一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼的制作方法
【專利摘要】本發(fā)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(jié)、上支條和髖關節(jié)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(jié)組件之間通過動力拉桿套連接，該動力拉桿套內(nèi)設置動力拉桿。本發(fā)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。
【專利說明】一種自身力源驅動交互式截癱助行外骨骼
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及醫(yī)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】
[0002]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。
[0003]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(chuàng)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(fā)明專利，是被業(yè)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(chuàng)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(fā)動力助行外骨骼人肌增強器(Man-amplifier)，然后GE公司研發(fā)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(fā)了用于截癱患者輔助行走的多種動力助行外骨骼，并發(fā)表了有關人形機器人步態(tài)規(guī)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(wěn)定性判據(jù)；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(fā)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(yī)療器械公司與瑞士蘇黎士巴爾格瑞斯特(Balgrist)醫(yī)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(L0K0MAT)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(L0K0MAT)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(guī)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(fā)的重新行走(Rewalk),已經(jīng)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。
[0004]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(xiàn)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(yī)師用KAFO(膝踝關節(jié)矯形器)或者HKAFO(髖膝踝關節(jié)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(xiàn)交互式步態(tài)，后來其同事用鋼索代替了齒輪，并命名為LUS RGO (LUSjP路易士安娜州立大學)。無動力助行外骨骼RGO經(jīng)過多年的改進和臨床實踐，形成了三類主要產(chǎn)品:1)靠腰部鋼索實現(xiàn)交互的RGO(往復式截癱步行器)，即環(huán)索RGCKhorizontal cablesystem) ；2)通過腰部空間連桿機構實現(xiàn)交互的RG0,即搖桿RGO (rocker bar system) ；3)通過會陰部下方“人”字形關節(jié)實現(xiàn)交互的RG0，即V型關節(jié)RG0。
[0005] 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(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)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(xiàn)有技術存在的上述不足。
[0007]本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn):
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(jié)、上支條和髖關節(jié)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(jié)組件之間通過動力拉桿套連接，該動力拉桿套內(nèi)設置動力拉桿。
[0008]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。
[0009]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(huán)索RG0、自身力源驅動的搖桿RG0、自身力源驅動的V型關節(jié)RG0。
[0010]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(huán)索RGO髖關節(jié)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(jié)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(jié)RGO髖關節(jié)組件的交互臂上。
[0011]本發(fā)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。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面根據(jù)附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0013]圖1是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的環(huán)索RGO軸測圖；
圖2是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的環(huán)索RGO髖部組件軸測圖；
圖3是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的搖桿RGO軸測圖軸測圖。
[0014]圖4是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的搖桿RGO髖部組件軸測圖。
[0015]圖5是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的V型關節(jié)RGO軸測圖。
[0016]圖6是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的V型關節(jié)組件軸測圖。[0017]圖7是本發(fā)明實施例所述的自身力源驅動的助行車軸測圖。
[0018]圖中:
1、足托；2、下支條；3、膝關節(jié)鎖；4、膝關節(jié)；5、上支條；16、環(huán)索RGO 關節(jié)組件；161、髖關節(jié)鎖；162、髖關節(jié)；163、支架；164、驅動桿；165、動力鉸鏈；166、動力拉桿套支座；167、環(huán)索鉸鏈；168、環(huán)索拉桿；169、環(huán)索拉桿套；170、環(huán)索拉桿套支座；26、搖桿RGO髖關節(jié)組件；261、髖關節(jié)鎖；262、髖關節(jié)；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(nèi)側下支條；36、外側上支條；37、大腿托；38、內(nèi)側上支條；39、V型關節(jié)RGO髖關節(jié)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(jié)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】
[0019]如圖1、圖2和圖7所示，本發(fā)明實施例所述的一種自身力源驅動交互式環(huán)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(huán)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(xiàn)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(huán)索RGO由依次連接的足托1、下支條2、膝關節(jié)4、上支條5、髖關節(jié)組件16組成，其中膝關節(jié)4上設置有膝關節(jié)鎖3，在坐姿時膝關節(jié)鎖3打開，膝關節(jié)4屈曲，在站立或者行走時膝關節(jié)鎖3鎖緊，膝關節(jié)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(jīng)由髖關節(jié)鎖161、髖關節(jié)162與支架163相連。左右兩個髖關節(jié)的驅動桿164經(jīng)由環(huán)索鉸鏈167和環(huán)索拉桿168連接，實現(xiàn)機械交互。環(huán)索拉桿168外設置環(huán)索拉桿套169，環(huán)索拉桿套169經(jīng)由環(huán)索拉桿套支座170固定在支架163上。動力拉桿48經(jīng)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(jīng)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(jīng)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(huán)索RGO0在坐姿時髖關節(jié)鎖161打開，髖關節(jié)162屈曲，在站立或者行走時髖關節(jié)鎖161鎖緊，髖關節(jié)162在環(huán)索拉桿168的作用下，實現(xiàn)在矢狀面內(nèi)左右交互屈伸行走。
[0020]如圖3、圖4和圖7所示本發(fā)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(xiàn)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(jié)4、上支條5、髖關節(jié)組件26組成，其中膝關節(jié)4上設置有膝關節(jié)鎖3，在坐姿時膝關節(jié)鎖3打開，膝關節(jié)4屈曲，在站立或者行走時膝關節(jié)鎖3鎖緊，膝關節(jié)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(jīng)由髖關節(jié)鎖261、髖關節(jié)262與支架267相連。左右兩個髖關節(jié)的驅動桿263經(jīng)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(xiàn)機械交互。動力拉桿48經(jīng)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(jīng)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(jīng)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RG0。在坐姿時髖關節(jié)鎖261打開，髖關節(jié)262屈曲，在站立或者行走時髖關節(jié)鎖261鎖緊，髖關節(jié)262在動力拉桿269的作用下，實現(xiàn)在矢狀面內(nèi) 左右交互屈伸行走。
[0021]如圖5、圖6和圖7所示，本發(fā)明所述的又一種自身力源驅動交互式V型關節(jié)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(jié)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(xiàn)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(jié)RGO由固定截癱患者足、踝和小腿的足托1，連接足托I的外側下支條32和內(nèi)側下支條33、與外側下支條32和內(nèi)側下支條33連接的膝關節(jié)5、連接膝關節(jié)5的外側上支條36和內(nèi)側上支條38、與外側上支條36和內(nèi)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(jié)RGO髖關節(jié)組件39，所述的膝關節(jié)5上設置有膝關節(jié)鎖4，其中外側下支條32、內(nèi)側下支條33、外側上支條36和內(nèi)側上支條38起到支撐和連接作用，在坐姿時膝關節(jié)鎖4打開，膝關節(jié)5屈曲，在站立或者行走時膝關節(jié)鎖4鎖緊，膝關節(jié)5不能屈曲。內(nèi)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(jié)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(jīng)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(jié)RG0。
[0022]本發(fā)明不局限于上述最佳實施方式，任何人在本發(fā)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(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
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(jié)(4)、上支條和髖關節(jié)組件，所述膝關節(jié)上設置膝關節(jié)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(jié)組件之間通過動力拉桿套(46 )連接,該動力拉桿套(46 )內(nèi)設置動力拉桿(48 )。
2.根據(jù)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(jù)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(huán)索RG0、自身力源驅動的搖桿RG0、自身力源驅動的V型關節(jié)RGO。
4.根據(jù)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(huán)索RGO髖關節(jié)組件(16)的支架(163)上。
5.根據(jù)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(jié)組件(26)的支架(267)上。
6.根據(jù)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(jié)RGO髖關節(jié)組件(39)的交互臂(391)上。
【文檔編號】A61H3/04GK103948484SQ201410183634
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年4月30日 優(yōu)先權日:2014年4月30日
【發(fā)明者】王人成, 李建軍, 楊明亮, 關鑫宇, 季林紅, 王一吉, 王林, 高峰, 于艷 申請人:中國康復研究中心