一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，包括轮椅，轮椅下方两侧对称布置有膝关节外骨骼结构，膝关节外骨骼结构包括双膝宽度调节机构、膝关节动力机构、膝关节内/外旋及小腿长度调节机构、踝关节及足部结构；双膝宽度调节机构上方通过前滑槽和后滑槽与轮椅刚性坐垫连接，双膝宽度调节机构前部分铰接膝关节内/外旋及小腿长度调节机构，后部分铰接膝关节动力机构，同时，膝关节动力机构又与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构，形成膝关节动力屈伸结构，所述踝关节及足部结构通过小腿调节板与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构连接。本发明专利技术将膝关节驱动、执行机构与轮椅相连接，减少患者在中期康复阶段的运动负荷。在中期康复阶段的运动负荷。在中期康复阶段的运动负荷。
【技术实现步骤摘要】
一种膝关节外骨骼康复训练轮椅
[0001]本专利技术属于康复机器人
，具体涉及一种膝关节外骨骼康复训练轮椅。
技术介绍
[0002]进行膝关节置换手术之后，患者常用被动的康复训练装置来进行膝关节屈伸运动训练以及下肢的肌力训练，以达到膝关节功能恢复的目的，而目前，被动的康复训练装置结构比较简单，训练模式比较单一，康复效率也比较低。动力膝关节康复训练装置相比于被动式的功能要强大，可以在病人不同的康复阶段实现不同的训练模式，增加膝关节康复装置的灵活性以及改善患者对肌肉的控制能力，但此类设备比较庞大，且价格比较昂贵。
[0003]对于康复装置进行训练的方式，一般是卧姿和站姿，卧姿训练的负荷较小，康复的效果比较小，站姿训练的负荷较大，这对于行动不变患者进行站姿训练有较大的挑战。
[0004]对于动力膝关节驱动装置，有刚性驱动和刚柔混合驱动，由于动力膝关节运动中心与人体膝关节运动中心的存在偏差，刚性驱动装置在进行训练时会在人与装置接触界面产生较大的附加载荷，轻者造成患者的不舒适感，重者形成二次伤害。但是刚柔混合驱动装置可以对存在的偏差进行适当的补偿，避免二次伤害，但此类设备一般只有屈伸自由度，没有考虑人体膝关节其他自由度，限制了患者的灵活性。
技术实现思路
[0005]为了克服以上技术问题，本专利技术的目的在于提供一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，解决了现有的膝关节康复训练装置人机交互不柔顺、舒适性差、不能抗击规划以外的冲击力、训练时患者运动负荷过小或过大，限制了人体膝关节除屈伸运动以外的其它自由度的运动的技术问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0007]一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，包括轮椅1，所述轮椅1下方两侧对称布置有膝关节外骨骼结构，膝关节外骨骼结构包括双膝宽度调节机构2、膝关节动力机构3、膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4、踝关节及足部结构5；
[0008]所述双膝宽度调节机构2上方通过前滑槽208和后滑槽219与轮椅刚性坐垫连接，双膝宽度调节机构2前部分铰接膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4，后部分铰接膝关节动力机构3，同时，膝关节动力机构3又与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4，形成膝关节动力屈伸结构，所述踝关节及足部结构5通过小腿调节板416与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4连接。
[0009]所述膝关节外骨骼具有6个自由度，包括2个主动自由度和4个被动自由度，分别是双膝宽度主动调节自由度，膝关节屈/伸运动主动自由度，关节中心自对准自由度，内/外旋自由度，小腿长度调节自由度和踝关节跖屈/背屈自由度。
[0010]所述双膝宽度调节机构2分为前后两部分，前部分通过前滑槽208固定在轮椅坐垫下方，后部分通过后滑槽219固定在轮椅坐垫下方，所述前滑槽208和后滑槽219处分别设置
左右对称设置丝杆209，左右丝杆209通过大锥齿轮204和小锥齿轮205传动驱动，所述前部分的丝杆209上设置有前螺母224，前螺母224通过滑轨221保证水平横向运动，所述后部分的丝杆209上设置有后螺母218，滑块215和滑块套216保证后螺母218的水平横向运动，所述双膝宽度调节机构2的对称轴中间设置有电机207，电机207为丝杆209旋转提供动力，所述前部分与后部分之间的丝杆209之间设置联通轴201，所述联通轴201用于实现前后同步，左右丝杆的旋向相反。
[0011]所述膝关节动力机构3包括支撑端和输出端，支撑端为后铰接法兰310，所述后铰接法兰310通过后铰接套筒214和后铰接座213与双膝宽度调节机构2上的滑块215连接，所述输出端为前铰接法兰319，前铰接法兰319通过铰接套筒406和铰接夹片405与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4的输出铰接座404连接。
[0012]所述膝关节动力机构3包括电机314，电机314驱动小带轮313，小带轮313通过同步带312带动大带轮311，大带轮311和驱动丝杆307同轴设置；所述电机314、小带轮313和大带轮311设置在驱动丝杆左端盖308上，驱动丝杆307一端设置在驱动丝杆左端盖308上，另一端设置在驱动丝杆右端盖302上，所述驱动丝杆左端盖308与驱动丝杆右端盖302之间设置有两块输出六角滑块306，所述驱动丝杆307穿过输出六角滑块306，所述输出六角滑块306之间设置有驱动螺母304和弹簧305，驱动螺母304通过弹簧305将力传递给输出六角滑块306，所述输出六角滑块306与输出六角滑块306之间的设置滑动光杆317，所述滑动光杆317沿驱动丝杆307四周等间距设置，所述驱动丝杆右端盖302通过输出光杆301连接输出三角法兰318，输出三角法兰318末端设置前铰接法兰319。
[0013]所述电机314上设置编码器315，编码器315用于记录电机314转动的角度，所述滑动光杆317和输出光杆301均采用三角形的布置方式，三个滑动光杆和三个输出光杆交错均匀布置在六边形输出固定法兰316上，其运动中心在同一轴线上。
[0014]所述膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4包括护腿U型板417，护腿U型板417固定在护腿夹片401上，通过双侧旋转外壳411和旋转支撑板407将护腿部分和旋转部分连接起来，护腿U型板417中固定护腿415，所述护腿U型板417两侧设置有小腿调节板416；在膝关节动力机构3和膝关节内/外旋机构旋转滑动块409处设置有膝关节中心自对准光杆，所述三个自对准光杆413呈三角形通过螺栓固定在自对准板414，重力补偿弹簧412套在自对准光杆413上，旋转滑动块409处于弹簧中间且可沿光杆滑动，所述旋转块410放在旋转滑动块409内部，两端布置直线弹簧408与旋转滑动块409形成弹性连连接，旋转块410通过螺栓与旋转外壳411固定，形成内、外旋机构。
[0015]所述踝关节和足部机构5包括两侧的外壳503，两侧的外壳503将踝部旋转壳501和连接块505连接，连接块505固定在足底支撑板508上，所述外壳503上设置有旋转机构，旋转机构包括两个旋转活块504，两个旋转活块504同轴配合，两个旋转活块504之间通过四个直线弹簧502与踝部旋转壳501进行连接，实现绕旋转滑动块中心的旋转运动。
[0016]所述膝关节内/外旋及小腿长度调节机构4下方的支撑部分分别与膝关节动力机构3和双膝宽度调节机构2连接，构成曲柄滑块机构。
[0017]本专利技术的有益效果：
[0018]膝关节康复装置采用坐姿训练的形式，将膝关节驱动、执行机构与轮椅相连接，减少患者在中期康复阶段的运动负荷，移动的轮椅可以在不同的地点展开膝关节康复训练，
为患者训练提供便利。
[0019]设计了一个刚柔结合形式外骨骼膝关节驱动机构，膝关节的屈伸运动为曲柄滑块机构，传动链中的直线弹簧，使得机构能够柔性对外驱动，在人机交互中和外骨骼在未知环境中运动过程中抵抗力的冲击，在能量损耗方面，由于引入了弹性体，可降低动力驱动的峰值功率，使得力的输出更加平缓，实现较大的扭矩。三角本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，包括轮椅(1)，所述轮椅(1)下方两侧对称布置有膝关节外骨骼结构，膝关节外骨骼结构包括双膝宽度调节机构(2)、膝关节动力机构(3)、膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)、踝关节及足部结构(5)；所述双膝宽度调节机构(2)上方通过前滑槽(208)和后滑槽(219)与轮椅刚性坐垫连接，双膝宽度调节机构(2)前部分铰接膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)，后部分铰接膝关节动力机构(3)，同时，膝关节动力机构(3)又与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)，形成膝关节动力屈伸结构，所述踝关节及足部结构(5)通过小腿调节板(416)与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)连接。2.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节外骨骼具有6个自由度，包括2个主动自由度和4个被动自由度，分别是双膝宽度主动调节自由度，膝关节屈/伸运动主动自由度，关节中心自对准自由度，内/外旋自由度，小腿长度调节自由度和踝关节跖屈/背屈自由度。3.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述双膝宽度调节机构(2)分为前后两部分，前部分通过前滑槽(208)固定在轮椅坐垫下方，后部分通过后滑槽(219)固定在轮椅坐垫下方，所述前滑槽(208)和后滑槽(219)处分别设置左右对称设置丝杆(209)，左右丝杆(209)通过大锥齿轮(204)和小锥齿轮(205)传动驱动，所述前部分的丝杆(209)上设置有前螺母(224)，前螺母(224)通过滑轨(221)保证水平横向运动，所述后部分的丝杆(209)上设置有后螺母(218)，滑块(215)和滑块套(216)保证后螺母(218)的水平横向运动，所述双膝宽度调节机构(2)的对称轴中间设置有电机(207)，电机(207)为丝杆(209)旋转提供动力，所述前部分与后部分之间的丝杆(209)之间设置联通轴(201)，所述联通轴(201)用于实现前后同步，左右丝杆的旋向相反。4.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节动力机构(3)包括支撑端和输出端，支撑端为后铰接法兰(310)，所述后铰接法兰(310)通过后铰接套筒(214)和后铰接座(213)与双膝宽度调节机构(2)上的滑块(215)连接，所述输出端为前铰接法兰(319)，前铰接法兰(319)通过铰接套筒(406)和铰接夹片(405)与膝关节内/外旋及小腿长度调节机构(4)的输出铰接座(404)连接。5.根据权利要求1所述的一种膝关节外骨骼康复训练轮椅，其特征在于，所述膝关节动力机构(3)包括电机(314)，电机(314)驱动小带轮(313)，小带轮(313)通过同步带(312)带动大带轮(311)，大带轮(311)和驱动丝杆(307)同轴设置；所述电机(314)、小带轮(313)和大带轮(311)设置在驱动丝杆左端盖(308...
【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱斌，张晶，宋纪元，许鹏，候卫坤，姚丹丹，段琛，
申请(专利权)人：西安市红会医院，
类型：发明
国别省市：
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