一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备制造技术

本发明专利技术公开了一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备，包括左脚动力输出组件、右脚动力输出组件、左腿膝关节助力执行组件、右腿膝关节助力执行组件，以及驱动力传递装置。本发明专利技术装备基于杠杆原理和曲柄滑块结构机理，采用同侧平行驱动输入与异侧交叉驱动输入相结合的工作方式，在行走过程中利用人体自重作为驱动力，使左脚动力输出组件为左腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力，为右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力；右脚的动力输出组件为右腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力，为左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力，使之在行走过程中按照步态周期规律产生辅助左、右腿膝关节弯曲和伸展的转矩，达到辅助行走的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于膝关节辅助器械和行走辅助装备领域，特别涉及一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备。
技术介绍
老年人的肌肉力量和关节功能会随着年龄地增加而逐步降低，在下肢力量衰减和下肢关节损伤方面表现最为明显，以至于影响老年人的行动能力和生活质量。中青年群体在长期运动或工作中也会造成膝关节等部位劳损，如半月板的损伤等。另外，轻度中风患者也会造成下肢运动能力的部分失能，影响患者的行动能力。正确适度的下肢关节行走辅助锻炼，可以帮助老年人和下肢部分失能患者改善肌肉活力，提高他们的自理能力和健康状况。以改善和提高运动能力下降的老年人、中青年腿部关节运动损伤以及下肢部分失能的中风等脑疾病患者的行走能力为目标，要求行走辅助机构体积小、重量轻，简单实用，舒适度高。目前成熟的行走助力产品主要有：拐杖、助步架、无动力轮椅等。此类行走助力产品虽然能够起到帮助老年人或者下肢部分失能患者保持行动平衡或代步移动的作用，但由于其没有动力，需要借助上肢的力量，会使人感到行走费力。此外，有关髋关节辅助行走外骨骼机器人和膝关节辅助行走外骨骼机器人也是目前行走助力研究的热点，但其体积和重量较大，且刚性机构惯性大，舒适性较差，目前尚未实际应用到老年人、下肢关节运动损伤或者下肢部分失能患者的日常行走中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供了一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备。自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备的执行组件作用于下肢膝关节部位，以人体自重为驱动力，不需要其他外部动力和能量输入。装备基于杠杆原理和曲柄滑块结构机理，采用所述左脚动力输出组件和右脚动力输出组件对左腿膝关节助力执行组件和右腿膝关节助力执行组件同侧平行驱动输入与异侧交叉驱动输入相结合的工作方式，在行走过程中，利用人体自重作用，以鲍登绳为驱动力传递的媒介，左脚动力输出组件为左腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力，为右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力；右脚动力输出组件为右腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力，为左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力，使之在行走过程中按照步态周期节奏，适应步态产生辅助左、右腿膝关节弯曲、伸展的转矩，达到辅助行走的目的。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案是：一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备，包括：左腿膝关节助力执行组件，其适于固定在左腿膝关节对应位置，在行走过程中为左腿膝关节提供辅助伸展和弯曲的转矩；右腿膝关节助力执行组件，其适于固定在右腿膝关节对应位置，在行走过程中为右腿膝关节提供辅助伸展和弯曲的转矩；左脚动力输出组件，其适于穿着于使用者左脚，能够为所述左腿膝关节助力执行组件提供伸展的动力，以及为所述右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的动力；右脚动力输出组件，其适于穿着于使用者右脚，能够为所述右腿膝关节助力执行组件提供伸展的动力，以及为所述左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的动力；驱动力传递装置，其能够将所述左脚动力输出组件和所述右脚动力输出组件提供的动力传递到所述左腿膝关节助力执行组件和所述右腿膝关节助力执行组件。优选地，所述驱动力传递装置包括：第一鲍登绳及第一鲍登绳套管，其一端与所述左脚动力输出组件相连，另一端与所述左腿膝关节助力执行组件的伸展动力输入端相连，使得所述左脚动力输出组件为所述左腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力；第二鲍登绳及第二鲍登绳套管，其一端与所述左脚动力输出组件相连，另一端与所述右腿膝关节助力执行组件的弯曲动力输入端相连，使得所述左脚动力输出组件为所述右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力；第三鲍登绳及第三鲍登绳套管，其一端与所述右脚动力输出组件相连，另一端与所述左腿膝关节助力执行组件的弯曲动力输入端相连，使得所述右脚动力输出组件为所述左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力；第四鲍登绳及第四鲍登绳套管，其一端与所述右脚动力输出组件相连，另一端和所述右腿膝关节助力执行组件的伸展动力输入端相连，使得所述右脚动力输出组件为所述右腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力。优选地，所述左脚动力输出组件包括：第一基础板、第一活动板、第一鲍登绳套管固定支架、第一铰链、第一转轴；所述第一基础板的前端和所述第一活动板的前端形成以所述第一转轴为支点的杠杆结构；所述第一基础板的后端与所述第一鲍登绳、第二鲍登绳的一端连接；所述第一活动板的后端与所述第一鲍登绳套管、第二鲍登绳套管的一端连接；所述右脚动力输出组件包括：第二基础板、第二活动板、第二鲍登绳套管固定支架、第二铰链、第二转轴；所述第二基础板的前端和所述第一活动板的前端形成以所述第一转轴为支点的杠杆结构；所述第一基础板的后端与所述第一鲍登绳、第二鲍登绳的一端连接；所述第二基础板的后端与所述第三鲍登绳、第四鲍登绳的一端连接；所述第二活动板的后端与所述第三鲍登绳套管、第四鲍登绳套管的一端连接。优选地，所述左脚动力输出组件和右脚动力输出组件分中还包括：橡胶垫、橡胶缓冲摩擦垫、橡胶防滑垫，以及弹性固定带。优选地，所述第一基础板和第二基础板采用硬铝合金材料加工制成；所述第一活动板和第二活动板采用碳纤维材料制成。优选地，所述左腿膝关节助力执行组件包括：左腿大腿固定板、左腿小腿固定板、第一导轨、第一滑块、第一连杆、第一拉力弹簧；所述左腿大腿固定板、左腿小腿固定板、第一连杆、第一导轨和第一滑块构成曲柄滑块结构，形成两个转动副；所述第一鲍登绳对所述第一滑块的拉力作用通过第一连杆转化为左腿小腿固定板相对于左腿大腿固定板顺时针的转动，为左腿小腿提供辅助伸展的转矩；所述第三鲍登绳通过所述第一拉力弹簧为第一滑块提供拉力，并通过第一连杆转化为左腿小腿固定板相对于左腿大腿固定板逆时针的转动，为左腿小腿提供辅助弯曲的转矩；所述右腿膝关节助力执行组件包括：右腿大腿固定板、右腿小腿固定板、第二导轨、第二滑块、第二连杆、第二拉力弹簧；所述右腿大腿固定板、右腿小腿固定板、第二连杆、第二导轨和第二滑块构成曲柄滑块结构，形成两个转动副；所述第二鲍登绳对所述第二滑块的拉力作用通过第二连杆转化为右腿小腿固定板相对于右腿大腿固定板顺时针的转动，为左腿小腿提供辅助弯曲的转矩；所述第四鲍登绳通过所述第二拉力弹簧为第二滑块提供拉力，并通过第二连杆转化为右腿小腿固定板相对于右腿大腿固定板逆时针的转动，为右腿小腿提供辅助伸展的转矩。优选地，所述左腿膝关节助力执行组件和所述右腿膝关节助力执行组件还包括保护盖和柔性固定带。优选地，所述左腿膝关节助力执行组件中的左腿小腿固定板可以相对于左腿大腿固定板在30°～200°内旋转；右腿膝关节助力执行组件中的右腿小腿固定板可以相对于右腿大腿固定板在30°～200°内旋转。优选地，所述左腿膝关节助力执行组件中的左腿小腿固定板可以相对于左腿大腿固定板在120°～180°内旋转；右腿膝关节助力执行组件中的右腿小腿固定板可以相对于右腿大腿固定板在120°～180°内旋转。优选地，所述左腿大腿固定板、左腿小腿固定板、右腿大腿固定板和右腿小腿固定板采用高碳纤维材料、镁铝合金金或硬铝合金材料制成。本专利技术优异的效果是：1)相比现有技术，本专利技术所述一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备，具有不需要外界动力和能量输入的特点：装备采用人的自重作为装备的驱动力，不需要电流、气泵等形式的外带能源，突破本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备，包括：左腿膝关节助力执行组件，其适于固定在左腿膝关节对应位置，在行走过程中为左腿膝关节提供辅助伸展和弯曲的转矩；右腿膝关节助力执行组件，其适于固定在右腿膝关节对应位置，在行走过程中为右腿膝关节提供辅助伸展和弯曲的转矩；左脚动力输出组件，其适于穿着于使用者左脚，能够为所述左腿膝关节助力执行组件提供伸展的动力，以及为所述右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的动力；右脚动力输出组件，其适于穿着于使用者右脚，能够为所述右腿膝关节助力执行组件提供伸展的动力，以及为所述左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的动力；驱动力传递装置，其能够将所述左脚动力输出组件和所述右脚动力输出组件提供的动力传递到所述左腿膝关节助力执行组件和所述右腿膝关节助力执行组件。

【技术特征摘要】
1.一种自驱动自适应步态的可穿戴膝关节助行装备，包括：左腿膝关节助力执行组件，其适于固定在左腿膝关节对应位置，在行走过程中为左腿膝关节提供辅助伸展和弯曲的转矩；右腿膝关节助力执行组件，其适于固定在右腿膝关节对应位置，在行走过程中为右腿膝关节提供辅助伸展和弯曲的转矩；左脚动力输出组件，其适于穿着于使用者左脚，能够为所述左腿膝关节助力执行组件提供伸展的动力，以及为所述右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的动力；右脚动力输出组件，其适于穿着于使用者右脚，能够为所述右腿膝关节助力执行组件提供伸展的动力，以及为所述左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的动力；驱动力传递装置，其能够将所述左脚动力输出组件和所述右脚动力输出组件提供的动力传递到所述左腿膝关节助力执行组件和所述右腿膝关节助力执行组件。2.根据权利要求1所述的可穿戴膝关节助行装备，其特征在于，所述驱动力传递装置包括：第一鲍登绳及第一鲍登绳套管，其一端与所述左脚动力输出组件相连，另一端与所述左腿膝关节助力执行组件的伸展动力输入端相连，使得所述左脚动力输出组件为所述左腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力；第二鲍登绳及第二鲍登绳套管，其一端与所述左脚动力输出组件相连，另一端与所述右腿膝关节助力执行组件的弯曲动力输入端相连，使得所述左脚动力输出组件为所述右腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力；第三鲍登绳及第三鲍登绳套管，其一端与所述右脚动力输出组件相连，另一端与所述左腿膝关节助力执行组件的弯曲动力输入端相连，使得所述右脚动力输出组件为所述左腿膝关节助力执行组件提供弯曲的拉力；第四鲍登绳及第四鲍登绳套管，其一端与所述右脚动力输出组件相连，另一端和所述右腿膝关节助力执行组件的伸展动力输入端相连，使得所述右脚动力输出组件为所述右腿膝关节助力执行组件提供伸展的拉力。3.根据权利要求1所述的可穿戴膝关节助行装备，其特征在于，所述左脚动力输出组件包括：第一基础板、第一活动板、第一鲍登绳套管固定支架、第一铰链、第一转轴；所述第一基础板的前端和所述第一活动板的前端形成以所述第一转轴为支点的杠杆结构；所述第一基础板的后端与所述第一鲍登绳、第二鲍登绳的一端连接；所述第一活动板的后端与所述第一鲍登绳套管、第二鲍登绳套管的一端连接；所述右脚动力输出组件包括：第二基础板、第二活动板、第二鲍登绳套管固定支架、第二铰链、第二转轴；所述第二基础板的前端和所述第一活动板的前端形成以所述第一转轴为支点的杠杆结构；所述第一基础板的后端与所述第一鲍登绳、第二鲍登绳的一端连接；所述第二基础板的后端与所述第三鲍登绳、第四鲍登绳的一端连接；所述第二活动板的后端与所述第三鲍登...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连存，黄强，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11