一种人体辅助行走装置用躯干支撑装置的制作方法

本发明涉及人体辅助行走装置领域，特别涉及一种人体辅助行走装置用躯干支撑装置。

背景技术：

人体辅助行走装置是一套直接装备在人体上的机械装置，通常包含上肢机构和下肢结构，使用者将其穿戴在身上后，准备在人体上的机械装置可以起到支撑人体和辅助人体运动的作用。近年来，穿戴式的人体辅助行走装置逐渐兴起，典型的如穿戴式外骨骼装置及系统，工业机械行走支架等，其主要应用于医疗康复、工业生产、单兵武装等领域。

然而，穿戴式的人体辅助行走装置的研究受军事领域的影响，其主要集中在单兵穿戴式外骨骼装置及系统系列，对应用于医疗康复领域的研究少之又少，穿戴式人体辅助行走装置应用于单兵作战时，其主要解决的是单兵如何携带更多重物的问题，其造价也是昂贵的，例如美国hulc军用动力外骨骼系统，法国的“大力神”外骨骼系统、俄罗斯的“士兵-21”外骨骼装备等，显然，将这些军用装置直接运用于医疗方面是不切实际的，因此，如何研发出在一种低成本的应用于医疗康复领域的人体辅助行走装置是值得探究的方向。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种人体辅助行走装置用躯干支撑装置，推力杆、腿部支撑装置、支撑臂和转动轮共同组合形成曲柄摇杆机构用于使腿部支撑装置的转动与人体腿部行走动作相匹配，通过使转动轮转动，带动腿部支撑装置摆动，由此实现辅助穿戴者行走的功能，由于采用了简单可靠的曲柄摇杆机构来实现人体辅助行走装置的辅助行走功能，克服了传统辅助行走装置结构复杂、配件繁琐、工作可靠性差的问题。

本发明采用的技术方案如下：一种人体辅助行走装置用躯干支撑装置，包括支撑臂，其特征在于，支撑臂的上端通过连接杆与支撑连接座转动连接，支撑臂的下端与腿部支撑装置转动连接，支撑臂的侧壁转动连接有转动轮，转动轮通过推力杆与腿部支撑装置转动连接，且推力杆、腿部支撑装置、支撑臂和转动轮共同组合形成曲柄摇杆机构，转动轮通过转动来控制腿部支撑装置的摆动。

由于上述结构的设置，支撑臂用于支撑人体的躯干部分，腿部支撑装置用于支撑腿部，推力杆、腿部支撑装置、支撑臂和转动轮共同组合形成曲柄摇杆机构用于使腿部支撑装置的转动与人体腿部行走动作相匹配，通过使转动轮转动，带动腿部支撑装置摆动，由此实现辅助穿戴者行走的功能，由于采用了简单可靠的曲柄摇杆机构来实现人体辅助行走装置的辅助行走功能，克服了传统辅助行走装置结构复杂、配件繁琐、工作可靠性差的问题。

进一步，为了使支撑臂能够适应不同穿戴者的体形，提高人体辅助行走装置的通用性，支撑臂具有中空结构，支撑臂内设有动力装置，连接杆的一端伸入支撑臂内与动力装置连接形成具有伸缩功能的伸缩机构。

进一步，为了更好地实施本发明的伸缩机构，支撑臂内设置有第二传动齿轮，连接杆上设置有凸齿，连接杆通过凸齿与第二传动齿轮啮合，动力装置包括电动机，电动机上设置有第一传动齿轮，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合。相比于广泛应用的液压伸缩机构，通过齿轮齿杆的方式来实现伸缩功能显得结构更简单可靠，对支撑臂的增重较少，实用性较液压伸缩机构强。

进一步，为了更好地使本发明的辅助行走装置实现辅助行走的功能，腿部支撑装置包括腿部支架，腿部支架的一端与支撑臂的一端铰接，腿部支架的另一端固定连接有用于将腿部支架固定在腿部上的腿部固定装置，腿部支架上通过推力杆与支撑臂的中部连接，推力杆的一端与腿部支架转动连接，推力杆的另一端转动连接转动轮，且推力杆与转动轮的连接点不在转动轮的中心部，腿部支架、推力杆、支撑臂和转动轮组合形成曲柄摇杆机构。

进一步，为了使支撑臂的结构更紧凑，转动轮能够通过转动轴与第一传动齿轮啮合。

进一步，为了给穿戴者提供更多的支撑力，支撑臂上设置有把手。

进一步，为了方便本发明的伸缩动作和摆动动作顺利进行，把手能在支撑臂上移动，把手的一端伸入支撑臂内与第一传动齿轮连接，把手用于改变第一传动齿轮与第二传动齿轮和转动轴的啮合关系。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：推力杆、腿部支撑装置、支撑臂和转动轮共同组合形成曲柄摇杆机构使腿部支撑装置的转动与人体腿部行走动作相匹配，通过使转动轮转动，带动腿部支撑装置摆动，由此实现辅助穿戴者行走的功能，由于采用了简单可靠的曲柄摇杆机构来实现人体辅助行走装置的辅助行走功能，克服了传统辅助行走装置结构复杂、配件繁琐、工作可靠性差的问题。同时，伸缩机构的设置提高了人体辅助行走装置的通用性，解决了传统辅助行走装置通用性较差的问题。

附图说明

图1是本发明的一种人体辅助行走装置结构示意图；

图2是本发明的人体辅助行走装置主视结构示意图；

图3是本发明的背部固定支架结构示意图；

图4是本发明的背部固定支架另一种结构示意图；

图5是本发明的支撑连接座结构示意图；

图6是本发明的支撑连接座有缺失部时的结构示意图；

图7是本发明的支撑连接座无缺失部时的结构示意图；

图8是本发明的把手可以换挡的原理示意图；

图9是本发明的腿部固定装置结构示意图。

图中标记：1为背部松紧带，2为连接板，3为连接支座，4为支撑连接座，401为夹臂，402为延伸臂，403为第一u形槽，404为缺失部，405为第二u形槽，5为弹簧，6为弹性连接带，7为支撑臂，701为第一传动齿轮，702为第二传动齿轮，703为电动机，8为连接杆，801为凸齿，9为把手，10为腿部支架，11为推力杆，12为转动轮，13为转动轴，14为套筒，15为连接块。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1至图9所示，一种人体辅助行走装置，包括背部固定支架，背部固定支架包括背部松紧带1，背部松紧带1采用弹性材料制成，弹性材料可以选择弹性硅胶、弹性橡胶或聚氨酯弹性体材料，背部松紧带1的两个侧面连接有连接板2，连接板2的端面上设置有连接支座3，连接支座3垂直并固定连接在连接板2的端面上，连接支座3的悬臂端与支撑连接座4转动连接，支撑连接座4的作用是：在连接下部的躯干支撑装置的同时，便于人体的手臂搭靠在支撑连接座4上，以便于穿戴者更好地使用该装置，为穿戴者躯干的上部提供支撑。躯干支撑装置用于支撑穿戴者的躯干，躯干支撑装置的下部转动连接腿部支撑装置，腿部支撑装置用于支撑腿部，并辅助腿部完成弯曲行走的动作。

上述背部松紧带1与连接板2的连接方式可以是固定连接，也可以是弹性连接，当背部松紧带1与连接板2是固定连接时，要求背部松紧带1的弹性非常好，例如可以用弹性橡胶，以足以使背部松紧带1被拉伸的长度与人体背部的宽度相匹配，能够使连接板2紧贴于人体背部的两侧，即紧贴于人体肋骨的两侧，以便于通过背部固定支架将人体辅助行走装置固定在人体上；当背部松紧带1与连接板2是弹性连接时，要求背部松紧带1与连接板2之间被拉伸的距离不得超过8cm，最好在2-5cm之间，更优选为3cm，如图3和图4所示，背部松紧带1与连接板2之间可以通过弹簧5实现弹性连接，其也可通过弹性更好地弹性连接带6连接。进一步地，当背部松紧带1与连接板2之间是通过弹簧5连接时，要求背部松紧带1与连接板2之间连接的弹簧5的使用数量不少于2个，以便于背部松紧带1与连接板2之间实现均匀拉伸，减小弹簧5的塑性变形和拉伸强度，使背部固定支架在佩戴过程中，无需消耗太多体力就能使背部固定支架紧贴并固定在人体的背部，优选地，要求背部松紧带1与连接板2之间连接的弹簧5的使用数量为3个，如图4所示。

进一步地，连接支座3的长度不小于10cm，以使连接支座3更好地夹住肋骨的两侧，进一步地，连接支座3弹性连接在连接板2上，以使连接支座3能够进行适应性的角度调整，使其能更好地紧密贴合在肋骨的两侧。

作为一种实施方式，考虑到直条状的连接支座3不利于其紧贴于肋骨两侧，连接支座3的中部弯曲形成弧形结构，连接支座3的弧形结构用于紧贴于人体的肋骨侧面。

支撑连接座4具有折弯形结构，包括夹臂401和延伸臂402，如图5至图7所示，夹臂401和延伸臂402自为一体形成类“l”形结构的支撑连接座4，其中，夹臂401的一端与连接支座3铰接，作为优选，为了更好地使夹臂401和连接支座3共同将人体的肋骨两侧夹住，夹臂401与连接支座3铰接的一端开槽形成第一u形槽403，连接支座3的悬臂端置于第一u形槽403内并通过插销、螺栓或螺杆与夹臂401实现转动连接，这样的连接方式，可以使夹臂401只能在竖直方向上发生转动，而横向上却被第一u形槽403的槽壁限位，进而使夹臂401贴近人体肋骨的侧面与连接支座3贴近人体肋骨的侧面始终保持平行，由此可以与背部固定支架共同形成夹持框架，使背部固定支架能更好地与人体肋骨的两侧贴合紧密，不易发生松动而使背部固定支架的位置不会产生偏差，为人体辅助行走装置设置在人体上提供了可靠的固定支撑。

进一步地说，延伸臂402的悬臂端的朝向是向人体外侧的，即延伸臂402的悬臂端朝向远离人体躯干的一侧，延伸臂402的悬臂端铰接有躯干支撑装置，作为一种改进，延伸臂402与夹臂401共同具有的端部挖空形成缺失部404，如图5和图7所示，缺失部404为一个四边形结构，四边形结构的长边不小于夹臂401宽度尺寸的2/3，四边形结构的短边不小于延伸臂402宽度尺寸的1/2，缺失部404设置的目的在于，在实际应用中，延伸臂402与夹臂401共同具有的端部会对人体的胸腔造成过度挤压，致使人体佩戴后胸部感到气闷，而且在行走中，延伸臂402与夹臂401共同具有的端部会会对人体肋骨两侧造成较大摩擦，进而产生疼痛感，主要原因是夹臂401的长度过长，与人体的贴合面积过大造成的，然而，单独减小夹臂401的长度尺寸或者将延伸臂402与夹臂401共同具有的端部设计为圆角过渡均不能同时解决挤压胸腔和摩擦产生疼痛感的问题，经过多次实验调整，得到了缺失部404的设计，缺失部404的设计能够在保证支撑连接座4具有足够的强度的情况下，同时解决挤压胸腔和摩擦产生疼痛感的问题。

进一步地，延伸臂402的悬臂端开槽形成第二u形槽405，躯干支撑装置的连接端部置于第二u形槽405内与延伸臂402铰接，其中，为保证躯干支撑装置能够为穿戴者提供躯干支撑，并且能够适应不同穿戴者的体形，躯干支撑装置能够沿第二u形槽405作向外扩展动作，也即是说，躯干支撑装置的连接端部能够以延伸臂402的悬臂端为绕点，向远离人体躯干的方向转动，进而用于适应穿戴者的不同体形大小。

进一步地，躯干支撑装置包括具有中空结构的支撑臂7，支撑臂7的上部设有连接杆8，支撑臂7内设有动力装置，支撑臂7的下部与腿部支撑装置铰接，以使腿部支撑装置的转动与人体腿部行走动作相匹配。连接杆8的一端伸入支撑臂7内与动力装置连接形成具有伸缩功能的伸缩机构，连接杆8的另一端与延伸臂402铰接。通过控制伸缩机构来调节支撑臂7的的长度大小，由此来适应不同穿戴者的体形，提高人体辅助行走装置的通用性，同时，伸缩机构的设置能够使穿戴者更方便地穿戴上人体辅助行走装置，摆脱传统辅助行走装置僵硬地机械结构，具体地说，穿戴者可先将连接杆8完全缩回支撑臂7内，此时支撑臂7的长度不足，因此无法穿戴腿部支撑装置，然后穿戴者向穿戴和调整好背部固定支架，然后再来调整支撑臂7的长度，进而克服了支撑臂7长度过长，佩戴不方便的问题。

进一步地，为了给穿戴者提供更多的支撑力，支撑臂7上设置有把手9，穿戴者可通过把手9来获得支撑力，以保证行走中的稳定性。

进一步地，为了更好地使伸缩机构实现伸缩功能，连接杆8上设置有凸齿801，连接杆8通过凸齿801与第二传动齿轮702啮合，支撑臂7内，动力装置包括电动机703，电动机703上设置有第一传动齿轮701，第一传动齿轮701与第二传动齿轮702啮合，通过控制电动机703的转动来带动第一传动齿轮701的转动，进而控制连接杆8的移动距离，由此实现连接杆8的伸缩动作。相比于液压伸缩机构，通过齿轮齿杆的方式来实现伸缩功能显得结构更简单可靠，对支撑臂7的增重较少，实用性较液压伸缩机构强。

进一步地，腿部支撑装置包括腿部支架10，腿部支架10的一端与支撑臂7铰接，腿部支架10的另一端固定连接有用于将腿部支架10固定在腿部上的腿部固定装置，腿部支架10上通过推力杆11与支撑臂7的中部连接，推力杆11的一端与腿部支架10转动连接，推力杆11的另一端转动连接转动轮12，且推力杆11与转动轮12的连接点不在转动轮12的中心部，转动轮12转动连接在支撑臂7的侧面上，且转动轮12通过转动轴13伸入支撑臂7内与动力装置配合形成传动机构，腿部支架10、推力杆11、支撑臂7和转动轮12组合形成曲柄摇杆机构，通过动力装置带动转动轮12转动，转动轮12通过推力杆11带动腿部支架10实现前后摆动，由此在为腿部提供支撑力的同时，为腿部提供辅助行走的动力，帮助行动不便的佩戴者完成稳定行走，为行动不便的腿部患者解决了行走困难的问题。

进一步地，为了使本发明的装置的结构更加紧凑，同时方便本发明的连接杆8的伸缩动作和腿部支架10的摆动动作的进行，设置的把手9具有换挡功能，具体地说，把手9具有类似汽车手动换挡杆的结构，如图8所示，图8示出了把手9可以换挡的原理示意图，例如，把手9可以与第一传动齿轮701连接，当把手向上拨动时，把手9改变第一传动齿轮701的位置，致使第一传动齿轮701与第二传动齿轮702脱离啮合而与转动轴13相啮合，由此带动转动轮12转动，实现腿部支架10的摆动动作，此时可将把手9向上拨动的档位设置为摆动挡，相应地，当把手9向下拨动时，第一传动齿轮701与转动轴13脱离啮合而与第二传动齿轮702啮合，由此实现连接杆8的伸缩动作，此时可将把手9向下拨动的档位设置为伸缩档。进一步地，当需要连接杆8的伸缩动作和腿部支架10的摆动动作得到准确控制时，其可通过调节电动机703的转速和转向来实现。

进一步地，腿部固定装置包括可开合的套筒14，如图9所示，套筒14通过连接块15与腿部支架10连接，套筒14用于包裹固定住腿部，使腿部支架10能够固定在腿部上。进一步地，为了防止腿部支架10僵硬地带动腿部行走，连接块15具有弹性，套筒14弹性连接在腿部支架10上，通过连接块15的弹性来缓冲腿部支架10带动腿部行走的力矩，防止其对腿部造成过度用力而损伤腿部，提高了腿部支架10对人体行动的适应性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。