本發(fā)明涉及到一種下肢助力器械，尤其是一種便攜式髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)。

背景技術(shù)：

髖關(guān)節(jié)作為人體下肢重要關(guān)節(jié)，支撐著整個軀干的重量，其所承受的生理壓力比其他關(guān)節(jié)大得多，它的健康狀態(tài)直接影響人的日常活動，比如行走、跑步以及跳躍等等，正因為如此，髖關(guān)節(jié)在日常生活里都是處于高負荷運行的，髖關(guān)節(jié)過度疲勞甚至損傷會帶來各種各樣的病變，老年人的髖關(guān)節(jié)隨著年齡的增長和肌肉強度的下降，其關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩不足以滿足正常運動的需要，而髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)則可以通過給老年人髖關(guān)節(jié)施加合理的外部轉(zhuǎn)矩，以彌補老年人自身輸出轉(zhuǎn)矩的不足，輔助其運動。

髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)主要采用電機驅(qū)動、液壓驅(qū)動或氣壓驅(qū)動，目前很多髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)采用液壓或氣壓驅(qū)動方式，但是由于液壓或氣壓驅(qū)動方式具有噪聲大，污染多，行程短，控制精度不高等缺點，使得髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)結(jié)構(gòu)復雜，體積龐大，穿戴麻煩，與人體耦合性能差，此外市場上已有的助力外骨骼大多設計控制復雜，價格昂貴，所以迫切需要一款結(jié)構(gòu)簡單、控制方便、穿戴舒適且符合大眾消費水平的髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的問題就是提供一種基于電機驅(qū)動、為患者髖關(guān)節(jié)提供額外轉(zhuǎn)矩的便攜式髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)，要求該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕便，安全可控且實用經(jīng)濟價值高。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：

一種便攜式髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)，包括控制箱、支架連接桿、背部支架板、腰帶、右側(cè)腰部支架、腰部調(diào)整機構(gòu)、左側(cè)腰部支架、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)、連接件、第一大腿連桿和第二大腿連桿；

所述左側(cè)腰部支架和右側(cè)腰部支架結(jié)構(gòu)相同且均為L形結(jié)構(gòu)；所述左側(cè)腰部支架和右側(cè)腰部支架一端的豎直外側(cè)面和下水平側(cè)面上均布螺紋孔E，另一端端面上設置有帶有螺紋的連接軸；

所述左側(cè)腰部支架和右側(cè)腰部支架的一端均通過連接法蘭分別固定連接在腰部調(diào)整機構(gòu)兩側(cè)；另一端上的連接軸均通過第一緊固螺母與髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)中的外殼頂部開設的螺紋孔A螺紋相連接；

所述連接件一端與髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)中的輸出法蘭上開設有螺紋孔B螺紋連接；另一端與第一大腿連桿通過第二緊固螺母螺紋相連接；所述第一大腿連桿下端開設有導軌；且導軌上開設有若干圓通孔C；所述第二大腿連桿安裝在第一大腿連桿開設的導軌內(nèi)，并通過螺栓固定；所述第一大腿連桿、第二大腿連桿上分別設置有第一大腿綁帶、第二大腿綁帶；

所述左側(cè)腰部支架和右側(cè)腰部支架豎直外側(cè)面均分別通過螺釘D緊固連接背部支架板，且背部支架板與左側(cè)腰部支架、右側(cè)腰部支架均垂直，上下兩個平行的支架連接桿的兩端分別與左側(cè)腰部支架和右側(cè)腰部支架側(cè)面上的背部支架板螺紋連接；

所述控制箱通過鎖扣懸掛在支架連接桿上，腰帶穿過背部支架板中間的套孔。

進一步的，所述連接法蘭為方形，且上面均布有螺紋孔I；所述腰部調(diào)整機構(gòu)與右側(cè)腰部支架并列分布；所述連接法蘭置于腰部調(diào)整機構(gòu)與右側(cè)腰部支架的下表面；所述連接法蘭通過螺紋孔I與腰部調(diào)整機構(gòu)一端螺釘連接，與右側(cè)腰部支架下水平側(cè)面上均布螺紋孔E也通過螺釘連接。

進一步的，所述的腰部調(diào)整機構(gòu)包括第一螺紋底座、螺紋套筒、第二螺紋底座、第一螺紋桿及第二螺紋桿；所述第一螺紋桿一端安裝在第一螺紋底座內(nèi)，另一端安裝在螺紋套筒內(nèi)；所述第二螺紋桿一端安裝在第二螺紋底座內(nèi)，另一端安裝在螺紋套筒內(nèi)。

更進一步的，所述的髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)包括絕對式編碼器、盤式電機、諧波減速器、扭力傳感器、輸出軸、鍵、輸出法蘭、外殼、定位軸承、墊圈和軸承端蓋；所述盤式電機尾部安裝有絕對式編碼器；所述盤式電機輸出端與諧波減速器相連接；所述輸出軸上依次設置有諧波減速器、扭力傳感器、輸出法蘭和外殼；其中，所述輸出法蘭與輸出軸通過鍵連接；所述定位軸承一側(cè)通過墊圈和軸承端蓋密封。

進一步的，所述外殼與限位擋塊螺栓聯(lián)接；所述外殼軸向兩側(cè)均勻分布多個通孔F，限位擋塊上與通孔F相對應處均開設有通孔H；所述限位擋塊采用曲面造型。

進一步的，所述腰帶上均勻分布腰部寬度調(diào)節(jié)孔O，腰帶外側(cè)以硬質(zhì)皮革做面，內(nèi)側(cè)襯有柔軟材料。

進一步的，所述支架連接桿、背部支架板、右側(cè)腰部支架、腰部調(diào)整機構(gòu)、左側(cè)腰部支架、連接法蘭、外殼、第一大腿連桿及第二大腿連桿的材質(zhì)均為碳纖維，且與人體接觸的部位襯有柔軟材料。

進一步的，所述的控制箱用于裝載電池和輔助控制系統(tǒng)，且輔助控制系統(tǒng)設置急停按鈕。

本發(fā)明的有益效果是：采用盤式電機和諧波減速器驅(qū)動，控制精度準確，其最大特點就是薄，一般電機的轉(zhuǎn)子和定子是里外套裝的，而盤式電機定子在平的基板上，轉(zhuǎn)子是蓋在定子上的，因此盤式電機和諧波減速器驅(qū)動對于要求結(jié)構(gòu)緊湊的機構(gòu)來說是理想的驅(qū)動方式；所述的髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)的框架結(jié)構(gòu)材質(zhì)均為碳纖維，其強度高、剛性好、質(zhì)量輕，采用蓄電池供電，使得本發(fā)明具有良好的便攜性，不受行動范圍限制，適合老年人日常穿戴；驅(qū)動機構(gòu)的外殼上設有具有保護功能的限位擋塊且輔助控制系統(tǒng)設置急停按鈕，患者可根據(jù)自身情況設置安全的屈曲角度范圍，安全可控；結(jié)合人體仿生學原理，該髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)每側(cè)髖關(guān)節(jié)采用兩個自由度，腰部調(diào)整機構(gòu)和大腿長度調(diào)整機構(gòu)保證不同患者的髖關(guān)節(jié)旋轉(zhuǎn)中心與該機構(gòu)旋轉(zhuǎn)中心重合，不但結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，而且能滿足人們基本使用要求，適合工業(yè)生產(chǎn)和大規(guī)模推廣。

附圖說明

圖1是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)背面示意圖；

圖3是本發(fā)明腰部調(diào)整機構(gòu)結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明驅(qū)動機構(gòu)爆炸圖；

圖5是本發(fā)明左側(cè)腰部支架結(jié)構(gòu)圖；

圖6是本發(fā)明實施方式流程圖。

圖中：

1-控制箱、2-支架連接桿、3-背部支架板、4-腰帶、5-右側(cè)腰部支架、6-腰部調(diào)整機構(gòu)、7-左側(cè)腰部支架、8-連接法蘭、9-第一緊固螺母、10-髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)、11-連接件、12-第二緊固螺母、13-第一大腿連桿、14-第二大腿連桿、15-第一大腿綁帶、16-第二大腿綁帶、17-連接軸、61-第一螺紋底座、62-螺紋套筒、63-第二螺紋底座、64-第一螺紋桿、65-第二螺紋桿、101-絕對式編碼器、102-盤式電機、103-諧波減速器、104-扭力傳感器、105-輸出軸、106-鍵、107-輸出法蘭、108-外殼、109-限位擋塊、110-定位軸承、111-墊圈、112-軸承端蓋。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

一種便攜式髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)，包括控制箱1、支架連接桿2、背部支架板3、腰帶4、右側(cè)腰部支架5、腰部調(diào)整機構(gòu)6、左側(cè)腰部支架7、髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10、連接件11、第一大腿連桿13和第二大腿連桿14；

所述左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5結(jié)構(gòu)相同且均為L形結(jié)構(gòu)；所述左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5一端的豎直外側(cè)面和下水平側(cè)面上均布螺紋孔E，另一端端面上設置有帶有螺紋的連接軸17；

所述左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5的一端均通過連接法蘭8分別固定連接在腰部調(diào)整機構(gòu)6兩側(cè)；另一端上的連接軸17均通過第一緊固螺母9與髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10中的外殼108頂部開設的螺紋孔A螺紋相連接；

所述連接件11一端與髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10中的輸出法蘭107上開設有螺紋孔B螺紋連接；另一端與第一大腿連桿13通過第二緊固螺母12螺紋相連接；所述第一大腿連桿13下端開設有導軌；且導軌上開設有若干圓通孔C；所述第二大腿連桿14安裝在第一大腿連桿13開設的導軌內(nèi)，并通過螺栓固定；所述第一大腿連桿13、第二大腿連桿14上分別設置有第一大腿綁帶15、第二大腿綁帶16；

所述左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5豎直外側(cè)面均分別通過螺釘D緊固連接背部支架板3，且背部支架板3與左側(cè)腰部支架7、右側(cè)腰部支架5均垂直，上下兩個平行的支架連接桿2的兩端分別與左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5側(cè)面上的背部支架板3螺紋連接；

所述控制箱1通過鎖扣懸掛在支架連接桿2上，腰帶4穿過背部支架板3中間的套孔。

其中，所述連接法蘭8為方形，且上面均布有螺紋孔I；所述腰部調(diào)整機構(gòu)6與右側(cè)腰部支架5并列分布；所述連接法蘭8置于腰部調(diào)整機構(gòu)6與右側(cè)腰部支架5的下表面；所述連接法蘭8通過螺紋孔I與腰部調(diào)整機構(gòu)6一端螺釘連接，與右側(cè)腰部支架5下水平側(cè)面上均布螺紋孔E也通過螺釘連接。腰部調(diào)整機構(gòu)6包括第一螺紋底座61、螺紋套筒62、第二螺紋底座63、第一螺紋桿64及第二螺紋桿65；所述第一螺紋桿64一端安裝在第一螺紋底座61內(nèi)，另一端安裝在螺紋套筒62內(nèi)；所述第二螺紋桿65一端安裝在第二螺紋底座63內(nèi)，另一端安裝在螺紋套筒62內(nèi)。所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10包括絕對式編碼器101、盤式電機102、諧波減速器103、扭力傳感器104、輸出軸105、鍵106、輸出法蘭107、外殼108、定位軸承110、墊圈111和軸承端蓋112；所述盤式電機102尾部安裝有絕對式編碼器101；所述盤式電機102輸出端與諧波減速器103相連接；所述輸出軸105上依次設置有諧波減速器103、扭力傳感器104、輸出法蘭107和外殼108；其中，所述輸出法蘭107與輸出軸105通過鍵106連接；所述定位軸承110一側(cè)通過墊圈111和軸承端蓋112密封。

所述外殼108與限位擋塊109螺栓聯(lián)接；所述外殼108軸向兩側(cè)均勻分布多個通孔F，限位擋塊109上與通孔F相對應處均開設有通孔H；所述限位擋塊109采用曲面造型。所述腰帶4上均勻分布腰部寬度調(diào)節(jié)孔O，腰帶4外側(cè)以硬質(zhì)皮革做面，內(nèi)側(cè)襯有柔軟材料。所述支架連接桿2、背部支架板3、右側(cè)腰部支架5、腰部調(diào)整機構(gòu)6、左側(cè)腰部支架7、連接法蘭8、外殼108、第一大腿連桿13及第二大腿連桿14的材質(zhì)均為碳纖維，且與人體接觸的部位襯有柔軟材料。所述控制箱1用于裝載電池和輔助控制系統(tǒng)，且輔助控制系統(tǒng)設置急停按鈕。

參閱圖1、圖2、圖5，在本發(fā)明實例中，一種便攜式髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)，左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5結(jié)構(gòu)相同且均為L形結(jié)構(gòu)，左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5豎直外側(cè)面和下水平側(cè)面均布螺紋孔E，另一端端面上設置有帶有螺紋的連接軸17；左側(cè)腰部支架7和右側(cè)腰部支架5一端通過連接法蘭8固定連接在腰部調(diào)整機構(gòu)6兩側(cè)，且該端側(cè)面通過螺釘D緊固連接兩塊背部支架板3，且兩塊背部支架板3與左側(cè)腰部支架7、右側(cè)腰部支架5垂直，上下兩個平行的支架連接桿2螺紋連接在背部支架板3上，控制箱1通過鎖扣懸掛在支架連接桿2上，腰帶4穿過背部支架板3中間的套孔；髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10位于腰部支架下側(cè)，并與左側(cè)腰部支架7、右側(cè)腰部支架5另一端小徑連接軸17螺栓連接，此處具有一個被動的內(nèi)收外展自由度，目的是提高該穿戴機構(gòu)與人體的耦合性，第一緊固螺母9保證髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10不發(fā)生軸向滑動，且髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10提供本機構(gòu)的第二個自由度，即髖關(guān)節(jié)的屈伸運動；第一大腿連桿13、第二大腿連桿14、第一大腿綁帶15及第二大腿綁帶16構(gòu)成髖關(guān)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)，第一大腿連桿13、輸出法蘭107分別與連接件11緊固連接，第二緊固螺母12保證髖關(guān)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)不發(fā)生軸向滑動，第一大腿綁帶15及第二大腿綁帶16固定鉚接在第一大腿連桿13、第二大腿連桿14上。

在本實施例中，患者先穿戴該髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)，根據(jù)自身情況，調(diào)節(jié)腰部調(diào)整機構(gòu)6以改變該穿戴機構(gòu)的腰圍尺寸，參閱圖3，腰部調(diào)整機構(gòu)6包括第一螺紋底座61、螺紋套筒62、第二螺紋底座63、第一螺紋桿64及第二螺紋桿65，第一螺紋底座61、螺紋套筒62、第二螺紋底座63內(nèi)孔帶有螺紋，且螺紋旋向相同；第一螺紋桿64及第二螺紋桿65外表面車有螺紋，且螺紋旋向與第一螺紋底座61、螺紋套筒62、第二螺紋底座63相反，因此以某個力旋轉(zhuǎn)螺紋套筒63時，第一螺紋桿64及第二螺紋桿65在反向螺旋力的作用下同時內(nèi)縮或外伸，以改變該機構(gòu)的腰圍尺寸，使該穿戴機構(gòu)良好的貼合人體；腰帶4上均勻分布的調(diào)節(jié)孔O，患者根據(jù)自身情況調(diào)節(jié)腰帶4，目的使該穿戴機構(gòu)與人體緊密接觸，在使用過程中不發(fā)生滑移等狀況，腰帶4外側(cè)以硬質(zhì)皮革做面，內(nèi)側(cè)襯有柔軟材料，內(nèi)側(cè)柔軟材料為了使患者穿戴舒適，外側(cè)硬質(zhì)皮革使腰帶4堅固牢靠，柔性材料可采用高檔醫(yī)用棉、海綿墊等。

在本實施例中，參閱圖4、圖6，所述的髖關(guān)節(jié)驅(qū)動機構(gòu)10均是由依次安裝的絕對式編碼器101、盤式電機102、諧波減速器103、扭力傳感器104、輸出軸105、輸出法蘭107、外殼108、定位軸承110、墊圈111及軸承端蓋112，其中，盤式電機102尾部安裝有絕對式編碼器101，其目的將檢測的關(guān)節(jié)實時轉(zhuǎn)角或速度轉(zhuǎn)換為電信號；扭力傳感器104安裝在諧波減速器103上，目的是檢測髖關(guān)節(jié)的扭矩信號；定位軸承110保證輸出軸105轉(zhuǎn)動時受到徑向力干擾時能保持同軸傳動。扭力傳感器104、絕對式編碼器101與輔助控制系統(tǒng)電性連接；輸出法蘭107與輸出軸105通過鍵106同步連接。當患者髖關(guān)節(jié)屈曲時，絕對式編碼器101和扭力傳感器104檢測到轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)矩的變化，將轉(zhuǎn)角、轉(zhuǎn)矩信號轉(zhuǎn)換為電信號傳送到輔助控制系統(tǒng)，然后驅(qū)動盤式電機102直至預設角度停止，輔助髖關(guān)節(jié)運動，提供大約50％的轉(zhuǎn)矩；當患者髖關(guān)節(jié)伸展時，根據(jù)絕對式編碼器101和扭力傳感器104檢測的信號，電機停止轉(zhuǎn)動或者電機反向轉(zhuǎn)動。

在本實施例中，所述的外殼108兩側(cè)均勻分布多個通孔F，限位擋塊109采用曲面造型，并均勻分布多個通孔H，外殼108與限位擋塊109使用普通螺栓聯(lián)接，患者根據(jù)自身情況改變限位擋塊109的連接位置，選擇合理的屈伸角度范圍，限位擋塊109目的是保證患者安全，避免該髖關(guān)節(jié)助力機構(gòu)由于失控造成人身傷害。

在本實施例中，所述的髖關(guān)節(jié)執(zhí)行機構(gòu)的第一大腿連桿13、第二大腿連桿14上均勻分布多個調(diào)節(jié)通孔C，第一大腿連桿13與第二大腿連桿14使用普通螺栓聯(lián)接，患者可根據(jù)自身條件選擇大腿桿長度。

在本實施例中，所述的支架連接桿2、背部支架板3、右側(cè)腰部支架5、腰部調(diào)整機構(gòu)6、左側(cè)腰部支架7、連接法蘭8、外殼108、第一大腿連桿13及第二大腿連桿14的材質(zhì)均為碳纖維，且與人體接觸的部位襯有柔軟材料。選擇碳纖維材質(zhì)是為了使整套機構(gòu)質(zhì)量輕便，不會給使用者施加額外負載，且碳纖維的強度也符合要求；內(nèi)側(cè)襯有柔軟材料為了使使用者穿戴舒適，減小機構(gòu)與人體的摩擦。

在本實施例中，所述的控制箱1用于裝載電池和輔助控制系統(tǒng)，且輔助控制系統(tǒng)設置急停按鈕。

本發(fā)明的描述中，未作特殊解釋的術(shù)語如“活動連接”、“固定”以及“連接”等均應做廣義理解，例如，“連接”可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是直接連接，也可以是通過中間媒介間接連接。對于本領域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

本發(fā)明雖然已經(jīng)給出了本發(fā)明的一些實施例，但是本領域的技術(shù)人員應當理解，在不脫離本發(fā)明精神的情況下，可以對本文的實施例進行改變。上述實施例只是示例性的，不應以本文的實施例作為本發(fā)明權(quán)利范圍的限定。