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一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼.pdf

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一種 自身 驅動 交互式 截癱 助行外 骨骼
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摘要
申請專利號:

CN201410183634.5

申請日:

20140430

公開號:

CN103948484A

公開日:

20140730

當前法律狀態:

有效性:

有效

法律詳情:
IPC分類號: A61H1/02,A61H3/04 主分類號: A61H1/02,A61H3/04
申請人: 中國康復研究中心
發明人: 王人成,李建軍,楊明亮,關鑫宇,季林紅,王一吉,王林,高峰,于艷
地址: 100068 北京市豐臺區馬家堡角門北路10號
優先權: CN201410183634A
專利代理機構: 北京紐樂康知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 王珂
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201410183634.5

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,包括自身力源驅動RGO,所述自身力源驅動RGO為依次連接的足托、下支條、膝關節、上支條和髖關節組件,還包括一自身力源驅動助行車,所述自身力源驅動助行車包括車前架、車后架,將左右車架連接成一體的車中梁,固定連接于車前架上方的自身力源驅動機構;所述車前架安裝有車輪,所述車后架接地位置安裝防滑座,所述自身力源驅動機構與自身力源驅動RGO髖關節組件之間通過動力拉桿套連接,該動力拉桿套內設置動力拉桿。本發明的有益效果為:通過患者手臂將重心轉移時的部分重力轉換成交互機構驅動動力,充分利用患者重心轉移時的能量,降低截癱患者利用RGO交互行走時的體能消耗。

權利要求書

1.一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,包括自身力源驅動RGO和自身力源驅動助行車,所述自身力源驅動RGO包括依次連接的足托(1)、下支條、膝關節(4)、上支條和髖關節組件,所述膝關節上設置膝關節鎖(3),其特征在于:所述自身力源驅動助行車包括車前架(42)、車后架(44)、將左右車架連接成一體的車中梁(45)以及固定連接于車前架(42)上方的自身力源驅動機構;所述車前架(42)安裝有車輪(41),所述車后架(44)接地位置安裝有防滑座(43),所述自身力源驅動機構與所述自身力源驅動RGO的所述髖關節組件之間通過動力拉桿套(46)連接,該動力拉桿套(46)內設置動力拉桿(48)。2.根據權利要求1所述的自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,其特征在于:所述的自身力源驅動機構包括交互機構和動力傳送機構,該交互機構為交互臂桿(52),該交互臂桿(52)與車前架(42)上方通過交互鉸鏈(51)固定連接;所述動力傳送機構包括設置于交互臂桿(52)上的動力鉸鏈(49)以及連接動力鉸鏈(49)的動力拉桿(48),該動力拉桿(48)與固定在車前架(42)上的動力拉桿套(46)由動力拉桿套支座(47)連接。3.根據權利要求2所述的自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,其特征在于:所述的自身力源驅動外骨骼RGO為自身力源驅動的環索RGO、自身力源驅動的搖桿RGO、自身力源驅動的V型關節RGO。4.根據權利要求3所述的自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,其特征在于:所述動力拉桿套(46)通過動力拉桿套支座(166)固定連接在自身力源驅動的環索RGO髖關節組件(16)的支架(163)上。5.根據權利要求3所述的自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,其特征在于:所述動力拉桿套(46)通過動力拉桿套支座(269)固定連接在自身力源驅動的搖桿RGO髖關節組件(26)的支架(267)上。6.根據權利要求3所述的自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,其特征在于:所述動力拉桿套(46)通過動力拉桿套支座(395)固定連接在自身力源驅動的V型關節RGO髖關節組件(39)的交互臂(391)上。

說明書

技術領域

本發明涉及醫療機械技術領域,特別是涉及一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼。

背景技術

助行外骨骼是穿戴在人體下肢,用于輔助截癱患者重建行走功能、為下肢運動功能減弱的老年人提供行走助力,以及增強軍人等特定群體行走和負重能力的機械裝置。助行外骨骼主要分為外動力驅動的動力助行外骨骼和無外動力驅動的無動力助行外骨骼兩大類型。

動力助行外骨骼的概念最早可以追溯到19世紀初,1830年英國人羅伯特·西摩(Robert?Seymour)提出的穿戴人體上的蒸汽機行走器,是最早的動力助行外骨骼概念創意。1890年俄羅斯人尼古拉斯·亞根(Nicholas?Yagn)提出用彈性儲能元件增強人類跑和跳能力的發明專利,是被業界廣為引用的最早助行外骨骼設計。在20世紀60年代年以前,動力助行外骨骼主要以幻想和創意設計為主;在20世紀60年代初,美國康奈爾航空實驗室率先開始研發動力助行外骨骼人肌增強器?(Man-amplifier),然后GE公司研發動力助行外骨骼哈德曼(Hardiman),開始了制造動力助行外骨骼樣機的實踐;在20世紀60年代末至70年代初,南斯拉夫普平研究所武科拉托維奇研發了用于截癱患者輔助行走的多種動力助行外骨骼,并發表了有關人形機器人步態規劃、設計及控制理論的專著,書中詳細闡述了至今仍被雙足機器人采用的“零力矩點”(ZMP)行走穩定性判據;在20世紀80年代,因機電和控制等核心技術瓶頸導致哈德曼(Hardiman)項目中止,使動力外骨骼研究陷入低潮;1988年國家自然科學基金支持清華大學張濟川開展“外動力式截癱步行器的研究”,并于1990申請了我國動力助行外骨骼方面的第一個發明專利?“下肢高位截癱者用電動步行機”?專利號ZL90104491.1;在20世紀90年代動力助行外骨骼最重要的進展是減重步行訓練外骨骼的推出,瑞士HOCOMA醫療器械公司與瑞士蘇黎士巴爾格瑞斯特(Balgrist)醫學院康復中心合作將動力外骨骼與減重懸吊裝置和跑步機相結合,于1999年研制成功機器人(LOKOMAT)減重步行訓練動力外骨骼,并在臨床上推廣使用;隨著機器人(LOKOMAT)減重步行訓練動力外骨骼的成功應用,動力助行外骨骼研究進入了高潮期,其中日本和美國動力助行外骨骼的研究規模和總體技術水平比較高。截止2013年底,已有20多個國家從事動力助行外骨骼相關研究,僅我國從事動力助行外骨骼研究單位就有近40家,其中有實驗樣機的就超過10家。第一個上市的截癱患者動力助行外骨骼是以色列開發的重新行走(Rewalk),已經上市銷售的截癱患者動力助行外骨骼還有新西蘭的Rex,美國的Esko(以前稱Elegs),日本Hal5-Type?C等。

無動力助行外骨骼源于臨床實踐,對胸錐和腰錐完全性脊髓損傷的患者不借助輔助器具是無法實現站立或行走的,而行走對維持肌肉骨骼與心肺功能有重要作用,因此很多年前就有醫師用KAFO(膝踝關節矯形器)或者HKAFO(髖膝踝關節的矯形器)幫助截癱患者行走。1967年加拿大一位矯形器技師提出通過齒輪將雙側HKAFO相連,使截癱患者一側屈髖時對側伸髖實現交互式步態,后來其同事用鋼索代替了齒輪,并命名為LUS?RGO(LUS,即路易士安娜州立大學)。無動力助行外骨骼RGO經過多年的改進和臨床實踐,形成了三類主要產品:1)靠腰部鋼索實現交互的RGO(往復式截癱步行器),即環索RGO(horizontal?cable?system);2)通過腰部空間連桿機構實現交互的RGO,即搖桿RGO(rocker?bar?system);3)通過會陰部下方“人”字形關節實現交互的RGO,即V型關節RGO。

外動力助行外骨骼由于驅動力和能耗較大,存在體積和重量大不易穿戴和使用的問題。RGO盡管相對小巧,但是使用時需要消耗患者大量的體能,部分患者應用困難。

發明內容

本發明的目的是提供一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,以克服目前現有技術存在的上述不足。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現:

一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼,包括自身力源驅動RGO和自身力源驅動助行車,所述自身力源驅動RGO包括依次連接的足托、下支條、膝關節、上支條和髖關節組件;所述自身力源驅動助行車包括車前架、車后架,左右車架接成一體的車中梁,固定連接于車前架上方的自身力源驅動機構;所述車前架安裝有車輪,所述車后架接地位置安裝防滑座,所述自身力源驅動機構與自身力源驅動RGO髖關節組件之間通過動力拉桿套連接,該動力拉桿套內設置動力拉桿。

進一步,所述的自身力源驅動機構包括交互機構和動力傳送機構,該交互機構為交互臂桿,該交互臂桿與車前架上方通過交互鉸鏈固定連接;所述動力傳送機構包括設置于交互臂桿上的動力鉸鏈,連接動力鉸鏈的動力拉桿,該動力拉桿與固定在車前架上的動力拉桿套之間由動力拉桿套支座連接。

進一步,所述的自身力源驅動外骨骼RGO為自身力源驅動的環索RGO、自身力源驅動的搖桿RGO、自身力源驅動的V型關節RGO。

進一步,所述的動力拉桿套通過動力拉桿套支座固定連接在自身力源驅動的環索RGO髖關節組件的支架上;可選擇的,所述的動力拉桿套通過動力拉桿套支座固定連接在自身力源驅動的搖桿RGO髖關節組件的支架上;可選擇的,所述的動力拉桿套通過動力拉桿套支座固定連接在自身力源驅動的V型關節RGO髖關節組件的交互臂上。

本發明的有益效果為:通過患者手臂將重心轉移時的部分重力轉換成交互機構驅動動力,充分利用患者重心轉移時的能量,降低截癱患者利用RGO交互行走時的體能消耗。

附圖說明

下面根據附圖對本發明作進一步詳細說明。

圖1是本發明實施例所述的自身力源驅動的環索RGO軸測圖;

圖2是本發明實施例所述的自身力源驅動的環索RGO髖部組件軸測圖;

圖3是本發明實施例所述的自身力源驅動的搖桿RGO軸測圖軸測圖。

圖4是本發明實施例所述的自身力源驅動的搖桿RGO髖部組件軸測圖。

圖5是本發明實施例所述的自身力源驅動的V型關節RGO軸測圖。

圖6是本發明實施例所述的自身力源驅動的V型關節組件軸測圖。

圖7是本發明實施例所述的自身力源驅動的助行車軸測圖。

圖中:

1、足托;2、下支條;3、膝關節鎖;4、膝關節;5、上支條;16、環索RGO髖關節組件;161、髖關節鎖;162、髖關節;163、支架;164、驅動桿;165、動力鉸鏈;166、動力拉桿套支座;167、環索鉸鏈;168、環索拉桿;169、環索拉桿套;170、環索拉桿套支座;26、搖桿RGO髖關節組件;261、髖關節鎖;262、髖關節;263、驅動桿;264、桿端球軸承;265、雙頭螺桿;266、桿端球軸承;267、支架;268、動力鉸鏈;?269、動力拉桿套支座;270、搖桿;271、搖桿鉸鏈;?32、外側下支條;33、內側下支條;36、外側上支條;37、大腿托;38、內側上支條;39、V型關節RGO髖關節組件;391、交互臂;392、鎖緊滑塊;393、鎖緊開關;394、動力鉸鏈;?395、動力拉桿套支座;396、關節軸;41、車輪;42、車前架;43、防滑座;44、車后架;45、車中梁;46、動力拉桿套;47動力拉桿套支座;48、動力拉桿;49、動力鉸鏈;50、交互鉸鏈支座;51、交互鉸鏈;52、交互臂桿。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖7所示,本發明實施例所述的一種自身力源驅動交互式環索RGO截癱助行外骨骼由自身力源驅動的助行車和自身力源驅動的環索RGO組成,所述自身力源驅動的助行車由車前架42、車后架44,將左右車架接成一體的車中梁45以及通過交互鉸鏈51固定于車前架42和車后架44上方的自身力源驅動機構組成,該自身力源驅動交互鉸鏈51連接交互臂桿52,交互臂桿52上的動力鉸鏈49連接動力拉桿48,該動力拉桿48通過動力拉桿套支座47固定在助行車上的動力拉桿套46上通過由患者左右手臂操縱,通過實現由截癱患者身體重心移動左右交互升降;所述的自身力源驅動的環索RGO由依次連接的足托1、下支條2、膝關節4、上支條5、髖關節組件16組成,其中膝關節4上設置有膝關節鎖3,在坐姿時膝關節鎖3打開,膝關節4屈曲,在站立或者行走時膝關節鎖3鎖緊,膝關節4不能屈曲,下支條2和上支條5起到支撐和連接作用。所述上支條5經由髖關節鎖161、髖關節162與支架163相連。左右兩個髖關節的驅動桿164經由環索鉸鏈167和環索拉桿168連接,實現機械交互。環索拉桿168外設置環索拉桿套169,環索拉桿套169經由環索拉桿套支座170固定在支架163上。動力拉桿48經由動力鉸鏈165與驅動桿164鉸接,動力拉桿48外設置動力拉桿套46,動力拉桿套46的一端經由動力拉桿套支座166固定在支架163上,動力拉桿套46的另一端固定在自身力源驅動的助行車上。安裝在交互臂桿52的動力鉸鏈49,通過動力拉桿48和經由動力拉桿套支座47固定在助行車上的動力拉桿套46,將因截癱患者身體重心移動導致交互臂桿52左右交互升降傳遞給自身力源驅動交互式環索RGO。在坐姿時髖關節鎖161打開,髖關節162屈曲,在站立或者行走時髖關節鎖161鎖緊,髖關節162在環索拉桿168的作用下,實現在矢狀面內左右交互屈伸行走。

如圖3、圖4和圖7所示本發明所述的另一種自身力源驅動交互式搖桿RGO截癱助行外骨骼由自身力源驅動的助行車和自身力源驅動的搖桿RGO組成,所述自身力源驅動的助行車由車前架42、車后架44,將左右車架接成一體的車中梁45以及通過交互鉸鏈51固定于車前架42和車后架44上方的自身力源驅動機構組成,該自身力源驅動交互鉸鏈51連接交互臂桿52,交互臂桿52上的動力鉸鏈49連接動力拉桿48,該動力拉桿48通過動力拉桿套支座47固定在助行車上的動力拉桿套46上,患者通過左右手臂操縱動力拉桿套46,實現由截癱患者身體重心移動左右交互升降;所述的自身力源驅動的搖桿RGO由依次連接的足托1、下支條2、膝關節4、上支條5、髖關節組件26組成,其中膝關節4上設置有膝關節鎖3,在坐姿時膝關節鎖3打開,膝關節4屈曲,在站立或者行走時膝關節鎖3鎖緊,膝關節4不能屈曲,下支條2和上支條5起到支撐和連接作用。所述上支條5經由髖關節鎖261、髖關節262與支架267相連。左右兩個髖關節的驅動桿263經由桿端球軸承264、雙頭螺桿265和桿端球軸承266與搖桿270連接,搖桿270與支架267通過搖桿鉸鏈271鉸接,實現機械交互。動力拉桿48經由動力鉸鏈268與驅動桿263鉸接,動力拉桿48外有動力拉桿套46,動力拉桿套46的一端經由動力拉桿套支座269固定在支架267上。動力拉桿套46的另一端固定在自身力源驅動的助行車上。安裝在交互臂桿52的動力鉸鏈49,通過動力拉桿48和經由動力拉桿套支座47固定在助行車上的動力拉桿套46,將因截癱患者身體重心移動導致交互臂桿52左右交互升降傳遞給自身力源驅動交互式拉桿RGO。在坐姿時髖關節鎖261打開,髖關節262屈曲,在站立或者行走時髖關節鎖261鎖緊,髖關節262在動力拉桿269的作用下,實現在矢狀面內左右交互屈伸行走。

如圖5、圖6和圖7所示,本發明所述的又一種自身力源驅動交互式V型關節RGO截癱助行外骨骼由自身力源驅動的助行車和自身力源驅動的V型關節RGO組成,所述自身力源驅動的助行車由車前架42、車后架44,將左右車架接成一體的車中梁45以及通過交互鉸鏈51固定于車前架42和車后架44上方的自身力源驅動機構組成,該自身力源驅動交互鉸鏈51連接交互臂桿52,交互臂桿52上的動力鉸鏈49連接動力拉桿48,該動力拉桿48通過動力拉桿套支座47固定在助行車上的動力拉桿套46上,患者通過左右手臂操縱動力拉桿套46,實現由截癱患者身體重心移動左右交互升降;所述的自身力源驅動的V型關節RGO由固定截癱患者足、踝和小腿的足托1,連接足托1的外側下支條32和內側下支條33、與外側下支條32和內側下支條33連接的膝關節5、連接膝關節5的外側上支條36和內側上支條38、與外側上支條36和內側上支條38連接的大腿托37以及連接兩個大腿托37的V型關節RGO髖關節組件39,所述的膝關節5上設置有膝關節鎖4,其中外側下支條32、內側下支條33、外側上支條36和內側上支條38起到支撐和連接作用,在坐姿時膝關節鎖4打開,膝關節5屈曲,在站立或者行走時膝關節鎖4鎖緊,膝關節5不能屈曲。內側上支條38上固定連接左右兩個交互臂391,所述交互臂391上設置有鎖緊滑塊392和位于鎖緊滑塊392上的鎖緊開關393,左右兩個交互臂391之間通過關節軸396連接,一側交互臂391通過動力鉸鏈394鉸接動力拉桿48,動力拉桿48外設置有動力拉桿套46,動力拉桿套46的一端通過動力拉桿套支座395固定連接在另外一側交互臂391上,動力拉桿套46的另一端固定在自身力源驅動的助行車上。安裝在交互臂桿52上的動力鉸鏈49,通過動力拉桿48和經由動力拉桿套支座47固定在助行車上的動力拉桿套46,將因截癱患者身體重心移動導致交互臂桿52左右交互升降傳遞給自身力源驅動交互式V型關節RGO。

本發明不局限于上述最佳實施方式,任何人在本發明的啟示下都可得出其他各種形式的方法,但不論在其形式上作任何變化,凡是具有與本申請相同或相近似的技術方案,均落在本發明的保護范圍之內。

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