一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，该装置包含可调节的腰部固定机构、髋限位转动关节、三节滑动式可调节大腿机构、膝限位转动关节、二节滑动式可调节小腿机构、踝限位转动关节和足底支撑机构。腰部固定机构由可调节的半环状结构，前后调节和上下调节机构、髋被动外展运动关节组成；髋关节、膝关节和踝关节都是主动限位转动关节，能限制对应关节在一定角度内转动；大腿和小腿机构采用滑动式可调节机构，可调节相应部位的长度。本发明专利技术采用双侧对称结构，可根据康复训练要求进行单关节或多关节的协同训练，能适应脑瘫儿童步态康复训练需求，提高康复训练效果。

An adjustable lower extremity exoskeleton device for gait training of children with cerebral palsy

【技术实现步骤摘要】
一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置
本专利技术涉及机器人技术应用领域，具体涉及一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置。
技术介绍
下肢外骨骼机器人是一种可穿戴的机械装置，能够辅助下肢肢体运动功能障碍患者部分恢复行走能力。下肢外骨骼机器人通常包括多个可旋转的主动或被动关节，分别对应人体下肢髋关节、膝关节和踝关节，通过动力装置提供主动的关节运动力，辅助带动穿戴者的下肢运动。目前外骨骼机器人主要用于脊髓损伤或脑卒中引起的偏瘫或全瘫患者的辅助行走，但结构较为复杂，自由度较多，需额外的平衡措施；多采用固定结构，主要用于个体化定制。临床上认为脑瘫患儿应尽早进行步态康复训练，重复的、持续的、精确的步态训练有助于提高康复效果，步态训练更应注重下肢运动协调性的训练。然而由于脑瘫儿童个体体型差异大，康复训练需求也各不同，常用的下肢外骨骼辅助设备并不适用于脑瘫患儿的步态康复训练。临床上用于步态训练的下肢外骨骼辅助设备应能适应不同年龄的脑瘫患儿的体格；应能根据脑瘫患儿康复训练的要求，提供不同的训练模式，可单独或协同训练患儿的髋、膝和踝关节运动的协调性；应能与下肢矫形器配合使用，限制关节异常运动，协助控制肌肉痉挛；应能与减重装置配合使用，满足患儿前期康复训练的需求。
技术实现思路
本专利技术目的在于针对脑瘫儿童步态康复训练需求，提供了一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置。为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，包括腰部固定机构、髋限位转动关节、大腿机构、膝限位转动关节、小腿机构、踝限位转动关节以及足底支撑机构；所述腰部固定机构的一端与髋限位转动关节固定连接；所述的髋限位转动关节的另一端通过大腿机构与膝限位转动关节的一端连接；所述的膝限位转动关节的另一端通过小腿机构与踝限位转动关节的一端连接；所述的踝限位转动关节的底部与足底支撑机构连接；其中，所述的髋限位转动关节、大腿机构、膝限位转动关节、小腿机构、踝限位转动关节以及足底支撑机构均设有两个，沿所述腰部固定机构的两侧对称设置；所述的腰部固定机构包括固定调节板、两个连接杆、横断面调节杆、矢状面调节杆、髋外展关节和下连接板；所述固定调节板与两个连接杆的内侧部通过槽孔连接形成半环状结构，连接杆的外侧部与横断面调节杆通过槽孔连接，横断面调节杆的的下部通过槽孔与矢状面调节杆连接，矢状面调节杆的侧面固定连接有髋外展关节，髋外展关节的底部设有下连接板；所述的髋限位转动关节包括髋关节驱动单元、髋关节伞齿转向单元、髋关节半内齿轮环传动单元以及髋关节转动单元，所述髋关节驱动单元的输出端与髋关节伞齿转向单元的一端连接，髋关节伞齿转向单元的另一端与髋关节半内齿轮环传动单元连接，髋关节半内齿轮环传动单元与髋关节转动单元连接，髋关节转动单元与大腿机构的上端固定连接，所述髋关节半内齿轮环传动单元还与所述下连接板固定连接；所述的膝限位转动关节包括膝关节驱动单元、膝关节伞齿转向单元、膝关节半内齿轮环传动单元以及膝关节转动单元，所述膝关节驱动单元的输出端与膝关节伞齿转向单元的一端连接，膝关节伞齿转向单元的另一端与膝关节半内齿轮环传动单元连接，膝关节半内齿轮环传动单元与膝关节转动单元连接，膝关节转动单元与大腿机构的下端连接，所述膝关节半内齿轮环传动单元还与所述小腿机构的上端固定连接；所述的踝限位转动关节包括踝关节驱动单元、踝关节伞齿转向单元、踝关节半内齿轮环传动单元以及踝关节转动单元，所述踝关节驱动单元的输出端与踝关节伞齿转向单元的一端连接，踝关节伞齿转向单元的另一端与踝关节半内齿轮环传动单元连接，踝关节半内齿轮环传动单元与踝关节转动单元连接，踝关节转动单元与小腿机构的下端连接，所述踝关节半内齿轮环传动单元还与足底支撑机构固定连接。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：上述的髋外展关节为被动运动关节，由上连接支架、下连接支架、转轴、限位弹簧、轴承以及卡簧组成；所述的上连接支架与矢状面调节杆的侧面固定，上连接支架与下连接支架的连接部位为同心的半圆结构，所述的转轴穿过半圆结构上的同心孔将上连接支架与下连接支架连接，转轴的两端通过轴承以及卡簧与上连接支架固定，所述的限位弹簧套接在转轴上并位于上连接支架和下连接支架之间，所述的下连接支架底部与下连接板固定连接；所述的上连接支架和下连接支架由所述限位弹簧限制在与腰部固定机构侧面平行的位置，在外力带动下沿所述转轴旋转一定角度。上述的大腿机构采用三节滑动式可调节机构，由大腿连接板、大腿上板和大腿下板构成；所述大腿连接板上设有第一滑槽，所述的大腿上板和大腿下板可在第一滑槽里滑动，大腿连接板的侧面设有上下两组第一连续螺孔，分别用于与大腿上板和大腿下板的固定；所述大腿连接板侧面还设有第一连接孔，所述第一连接孔采用长方形孔，用于安装固定绑带或塑料材质的下肢矫形器；所述的小腿机构采用二节滑动式可调节连杆结构，包括小腿上板和小腿下板；所述小腿上板上设有第二滑槽，所述的小腿下板可在第二滑槽里滑动，小腿上板侧面设有第二连续螺孔，用于小腿下板的固定；所述小腿上板的侧面还设有第二连接孔，所述第二连接孔采用长方形孔，用于安装固定绑带或塑料材质的下肢矫形器。上述的髋限位转动关节中，髋关节驱动单元由伺服电机A和电机支架A组成；髋关节伞齿转向单元由纵轴锥齿轮A、横轴锥齿轮A和固定销A组成；髋关节半内齿轮环传动单元由旋转轴A、第一轴承A、卡簧A、齿轮A、增强连接块A、半内齿轮环A和髋关节腔组成；髋关节转动单元由髋关节运动板、第二轴承A、固定螺母A和固定螺丝A组成；其中，所述伺服电机A通过电机支架A固定在大腿上板的一侧，伺服电机A的输出轴与纵轴锥齿轮A连接，横轴锥齿轮A通过固定销A固定在旋转轴A上，所述的横轴锥齿轮A与纵轴锥齿轮A相啮合，将伺服电机A输出轴的转动转变为沿旋转轴A的转动；所述增强连接块A通过螺栓与大腿上板固定连接，并通过轴承A和卡簧A固定在旋转轴A上，带动大腿上板沿所述旋转轴A自由旋转；大腿上板的另一侧设有髋关节腔，所述的髋关节腔顶部与下连接板固定连接，髋关节腔内部安装有半内齿轮环A，所述的半内齿轮环A与齿轮A相啮合，所述的齿轮A固定在旋转轴A上，将旋转轴A的转动变为髋关节腔和大腿上板之间的角度运动；所述的髋关节运动板通过第二轴承A、固定螺母A和固定螺丝A与髋关节腔固定连接，可与髋关节腔同轴旋转，髋关节运动板下端与大腿上板固定连接。上述的半内齿轮环A采用角度为162°的半圆环，限制所述髋限位转动关节的最大旋转角度不超过120°。上述的膝限位转动关节中，膝关节驱动单元由伺服电机B和电机支架B组成；膝关节伞齿转向单元由纵轴锥齿轮B、横轴锥齿轮B和固定销B组成；膝关节半内齿轮环传动单元由旋转轴B、第一轴承B、卡簧B、齿轮B、增强连接块B、半内齿轮环B和膝关节腔组成；膝关节转动单元由膝关节运动板、第二轴承B、固定螺母B和固定螺丝B组成；其中，所述伺服电机B通过电机支架B固定在大腿下板的一侧，伺服电机B的输出轴与纵轴锥齿轮B连接，横轴锥齿轮B通过本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，其特征在于：包括腰部固定机构(1)、髋限位转动关节(2)、大腿机构(3)、膝限位转动关节(4)、小腿机构(5)、踝限位转动关节(6)以及足底支撑机构(7)；所述腰部固定机构(1)的一端与髋限位转动关节(2)固定连接；所述的髋限位转动关节(2)的另一端通过大腿机构(3)与膝限位转动关节(4)的一端连接；所述的膝限位转动关节(4)的另一端通过小腿机构(5)与踝限位转动关节(6)的一端连接；所述的踝限位转动关节(6)的底部与足底支撑机构(7)连接；其中，所述的髋限位转动关节(2)、大腿机构(3)、膝限位转动关节(4)、小腿机构(5)、踝限位转动关节(6)以及足底支撑机构(7)均设有两个，沿所述腰部固定机构(1)的两侧对称设置；/n所述的腰部固定机构(1)包括固定调节板(101)、两个连接杆(102)、横断面调节杆(103)、矢状面调节杆(104)、髋外展关节和下连接板(109)；所述固定调节板(101)与两个连接杆(102)的内侧部通过槽孔连接形成半环状结构，连接杆(102)的外侧部与横断面调节杆(103)通过槽孔连接，横断面调节杆(103)的下部通过槽孔与矢状面调节杆(104)连接，矢状面调节杆(104)的侧面固定连接有髋外展关节，髋外展关节的底部设有下连接板(109)；/n所述的髋限位转动关节(2)包括髋关节驱动单元、髋关节伞齿转向单元、髋关节半内齿轮环传动单元以及髋关节转动单元，所述髋关节驱动单元的输出端与髋关节伞齿转向单元的一端连接，髋关节伞齿转向单元的另一端与髋关节半内齿轮环传动单元连接，髋关节半内齿轮环传动单元与髋关节转动单元连接，髋关节转动单元与大腿机构(3)的上端固定连接，所述髋关节半内齿轮环传动单元还与所述下连接板(109)固定连接；/n所述的膝限位转动关节(4)包括膝关节驱动单元、膝关节伞齿转向单元、膝关节半内齿轮环传动单元以及膝关节转动单元，所述膝关节驱动单元的输出端与膝关节伞齿转向单元的一端连接，膝关节伞齿转向单元的另一端与膝关节半内齿轮环传动单元连接，膝关节半内齿轮环传动单元与膝关节转动单元连接，膝关节转动单元与大腿机构(3)的下端连接，所述膝关节半内齿轮环传动单元还与所述小腿机构(5)的上端固定连接；/n所述的踝限位转动关节(6)包括踝关节驱动单元、踝关节伞齿转向单元、踝关节半内齿轮环传动单元以及踝关节转动单元，所述踝关节驱动单元的输出端与踝关节伞齿转向单元的一端连接，踝关节伞齿转向单元的另一端与踝关节半内齿轮环传动单元连接，踝关节半内齿轮环传动单元与踝关节转动单元连接，踝关节转动单元与小腿机构(5)的下端连接，所述踝关节半内齿轮环传动单元还与足底支撑机构(7)固定连接。/n...

【技术特征摘要】
1.一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，其特征在于：包括腰部固定机构(1)、髋限位转动关节(2)、大腿机构(3)、膝限位转动关节(4)、小腿机构(5)、踝限位转动关节(6)以及足底支撑机构(7)；所述腰部固定机构(1)的一端与髋限位转动关节(2)固定连接；所述的髋限位转动关节(2)的另一端通过大腿机构(3)与膝限位转动关节(4)的一端连接；所述的膝限位转动关节(4)的另一端通过小腿机构(5)与踝限位转动关节(6)的一端连接；所述的踝限位转动关节(6)的底部与足底支撑机构(7)连接；其中，所述的髋限位转动关节(2)、大腿机构(3)、膝限位转动关节(4)、小腿机构(5)、踝限位转动关节(6)以及足底支撑机构(7)均设有两个，沿所述腰部固定机构(1)的两侧对称设置；
所述的腰部固定机构(1)包括固定调节板(101)、两个连接杆(102)、横断面调节杆(103)、矢状面调节杆(104)、髋外展关节和下连接板(109)；所述固定调节板(101)与两个连接杆(102)的内侧部通过槽孔连接形成半环状结构，连接杆(102)的外侧部与横断面调节杆(103)通过槽孔连接，横断面调节杆(103)的下部通过槽孔与矢状面调节杆(104)连接，矢状面调节杆(104)的侧面固定连接有髋外展关节，髋外展关节的底部设有下连接板(109)；
所述的髋限位转动关节(2)包括髋关节驱动单元、髋关节伞齿转向单元、髋关节半内齿轮环传动单元以及髋关节转动单元，所述髋关节驱动单元的输出端与髋关节伞齿转向单元的一端连接，髋关节伞齿转向单元的另一端与髋关节半内齿轮环传动单元连接，髋关节半内齿轮环传动单元与髋关节转动单元连接，髋关节转动单元与大腿机构(3)的上端固定连接，所述髋关节半内齿轮环传动单元还与所述下连接板(109)固定连接；
所述的膝限位转动关节(4)包括膝关节驱动单元、膝关节伞齿转向单元、膝关节半内齿轮环传动单元以及膝关节转动单元，所述膝关节驱动单元的输出端与膝关节伞齿转向单元的一端连接，膝关节伞齿转向单元的另一端与膝关节半内齿轮环传动单元连接，膝关节半内齿轮环传动单元与膝关节转动单元连接，膝关节转动单元与大腿机构(3)的下端连接，所述膝关节半内齿轮环传动单元还与所述小腿机构(5)的上端固定连接；
所述的踝限位转动关节(6)包括踝关节驱动单元、踝关节伞齿转向单元、踝关节半内齿轮环传动单元以及踝关节转动单元，所述踝关节驱动单元的输出端与踝关节伞齿转向单元的一端连接，踝关节伞齿转向单元的另一端与踝关节半内齿轮环传动单元连接，踝关节半内齿轮环传动单元与踝关节转动单元连接，踝关节转动单元与小腿机构(5)的下端连接，所述踝关节半内齿轮环传动单元还与足底支撑机构(7)固定连接。


2.根据权利要求1所述的一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，其特征在于：所述髋外展关节为被动运动关节，由上连接支架(105)、下连接支架(106)、转轴(107)、限位弹簧(108)、轴承(110)以及卡簧(111)组成；所述的上连接支架(105)与矢状面调节杆(104)的侧面固定，上连接支架(105)与下连接支架(106)的连接部位为同心的半圆结构，所述的转轴穿过半圆结构上的同心孔将上连接支架(105)与下连接支架(106)连接，转轴(107)的两端通过轴承(110)以及卡簧(111)与上连接支架(105)固定，所述的限位弹簧(108)套接在转轴(107)上并位于上连接支架(105)和下连接支架(106)之间，所述的下连接支架(106)底部与下连接板(109)固定连接；所述的上连接支架(105)和下连接支架(106)由所述限位弹簧(108)限制在与腰部固定机构(1)侧面平行的位置，在外力带动下沿所述转轴(107)旋转一定角度。


3.根据权利要求2所述的一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，其特征在于：所述的大腿机构(3)采用三节滑动式可调节机构，由大腿连接板(301)、大腿上板(302)和大腿下板(303)构成；所述大腿连接板(301)上设有第一滑槽(305)，所述的大腿上板(302)和大腿下板(303)可在第一滑槽(305)里滑动，大腿连接板(301)的侧面设有上下两组第一连续螺孔(306)，分别用于与大腿上板(302)和大腿下板(303)的固定；所述大腿连接板(301)侧面还设有第一连接孔(304)，所述第一连接孔(304)采用长方形孔，用于安装固定绑带或塑料材质的下肢矫形器；所述的小腿机构(5)采用二节滑动式可调节连杆结构，包括小腿上板(506)和小腿下板(501)；所述小腿上板(506)上设有第二滑槽(503)，所述的小腿下板(501)可在第二滑槽(503)里滑动，小腿上板(506)侧面设有第二连续螺孔(504)，用于小腿下板(501)的固定；所述小腿上板(506)的侧面还设有第二连接孔(502)，所述第二连接孔(502)采用长方形孔，用于安装固定绑带或塑料材质的下肢矫形器。


4.根据权利要求3所述的一种适用于脑瘫患儿步态训练的可调节下肢外骨骼装置，其特征在于：所述的髋限位转动关节中，髋关节驱动单元由伺服电机A(201)和电机支架A(202)组成；髋关节伞齿转向单元由纵轴锥齿轮A(203)、横轴锥齿轮A(204)和固定销A(205)组成；髋关节半内齿轮环传动单元由旋转轴A(206)、第一轴承A(207)、卡簧A(208)、齿轮A(209)、增强连接块A(210)、半内齿轮环A(211)和髋关节腔(213)组成；髋关节转动单元由髋关节运动板(214)、第二轴承A(215)、固定螺母A(212)和固定螺丝A(216)组成；其中，所述伺服电机A(201)通过电机支架A(202)固定在大腿上板(302)的一侧，伺服电机A(201)的输出轴与纵轴锥齿轮A(203)连接，横轴锥齿轮A(204)通过固定销A(205)固定在旋转轴A(206)上，所述的横轴锥齿轮A(204)与纵轴锥齿轮A(203)相啮合，将伺服电机A(201)输出轴的转动转变为沿旋转轴A(206)的转动；所述增强连接块A(210)通过螺栓与大腿上板(302)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明明，张嘉良，郑亮，张艺从，王吉祥，
申请(专利权)人：金陵科技学院，
类型：发明
国别省市：江苏;32