本發(fā)明屬于醫(yī)療輔助器械領(lǐng)域和體育運動器材領(lǐng)域，尤其涉及一種基于步態(tài)相位自解鎖的被動式體重支撐外骨骼裝置。

背景技術(shù)：

由于人口老齡化加速、肥胖患者增多、關(guān)節(jié)運動損傷、關(guān)節(jié)先天性異常、關(guān)節(jié)畸形等諸多因素引起的膝關(guān)節(jié)退行性關(guān)節(jié)炎疾病越來越受到社會重視，患者對正常行走提出了迫切需求。然而，膝骨關(guān)節(jié)炎作為一種退行性病變，現(xiàn)有技術(shù)手段并沒有一種很好的快速治愈方法，除服用藥物緩解癥狀以外，主要的康復(fù)理療方法還是以減少關(guān)節(jié)負(fù)重為主，以延緩病變的進程。傳統(tǒng)的方法是用拐杖或手杖，以求減輕關(guān)節(jié)的負(fù)擔(dān)，然而這就需要患者用雙手輔助行走，不利于正常行走和從事生產(chǎn)勞動。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于步態(tài)相位自解鎖的被動式體重支撐外骨骼裝置，能夠減輕膝關(guān)節(jié)退行性關(guān)節(jié)炎患者行走時的膝關(guān)節(jié)疼痛，患者無需動手即可自動根據(jù)步態(tài)相位完成膝關(guān)節(jié)的自解鎖。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：

一種基于步態(tài)相位自解鎖的被動式體重支撐外骨骼裝置，包括座椅機構(gòu)和設(shè)置在座椅機構(gòu)兩側(cè)的支撐機構(gòu)，該支撐機構(gòu)包括大腿機構(gòu)、膝關(guān)節(jié)機構(gòu)和小腿機構(gòu)，所述座椅機構(gòu)包括弧形的座椅、滑塊板、大腿連接桿、滑輪、限位鉤和拉環(huán)，限位勾安裝在座椅底面，座椅內(nèi)設(shè)有導(dǎo)軌槽，滑輪通過螺桿與滑塊板固定安裝，滑輪活動卡裝在座椅的導(dǎo)軌槽內(nèi)，拉環(huán)活動設(shè)在滑塊板側(cè)面，大腿連接桿上部與滑塊板轉(zhuǎn)動連接，使得該大腿連接桿相對于滑塊板沿人體冠狀面方向轉(zhuǎn)動；大腿機構(gòu)與大腿連接桿緊固連接，拉環(huán)通過鋼絲線與大腿機構(gòu)連接；大腿機構(gòu)下部與膝關(guān)節(jié)機構(gòu)上部緊固連接，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)下部與小腿機構(gòu)緊固連接，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)帶動小腿機構(gòu)相對于大腿機構(gòu)沿人體矢狀面方向轉(zhuǎn)動。

所述座椅包括弧形的座椅上板和座椅下板，座椅下板兩端設(shè)有座椅支撐側(cè)板，座椅上板兩端安裝在該座椅支撐側(cè)板上使得座椅上板與座椅下板之間形成間隙空間，導(dǎo)軌槽設(shè)置在座椅下板上。

所述滑塊板上設(shè)有凸起的固定塊，該固定塊上設(shè)有用于放置拉環(huán)的槽位。

所述大腿機構(gòu)包括大腿桿、拉伸彈簧和倒t型栓，大腿桿上部與大腿連接桿下部緊固連接，倒t型栓活動裝設(shè)在大腿桿下部，并且該倒t型栓的下部與膝關(guān)節(jié)機構(gòu)卡合連接，拉伸彈簧設(shè)在大腿桿內(nèi)，拉伸彈簧上端與鋼絲線固定連接、下端與倒t型栓固定連接，鋼絲線上端穿過大腿桿、大腿連接桿與拉環(huán)連接。

所述大腿連接桿下部插裝在大腿桿內(nèi)進行緊固連接，該大腿連接桿與大腿桿為伸縮結(jié)構(gòu)。

所述膝關(guān)節(jié)機構(gòu)包括膝關(guān)節(jié)外板、膝關(guān)節(jié)內(nèi)板、固定軸、直線槽、移動軸和曲線槽，膝關(guān)節(jié)外板上部設(shè)有與倒t型栓卡合限位的限位臺階卡位,曲線槽設(shè)置在膝關(guān)節(jié)內(nèi)板下部，膝關(guān)節(jié)外板內(nèi)設(shè)有安裝腔位，直線槽設(shè)置在膝關(guān)節(jié)外板上，膝關(guān)節(jié)內(nèi)板下部活動插裝在膝關(guān)節(jié)外板的安裝腔位內(nèi)，固定軸一端固定安裝在膝關(guān)節(jié)內(nèi)板上、另一端活動插裝在直線槽內(nèi)，移動軸一端固定在膝關(guān)節(jié)外板上、另一端活動插裝在曲線槽內(nèi)，膝關(guān)節(jié)內(nèi)板與大腿桿下部緊固連接，膝關(guān)節(jié)外板通過固定軸和移動軸相對于膝關(guān)節(jié)內(nèi)板沿人體矢狀面方向轉(zhuǎn)動。

所述膝關(guān)節(jié)內(nèi)板上部設(shè)有插槽，倒t型栓活動設(shè)在該插槽內(nèi)。

所述小腿機構(gòu)包括小腿外桿、小腿彈性連接件、小腿內(nèi)桿和足底件，小腿外桿上部與膝關(guān)節(jié)外板緊固連接，小腿內(nèi)桿上部插裝入小腿外桿中，小腿彈性連接件裝設(shè)在小腿外桿內(nèi)，并且該小腿彈性連接件上部與小腿外桿活動連接，小腿彈性連接件下部與小腿內(nèi)桿緊固連接，小腿內(nèi)桿下部與足底件緊固連接，小腿外桿下端裝接有踝關(guān)節(jié)綁帶。

所述小腿彈性連接件包括調(diào)節(jié)套筒、v型彈簧、支撐彈簧、彈簧底座和移動銷，v型彈簧嵌裝在調(diào)節(jié)套筒內(nèi)，調(diào)節(jié)套筒側(cè)壁設(shè)有通孔，該通孔處裝設(shè)有與v型彈簧連接的按壓鍵，小腿外桿上設(shè)有排孔，該按壓鍵卡裝在排孔中，調(diào)節(jié)套筒底面設(shè)有下端軸，該下端軸活動插裝入彈簧底座內(nèi)，彈簧底座側(cè)壁設(shè)有限位槽，移動銷一端固定裝設(shè)在下端軸側(cè)壁、另一端活動插裝在限位槽中，支撐彈簧套裝在下端軸上，該支撐彈簧上端抵頂著調(diào)節(jié)套筒底面、下端抵頂著彈簧底座上端面，彈簧底座與小腿內(nèi)桿緊固連接。

所述足底件的底面設(shè)為弧形狀，并且該足底件的底面中間位置為弧形凸出的最高位置。

本發(fā)明在步態(tài)支撐相膝關(guān)節(jié)自鎖并支撐人體體重、在步態(tài)擺動相膝關(guān)節(jié)解鎖并跟隨人體屈曲，膝關(guān)節(jié)自鎖、解鎖的動作可自動根據(jù)步態(tài)相位進行切換，無需人手控制，有效減輕膝關(guān)節(jié)退行性關(guān)節(jié)炎患者行走時產(chǎn)生的膝關(guān)節(jié)疼痛。

附圖說明

附圖1為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本發(fā)明座椅機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本發(fā)明座椅機構(gòu)的限位鉤和拉環(huán)限位勾住的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4為本發(fā)明大腿機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5為本發(fā)明大腿機構(gòu)的分解結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6為本發(fā)明膝關(guān)節(jié)自鎖時立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖7為本發(fā)明膝關(guān)節(jié)解鎖時立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖8為本發(fā)明小腿機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖9為本發(fā)明小腿機構(gòu)的小腿彈性連接件的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖10為本發(fā)明小腿機構(gòu)的小腿彈性連接件的局部分解結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖11為本發(fā)明行走狀態(tài)示意圖。

具體實施方式

為能進一步了解本發(fā)明的特征、技術(shù)手段以及所達(dá)到的具體目的、功能，下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細(xì)描述。

如附圖1、2、3和11所示，本發(fā)明揭示了一種基于步態(tài)相位自解鎖的被動式體重支撐外骨骼裝置，包括座椅機構(gòu)1和設(shè)置在座椅機構(gòu)1兩側(cè)的支撐機構(gòu)，該支撐機構(gòu)包括大腿機構(gòu)2、膝關(guān)節(jié)機構(gòu)3和小腿機構(gòu)4，所述座椅機構(gòu)1包括弧形的座椅101、滑塊板102、大腿連接桿104、滑輪103、限位鉤105和拉環(huán)106，限位鉤呈l型，限位鉤105安裝在座椅101底面，座椅101內(nèi)設(shè)有導(dǎo)軌槽1014，滑輪103通過螺桿與滑塊板102固定安裝，滑輪103活動卡裝在座椅101的導(dǎo)軌槽1014內(nèi)，拉環(huán)106活動設(shè)在滑塊板102側(cè)面，大腿連接桿104上部與滑塊板102轉(zhuǎn)動連接，使得該大腿連接桿相對于滑塊板沿人體冠狀面方向轉(zhuǎn)動；大腿機構(gòu)與大腿連接桿緊固連接，拉環(huán)106通過鋼絲線202與大腿機構(gòu)連接；大腿機構(gòu)下部與膝關(guān)節(jié)機構(gòu)上部緊固連接，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)下部與小腿機構(gòu)緊固連接，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)帶動小腿機構(gòu)相對于大腿機構(gòu)沿人體矢狀面方向轉(zhuǎn)動?；喭ǔO(shè)置多個，以保證滑動時的穩(wěn)定性?；瑝K板上設(shè)有凸起的固定塊107，該固定塊上設(shè)有用于放置拉環(huán)的槽位。通過設(shè)置限位鉤在弧形的座椅的底面的位置，可以進行自角鎖臨界角度的靈活調(diào)節(jié)安裝。在髖關(guān)節(jié)角度大于自解鎖臨界角度時拉環(huán)106與限位鉤105脫離，如附圖2所示；在髖關(guān)節(jié)角度小于自解鎖臨界角度時拉環(huán)106被限位鉤105限制、勾住，拉環(huán)被推動脫離原來的初始位置，如附圖3所示。

滑塊板102在雙弧形導(dǎo)軌座椅101上滑動時的轉(zhuǎn)動中心恰好是人體髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心，實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)矢狀面的屈曲/伸直。大腿連接桿與滑動板的轉(zhuǎn)動連接，則實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收的自由度。滑塊板上設(shè)有卡槽位，大腿連接桿上部卡裝在該卡槽位中然后通過銷釘轉(zhuǎn)動連接，確保大腿連接桿相對于滑塊板在人體冠狀面方向轉(zhuǎn)動。人坐在座椅機構(gòu)上，兩條腿分別與兩個小腿機構(gòu)綁緊，從而在一前一后的行走時，滑輪在座椅的導(dǎo)軌槽內(nèi)來回滾動，帶動滑塊板來回移動，從而實現(xiàn)大腿機構(gòu)、小腿機構(gòu)在人體矢狀面方向的移動。

所述座椅101包括弧形的座椅上板1011和座椅下板1012，座椅下板1012兩端設(shè)有座椅支撐側(cè)板1013，座椅上板1011兩端安裝在該座椅支撐側(cè)板1013上，使得座椅上板1011與座椅下板1012之間形成間隙空間，導(dǎo)軌槽1014設(shè)置在座椅下板1012上。

如附圖4和5所示，所述大腿機構(gòu)包括大腿桿201、拉伸彈簧203和倒t型栓204，大腿桿201上部與大腿連接桿104下部緊固連接，倒t型栓204活動裝設(shè)在大腿桿201下部，并且該倒t型栓204的下部與膝關(guān)節(jié)機構(gòu)3卡合連接，拉伸彈簧203設(shè)在大腿桿201內(nèi)，拉伸彈簧203上端與鋼絲線202固定連接、下端與倒t型栓204固定連接，鋼絲線上端穿過大腿桿、大腿連接桿與拉環(huán)連接。倒t型栓利用其自身的重力而下落與膝關(guān)節(jié)機構(gòu)卡合安裝。當(dāng)滑塊板在座椅內(nèi)移動過程中限位鉤勾住拉環(huán)時，鋼絲線被向上拉出，同時拉動拉伸彈簧和倒t型栓，使倒t型栓向上移動，實現(xiàn)倒t型栓與膝關(guān)節(jié)的解鎖。倒t型栓的底部橫向凸出于大腿桿，確保倒t型栓在被向上拉伸時最終會被大腿桿201的底部端面限位。

另外，大腿連接桿104下部插裝在大腿桿201內(nèi)進行緊固連接，該大腿連接桿與大腿桿為伸縮結(jié)構(gòu)。可以通過在大腿連接桿104側(cè)壁設(shè)置若干個調(diào)節(jié)孔，利用調(diào)節(jié)球珠的形式與大腿桿201形成連接，實現(xiàn)大腿桿與大腿連接桿之間的伸縮調(diào)節(jié)，實現(xiàn)長度可調(diào)的目的，擴大適用范圍。

如附圖6和7所示，所述膝關(guān)節(jié)機構(gòu)3包括膝關(guān)節(jié)外板301、膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302、固定軸303、直線槽304、移動軸305和曲線槽306，膝關(guān)節(jié)外板301上部設(shè)有與倒t型栓204卡合限位的限位臺階卡位307,曲線槽306設(shè)置在膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302下部，膝關(guān)節(jié)外板301內(nèi)設(shè)有安裝腔位308，直線槽304設(shè)置在膝關(guān)節(jié)外板301上，膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302下部活動插裝在膝關(guān)節(jié)外板301的安裝腔位308內(nèi)，固定軸303一端固定安裝在膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302上、另一端活動插裝在直線槽304內(nèi)，使得固定軸303在膝關(guān)節(jié)外板301的直線槽304中可以上下滑動，移動軸305一端固定在膝關(guān)節(jié)外板301上、另一端活動插裝在曲線槽306內(nèi)，使得移動軸305可在曲線槽306內(nèi)移動，從而實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302和膝關(guān)節(jié)外板301之間的相對轉(zhuǎn)動。膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302與大腿桿201下部緊固連接，膝關(guān)節(jié)外板301通過固定軸和移動軸相對于膝關(guān)節(jié)內(nèi)板沿人體矢狀面方向轉(zhuǎn)動。膝關(guān)節(jié)內(nèi)板上部設(shè)有插槽，倒t型栓活動設(shè)在該插槽內(nèi)。

在步態(tài)支撐相初期、擺動相末期，人體的膝關(guān)節(jié)伸直，倒t型栓204的底部在自身重力作用下卡住膝關(guān)節(jié)外板301的限位臺階卡位307，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)自鎖，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)穩(wěn)定傳遞人體重力到地面，此時膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302和膝關(guān)節(jié)外板301相互鎖定，無法相對轉(zhuǎn)動。在步態(tài)支撐相末期、擺動相初期，人體髖關(guān)節(jié)角度小于自解鎖臨界角度時，拉環(huán)106被限位鉤105限制、勾住，拉環(huán)106拉動鋼絲線202，鋼絲線202向上拉動拉伸彈簧203，拉伸彈簧203拉起倒t型栓204，倒t型栓204的底部與膝關(guān)節(jié)外板301的限位臺階卡位307脫開、解鎖，依靠固定軸在直線槽內(nèi)的滑動和移動軸在曲線槽內(nèi)的滑動，膝關(guān)節(jié)外板301和膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302之間可自由轉(zhuǎn)動，膝關(guān)節(jié)屈曲、下肢前擺，完成擺動相。然后周期性地重復(fù)在步態(tài)支撐相初期自鎖、在擺動相初期解鎖的動作。

如附圖8、9和10所示，小腿機構(gòu)4包括小腿外桿401、小腿彈性連接件402、小腿內(nèi)桿403和足底件404，小腿外桿401上部與膝關(guān)節(jié)外板301緊固連接，小腿內(nèi)桿403上部插裝入小腿外桿401中，小腿彈性連接件402裝設(shè)在小腿外桿401內(nèi)，并且該小腿彈性連接件402上部與小腿外桿401活動連接，小腿彈性連接件402下部與小腿內(nèi)桿403緊固連接，小腿內(nèi)桿403下部與足底件404緊固連接，小腿外桿401下端裝接有踝關(guān)節(jié)綁帶405。

所述小腿彈性連接件402包括調(diào)節(jié)套筒406、v型彈簧407、支撐彈簧408、彈簧底座409和移動銷410，v型彈簧407嵌裝在調(diào)節(jié)套筒406內(nèi)，調(diào)節(jié)套筒406側(cè)壁設(shè)有通孔411，該通孔411處裝設(shè)有與v型彈簧407連接的按壓鍵412，利用v型彈簧，按下按壓鍵后，按壓鍵會受到v型彈簧的回復(fù)彈力而自動復(fù)位，方便調(diào)節(jié)。小腿外桿401上設(shè)有排孔413，該按壓鍵412卡裝在排孔413中，調(diào)節(jié)套筒406底面設(shè)有下端軸414，該下端軸414活動插裝入彈簧底座409內(nèi)，彈簧底座409側(cè)壁設(shè)有限位槽415，移動銷410一端固定裝設(shè)在下端軸414側(cè)壁、另一端活動插裝在限位槽415中，移動銷410可在限位槽415中滑動移位，支撐彈簧408套裝在下端軸414上，該支撐彈簧408上端抵頂著調(diào)節(jié)套筒406底面、下端抵頂著彈簧底座409上端面，彈簧底座409與小腿內(nèi)桿403緊固連接。通過彈性連接件，可實現(xiàn)小腿外桿與小腿內(nèi)桿之間的伸縮調(diào)節(jié)，實現(xiàn)長度可調(diào)的目的，擴大適用范圍。利用支撐彈簧408頂在調(diào)節(jié)套筒406和彈簧底座409之間，起到在人體步態(tài)支撐相承受體重時間距減小、產(chǎn)生支撐力、支撐人體體重的作用。通過在小腿外桿401上設(shè)置多個排孔，從而方便調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)套筒406與小腿外桿401的相對高低位置。

另外，足底件的底面設(shè)為弧形狀，并且該足底件的底面中間位置為弧形凸出的最高位置。使足底件形成“中間高凸、足跟低凹”的形狀，有利于在外骨骼支撐人體體重時產(chǎn)生膝關(guān)節(jié)自鎖的扭矩，有利于膝關(guān)節(jié)自身結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定自鎖。

本發(fā)明中，人體坐在座椅機構(gòu)中的座椅上，踝關(guān)節(jié)綁帶可采用尼龍搭扣的方式綁緊，將踝關(guān)節(jié)穩(wěn)定地緊扣人體踝關(guān)節(jié)，足底貼緊在足底件上。

使用時，整個裝置跟隨人體下肢一起行走，周期性地完成完整的步態(tài)，包括支撐相和擺動相。步態(tài)支撐相的過程是：髖關(guān)節(jié)前擺、膝關(guān)節(jié)伸直，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)被鎖死，膝關(guān)節(jié)中的膝關(guān)節(jié)內(nèi)板和膝關(guān)節(jié)外板相對固定無法轉(zhuǎn)動，即倒t型栓的底部卡裝在膝關(guān)節(jié)外板的限位臺階卡位中。髖關(guān)節(jié)逐漸后擺，突出的弧形足底壓在地面上，小腿外桿中的支撐彈簧被壓縮產(chǎn)生支撐力支撐人體體重。此狀態(tài)下，滑塊板在座椅上的導(dǎo)軌槽內(nèi)移動時，髖關(guān)節(jié)角度大于自解鎖臨界角度，限位鉤與拉環(huán)相互脫離不接觸。

接著進入步態(tài)擺動相，過程是：髖關(guān)節(jié)后擺，隨著滑塊板的移動，使得髖關(guān)節(jié)角度小于自解鎖臨界角度，拉環(huán)被限位鉤勾住限制，并且隨著滑塊板的進一步移動，拉環(huán)拉動鋼絲線，鋼絲線向上拉動拉伸彈簧，拉伸彈簧向上拉起倒t型栓，倒t型栓的底部與膝關(guān)節(jié)外板的限位臺階卡位脫開、解鎖，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)解鎖，此時膝關(guān)節(jié)中的膝關(guān)節(jié)內(nèi)板和膝關(guān)節(jié)外板可以自由轉(zhuǎn)動，膝關(guān)節(jié)自由屈曲，髖關(guān)節(jié)前擺，準(zhǔn)備進入下一個步態(tài)的支撐相。通過大腿連接桿與滑塊板的相對轉(zhuǎn)動，則可以實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收的自由度。

需要說明的是，以上所述并非是對本發(fā)明的限定，在不脫離本發(fā)明的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。