一种自调节可穿戴腿部动力支具的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种自调节可穿戴腿部动力支具，包括通过绑定固定在人体腿部两侧的两支具夹板，所述各支具夹板包括与大腿连接的大腿支撑板以及与小腿连接的小腿支撑板，所述大腿支撑板和小腿支撑板在位于人体膝关节的位置转动连接，还包括驱动大腿支撑板与小腿支撑板相对摆动的驱动装置，所述的驱动装置包括动力盒和牵拉钢绳，动力盒包括：盒体，设置在盒体内一侧固定牵拉钢绳的滑块，一端与盒体内壁固定另一端与滑块固定的介电高弹聚合物板，为介电高弹聚合物板提供电压的电源，设置在盒体内壁与滑块之间的复位弹簧。该腿部动力支具结构非常简单，部件少，结构轻便，避免了给使用者增加较大的额外负担。
【专利说明】
一种自调节可穿戴腿部动力支具
技术领域
[0001]本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种自调节可穿戴腿部动力支具。
【背景技术】
[0002]动力外骨骼，又名“外骨骼装甲”或“外骨骼机甲”，其结构类似昆虫的外骨骼，能穿在人身上，给人提供保护、额外的动力或能力，增强人体机能，如使腿残疾的人能自己上楼，让士兵能健步如飞、无障碍奔跑且不会疲劳、不会受伤、可以使用二段跳，机架上面的手套具有粘性，可以吸附金属等等。
[0003]动力外骨骼通过传感器来收集使用者的活动信息，这些信息传递给信息处理器进行处理，然后启动相应的机械部件来输出能量。在动力外骨骼中可以使用的传感器种类很多，包括角辨向器、肌电传感器、地面传感器、肌肉压力传感器等等。同样，用于输出的机械系统也有很多选择，比较常见的有液压系统和气压系统。这种穿戴式外骨骼运用的领域十分的广泛，除了在军事方面有所应用，在医疗复健方面也是被广泛的应用，来帮住病人克服相对应的肢体以及行动上的不便。穿戴式外骨骼被设计出来穿戴在人类的不同部位，也根据不同部位的需要，不同的穿戴式外骨骼有了不同的形状与功能。最常见的动力穿戴式外骨骼有手套式、外套式、长裤式、背包式和从上到下全套式。
[0004]有文献(参考文献:ASelf-Adjusting Knee Exoskeleton for obot-AssistedTreatment of Knee Injuries.1EEE/RSJ Internat1nal Conference on IntelligenRobots and Systems,San Francisco，CA，USA，Sept，25_30，2011，pp4917_4922.)公开了一种适用于医疗复健的机械。它所使用的3-RRP Mechanism能够准确的模仿与辅助膝盖关节的运动和弯曲，并且自动对准，从而协助病人达到复健的效果，特别适合用在多自由度的膝盖上。虽然该结构能够很好的与膝关节活动契合，但是该结构比较复杂和笨重，不适合行动不便的老年人和下肢瘫痪的病人使用，并且该装置的制作过程比较复杂，不适合大规模生产。
[0005]有文献(参考文献:Designof a Quas1-Passive Knee Exoskeleton to AssistRunning.1EEE/RSJ Internat1nal Conference on Intelligent Robots and SystemsAcropolis Convent1n Center ,Nice ,France, Sept, 22-26,2008 ,pp747-754.)公开了一种适用于跑步的辅助机械。该装置采用与膝盖平行的弹簧来储存与释放走路时的能量，使穿戴者走路时不宜疲劳，同时使走路更简单。虽然该装置能在病人复健时起到非常好的效果，但是此装置比较笨重，会给穿戴者增加额外的负担，同时其穿戴方法复杂。
[0006]由于世界医疗水平的提高，人类的平均寿命延长，老年人的数量逐年增长，许多老年人面临着关节老化、行动不便等问题。另外，一些行动能力较差或不具有行动能力的人由于长期不能运动，其关节容易萎缩、老化。因此，急需一种易穿戴、好活动，能够辅助复健和行走的设备。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种自调节可穿戴腿部动力支具，该腿部动力支具结构简单轻便，方便穿戴，能够辅助复健和行走。
[0008]本发明提供了如下技术方案:
[0009]—种自调节可穿戴腿部动力支具，包括通过绑定固定在人体腿部两侧的两支具夹板，所述各支具夹板包括与大腿连接的大腿支撑板以及与小腿连接的小腿支撑板，所述大腿支撑板和小腿支撑板在位于人体膝关节的位置转动连接，还包括驱动大腿支撑板与小腿支撑板相对摆动的驱动装置，所述的驱动装置包括动力盒和牵拉钢绳，
[0010]动力盒包括:
[0011]盒体，
[0012]滑块，滑动设置在盒体内，滑块的一侧固定牵拉钢绳，
[0013]介电高弹聚合物板，一端与盒体内壁固定，另一端与滑块固定，
[0014]电源，为介电高弹聚合物板提供电压，
[0015]复位弹簧，设置在盒体内壁与滑块之间；
[0016]动力盒固定在大腿支撑板上或大腿支撑板上的绑带上，牵拉钢绳的自由端固定在小腿支撑板上或小腿支撑板的绑带上。
[0017]本发明的驱动装置通电时，介电高弹聚合物板在电压的作用下伸长，带动滑块移动，滑块拉动钢绳，使大腿支撑板与小腿支撑板之间夹角变小;断电后，在复位弹簧的作用下，钢绳放松，大腿支撑板与小腿支撑板之间复位，从而使大腿支撑板与小腿支撑板之间相对摆动，帮助使用者康复训练或者辅助走路。本发明的驱动装置的主要部件为介电高弹聚合物板，与常规的液压系统、气压系统或电机相比，结构非常简单，部件少，结构轻便，避免了给使用者增加较大的额外负担。
[0018]作为优选，所述的驱动装置包括分别设置在两支具夹板上的第一驱动装置和第二驱动装置，以及设置在膝盖后方绑带上的第三驱动装置。
[0019]分别在腿两侧和后侧设置驱动装置，多个驱动装置协同工作，使大腿支撑板与小腿支撑板的相对摆动动作更稳当。
[0020]大腿支撑板与小腿支撑板上分别设有多根绑带，用于使腿部动力支具与使用者的腿相固定，为了增加使用者使用的舒适度，作为优选，所述的绑带上设置有自紧装置。
[0021 ]作为优选，所述的自紧装置包括:
[0022]自紧盒，
[0023]两个转轴，间隙设在自紧盒内，绑带穿过间隙被两转轴压紧，两转轴相对转动收紧或放松绑带，
[0024]驱动件，驱动两转轴相对转动。
[0025]驱动件可以为多种驱动形式，作为优选，所述的驱动件为电机。
[0026]电机在驱动电源的作用下，带动两个转轴相对转动，两转轴压紧绑带，在两转轴相对转动时，由于转轴与绑带之间的摩擦力使绑带收紧或放松。
[0027]作为优选，另一种驱动方式的驱动件包括:
[0028]介电高弹聚合物条和伸缩弹簧，并行连接在自紧盒内壁与转轴之间，
[0029]第二电源，为介电高弹聚合物条提供电压。
[0030]通电后，分别与两转轴连接的两介电高弹聚合物条伸长，推动两转轴转动，使绑带收紧;断电后，在伸缩弹簧的拉力下转轴复位，绑带放松。
[0031]带有自紧装置的绑带使本发明的腿部动力支具便于穿戴，同时绑带的收紧与放松对使用者的腿部具有按摩功能，促进使用者腿部的血液循环。
[0032]作为优选，本发明的腿部动力支具还包括脚踏板，脚踏板通过驱动装置与小腿支撑板连接。
[0033]驱动装置使本发明的腿部动力支具的脚踏板能向上收紧拉紧或向下放松，能协助脚踝无力的使用者行走。
[0034]作为优选，小腿支撑板的长度伸缩可调。小腿支撑板的长度可调便于不同身高的人使用本发明的腿部动力支具。
[0035]与现有技术相比，本发明的有益效果为:
[0036]1、本发明的驱动装置的主要部件为介电高弹聚合物板，与常规的液压系统、气压系统或电机相比，结构非常简单，部件少，结构轻便，避免了给使用者增加较大的额外负担；
[0037]2、带有自紧装置的绑带使本发明的腿部动力支具便于穿戴，同时绑带的收紧与放松对使用者的腿部具有按摩功能，促进使用者腿部的血液循环。
【附图说明】
[0038]图1为本发明腿部动力支具的结构示意图；
[0039]图2为本发明腿部动力支具的展开结构示意图；
[0040]图3为本发明的驱动装置结构示意图；
[0041 ]图4为实施例1的自紧装置结构示意图；
[0042]图5为实施例2的自紧装置结构示意图。
[0043]附图中:1、大腿支撑板;2、小腿支撑板;21、第一小腿支撑板;22、第二小腿支撑板；
3、脚踏板;4、绑带;41、第一绑带;42、第二绑带;43、第三绑带;44、第四绑带；5、驱动装置；51、第一驱动装置;52、第二驱动装置;53、第三驱动装置;501、动力盒;502、牵拉钢绳；503、滑块;504、介电高弹聚合物板;505、复位弹簧;6、自紧装置;611、自紧盒;612、转轴;613、电机;614、介电高弹聚合物条;615、伸缩弹簧。
【具体实施方式】
[0044]下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
[0045]实施例1
[0046]如图1所示，本实施例的自调节可穿戴腿部动力支具包括转动连接的大腿支撑板I和小腿支撑板2、驱动大腿支撑板I和小腿支撑板2相对摆动的驱动装置5、连接与小腿支撑板2底部的脚踏板3，大腿支撑板I和小腿支撑板2分别通过绑带4固定于使用者的大腿和小腿上。
[0047]如图2所示，驱动装置5包括分别设置在两支具夹板上的第一驱动装置51和第二驱动装置52，以及设置在膝盖后方绑带上的第三驱动装置53。
[0048I 如图3所示，驱动装置5包括动力盒和牵拉钢绳502，动力盒包括:盒体501、滑动设置在盒体501内的滑块503、一端与盒体内壁固定，另一端与滑块503固定的介电高弹聚合物板504、设置在盒体内壁与滑块之间复位弹505，滑块503的一侧固定牵拉钢绳502，动力盒内还设有电源，为介电高弹聚合物板504提供电压。
[0049]第一驱动装置51和第二驱动装置52的动力盒固定在大腿支撑板I上，牵拉钢绳502的自由端固定在小腿支撑板2上，在膝盖后方的绑带上固定有与支撑板并行的海绵带，第三驱动装置53的动力盒固定在海绵带的上端，牵拉钢绳502的自由端固定在海绵带的下端。
[0050]为了保证驱动装置5的稳定性，每个驱动装置5均设有两根钢绳502，两根钢绳对称设置。
[0051 ]驱动装置5通电时，介电高弹聚合物板504在电压的作用下伸长，带动滑块503移动，滑块拉动钢绳502，使大腿支撑板I与小腿支撑板2之间夹角变小；断电后，在复位弹簧505的作用下，钢绳502放松，大腿支撑板I与小腿支撑板2之间复位，从而使大腿支撑板I与小腿支撑板2之间相对摆动，帮助使用者康复训练或者辅助走路。
[0052]绑带4包括固定于大腿支撑板I上的第一绑带41、第二绑带42，固定于小腿支撑板2上的第三绑带43、第四绑带44。每条绑带靠近使用者腿的一侧固定有透气复合海绵，海绵的宽度为8?12cm，厚3?5cm。每条绑带分为两个椭圆弧段，第一绑带41长度为75cm，第二绑带42的长度为70cm，第三绑带43的长度为55cm，第四绑带44的长度为45cm。绑带通过魔术贴固定，同时在每条绑带上均设有自紧装置。
[0053]如图4所示，本实施例的自紧装置包括自紧盒611、设置在自紧盒611内的两个转轴612、驱动转轴转动的电机613。两个转轴612间隙设在自紧盒611内，绑带4穿过间隙被两转轴611压紧，两转轴相对转动，由于转轴与绑带之间的摩擦力使绑带收紧或放松。绑带的自紧功能使本实施例的腿部动力支具便于穿戴，同时绑带的收紧与放松对使用者的腿部具有按摩功能，促进使用者腿部的血液循环。
[0054]本实施例的腿部动力支具还包括脚踏板3，脚踏板3通过驱动装置与小腿支撑板2连接。驱动装置使带动脚踏板能向上收紧拉紧或向下放松，能协助脚踝无力的使用者行走。
[0055]小腿支撑板2的长度伸缩可调。小腿支撑板2包括第一小腿支撑板21和第二小腿支撑板22，第一小腿支撑板21和第二小腿支撑板22之间通过按压锯齿状的卡榫按钮进行上下滑动与锁紧，使本实施例的腿部动力支具的长度能根据使用者的身高来进行调节。
[0056]实施例2
[0057]与实施例1相比，不同之处仅在于自紧装置6的结构。
[0058]如图5所示，本实施例的自紧装置6包括自紧盒611、设置在自紧盒611内的两个转轴612、驱动转轴转动的驱动件。驱动件包括并行连接在自紧盒内壁与转轴之间介电高弹聚合物条614和伸缩弹簧615，通电后，介电高弹聚合物条614伸长，推动两转轴相对转动，伸缩弹簧615被压紧，穿过两转轴612之间的绑带4由于转轴的摩擦力而收紧;断电后，介电高弹聚合物条614复原，在伸缩弹簧615的拉力下转轴612复位，绑带4放松。
[0059]以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种自调节可穿戴腿部动力支具，包括通过绑定固定在人体腿部两侧的两支具夹板，所述各支具夹板包括与大腿连接的大腿支撑板以及与小腿连接的小腿支撑板，所述大腿支撑板和小腿支撑板在位于人体膝关节的位置转动连接，其特征在于，还包括驱动大腿支撑板与小腿支撑板相对摆动的驱动装置，所述的驱动装置包括动力盒和牵拉钢绳， 动力盒包括: 盒体， 滑块，滑动设置在盒体内，滑块的一侧固定牵拉钢绳， 介电高弹聚合物板，一端与盒体内壁固定，另一端与滑块固定， 电源，为介电高弹聚合物板提供电压， 复位弹簧，设置在盒体内壁与滑块之间； 动力盒固定在大腿支撑板上或大腿支撑板上的绑带上，牵拉钢绳的自由端固定在小腿支撑板上或小腿支撑板的绑带上。2.根据权利要求1所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，所述的驱动装置包括分别设置在两支具夹板上的第一驱动装置和第二驱动装置，以及设置在膝盖后方绑带上的第三驱动装置。3.根据权利要求1所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，所述的绑带上设置有自紧装置。4.根据权利要求3所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，所述的自紧装置包括: 自紧盒， 两个转轴，间隙设在自紧盒内，绑带穿过间隙被两转轴压紧，两转轴相对转动收紧或放松绑带， 驱动件，驱动两转轴相对转动。5.根据权利要求4所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，所述的驱动件为电机。6.根据权利要求4所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，所述的驱动件包括: 介电高弹聚合物条和伸缩弹簧，并行连接在自紧盒内壁与转轴之间， 第二电源，为介电高弹聚合物条提供电压。7.根据权利要求1所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，还包括脚踏板，脚踏板通过驱动装置与小腿支撑板连接。8.根据权利要求1所述的自调节可穿戴腿部动力支具，其特征在于，小腿支撑板的长度伸缩可调。
【文档编号】A61H3/00GK105997438SQ201610574785
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月18日
【发明人】李铁风, 李旻轩
【申请人】浙江大学