[发明专利]一种用于脊髓损伤患者的足底轮式驱动自平衡动力外骨骼有效
申请号: | 201710236659.0 | 申请日: | 2017-04-12 |
公开(公告)号: | CN107174488B | 公开(公告)日: | 2020-03-20 |
发明(设计)人: | 季林红;马青川 | 申请(专利权)人: | 清华大学 |
主分类号: | A61H3/00 | 分类号: | A61H3/00 |
代理公司: | 北京众合诚成知识产权代理有限公司 11246 | 代理人: | 张文宝 |
地址: | 10008*** | 国省代码: | 北京;11 |
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摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 用于 脊髓 损伤 患者 足底 轮式 驱动 平衡 动力 骨骼 | ||
1.一种用于脊髓损伤患者的足底轮式驱动自平衡动力外骨骼,包括髋关节(1)、膝关节(2)、踝关节(3)、足底驱动模块(4)、骨盆(5)、股骨(7)和胫骨(8),髋关节(1)、股骨(7)、膝关节(2)、胫骨(8)、踝关节(3)、足底驱动模块(4)从上至下排列且左右对称设置,其中的所述髋关节(1)包括髋关节支条(16)、推力轴承(17)、异形螺母(18)、电磁制动器固定螺钉(19)、内侧髋关节(20)、电磁制动器(21)、外侧髋关节(22)、髋关节带键轴(23)和髋关节固定螺钉(24);左右所述髋关节(1)通过骨盆(5)连接,髋关节(1)与膝关节(2)通过股骨(7)连接、膝关节(2)与踝关节(3)通过胫骨(8)连接、踝关节(3)与足底驱动模块(4)相连接,其特征在于,所述髋关节支条(16)上设置有多个螺孔,髋关节支条(16)与骨盆横向支架(10)通过螺栓拧入不同的螺孔实现位置的调节,内侧髋关节(20)与外侧髋关节(22)通过髋关节固定螺钉(24)连接,通过推力轴承(17)、异形螺母(18)和髋关节带键轴(23)共同组成髋关节旋转副,电磁制动器(21)通过电磁制动器固定螺钉(19)与内侧髋关节(20)连接,髋关节带键轴(23)设置有平键,所述平键与电磁制动器(21)的活动部键槽相配合,当电磁制动器(21)处于非使能状态时髋关节(1)活动部自由转动,当电磁制动器(21)处于使能状态时髋关节(1)因制动而无法自由转动;所述外骨骼的自由度布置方式为,髋关节(1)在矢状面具有一个旋转自由度,膝关节(2)在矢状面具有一个旋转自由度,踝关节(3)在矢状面和冠状面各具有一个旋转自由度;所述膝关节(2)包括驱动电机(25)、膝关节上部(26)、下内侧膝关节(27)、膝关节下部固定螺钉(28)、膝关节扭簧(29)和下外侧膝关节(30),驱动电机(25)垂直布置以减小整体横向尺寸,减速器集成在膝关节上部(26)内,下内侧膝关节(27)与下外侧 膝关节(30)左右对称设置,通过膝关节下部固定螺钉(28)连接,膝关节上部(26)与下内侧膝关节(27)和下外侧膝关节(30)连接的中空部分分别安装有膝关节扭簧(29),作为膝关节(2)的储能元件以减小驱动电机(25)所需最大功率并降低外骨骼在带动人体运动时垂直向重力波动对能量的消耗;所述踝关节(3)包括踝关节冠状面轴(31)、竖后侧踝关节(32)、踝关节横部(33)、竖前侧踝关节(34)、踝关节扭簧(35)和踝关节矢状面轴(36),竖后侧踝关节(32)与竖前侧踝关节(34)左右对称设置,通过踝关节矢状面轴(36)连接,踝关节横部(33)通过踝关节冠状面轴(31)与足底驱动模块(4)连接,踝关节横部(33)通过踝关节冠状面轴(31)和踝关节矢状面轴(36)设置成十字连接轴的踝关节运动形态,踝关节横部(33)和竖前侧踝关节(34)之间、踝关节横部(33)与足部驱动模块(4)之间均设置有踝关节扭簧(35),作为踝关节(3)的储能元件;所述足底驱动模块(4)包括轮式驱动器和轮子。
2.根据权利要求1所述的外骨骼,其特征在于,所述髋关节(1)为主动式关节驱动器;膝关节(2)为主动式关节驱动器,并包括有储能元件;踝关节(3)为无动力被动式关节,并在矢状面和冠状面各包括有储能元件。
3.根据权利要求1所述的外骨骼,其特征在于,所述骨盆(5)包括支撑装置,从胯部托举使用者,将人体重量由支撑装置经外骨骼传递到地面,减小外骨骼需要约束的人体重量。
4.根据权利要求1所述的外骨骼,其特征在于,所述骨盆(5)的支撑装置包括支撑座(6)、骨盆支撑板(9)、骨盆横向支架(10)、骨盆侧向支架(11)、支撑管连接件(12)、竖管(13)、管接头(14)和横管(15),支撑座(6)通过支撑管连接件(12)、竖管(13)、管接头(14)和横管(15)与骨盆支撑板(9)连接,骨盆支撑板(9)设置成前后两块,通过骨盆侧向支架(11)连接,其中空部分用来安装电源和电控系统,骨盆横向支架(10)左右对称设置,通过螺钉与骨盆侧向支架(11)连接,骨盆横向支架(10)上设置有多个螺孔,可使骨盆(5)通过所述螺孔与髋关节(1)连接,支撑座(6)分别通过竖管(13)和横管(15)上设置的多个螺孔在前后、上下方向进行调节,所述骨盆(5)可通过骨盆横向支架(10)和骨盆侧向支架(11)在前后、上下、侧向方向进行调节。
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