专利名称：一种膝关节柔性辅助康复装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种辅助康复装置，特别是关于一种膝关节柔性辅助康复装置。
背景技术：
针对膝关节的辅助康复装置，一般可以分为穿戴式和非穿戴式。穿戴式辅助康复装置是指穿戴于人体大小腿外的器具，其将关节的伸展和屈曲限制在合适的角度范围内，或者将膝关节维持在某一角度，以促进膝关节功能早期得到康复。目前穿戴式的辅助康复装置结构比较简单，一般起支撑、稳定患者受损膝关节的作用，使用起来也相对简单。非穿戴式的辅助康复装置相比于穿戴式的功能要强大一些，它可以增加患者肌力和膝关节的灵活性以及改善患者对肌肉的控制能力，但是该类装置比较庞大，一般集中在康复医疗中心，所以患者只能到康复中心进行康复，这对有行动障碍的患者来说也是非常不便的。另外，国外也有一部分可穿戴式的动力膝关节辅助康复装置，它可以主动提供助力给膝关节，但是其动力传动结构比较复杂，电池能耗较大，价格贵，尤其是重量大，所以其并不适用于患者长期穿戴。近年来，基于生物学和生理学方面的研究表明，筋腱组织等柔性储能机构对人体行走的稳定性和能量效率具有极为重要的作用。而现有的装置都是刚性的驱动关节转动，而不能像人的膝关节那样具有柔性。柔性的关节在运动过程中，交替地进行储存能量与释放能量，以将动能、重力势能和弹性势能进行转换，这样不但提高了人行走时能量的利用效率，还改善了对行走环境的适应性，因此膝关节的康复装置在驱动关节转动时应该是具有柔性的。综上所述，亟需一种穿戴轻巧、方便且能提供柔性的膝关节辅助康复装置。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种穿戴轻巧、方便且能提供柔性的膝关节柔性辅助康复装置。为实现上述目的，本发明采取以下技术方案:一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:它包括一用于固定大、小腿的大、小腿连接机构，活动范围调节机构和柔性控制机构；所述活动范围调节机构包括一第一内壳和一第一外壳，所述第一内壳通过一第一连接杆与所述大腿连接机构的右侧固定连接成一体，所述第一内壳的中心设置有一花键，所述花键的另一端连接一摆动轮，所述摆动轮上对称设置有一对凸出的摆动杆；所述第一外壳通过一第二连接杆与所述小腿连接机构的右侧固定连接；所述第一外壳为一外侧端面封闭的内齿圈，所述第一外壳周向对称设置有一对向第一内壳方向伸出的凸缘，在两所述凸缘之间与两所述摆动杆交错设置有一对限位按钮，两所述限位按钮的下部分别固定连接一与所述内齿圈配合的扇形齿轮；两所述限位按钮的上部分别固定连接一跨越所述第一外壳的指针；在所述第一外壳的中心设置有一固定两所述指针的封盖，所述封盖固定两所述指针；在所述第一外壳的外侧端面上设置有角度刻度盘，所述指针的中部设置有一通孔，通过所述通孔查看所述角度刻度盘上的刻度；在所述摆动轮的外面设置一弹簧圈，所述弹簧圈的外径顶在两所述限位按钮的底部；所述第一内壳的内壁上设置有若干定位所述弹簧圈的定位突起；所述柔性控制机构包括一第二外壳和一第二内壳，所述第二内壳通过一第三连接杆与所述小腿连接机构的左侧固定连接；所述第二外壳通过一第四连接杆与所述大腿连接机构的左侧固定连接，所述第二外壳中心设置有一长通孔；所述长通孔沿长度方向的两侧壁上对称设置有若干限位豁口，所述长通孔内插入一转轴，所述转轴上对称设置有与所述限位豁口相配合的两限位块，所述转轴外侧固定连接一按钮，所述转轴内侧夹设有一片弹簧，所述片弹簧两端固定在所述第二内壳内壁上。所述大腿连接机构包括一大腿支撑腔，所述大腿支撑腔内壁上附着一第一防滑套，所述大腿支撑腔上设置一竖向的第一开口，横跨所述第一开口设置有至少一个第一锁紧扣，所述大腿支撑腔的外壁两侧分别设置有所述第一连接杆和所述第二连接杆。所述小腿连接机构包括一小腿支撑腔，所述小腿支撑腔内壁上附着一第二防滑套，所述小腿支撑腔上设置一竖向的第二开口，横跨所述第二开口设置有至少一个第二锁紧扣，所述小腿支撑腔的外壁两侧分别设置有所述第三连接杆和所述第四连接杆。所述大、小腿支撑腔是采用三维扫描设备分别沿大、小腿安装部位进行多次环形扫描，然后输入到电脑中，建立大、小腿表面的三维模型，最终生成与人体肌肉轮廓完整贴合实体。所述第一、第二防滑套采用线性高分子聚合物制作。所述第一、第二防滑套采用聚乙烯醇薄膜制作。本发明由于采用以上技术方案，其具有以下优点:1、本发明由于设置了一柔性控制机构，通过按钮来改变转轴与片弹簧之间夹持位置和夹持深度，进而调节大腿和小腿之间的转动柔性，并提供被动助力，因此，本发明可以适应于不同伤病的患者在不同的康复治疗时期的不同需求。2、本发明由于设置了一活动范围调节机构，通过按压其上的限位按钮，可以使扇形齿轮与内齿圈脱离啮合，以改变摆动轮的活动范围，从而改变大腿连接机构相对于小腿连接机构的转动限制 角度范围，因此，本发明不仅可以适应于不同伤病的患者在不同的康复治疗时期的不同需求，而且限位按钮的调节非常的简单方便。3、本发明由于采用三维数字化技术来制作大、小腿支撑腔，三维扫描设备沿大、小腿安装部位进行多次环形扫描，然后建立大、小腿表面的三维模型，因此，本发明能够很好的与人体肌肉轮廓完整贴合，使患者穿戴起来更舒适。4、本发明由于在大、小腿连接机构分别设置了一层防滑套，它采用聚乙烯醇薄膜制作，利用了其高弹特性、柔软性和轻便性的特点，因此，它不但能减少患者肢体与大、小腿支撑腔之间的相对滑动，而且还能使患者穿戴起来轻巧、舒适和方便。
5、本发明在设计时，将活动范围调节机构和柔性控制机构都与患者膝关节的转动轴线共线，因此，本发明根据人体的生理结构来调节膝关节柔性和膝关节活动范围，从而保证膝关节在康复过程中的舒适度和安全性。本发明可以广泛应用于膝关节康复的研究，服务于医疗康复事业。
图1是本发明整体结构示意2是本发明活动范围调节机构的剖视3是本发明限位按钮的结构示意图
图4是本发明活动范围调节机构的三维立体5是本发明柔性控制机构的剖视6是本发明柔性控制机构的组装7是本发明整体结构的左视图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。如图1所示,本发明包括大腿连接机构10、活动范围调节机构20、柔性控制机构40和小腿连接机构50，在设计时，须将活动范围调节机构20和柔性控制机构40与患者膝关节的转动轴线共线。本发明的大腿连接机构10包括一大腿支撑腔11，大腿支撑腔11内壁上附着一防滑套12，大腿支撑腔11上设置一竖向的开口 13，横跨开口 13设置有至少一个锁紧扣14，锁紧扣14用于调节松紧和固定防滑套12。大腿支撑腔11的外壁两侧分别设置有一连接杆15、16。 如图1、图2所示，本发明的活动范围调节机构20包括一内壳21和一外壳22，内壳21与右侧的连接杆16下端固定连接成一体，内壳21的中心设置有一花键槽，花键槽内插设有一花键的一端，花键的另一端连接一摆动轮23，摆动轮23上对称设置有一对凸出的摆动杆24。如图2 4所不,夕卜壳22为一外侧端面封闭的内齿圈25,夕卜壳22周向对称设置有一对向内壳21方向伸出的凸缘26,在两凸缘26之间与两摆动杆24交错设置有一对限位按钮27，两限位按钮27的下部分别固定连接一与内齿圈25配合的扇形齿轮28。两限位按钮27的上部分别固定连接一跨越外壳22的指针29。在外壳22的中心设置有一螺孔，在螺孔内拧入一封盖30，封盖30的拧入可以将两指针29的位置固定，在外壳22的外侧端面上设置有角度刻度盘(图中未示出)，指针29的中部设置有一通孔31，通过通孔31可以看到角度刻度盘上的刻度。在摆动轮23的外面设置一弹簧圈32，弹簧圈32的外径顶在两限位按钮27的底部，以保持扇形齿轮28与内齿圈25的啮合，为了定位弹簧圈32，在内壳21的内壁上设置了若干定位突起33。当向摆动轮23中心压限位按钮27时，可以使扇形齿轮28与内齿圈25脱离啮合，以改变大腿连接机构10相对于小腿连接机构50的转动限制角度范围；当松开限位按钮27时，则弹簧圈32会推动限位按钮27复位，继续与内齿圈25啮合。如图5 7所不，本发明的柔性控制机构40也包括一外壳41和一内壳42,夕卜壳41与大腿连接机构11的左侧的连接杆15下端固定连接，外壳41中心设置有一长通孔43 ;长通孔43沿长度方向的两侧壁上对称设置有若干限位豁口 44，长通孔43内插入一转轴45，转轴45上对称设置有与限位豁口 44相配合的两限位块46，转轴45外侧固定连接一按钮47，转轴45内侧夹设有一片弹簧48，片弹簧48底端固定在内壳42内壁上。通过按钮47的按压，可以调节转轴45与片弹簧48之间的夹持深度，进而调节大腿和小腿之间的转动柔性。如图1所示，本发明的小腿连接机构50包括一小腿支撑腔51，小腿支撑腔51内壁上附着有一防滑套52，小腿支撑腔51上设置一开口 53 ;横跨开口 53设置至少一个锁紧扣54，锁紧扣54用于调节和固定防滑套52。小腿支撑腔51的外壁两侧分别设置有一连接杆55、56。左侧的连接杆55固定连接柔性控制机构40的内壳42，右侧的连接杆56固定连接活动范围调节机构20的外壳22。上述实施例中，大、小腿支撑腔11、51，是采用现有的三维扫描设备，沿大、小腿安装部位进行多次环形扫描，然后输入到电脑中，建立大、小腿表面的三维模型，最终生成与人体肌肉轮廓完整贴合实体。上述实施例中，防滑套12、52采用线性高分子聚合物，尤其是聚乙烯醇薄膜(PVA)制作。利用本发明进行膝关节康复时，包括以下步骤:1)调节两限位按钮27调节膝关节活动范围的起始位和终止位两限位按钮27分别用于调节膝关节活动范围的起始位和终止位。当按下其中一限位按钮27时，使与其连接在一起的扇形齿轮28脱离内齿圈25，转动该限位按钮27，通过该限位按钮27上的通孔31查看外壳22上的角度表盘，从而读出当前所在位置的角度值。当松开该限位按钮27时，被压缩的与该限位按钮27连接的扇形齿轮28复位，从而与内齿圈25重新啮合，从而设定好起始位或终止位。当通过两限位按钮27设置好膝关节活动范围的起始位和终止位后，摆动轮23就在设定的范围内摆动，实现膝关节在设定的范围内活动。当两限位按钮27设定值相同时，实现膝关节角度固定在设定值上。2)调节按钮47调节膝关节活动时的柔性按钮47用于调节膝关节活动时的柔性。当按钮47处于垂直位置时，可以在外壳41的长通孔43内自由滑动，从而改变了在片弹簧48上的夹持位置和夹持的有效深度，实现膝关节柔性的调整。当按钮47处于水平位置并按下时，转轴45上的限位块46正好卡在长通孔43上的限位豁口 44内，从而实现将按钮47锁紧。本发明仅以上述实施例进行说明，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明技术方案的基础上，凡根据本发明原理对个别部件进行的改进和等同变换，均不应排除在本发明的保护范围之外。
权利要求
1.一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:它包括一用于固定大、小腿的大、小腿连接机构，活动范围调节机构和柔性控制机构； 所述活动范围调节机构包括一第一内壳和一第一外壳，所述第一内壳通过一第一连接杆与所述大腿连接机构的右侧固定连接成一体，所述第一内壳的中心设置有一花键，所述花键的另一端连接一摆动轮，所述摆动轮上对称设置有一对凸出的摆动杆； 所述第一外壳通过一第二连接杆与所述小腿连接机构的右侧固定连接；所述第一外壳为一外侧端面封闭的内齿圈，所述第一外壳周向对称设置有一对向第一内壳方向伸出的凸缘，在两所述凸缘之间与两所述摆动杆交错设置有一对限位按钮，两所述限位按钮的下部分别固定连接一与所述内齿圈配合的扇形齿轮；两所述限位按钮的上部分别固定连接一跨越所述第一外壳的指针；在所述第一外壳的中心设置有一固定两所述指针的封盖，所述封盖固定两所述指针；在所述第一外壳的外侧端面上设置有角度刻度盘，所述指针的中部设置有一通孔，通过所述通孔查看所述角度刻度盘上的刻度；在所述摆动轮的外面设置一弹簧圈，所述弹簧圈的外径顶在两所述限位按钮的底部；所述第一内壳的内壁上设置有若干定位所述弹簧圈的定位突起； 所述柔性控制机构包括一第二外壳和一第二内壳，所述第二内壳通过一第三连接杆与所述小腿连接机构的左侧固定连接；所述第二外壳通过一第四连接杆与所述大腿连接机构的左侧固定连接，所述第二外壳中心设置有一长通孔；所述长通孔沿长度方向的两侧壁上对称设置有若干限位豁口，所述长通孔内插入一转轴，所述转轴上对称设置有与所述限位豁口相配合的两限位块，所述转轴外侧固定连接一按钮，所述转轴内侧夹设有一片弹簧，所述片弹簧两端固定在所述第二内壳内壁上。
2.如权利要求1所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述大腿连接机构包括一大腿支撑腔，所述大腿支撑腔内壁上附着一第一防滑套，所述大腿支撑腔上设置一竖向的第一开口，横跨所述第一开口设置有至少一个第一锁紧扣，所述大腿支撑腔的外壁两侧分别设置有所述第一连接杆和所述第二连接杆。
3.如权利要求1所述的一种膝`关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述小腿连接机构包括一小腿支撑腔，所述小腿支撑腔内壁上附着一第二防滑套，所述小腿支撑腔上设置一竖向的第二开口，横跨所述第二开口设置有至少一个第二锁紧扣，所述小腿支撑腔的外壁两侧分别设置有所述第三连接杆和所述第四连接杆。
4.如权利要求2所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述小腿连接机构包括一小腿支撑腔，所述小腿支撑腔内壁上附着一第二防滑套，所述小腿支撑腔上设置一竖向的第二开口，横跨所述第二开口设置有至少一个第二锁紧扣，所述小腿支撑腔的外壁两侧分别设置有所述第三连接杆和所述第四连接杆。
5.如权利要求2或3或4所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述大、小腿支撑腔是采用三维扫描设备分别沿大、小腿安装部位进行多次环形扫描，然后输入到电脑中，建立大、小腿表面的三维模型，最终生成与人体肌肉轮廓完整贴合实体。
6.如权利要求2或3或4所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述第一、第二防滑套采用线性高分子聚合物制作。
7.如权利要求5所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述第一、第二防滑套采用线性高分子聚合物制作。
8.如权利要求6所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述第一、第二防滑套采用聚乙烯醇薄膜制作。
9.如权利要求7所述的一种膝关节柔性辅助康复装置，其特征在于:所述第一、第二防滑套采用聚乙烯醇薄膜制作。`
全文摘要
本发明涉及一种膝关节柔性辅助康复装置，它包括大、小腿连接机构、活动范围调节机构和柔性控制机构。活动范围调节机构包括内壳和外壳，内壳与大腿连接机构连接，内壳的中心设置有花键，花键连接摆动轮，摆动轮上设置有一对摆动杆；外壳与小腿连接机构连接；外壳为内齿圈，外壳设置有一对凸缘，在两凸缘之间与两摆动杆设置有一对限位按钮，两限位按钮分别连接扇形齿轮；其上部分别连接一指针；在外壳设置有封盖。柔性控制机构包括外壳和内壳，内壳与小腿连接机构左侧连接；外壳与大腿连接机构的左侧连接，外壳中心设置有转轴，转轴固定连接一按钮，转轴内侧夹设有一片弹簧，片弹簧两端固定在内壳内壁上。本发明可广泛应用于膝关节康复的研究，服务于医疗康复事业。
文档编号A61H1/00GK103099719SQ20131003282
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者周志浩, 王启宁, 王龙 申请人:北京大学