专利名称：一种轴对称电流变液阻尼膝关节矫形器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种轴对称电流变液阻尼膝关节矫形器，它适用于中风病人下肢的机能矫正，属于康复医疗器械技术领域。
背景技术：
卫生部统计资料显示，我国中风患病率达429 620/10万人，现有约500-600万
中风患者，约四分之三不同程度丧失劳动能力，重度致残者占40%。中风幸存者患者往往会受到不同程度的运动障碍和运动缺陷。这些运动障碍和缺陷严重影响了中风病人及家人的生活质量，使用一种便携式的下肢运动矫形器对中风病人的下肢运动的矫正和运动机能的康复有着很重要的意义。本实用新型在研究膝关节运动的基础上，利用谐波齿轮作为传动机构、电流变液 作为阻尼器，设计出了一种便携式的轴对称的膝关节矫形器
实用新型内容
[0004]目的本实用新型的目的在于提供一种轴对称电流变液阻尼膝关节矫形器，这种便携式的膝关节矫形器能够使得步态异常的中风病人得到长期的矫正，对提高病人的生活质量减轻家属的负担有很重要的作用。技术方案见图1，本实用新型包括三个部分电流变液的阻尼器部分，谐波齿轮传动部分以及与腿部连接的支架部分。其间关系是电流变液的阻尼器部分位于矫形器的最外侧，在控制系统的作用下产生可控的阻尼力矩；谐波齿轮传动部分位于矫形器中部，是传动和力矩放大机构，通过其柔轮和刚轮啮合作用将阻尼力矩放大输出；与腿部连接的支架部分是矫形器的支撑部分，谐波齿轮传动部分与其固连，谐波齿轮传动部分输出的力矩限制小腿支架的自由转动，从而实现限制膝关节过伸的目的。一、电流变液的阻尼器部分所述电流变液的阻尼器部分由阻尼器箱体、阻尼器端盖、转动电极、固定电极、大、小特氟龙轴套、转轴、铜质电刷以及连接阻尼器箱体和阻尼器端盖的螺栓螺母组成。固定电极通过类似花键连接的形式与阻尼器箱体固连。转轴一端设计成带键槽的孔与谐波齿轮传动部分的波发生器轴相连，另一端设计成内花键形式与转动电极相连，为减少摩擦增强密封效果，在转轴和阻尼器箱体结合的部位套上大特氟龙轴套。转动电极外端通过小特氟龙轴套与阻尼器端盖相连，小特氟龙轴套与阻尼器端盖粘合，在转动电极外套有铜质电刷。阻尼器端盖与阻尼器箱体通过螺栓螺母连接。电流变液的阻尼器部分通过外加电源的电压来控制电流变液体的粘度，产生可逆的、连续的变化阻尼力矩。该阻尼器箱体是双圆筒形结构，两端部各交叉设置有6个固定凸台；其功能是放置固定电极、转动电极和电流变液体，形成密封的空间。该阻尼器端盖是圆形结构，其形状与阻尼器箱体相对应；起密封作用。该转动电极是由四个同心圆环面组成的结构，转动电极的内一侧设计有类似花键的凸台，用于与转轴相连，外一侧设计为带孔的凸台用于连接阻尼器端盖、铜质电刷和小特氟龙轴套；其功能是给电流变液体施加电压，产生剪切力矩。该固定电极是由四个同心圆环面组成的结构，其中部有孔，沿孔四周对称分布四个切槽，用于与阻尼器箱体连接；其功能是为电流变液体提供电压。该大、小特氟龙轴套是圆筒形结构，其功能是密封和减小相对摩擦。该转轴是阶梯形结构，一端设计有带键槽的孔用于连接谐波齿轮传动部分的波发生器轴，另一端设计有类花键的孔用于与转动电极相连。该铜质电刷是圆筒形结构，圆筒的外侧面设计有沿径向的凸台；其功能是连接外部电源为转动电极供电。该螺栓螺母是按需选购的连接件。二、谐波齿轮传动部分所述谐波齿轮传动部分由波发生器、刚轮、抗弯环、柔轮部分、波发生器部箱体、柔轮部箱体、波发生器部端盖、柔轮部端盖和螺栓螺母组成。其间关系是波发生器中的波发生器轴是谐波齿轮传动部分的输入轴，与电流变液的阻尼器部分的转轴相连，将阻尼力矩作为输入力矩。波发生器的运动通过滚轮压迫抗弯环使得柔轮部分中的柔轮变形，柔轮齿压入刚轮产生轮齿的啮合作用，使得柔轮轴转动，最终将输入力矩放大后经柔轮轴输出。该波发生器是由波发生器轴、波发生器杆、滚轮、滚轮轴、轴承、螺母、圆螺母和圆螺母止动垫圈组成；该波发生器轴是阶梯轴形式，一端通过键与波发生器杆相连，另一端与电流变液的阻尼器部分的转轴相连，是谐波齿轮传动部分的输入轴。该波发生器杆是中间带孔两侧呈轴对称的机构，其功能是为了支持滚轮轴。该滚轮是中间带孔的圆盘状结构，起压迫抗弯环，使柔轮齿啮入刚轮齿的作用。该滚轮轴是圆柱状结构，起支持滚轮的作用。轴承选用合适的标准件，保证滚轮和滚轮轴间的相对运动。螺母、圆螺母、圆螺母止动垫圈是按需选用的标准件。该刚轮是标准的直齿内齿轮，齿轮外部周向上均匀分布有六个孔，用于与波发生器部箱体和柔轮部箱体连接。该抗弯环是无底圆筒状结构，筒外侧与柔轮内壁配合；其功能是保证波发生器的滚轮能均匀压迫柔轮。该柔轮部分由柔轮、柔轮轴、螺栓螺母组成。该柔轮是圆筒状结构，筒口外侧设计有轮齿，用与刚轮啮合，筒底有孔。该柔轮轴类似于螺栓形状，“螺帽”上均匀分布四个圆孔，用于与柔轮固定，柔轮轴的另一端设计有键槽。柔轮部分通过与刚轮的啮合将输入力矩放大输出。该波发生器部箱体为圆筒形结构，两端的周向上均匀分布有螺纹孔；其功能是支撑波发生器。该柔轮部箱体为圆筒形结构，两端的周向上均匀分布有螺纹孔；其功能是支持柔轮部分。该波发生器部端盖是中间带孔的圆盘状结构；起封闭作用。[0028]该柔轮部端盖是中间带孔的圆盘状结构，起封闭作用。该螺纹螺母是按需选用的标准件。三、与腿部连接的支架部分所述与腿部连接的支架部分是与人体下肢相连接的部分。考虑到矫形器能装在患者两侧的腿上使用，该部分设计成内外侧对称的形式。它是由大腿支架、小腿支架、大腿套、小腿套、夹具、轴承及固定用的螺钉组成。其间关系是夹具按预定位置固连在大、小腿支架上，大、小腿套分别固连在大、小腿支架上端部位置，轴承置于小腿支架圆孔内。该大腿支架一端呈圆盘状一端呈杆状，在杆的长度方向上分布有七对螺纹孔，圆盘状的一端上设计有凸台；其功能是与患者大腿连接，起支撑固定作用。该小腿支架一端呈圆筒状一端呈杆状，在杆的长度方向上分布有十对螺纹孔，圆筒状的一端在周向上分布有螺纹孔；其功能是固定谐波齿轮传动部分，连接患者小腿。 该大腿套是呈不封闭的环状结构，与腿接触侧附有柔性衬垫，起连接内外侧大腿支架和固定作用。该小腿套是呈不封闭的环状结构，与腿接触侧附有柔性衬垫，起连接内外侧小腿支架和固定作用。该夹具整体呈长方体状，与腿接触侧设计成弧形且附有柔性衬垫，夹具前后侧设计有环形的连接套；其功能是将大腿支架、小腿之架与之固定。该轴承是按需选用的标准件，其功能是保证大腿支架和小腿之架间的相对运动。该固定螺钉是按需选用的标准件。本实用新型的原理及工作流程如下本实用新型利用了电流变液体的电流变特性产生阻尼力矩和谐波齿轮机构的传动作用。它的电流变液的阻尼器部分连接到谐波齿轮传动部分，谐波齿轮传动部分再与支架部分固定。大、小腿支架分别与患者的大、小腿固定，膝关节的屈曲运动带动大、小腿的相对运动。电流变液阻尼部分的输出力矩有控制通过控制固定电极、转动电极的电压来控制。当膝关节过伸时，控制系统控制固定电极和转动电极间的电压增大，使阻尼力矩增大，阻尼力矩通过谐波齿轮传动部分放大输出到与柔轮轴相连的大腿支架，从而实现对膝关节过伸的限制。优点与功效本实用新型采用模块化便携式设计，能满足不同病人的需求。使用电流变液阻尼器能使得阻尼力矩发生连续的实时的变化，使得矫正力矩变化平稳，产生的冲击小。将谐波齿轮传动引入矫形器的设计能减轻矫形器的质量，增大系统的平稳性。支架的设计中采用了内外对称设计，使得矫形器能在左右腿使用，减轻了病人的经济负担；设计中还考虑了不同病人的个体差异，可以根据病人的实际情况设计腿的支架，而其他部分可以通用，增强了矫形器的舒适性和通用性。
图I本实用新型一种轴对称电流变液阻尼膝关节矫形器的结构示意图图2a电流变液阻尼器外形图图2b电流变液阻尼器内部剖视图图3a谐波齿轮传动部分外形图[0046]图3b谐波齿轮传动部分内部结构剖视图图3c波发生器结构示意图图3d柔轮部分结构示意图图4a支架部分结构示意图图4b单侧支架结构示意图图中符号说明如下A表示电流变液阻尼器部分，B表示谐波齿轮传动部分，C表示与腿部连接的支架 部分；I、阻尼器箱体；2、固定电极；3、转动电极；4、大特氟龙轴套；5、转轴；6、铜质电刷；7、小特氟龙轴套；8、阻尼器端盖；9、螺母；10、螺栓；11、波发生器部端盖；12、小密封圈；13、螺栓；14、波发生器部箱体；15、螺栓；16、波发生器轴承；17、波发生器轴；18、圆螺母止动挡圈；19、圆螺母；20、滚轮轴螺母；21、螺母(连接柔轮和柔轮轴用);22、螺栓(连接柔轮和柔轮轴用)；23、柔轮轴；24、柔轮轴轴承；25、大密封圈；26、柔轮部端盖；27、螺栓；28、柔轮部箱体；29、滚轮轴；30、波发生器杆；31、柔轮；32、滚轮；33、抗弯环；34、刚轮；35、滚轮轴承；36、柔轮轴挡圈；37、大腿套；38、螺钉；39、大腿支架；40、夹具；41、螺钉(固定夹具);42、轴承；43、小腿支架；44、小腿套；45、连接套。
具体实施方式
以下结合附图具体说明本实用新型的实施方法。见图1，本实用新型由三个部分组成电流变液的阻尼器部分A，谐波齿轮传动部分B，与腿部连接的支架部分C。其间关系是电流变液的阻尼器部分A位于矫形器的最外侧，在控制系统的作用下产生可控的阻尼力矩。谐波齿轮传动部分B位于矫形器中部，是传动和力矩放大机构，通过柔轮31和刚轮34啮合作用将阻尼力矩放大输出。与腿部连接的支架部分C是矫形器的支撑部分，谐波齿轮传动部分B与其固连，谐波齿轮传动部分B输出的力矩限制小腿支架43的自由转动，从而实现限制膝关节过伸的目的。所述电流变液的阻尼器部分A，见图2a、2b，由阻尼器箱体I阻尼器端盖8，转动电极3，固定电极2，大特氟龙轴套4，转轴5，铜质电刷6，小特氟龙轴套7，以及连接阻尼器箱体I和阻尼器端盖8的螺栓10螺母9组成。阻尼器箱体I和阻尼器端盖8通过螺栓10、螺母9连接形成一个相对封闭的环境。固定电极2固定在阻尼器箱体I上。转动电极3与转轴5通过类似花键连接，转轴5与阻尼器箱体I间设有大特氟龙轴套4，转动电极3通过小特氟龙轴套7与阻尼器端盖8相连接，在转动电极3的外侧环绕着铜质电刷6，用于给转动电极3供电。该电流变液的阻尼器部分A的电极电压是根据病人行走过程中膝关节运动情况监测控制的。所述谐波齿轮传动部分B,见图3a、3b,主要由波发生器部分，柔轮31,柔轮轴23,刚轮34，波发生器部箱体14、柔轮部箱体28、波发生器部端盖11、柔轮部端盖26等组成。其间关系是见图3c、3d，波发生器部分中的波发生器轴17是阻尼力矩的输入轴，通过键连接与阻尼器的转动轴5相连，深沟轴承16保证其与波发生器部箱体14的相对运动。波发生器杆30通过键与波发生器轴17相连，在波发生器杆30的两端对称的装配有滚轮32、滚轮轴29，滚轮轴29与滚轮32间装配有轴承35，保证滚轮轴29与滚轮32间的相对运动。在波发生器部分的末端通过圆螺母19和圆螺母止动挡圈圈18限制波发生器杆30的轴向运动。柔轮31通过四对螺栓22螺母21与柔轮轴23固连，柔轮轴23上装有柔轮轴轴承24保证柔轮轴23与柔轮部箱体28的相对运动。刚轮34介于波发生器部箱体14和柔轮部箱体28之间，通过螺栓15连接固连与波发生器部箱体14、柔轮部箱体28上，波发生器部分和柔轮部分同轴安装，在柔轮31的内侧安装有抗弯环33，当波发生器轴17转动时滚轮32压迫抗弯环33使得柔轮31的齿啮入刚轮34，从而使得柔轮轴23转动，将输入力矩放大后输出。波发生器部箱体14和柔轮部箱体28端面分别通过螺栓13螺栓27与波发生器部端盖
11、柔轮部端盖26连接。波发生器部端盖11与波发生器轴17结合部装有小密封圈12，柔轮部端盖26和柔轮轴23结合部装有大密封圈25。所述与腿部连接的支架部分C，见图4a，是与人体腿部相连接的结构，考虑到矫形器能在患者左右两腿上使用，该支架部分设计成内外侧对称的形式。每侧的支架，见图4b，由大腿支架39、小腿支架43组成，两者间的相对转动由安装在小腿支架43内的轴承42实现。内外侧通过大腿套37和小腿套44连接，大腿套37和小腿套44可以按病人腿的粗细 设计，腿套的内附有柔性衬垫，腿套外侧分别通过螺钉38螺钉41连接在大腿支架39和小腿支架43上。在大、小腿支架39、43上安装有夹具40，夹具40内侧附有柔性衬垫，夹具40上可以安装尼龙搭扣用于支架和腿的固定。大、小腿支架39、43上设计有多对螺钉孔，用于夹具40固定以满足不同病人的要求。夹具40前后侧设计有环形的连接套45 ;其功能是将大腿支架39、小腿之架43与之固定。
权利要求1.一种轴对称电流变液阻尼膝关节矫形器，其特征在于它由电流变液的阻尼器部分、谐波齿轮传动部分以及与腿部连接的支架部分构成，电流变液的阻尼器部分位于矫形器的最外侧，谐波齿轮传动部分位于矫形器中部，与腿部连接的支架部分与谐波齿轮传动部分固连； 所述电流变液的阻尼器部分由阻尼器箱体、阻尼器端盖、转动电极、固定电极、大、小特氟龙轴套、转轴、铜质电刷以及连接阻尼器箱体和阻尼器端盖的螺栓螺母组成；固定电极通过类似花键连接的形式与阻尼器箱体固连，转轴一端设计成带键槽的孔与谐波齿轮传动部分的波发生器轴相连，另一端设计成内花键形式与转动电极相连，在转轴和阻尼器箱体结合的部位套上大特氟龙轴套；转动电极外端通过小特氟龙轴套与阻尼器端盖相连，小特氟龙轴套与阻尼器端盖粘合，在转动电极外套有铜质电刷，阻尼器端盖与阻尼器箱体通过螺栓螺母连接；该阻尼器箱体是双圆筒形结构，两端部各交叉设置有6个固定凸台；该阻尼器端盖是圆形结构，其形状与阻尼器箱体相对应；该转动电极是由四个同心圆环面组成的结构，转动电极的内一侧设计有类似花键的凸台，用于与转轴相连，外一侧设计为带孔的凸台用于连接阻尼器端盖、铜质电刷和小特氟龙轴套；该固定电极是由四个同心圆环面组成的结构，其中部有孔，沿孔四周对称分布四个切槽，用于与阻尼器箱体连接；该大、小特氟龙轴套是圆筒形结构；该转轴是阶梯形结构，一端设计有带键槽的孔用于连接谐波齿轮传动部分的波发生器轴，另一端设计有类花键的孔用于与转动电极相连；该铜质电刷是圆筒形结构，圆筒的外侧面设有沿径向的凸台； 所述谐波齿轮传动部分由波发生器、刚轮、抗弯环、柔轮部分、波发生器部箱体、柔轮部箱体、波发生器部端盖、柔轮部端盖和螺栓螺母组成；波发生器中的波发生器轴与电流变液的阻尼器部分的转轴相连，波发生器的运动通过滚轮压迫抗弯环使柔轮部分中的柔轮变形，柔轮齿压入刚轮产生轮齿的啮合，使柔轮轴转动；该波发生器是由波发生器轴、波发生器杆、滚轮、滚轮轴、轴承、螺母、圆螺母和圆螺母止动垫圈组成；该波发生器轴是阶梯轴形式，一端通过键与波发生器杆相连，另一端与电流变液的阻尼器部分的转轴相连；该波发生器杆是中间带孔两侧呈轴对称的机构；该滚轮是中间带孔的圆盘状结构；该滚轮轴是圆柱状结构；该刚轮是标准的直齿内齿轮，齿轮外部周向上均匀分布有六个孔与波发生器部箱体和柔轮部箱体连接；该抗弯环是无底圆筒状结构，筒外侧与柔轮内壁配合；该柔轮部分由柔轮、柔轮轴和螺栓螺母组成；该柔轮是圆筒状结构，筒口外侧设有轮齿，与刚轮啮合，筒底有孔；该柔轮轴类似于螺栓形状，“螺帽”上均匀分布四个圆孔与柔轮固定，柔轮轴的另一端设有键槽；该波发生器部箱体为圆筒形结构，两端的周向上均布有螺纹孔；该柔轮部箱体为圆筒形结构，两端的周向上均布有螺纹孔；该波发生器部端盖是中间带孔的圆盘状结构；该柔轮部端盖是中间带孔的圆盘状结构； 所述与腿部连接的支架部分由大腿支架、小腿支架、大腿套、小腿套、夹具、轴承及固定用的螺钉组成；夹具按预定位置固连在大、小腿支架上，大、小腿套分别固连在大、小腿支架上端部位置，轴承置于小腿支架圆孔内；该大腿支架一端呈圆盘状一端呈杆状，在杆的长度方向上分布有七对螺纹孔，圆盘状的一端上设有凸台；该小腿支架一端呈圆筒状一端呈杆状，在杆的长度方向上分布有十对螺纹孔，圆筒状的一端在周向上分布有螺纹孔；该大腿套是呈不封闭的环状结构，与腿接触侧附有柔性衬垫；该小腿套是呈不封闭的环状结构，与腿接触侧附有柔性衬垫；该夹具整体呈长方体状，与腿接触侧设计成弧形且附有柔性衬垫，夹具前后侧设计有环形的 连接套。
专利摘要一种轴对称电流变液阻尼膝关节矫形器，它由电流变液的阻尼器部分、谐波齿轮传动部分和与腿部连接的支架部分共三部分组成；电流变液的阻尼器部分位于矫形器的最外侧，在控制系统的作用下产生可控的阻尼力矩；谐波齿轮传动部分位于矫形器中部，是传动和力矩放大机构，通过其柔轮和刚轮啮合作用将阻尼力矩放大输出；与腿部连接的支架部分是矫形器的支撑部分，谐波齿轮传动部分与其固连，谐波齿轮传动部分输出的力矩限制小腿支架的自由转动，从而实现限制膝关节过伸的目的。这种便携式的膝关节矫形器能够使得步态异常的中风患者得到长期的矫正，对提高病人的生活质量减轻家属的负担起很重要的作用。
文档编号A61F5/01GK202589716SQ201220217700
公开日2012年12月12日 申请日期2012年5月7日 优先权日2012年5月7日
发明者黄荣瑛, 张高龙, 郑红光, 卫晓东, 李龑 申请人:北京航空航天大学