝在滑塊4上；

滑動件6，所述滑動件6能滑動地安裝在小腿支撐杆2上，所述彈性件5的下端能固定安裝在滑動件6上；

滑動支撐杆7，所述滑動支撐杆7安裝在滑動件6上，並與小腿支撐杆2平行設置。

進一步地，所述滑塊4能滑動地安裝在小腿支撐杆2上，所述滑塊4能套裝在小腿支撐杆2上或者滑塊4安裝在小腿支撐杆2內部開設的槽內。

進一步地，所述連杆3的上端通過鉸接的方式安裝在大腿支撐杆1上，下端通過鉸接的方式安裝在滑塊4上。

進一步地，所述彈性件5的上端固定在滑塊4上，下端固定在滑動件6上。

進一步地，所述彈性件5套裝在小腿支撐杆2上或者安裝在小腿支撐杆2內部開設的槽內。

進一步地，所述滑動支撐杆7安裝在小腿支撐杆2內部開設的槽內，或者滑動支撐杆7套裝在小腿支撐杆2外面，或者滑動支撐杆7與小腿支撐杆2並列設置。

有益效果：與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果：

(1)滑塊可在小腿支撐杆上自由滑動，這樣膝關節彎曲的角度就僅受限於彈性件的行程，儘可能達到最大。

(2)連杆的下端能轉動地連接在滑塊上，該滑塊通過彈性件與滑動支撐件聯繫，通過滑動支撐杆下端的觸地狀態，可以改變彈性件的工作狀態，自動完成膝關節在支撐相與擺動相的剛度變換。

(3)彈性件的上端能固定連接在滑塊上，下端固定連接在滑動件上，既能在下肢支撐相起儲能助力作用，又能在擺動相起緩衝和限位作用，減少滑動支撐杆帶來的衝擊。

附圖說明

圖1為本發明的剛度自動變換的膝關節助力裝置的結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這裡使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，並且除非像這裡一樣定義，不會用理想化或過於正式的含義來解釋。

本發明中所述的「和/或」的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內。

本發明中所述的「內、外」的含義指的是相對於設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本發明的裝置機構的特定限定。

本發明中所述的「左、右」的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對本發明的裝置機構的特定限定。

本發明中所述的「連接」的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。

如圖1所示，本發明的剛度自動變換的膝關節助力裝置，包括：大腿支撐杆1和小腿支撐杆2，大腿支撐杆1能轉動地安裝在小腿支撐杆2上，滑塊4，滑塊4能滑動地安裝在小腿支撐杆2上；連杆3，連杆3的上端能轉動地安裝在大腿支撐杆1上，下端能轉動地安裝在小腿支撐杆2上；彈性件5，彈性件5能套裝在小腿支撐杆2上，其上端能固定安裝在滑塊4上；滑動件6，滑動件6能滑動地安裝在小腿支撐杆2上，彈性件5的下端能固定安裝在滑動件6上；滑動支撐杆7，滑動支撐杆7的上端固定安裝在滑動件6上，並與小腿支撐杆2平行設置。

滑塊4套裝在小腿支撐杆2上，或者滑塊4安裝在小腿支撐杆2內部開設的槽內，只要能夠使滑塊4與小腿支撐杆2之間保持滑動連接狀態的連接方式均應落在本發明的保護範圍內。

連杆3的上端通過鉸接的方式安裝在大腿支撐杆1上，也可通過其它方式進行連接，只要保證連杆3上端能在大腿支撐杆1上轉動即可。

連杆3的下端通過鉸接的方式安裝在滑塊4上，也可通過其它方式進行連接，只要保證連杆3下端能在滑塊4上轉動即可。

彈性件5的上端固定在滑塊4上，下端固定在滑動件6上。

彈性件5套裝在小腿支撐杆2上或者安裝在小腿支撐杆2內部開設的槽內。

滑動支撐杆7安裝在小腿支撐杆2內部開設的槽內，或者滑動支撐杆7套裝在小腿支撐杆2外面，或者滑動支撐杆7與小腿支撐杆2並列設置。

對於上述實施方式中，滑動件6在小腿支撐杆2上的滑動被限位在一定的滑動範圍內，具體的滑動範圍要根據實施使用者的情況進行調試。

滑動支撐杆7底端的長度延伸出小腿支撐杆2的底端，即滑動支撐杆7的底端超出小腿支撐杆2的底端。在助力裝置使用中，始終是滑動支撐杆7接觸地面，支撐在地面上，支撐住助力裝置的受力。

滑動支撐杆與滑動件固結在一起。在支撐相(足底著地)膝關節彎曲時，滑動支撐杆下端觸地，彈性件受壓工作，裝置以一定剛度為膝關節產生助力；而在擺動相(足底離地)膝關節彎曲時，滑動支撐杆自由，彈性件不工作，膝關節剛度為零，不會對人體行走產生阻力。該裝置實現了人體下肢行走過程中支撐相和擺動相膝關節剛度的自動變換，能更好地為膝關節提供助力效果。

上述膝關節助力裝置的工作過程是：將該裝置的大腿支撐杆和小腿支撐杆固定於人體下肢，當下肢活動在支撐相時，膝關節發生彎曲，由於滑動支撐杆下端與地面接觸，不會與小腿支撐杆相對滑動，使得彈性件(彈簧)以一定的剛度受壓，產生對膝關節的助力力矩。

當下肢活動在擺動相時，滑動支撐杆離開地面成為自由端，彈性件不受壓，剛度為零，所以不會對膝關節的正常動作產生阻力，這正是該膝關節助力裝置與普通下肢被動助力裝置的不同之處。

上述膝關節裝置的剛度變換完全是依靠滑動支撐杆是否觸地自動完成的，不需要人的其他動作輔助，這也是該膝關節助力裝置的獨特之處。

以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬於本發明的保護範圍。