偏癱患者專用下肢外骨骼的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種助殘器械，尤其涉及一種偏癱患者專用下肢外骨骼。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)及存在的不足:
[0003]1.現(xiàn)有相關(guān)產(chǎn)品及不足
[0004](1)2014年巴西世界杯足球賽開幕式上，讓癱瘓的巴西少年平托站起來開球的外骨骼，名為BRA-Santos Dumont，代表了當(dāng)今世界外骨骼技術(shù)的先進(jìn)水平。
[0005]這款腦控外骨骼是國(guó)際“再次行走計(jì)劃”的一個(gè)研宄成果。這款外骨骼由植入頭皮或患者腦內(nèi)的電極探測(cè)大腦活動(dòng)信號(hào)，這些信號(hào)通過無線方式傳輸給佩戴者身上的一臺(tái)電腦，電腦負(fù)責(zé)將信號(hào)轉(zhuǎn)化成具體的腿部動(dòng)作。BRA-Santos Dumont外骨骼裝置技術(shù)含量高，集中了上百科學(xué)家智慧，應(yīng)用了當(dāng)今最先進(jìn)技術(shù)。該裝置由腦電波來控制，需要把電極直接植入癱瘓患者的大腦中。在放置電極時(shí)，不僅要把電極植入顱骨下的腦組織內(nèi)，而且還要能同時(shí)探測(cè)大腦皮層上的更多神經(jīng)元。一些神經(jīng)科學(xué)家認(rèn)為，通過腦電圖等無創(chuàng)手段來記錄大腦活動(dòng)，可以反映出意識(shí)和肌肉之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，但目前這個(gè)想法還沒有實(shí)現(xiàn)。該裝置結(jié)構(gòu)過于繁雜，離實(shí)用還有一段距離。其成本也讓普通患者難以接受。
[0006](2)本田公司研制的Walking Assist Device (行走輔助裝備)。它能夠減輕使用者各種肌肉負(fù)載，輕松完成一些基本動(dòng)作。這個(gè)裝備包括坐墊(seat)、支架(fream)、鞋子(shoes)三部分，總重量6.5kg。本田公司目前正在他們的汽車工廠內(nèi)小范圍的測(cè)試該裝備的效果。
[0007]該裝置比較靈巧，但主要適用于四肢健康，但體力不支的老年體弱者使用，不適合偏癱患者使用。因?yàn)樵撓到y(tǒng)難以保證使用者的平衡性。但對(duì)本實(shí)用新型的研制有某些借鑒作用。
[0008](3)以色列埃爾格醫(yī)學(xué)技術(shù)公司(Argo Medical Technologies)研發(fā)的仿生外骨骼，名為“ReWalk”。2014年，此產(chǎn)品通過了美國(guó)食物與藥品管理局(FDA)的認(rèn)證。是首款通過FDA認(rèn)證的外骨骼。FDA認(rèn)為，ReWalk可以幫助那些雙腿失去行動(dòng)能力的人再次感受走路時(shí)的感覺。
[0009]“ReWalk”可幫助下身麻痹患者(即腰部以下癱瘓的人)站立、行走和爬樓梯?！癛eWalk”需要一副拐杖幫助維持身體平衡，由電動(dòng)腿部支架、身體感應(yīng)器和一個(gè)背包組成，背包內(nèi)有一個(gè)計(jì)算機(jī)控制盒以及可再充電的蓄電池。使用者可以用遙控腰帶選定某種模式，如站、坐、走、爬等。然后向前傾，激活身體感應(yīng)器，使機(jī)械腿處于運(yùn)動(dòng)之中。
[0010]雖然ReWalk獲得了 FDA的認(rèn)證，但這并不是意味著所有行動(dòng)不便的人都能用上它。據(jù)悉，這款裝備的價(jià)格跟它的重量一樣，都相當(dāng)?shù)亍爸亍?，高達(dá)6.95萬美元。使用者還需要進(jìn)行15次培訓(xùn)課程之后才能真正上手。產(chǎn)品實(shí)用新型人戈夫爾本人曾在1997年的一起事故中癱瘓，遺憾的是，他卻不能使用自己的實(shí)用新型，因?yàn)樗碾p臂尚不能完全發(fā)揮作用。因?yàn)樵撗b置需要雙手均能使用拐杖來保持平衡，對(duì)于偏癱病人，使用起來有些困難。
[0011](4)清華大學(xué)康復(fù)工程研宄中心教授張濟(jì)川與北京瑞海博科技有限公司研制的截癱步行機(jī)。該產(chǎn)品的主要有兩方面用途:一、作為代步工具供截癱患者穿在身上，在步行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下獨(dú)立行走；二、與醫(yī)用跑臺(tái)配合，作為下肢功能障礙者進(jìn)行訓(xùn)練的主要康復(fù)設(shè)備。
[0012]步行機(jī)的控制系統(tǒng)由光碼盤、微處理器、功率放大器、位置反饋系統(tǒng)等組成，可實(shí)現(xiàn)雙腿自動(dòng)交替的步態(tài)，并有自動(dòng)補(bǔ)償步態(tài)相位差的功能?；颊呖筛鶕?jù)需要手動(dòng)調(diào)節(jié)步行速度。該步行機(jī)采用輕質(zhì)高強(qiáng)的鈦合金制造，總重量只有9.6公斤。目前，患者使用該步行系統(tǒng)，還需小車的配合，不適用于上下樓梯及上下坡。
[0013](5) 2014年7月，《深圳特區(qū)報(bào)》《中國(guó)科學(xué)報(bào)》等國(guó)內(nèi)多家媒體報(bào)道，中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研宄院的下肢外骨骼機(jī)器人項(xiàng)目取得重大突破，成功實(shí)現(xiàn)截癱病人通過穿戴機(jī)器人實(shí)現(xiàn)站立行走[9]。該機(jī)器人采用小型化的動(dòng)力系統(tǒng)及欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械結(jié)構(gòu)，運(yùn)用柔性控制來實(shí)現(xiàn)外骨骼機(jī)器人穩(wěn)定的步態(tài)。與國(guó)內(nèi)外同類型機(jī)器人相比，先進(jìn)院外骨骼機(jī)器人具有結(jié)構(gòu)緊湊、智能步態(tài)規(guī)劃、康復(fù)訓(xùn)練與殘障人士助力行走兼顧的特色。
[0014]經(jīng)比較，該成果與以色列埃爾格醫(yī)學(xué)技術(shù)公司(Argo Medical Technologies)研發(fā)的仿生外骨骼，名為“ReWalk”外骨骼類似。但該裝置的使用，需用二根拐杖，需二只健康的手來輔助動(dòng)作，也不適合單側(cè)偏癱病人。
[0015]2.現(xiàn)有相關(guān)專利及不足
[0016]專利一種穿戴式下肢外骨賂助行機(jī)器人，CN103054692A公開了一種穿戴式下肢外骨骼助行機(jī)器人，由踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、膝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、髖關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)模塊、驅(qū)動(dòng)模塊、腰部及支撐架模塊等組成。專利一種穿戴式下肢助力外骨骼，CN103315834，通過連桿、齒輪等復(fù)雜結(jié)構(gòu)，提供一種單自由度的穿戴式下肢助力外骨骼。專利一種分體式的人體下肢外骨骼助行裝置，CN201939538公開了一種分體式人體下肢外骨骼助行裝置，采用無需與大小腿綁縛的伸縮式支撐桿，實(shí)現(xiàn)對(duì)人體的支撐。專利一種可穿戴式的下肢步行外骨骼，ZL200420081794.4公開了一種可穿戴式下肢步行外骨賂，分別由髖部四桿機(jī)構(gòu)、膝部四桿機(jī)構(gòu)、踝部四桿機(jī)構(gòu)等組成，用計(jì)算機(jī)記錄正常步態(tài)然后復(fù)現(xiàn)來幫助病人步行。專利一種擬人化的下肢外骨骼機(jī)器人，CN103610568A公開了一種擬人化的下肢外骨骼機(jī)器人，由髖部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、膝部驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、踝部穿戴系統(tǒng)組成。在髖部設(shè)置了 3個(gè)自由度，膝部設(shè)置了 I個(gè)自由度，踝部設(shè)置2個(gè)自由度，以增加穿戴者的舒適度。專利外骨骼可穿戴下肢康復(fù)機(jī)器人，CN201110292009.0分開了一種外骨骼可穿戴下肢康復(fù)機(jī)器人，包括腳部外骨骼、踝關(guān)節(jié)外骨骼、小腿外骨骼、膝關(guān)節(jié)外骨骼、大腿外骨骼、髖關(guān)節(jié)外骨骼及腰部外骨骼。驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用諧波減速器及盤式電機(jī)。
[0017]上述專利中，均為雙下肢平衡設(shè)計(jì)，沒有考慮單側(cè)肢體健康的偏癱患者的需求，結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜，穿戴麻煩，推廣起來有些難度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0018]本實(shí)用新型為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷和不足，提供了一種針對(duì)單側(cè)下肢偏癱患者，幫助他們平地行走和上下樓梯，充分發(fā)揮患者健康側(cè)肢體作用，提高系統(tǒng)可靠性，降低成本的偏癱患者專用下肢外骨骼及其使用方法和穩(wěn)定性驗(yàn)證方法。
[0019]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:一種偏癱患者專用下肢外骨骼，包括單側(cè)外骨骼腿、支撐桿機(jī)構(gòu)、控制器和電池，所述單側(cè)外骨骼腿包括大腿桿、小腿桿、足底靴、連接在大腿桿頂部的髖關(guān)節(jié)、連接大腿桿和小腿桿的膝關(guān)節(jié)以及連接小腿桿和足底靴的踝關(guān)節(jié)，所述支撐桿機(jī)構(gòu)包括支撐桿和設(shè)置在支撐桿底部的伸縮桿，所述大腿桿通過髖關(guān)節(jié)與支撐桿連接，所述支撐桿上自上而下依次設(shè)有髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和伸縮桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述髖關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過髖關(guān)節(jié)蝸輪蝸桿與髖關(guān)節(jié)連接，所述膝關(guān)節(jié)驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過膝關(guān)節(jié)蝸輪蝸桿和膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)桿連接小腿桿中部，所述踝關(guān)節(jié)與膝關(guān)節(jié)之間設(shè)有一踝關(guān)節(jié)減振器，所述伸縮桿驅(qū)動(dòng)電機(jī)通過絲杠傳動(dòng)結(jié)構(gòu)與伸縮桿連接，所述控制器和電池設(shè)置在支撐桿上。
[0020]優(yōu)選地，所述小腿桿上設(shè)有滑軌，所述膝關(guān)節(jié)擺動(dòng)桿底部通過一滑塊連接在滑軌上，所述支撐桿頂部設(shè)有腋下支撐條，所述腋下支撐條上設(shè)有肩帶。
[0021 ] 優(yōu)選地，所述大腿桿上設(shè)有大腿綁帶，所述小腿桿上設(shè)有小腿綁帶，所述支撐桿上部設(shè)有胸部護(hù)板，所述胸部護(hù)板分成左右兩側(cè)護(hù)板，左側(cè)護(hù)板和右側(cè)護(hù)板均通過護(hù)板鉸鏈與支撐桿連接。
[0022]優(yōu)選地，所述踝關(guān)節(jié)減振器為一減震桿，所述減震桿頂部鉸接在膝關(guān)節(jié)上，減震桿底部鉸接在踝關(guān)節(jié)上，所述控制箱內(nèi)設(shè)有實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、支撐桿三驅(qū)動(dòng)電機(jī)間協(xié)調(diào)控制的控制器，所述控制器具有3軸示教功能，即可記憶與再現(xiàn)三個(gè)電機(jī)的加減速曲線，方便患者根據(jù)自己的習(xí)慣，調(diào)整髖、膝、伸縮桿3個(gè)部件的動(dòng)作規(guī)劃，所述足底靴和伸縮桿上均安裝有判斷患者足底和伸縮桿是否著地的壓力傳感器，各驅(qū)動(dòng)電機(jī)均配套安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，用于檢測(cè)各關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)位置和速度，以及支撐桿伸縮長(zhǎng)度，所述支撐桿上安裝傾斜角度傳感器，檢測(cè)