穿戴式下肢康复训练系统的制作方法

本实用新型涉及康复训练设备，特别涉及穿戴式下肢康复训练设备，属于康复训练器械技术领域。

背景技术：

目前由于中风、关节形疾病的高发以及交通事故等各种原因导致的偏瘫、截瘫或者下肢关节严重损坏的患者越来越多，而且趋向于年轻化，由于无法自主行走运动，长期会对身体各种机能造成不可恢复的损害，对于这类患者辅助进行行走训练，不仅帮助患者锻炼恢复行走能力，还可避免长期久坐产生压疮，对患者心脏功能改善、肌肉强度提高和平衡能力恢复都有好处。这种训练通过目前的穿戴式下肢康复训练系统（也叫下肢外骨骼机器人）进行，该系统上配置有模仿髋关节、膝关节、踝关节运动的关节结构，关节结构配置有驱动装置，驱动装置通过控制器驱动，整体系统配置有电池，然后在控制器内设定的算法的控制下或者部分在传感器信号的反馈下通过该控制器控制各关节配合运动，实现带动患者行走，协助患者进行康复，对于这种康复训练设备需要满足以下一些要求：首先是安全稳定性，使用者的平衡能力和运动调节能力一般都不好，安全、稳定是对这类设备最基本和重要的要求；第二是能够适应不同的患者穿戴，由于患者高矮、胖瘦、性别、身体各部分比例存在着较大的差异，对每个患者定制的生产制造和使用成本又太高，所以要求在设备能够标准化生产的情况下满足各种不同类型患者的需要；三是设备的续航能力，由于设备在工作中既要驱动设备本身、又要带动人体的腿部进行运动，所以需要一定的功率，而配置的电池容量太大的话会导致设备很重，设备通过腰围连接在患者身上，过重的设备会让患者背部压力过大，而且在使用过程中电池发热会给患者带来诸多不适感；四是舒适性，由于患者本身的疾病导致的心理上的问题，如果训练中某些部位或者部件带来不好的感受，会让患者感觉烦躁，影响康复训练的效果。中国专利号2018108898016公开了一种康复型下肢外骨骼，称其可以实现帮助患者行走的功能，但其存在着很多问题，基本无法满足上述的任何一项要求，一是髋关节结构问题，髋关节机构要实现带动大腿运动，是设备中很重要的机构，而大腿重量比较重，驱动本身需要较大的功率，该专利中采用滚珠丝杠驱动连杆驱动髋关节，存在着以下问题：一是滚珠丝杠的驱动电机“头朝下”布置，滚珠丝杠位于髋关节上方的腰部部位，但腰部与髋关节之间的距离很短，这样采用连杆机构驱动髋关节时力臂很短，这就需要丝杠配置功率较大的电机，而且这种方式驱动髋关节属于“杠杆式”式驱动，由于腿部的重量较大，整个腿部以下都是阻力臂，可想而知需要的电机的功率会很大，而且在髋关节转动过程中其驱动力臂逐渐变短，需要的驱动力还会变大，采用功率较大的电机会产生一系列问题，如：a：电机的功率和重量均使设备耗电量增加，在电池容量一定的情况下，使设备的连续运行时间缩短；b：设备的整体重量加大，而电机安装的位置偏高，这导致设备的整体重心高，不稳定；c:电机在运行中发热严重，会让患者明显的感觉到腰部不舒服；二是滚珠丝杠与电机之间直接连接或通过减速机连接，丝杠直接连接在电机上或减速机上，驱动装置和丝杠之间以及丝杠和连杆之间的连接均为硬连接，这对设备安装制造的过程中对精度的要求很高，若误差稍大或者在使用中某些部位松动，就会出现卡死现象，还有这种硬连接驱动制造的设备在运行中关节非常生硬，振动较大，与人体关节的适应性差，舒适感差。三是该专利的髋关节结构中具有外摆内收摆动块，该处在使用中没有刚性束缚，在使用中这一处会发生随动，因为这一类患者普遍自控能力很差，这会导致患者在训练过程中行走不稳定，步态不能按照治疗师设计的去完成；四是该设备采用绑带固定大腿和小腿，对患者的腿部勒的太紧，舒适型极差；五是该设备对于高矮、胖瘦、性别、身体各部分比例存在着较大的差异的患者不能有效调节以适应这些患者使用，所以该设备存在的上述问题使其在实践中使用的可能性大大降低，无法满足穿戴式下肢训练系统的基本要求。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于克服目前的穿戴式下肢训练系统中存在的上述问题，提供一种穿戴式下肢康复训练系统。

为实现本实用新型的目的，采用了下述的技术方案：穿戴式下肢康复训练系统，包括横梁、固定连接在横梁上的腰围、电池盒组件、控制器、左下肢系统、右下肢系统，所述的左下肢系统包括大腿架，所述的大腿架包括大腿安装板，髋关节丝杠下端转动连接在大腿安装板上，髋关节丝杠连接有驱动装置，髋关节丝杠的螺母上固定连接有髋关节滑块，髋关节滑块配合设置在上下方向的髋关节导轨上，髋关节导轨固定设置，髋关节连杆的一端与髋关节滑块铰接，髋关节连杆的另一端铰接在髋关节曲柄上，髋关节曲柄转动连接在髋关节销轴上，髋关节销轴固定设置，髋关节曲柄的另一端直接或间接连接在横梁上；

所述的左下肢系统还包括位于大腿架下方的膝关节总成，所述的膝关节总成包括膝关节安装板，膝关节丝杠上端转动连接在膝关节安装板上，膝关节丝杠连接有驱动装置，膝关节丝杠的螺母上固定连接有膝关节滑块，膝关节滑块配合设置在上下方向的膝关节导轨上，膝关节导轨固定设置，膝关节连杆的一端与膝关节滑块铰接，膝关节连杆的另一端铰接在膝关节曲柄上；

膝关节曲柄的下端固定连接有可调节长度的小腿机构，所述的可调节长度的小腿机构包括固定小腿板和活动小腿板，所述的固定小腿板为u型，u形底面为齿面，活动小腿板插设在固定小腿板的u型槽中，活动小腿板与齿面贴合的面也是齿形面，活动小腿板与固定小腿板之间通过凸轮锁紧机构锁紧，所述的凸轮锁紧机构包括锁紧轴，锁紧轴的一端连接有限位片，另一端连接有手柄凸轮机构，所述的手柄凸轮机构包括凸轮轴，凸轮轴与锁紧轴正交，凸轮轴通过以下两种方式之一与锁紧轴连接：第一种方式是凸轮轴与锁紧轴固定连接，手柄凸轮转动连接在凸轮轴上；第二种方式是凸轮轴与锁紧轴转动连接，手柄凸轮固定连接在凸轮轴上；活动小腿板与齿形面相对的另一面上具有t形槽，t形槽中滑动设置有t形滑块，活动小腿板上开设有上下方向的长缝，固定小腿板上开设有轴孔，锁紧轴穿过轴孔和长缝内端轴向限位或者固定连接在t形滑块上，锁紧轴的外端位于固定小腿板之外，手柄机构在锁紧轴的外端；

所述的可调节长度的小腿机构下部转动连接有踝关节，踝关节下连接有鞋托；

在大腿架上固定连接有大腿束缚气囊套；在小腿架上固定连接有小腿束缚气囊套；

所述的右下肢系统与左下肢系统左右对称。

进一步的；所述的髋关节丝杠、膝关节丝杠的驱动装置均为电机，髋关节丝杠的驱动电机头朝下固定安装在大腿安装板上，髋关节丝杠的驱动电机的输出轴上固定连接有小同步轮a，髋关节丝杠的下端固定连接有大同步轮a，小同步轮a和大同步轮a之间通过同步带a传动；膝关节丝杠的驱动电机头朝下固定安装在膝关节安装板上，膝关节丝杠的驱动电机的输出轴上固定连接有小同步轮b，膝关节丝杠的下端固定连接有大同步轮b，小同步轮b和大同步轮b之间通过同步带b传动。

进一步的；所述的横梁设有l形件，l形件的两个边上均开设有多个定位孔，横梁上开设有固定孔，横梁和l形件的横边之间凸轮锁紧机构锁紧，凸轮锁紧机构锁紧的锁紧轴位于固定孔和横边的其中一定位孔中，在髋关节曲柄未铰接连杆的端部固定连接有连接套管，连接套管上开设有连接孔，l形件的另一个边穿设在连接套管中，连接套管与l形件之间通过凸轮锁紧机构锁紧，凸轮锁紧机构锁紧的锁紧轴位于连接孔和l形件的另一个边上的其中一定位孔中。

进一步的；所述的大腿架两侧固定连接有相互对应的孔板，两个孔板上均上下分布有多个水平方向相互对应的调节孔，膝关节总成上具有与可与孔板上的两个调节空格同时对应的两个安装孔，膝关节总成上的两个安装孔与其中两个调节孔对应后采用凸轮锁紧机构锁紧。

进一步的；所述的可调节长度的小腿机构下端为u型口，u形口两侧具有踝关节轴孔，踝关节轴孔中穿设有踝关节轴，鞋托的侧边通过踝关节轴转动连接在u形口中，鞋托的侧边上部的前后与u形口底之间分别顶设有一个缓冲弹簧。

进一步的；所述的髋关节滑块上具有中孔的髋关节驱动套，髋关节驱动套活动套设在髋关节丝杠外，髋关节连杆铰接在髋关节驱动套上部。

进一步的；在大腿架上固定连接有大腿外壳，髋关节导轨固定连接在大腿外壳内壁上，髋关节销轴两端固定连接在大腿外壳上。

进一步的；所述的横梁为方管，l形件插设在方管中。

进一步的；在横梁靠近两端分别固定连接有一个扶手。

本实用新型的积极有益技术效果在于：本康复训练系统左下肢系统、右下肢系统左右的位置可调、髋关节的位置可调、膝关节的位置可调（相当于大腿长度可调）、小腿的长度可调，可以适应高低、胖瘦、身体比例不同的各类患者训练需要；本训练系统穿戴后全部是刚性束缚，患者使用过程中安全稳定；本系统中髋关节丝杠替代了大腿支撑的功能，省去了传统的大腿支撑，使设备的整体重量减轻；本系统中髋关节驱动采用下部直接推动上抬，相对于杠杆式驱动，其阻力臂非常短，需要的驱动力更小，驱动过程中驱动力臂还可以变大，所以需要的髋关节驱动电机功率也可以大大降低，克服了髋关节电机功率大导致的重量大、发热严重、重心高导致的不稳定、系统续航能力低等一系列的问题；本系统中大腿和小腿的束缚带有气囊套，能够避免对患者的腿部勒的很紧，增加舒适感、改善血液循环，采用同步带驱动丝杠，驱动更加柔和，振动小、不会卡死。而且本康复训练系统结构相对简单，成本低，能够降低患者的使用成本。本康复训练系统可以用于不同类型的下肢功能障碍患者辅助行走。

附图说明

图1是本实用新型的整体示意图。

图2是座下肢去掉外壳后的示意图。

图3是大腿部位和膝关节总成内部的示意图。

图4是髋关节驱动的示意图。

图5是膝关节总成的分解示意图。

图6是可调节长度的小腿机构示意图之一。

图7是可调节长度的小腿机构示意图之二。

图8是l形件的示意图。

图9是踝关节部位的示意图。

图10是凸轮锁紧机构的示意图。

具体实施方式

为了更充分的解释本实用新型的实施，提供本实用新型的实施实例。这些实施实例仅仅是对本实用新型的阐述，不限制本实用新型的范围。

结合附图对本实用新型进一步详细的解释，附图中各标记为：1：横梁；2：腰围；3：电池盒组件；4：扶手；5：l形件；6：连接套管；7：大腿外壳；8：膝关节总成外壳:9：固定小腿板；10长孔；11：活动小腿板；12：齿形面；13：u形口；14：鞋托；15：踝关节轴；16：大腿束缚气囊套；17：小腿束缚气囊套；18：髋关节丝杠的驱动电机；19：髋关节丝杠；20：髋关节驱动套；21：髋关节连杆；22：髋关节曲柄；23：膝关节丝杠的驱动电机；24：孔板；25：凸轮锁紧机构；2501：锁紧轴；2502：凸轮轴；2503：手柄凸轮；2504：限位片；2505：垫片；26：髋关节销轴；27：髋关节滑块；28：髋关节导轨；29：大同步轮a；30：同步带a；31：大同步轮b；32：膝关节驱动套；33：膝关节导轨；34：膝关节连杆；35：膝关节曲柄；36：髋关节丝杠的螺母；37：小同步轮a；38：大腿安装板；39：膝关节滑块；40：膝关节丝杠；41：膝关节丝杠的螺母；42：膝关节安装板；43：小同步轮b；44：大同步轮b；45：同步带b；46：膝关节销轴；47：安装孔；48：t形槽；49：t形滑块；50：阶梯孔；51：齿面；52：u形槽；53：定位孔；54：调节孔；55：长缝；56：缓冲弹簧；57：鞋托的侧边。

如附图所示，穿戴式下肢康复训练系统，包括横梁1、固定连接在横梁上的腰围2、电池盒组件3、控制器、左下肢系统、右下肢系统，所述的右下肢系统与左下肢系统左右对称。在横梁靠近两端分别固定连接有一个扶手4。所述的横梁设有l形件5，l形件的两个边上均开设有多个定位孔53，横梁上开设有固定孔，横梁和l形件的横边之间凸轮锁紧机构锁紧，凸轮锁紧机构锁紧的锁紧轴位于固定孔和横边的其中一定位孔中，在髋关节曲柄未铰接连杆的端部固定连接有连接套管6，连接套管上开设有连接孔，l形件的另一个边穿设在连接套管中，连接套管与l形件之间通过凸轮锁紧机构锁紧，凸轮锁紧机构锁紧的锁紧轴位于连接孔和l形件的另一个边上的其中一定位孔中，所述的横梁为方管，l形件插设在方管中。

所述的左下肢系统包括大腿架，所述的大腿架包括大腿安装板38，髋关节丝杠19下端转动连接在大腿安装板上，髋关节丝杠连接有驱动装置，所述的髋关节丝杠的驱动装置均为电机，髋关节丝杠的驱动电机18头朝下固定安装在大腿安装板38上，髋关节丝杠的驱动电机的输出轴上固定连接有小同步轮a37，髋关节丝杠的下端固定连接有大同步轮a29，小同步轮a和大同步轮a之间通过同步带a30传动。

髋关节丝杠的螺母36上固定连接有髋关节滑块27，髋关节滑块配合设置在上下方向的髋关节导轨28上，髋关节导轨28固定设置，髋关节连杆21的一端与髋关节滑块铰接，本实施例中，所述的髋关节滑块上具有中孔的髋关节驱动套20，髋关节驱动套活动套设在髋关节丝杠19外，髋关节连杆铰接在髋关节驱动套上部。髋关节连杆的另一端铰接在髋关节曲柄22上，髋关节曲柄转动连接在髋关节销轴26上，髋关节销轴固定设置，髋关节曲柄的另一端直接或间接连接在横梁上；在大腿架上固定连接有大腿外壳7，髋关节导轨28固定连接在大腿外壳内壁上，髋关节销轴26两端固定连接在大腿外壳上。

所述的左下肢系统还包括位于大腿架下方的膝关节总成，所述的膝关节总成包括膝关节安装板42，膝关节丝杠40上端转动连接在膝关节安装板上，膝关节丝杠连接有驱动装置，膝关节丝杠连接的驱动装置为电机，膝关节丝杠的驱动电机23头朝下固定安装在膝关节安装板上，膝关节丝杠的驱动电机的输出轴上固定连接有小同步轮b43，膝关节丝杠的下端固定连接有大同步轮b44，小同步轮b和大同步轮b之间通过同步带b45传动。

膝关节丝杠的螺母上固定连接有膝关节滑块39，膝关节滑块配合设置在上下方向的膝关节导轨33上，膝关节导轨固定连接在膝关节总成外壳内，膝关节连杆34的一端与膝关节滑块39铰接，膝关节连杆34的另一端铰接在膝关节曲柄35上；本实施例中，所述的膝关节滑块上具有中孔的膝关节驱动套32，膝关节驱动套活动套设在膝关节丝杠40外，膝关节连杆铰接34在膝关节驱动套上部，膝关节连杆的另一端铰接在膝关节曲柄35上，膝关节曲柄转动连接在膝关节销轴46上，膝关节销轴固定连接在膝关节总成外壳上。

所述的大腿架两侧固定连接有相互对应的孔板24，两个孔板上均上下分布有多个水平方向相互对应的调节孔54，膝关节总成上具有与可与孔板上的两个调节空格同时对应的两个安装孔47，膝关节总成上的两个安装孔与其中两个调节孔对应后采用凸轮锁紧机构25锁紧。更换与安装孔对应的调节孔的位置可以调节膝关节总成的安装高度，进而适应患者不同的大腿长度。

膝关节曲柄的下端固定连接有可调节长度的小腿机构，所述的可调节长度的小腿机构包括固定小腿板9和活动小腿板11，所述的固定小腿板为u型，u形底面为齿面51，活动小腿板9插设在固定小腿板的u型槽52中，活动小腿板与齿面贴合的面也是齿形面12，活动小腿板与固定小腿板之间通过凸轮锁紧机构锁紧，所述的凸轮锁紧机构包括锁紧轴2501，锁紧轴的一端连接有限位片2501，另一端连接有手柄凸轮机构，所述的手柄凸轮机构包括凸轮轴2502，凸轮轴与锁紧轴正交，凸轮轴通过以下两种方式之一与锁紧轴连接：第一种方式是凸轮轴与锁紧轴固定连接，手柄凸轮2503转动连接在凸轮轴上；第二种方式是凸轮轴与锁紧轴转动连接，手柄凸轮固定连接在凸轮轴上；本实施例中，采用第一种方式，活动小腿板与齿形面相对的另一面上具有t形槽48，t形槽中滑动设置有t形滑块49，活动小腿板上开设有上下方向的长缝55，固定小腿板上开设有轴孔，所述的轴孔为长孔10；锁紧轴穿过轴孔和长缝内端轴向限位或者固定连接在t形滑块上，本实施例中，限位片限位在阶梯孔内，锁紧轴的外端位于固定小腿板之外，手柄凸轮2503在锁紧轴的外端；

所述的可调节长度的小腿机构下部转动连接有踝关节，踝关节下连接有鞋托14；所述的可调节长度的小腿机构下端为u型口13，u形口两侧具有踝关节轴孔，踝关节轴孔中穿设有踝关节轴15，鞋托的侧边57通过踝关节轴转动连接在u形口中，鞋托的侧边57上部的前后与u形口底之间分别顶设有一个缓冲弹簧56。

在大腿架上固定连接有大腿束缚气囊套17；在小腿架上固定连接有小腿束缚气囊套17。

本申请中的凸轮锁紧机构均可采用图9所示的结构，限位片锁紧轴可通过螺纹连接，可根据需要选择是否使用垫片，限位片的形状和大小也可根据使用场合选择。

本训练系统的使用时的运动程序存储在控制器中，由控制器控制各部件按次序和设定动作。

本系统使用时，打开腰围束缚患者腰部，打开大腿束缚气囊套、小腿束缚气囊套分别固定患者的大腿和小腿，初次使用时配合腋下拐杖或者辅助人员扶着扶手协助患者行走，开启设备，左下肢系统、右下肢系统上的髋关节、膝关节驱动机构按照设定动作带动患者前行，患者训练一段适应后，可进行去掉双拐、也不用人扶情况下的自行训练。

在详细说明本实用新型的实施方式之后，熟悉该项技术的人士可清楚地了解，在不脱离上述申请专利范围与精神下可进行各种变化与修改，凡依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围，且本实用新型亦不受限于说明书中所举实例的实施方式。