一種下肢助力矯形器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及矯形器械，具體涉及一種下肢助力矯形器。
【背景技術】
[0002]下肢癱瘓患者或者下肢運動功能障礙患者在日常生活中，大多數需要借助輪椅或者拐杖實現移動。為了早日康復或者不讓下肢關節及肌肉萎縮，患者通常需要定期訓練，訓練一般包括慢走、單腿伸展、下蹲-站起等方式。站立時，膝關節承受了人體絕大部分重量；同時，在下肢彎曲訓練中，膝關節需要提供很大的力矩，這對下肢病患患者來說很困難，該類殘疾人的訓練一般需要輔助人員參與，也有部分醫院具有殘疾人下肢輔助康復系統，但是系統設備體積龐大，主要面向術后短期的康復訓練，無法滿足大部分殘疾人的需求。為了減輕社會和家庭負擔，同時也為了提高這類人群的自理能力，尋找新的輔助該類人群日常康復訓練和日常活動的設備或裝置顯得很有必要。下肢外骨骼機器人作為一種可穿戴的設備，能為使用者提供助力，正逐步實現從軍用到商用的轉化。但由于外骨骼技術的綜合性和復雜性，下肢外骨骼機器人的研制困難，成本也很高。因此，針對特定的病患，比如膝關節運動障礙患者，專門研制膝關節助力裝置將降低技術門檻和成本。
[0003]目前，大多數下肢外骨骼都是通過設計與下肢相似的機械結構，平行布置在下肢肢體外側，采用繃帶或者其他的柔性連接材料將下肢與外骨骼固定，同時在矢狀面內通過驅動外骨骼帶動穿戴者下肢運動。由于人體下肢的重心與下肢外骨骼并不在同一個平面內，在驅動外骨骼時會給使用者下肢向內作用一個力矩，造成不適感;且大部分下肢外骨骼結構多采用氣壓驅動系統或液壓驅動系統，這兩種系統都會增加外骨骼的體積和重量，其本身就會給使用者帶來額外的負擔，而對于下肢患者來說，可能產生相反的結果。而且，針對下肢關節、肌肉等病患，實際上采用最多的是下肢矯形器，而常用的下肢矯形器以固定功能為主，較少的矯形器帶有主動驅動功能。因此，有必要對現有技術進行改進。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是，針對現有技術的不足，提供一種助力方式更符合人體運動規律、穿戴舒適的主動式下肢助力矯形器。
[0005]本發明采用的技術方案是:一種下肢助力矯形器，包括腰部支撐組件，以及結構相同的左腿助力機構和右腿助力機構，左腿助力機構和右腿助力機構對稱安設在腰部支撐組件的兩側，所述腰部支撐組件上設有電源模塊和控制器;所述左腿助力機構由足部組件、小腿組件和大腿組件組成，足部組件與小腿組件鉸接，小腿組件與大腿組件鉸接，大腿組件與腰部支撐組件鉸接;所述矯形器還包括電動推桿，電動推桿與控制器電連接;電動推桿的一端與小腿組件鉸接，電動推桿的另一端與大腿組件鉸接，驅動大腿組件與小腿組件發生相對運動。
[0006]按上述方案，所述小腿組件包括小腿內撐板、小腿外撐板，以及兩端分別與小腿內撐板和小腿外撐板固定連接的U型小腿限位板;所述大腿組件包括大腿內撐板、大腿外撐板以及兩端分別與大腿內撐板和大腿外撐板固定相連的U型大腿限位板;所述足部組件包括足套，足套的內側與小腿內撐板的下端鉸接，小腿內撐板的上端與大腿內撐板的下端鉸接；所述足套的外側與小腿外撐板的下端鉸接，小腿外撐板的上端與大腿外撐板的上端鉸接，大腿外撐板的上端與腰部支撐組件鉸接;所述電動推桿位于足套后端上方，電動推桿的一端與U型大腿限位板鉸接，電動推桿的另一端與U型小腿限位板鉸接。
[0007]按上述方案，所述矯形器還包括彈性儲能器，彈性儲能器的下端與足套的后端鉸接，彈性儲能器的上端與U型小腿限位板鉸接，彈性儲能器可緩沖小腿組件和足部組件的相對運動。
[0008]按上述方案，所述彈性儲能器包括導桿、缸筒和彈簧，導桿的一端與U型小腿限位板鉸接，導桿的另一端設置有凸臺，凸臺與缸筒的內壁滑動配合，凸臺可沿缸筒內壁滑動；缸筒的另一端與足套的后端鉸接;所述彈簧套設在導桿和缸筒上，彈簧的一端與導桿的上端固定連接，彈簧的另一端與缸筒的下端連接固定。
[0009]按上述方案，所述足套內安設有壓力檢測模塊，壓力檢測模塊分別與控制器和電源模塊電連接。
[0010]按上述方案，所述矯形器還包括與控制器和電源模塊電連接的角位移檢測模塊，角位移檢測模塊由多個角位移傳感器組成;在足部組件與小腿組件的鉸接處、小腿組件與大腿組件的鉸接處，以及大腿組件與腰部支撐組件的鉸接處各安設一個角位移傳感器。
[0011 ]按上述方案，所述腰部支撐組件包括U型支撐板及分別安設在U型支撐板兩端的兩個彈性連接板，彈性連接板鉸接有腰部連接板，腰部連接板的下端與大腿外撐板的上端鉸接。
[0012]按上述方案，所述壓力檢測模塊包括若干壓力傳感器;足套包括自上而下粘合的上面板、夾芯板和下撐板，夾芯板上安裝壓力傳感器;下撐板的兩側各安設有與小腿內撐板鉸接的內鉸座和與小腿外撐板鉸接的外鉸座。
[0013]按上述方案，所述下撐板的兩側各安設有內耳板和外耳板，內耳板和外耳板上均各安設一個壓力傳感器;所述內耳板與內鉸座連接固定，外耳板與外鉸座連接固定;所述下撐板的后端伸出有后耳板，后耳板與彈簧儲能器鉸接;所述后耳板上安設一個壓力傳感器。
[0014]按上述方案，所述小腿組件還包括小腿繃帶，小腿繃帶的一端與小腿內撐板連接，小腿繃帶的另一端與小腿外撐板連接;所述大腿組件還包括大腿繃帶，大腿繃帶的一端與大腿內撐板連接，大腿繃帶的另一端與大腿外撐板連接。
[0015]與現有技術相比，本發明的有益效果是:
I)膝關節后置的電動推桿采用直流電機控制，驅動膝關節的運動，與液壓驅動或氣壓驅動相比，大大減少了控制系統對其它組件的要求，控制系統的體積小，結構更加緊湊；同時保證了電動推桿的驅動作用力與使用者的運動大致在一個豎直平面(矢狀面)上，使用者運動更加舒適自然。
[0016]2)不采用主動驅動裝置，采用彈簧儲能器件將足部組件與小腿組件鉸接，降低系統的重量和控制難度。彈性儲能器中的彈簧起緩沖儲能作用，結合人體步態特點，根據使用者的步態階段調整小腿保護組件與踝足保護組件之間的拉力，從而達到儲能和助力效果，滿足使用者康復運動中小腿肌肉的拉伸訓練要求，防止肌肉萎縮，同時還能防止足部下垂。
[0017]3)足部組件、小腿組件和彈性儲能器在矢狀面內構成單自由度機構，在冠狀面和橫切面構成穩定結構，起到矯正踝關節的作用。
[0018]4)采用內外撐板與U型彈性限位板，使用者的下肢受力更加平衡，有利于下肢助力裝置與穿戴者下肢同步運動，同時還能起到對下肢矯形的功能。
[0019]5)本矯形器結構穩定，可控性能好，輕便，可輔助下肢殘疾人或者是膝踝足病患者獨立進行日常的康復訓練，為下肢患者提供支撐作用，可以減少使用者站立到坐下、上下樓梯等常規運動中膝關節所需的力矩，減輕患者的負擔。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發明一個具體實施例的結構示意圖。
[0021 ]圖2為本實施例中左腿助力機構的結構示意圖。
[0022]圖3為本實施例中左腿助力機構的小腿組件結構示意圖。
[0023]圖4為本實施例中左腿助力機構的大腿組件結構示意圖。
[0024]圖5為本實施例中左腿助力機構的足部組件結構示意圖。
[0025]圖6為本實施例中夾芯板與下撐板的示意圖。
[0026]圖7為本實施例中腰部支撐組件結構示意圖。
[0027]圖8為本實施例中彈性儲能器的結構示意圖。
[0028]圖9為本實施例中導桿與缸筒的結構示意圖。
[0029]圖10為左腿助力機構適應使用者的狀態示意圖。
[0030]其中:1、腰部支撐組件；1.1、腰部連接板；1.2、彈性連接件；1.3、U形支撐板;2、右腿助力機構;3、左腿助力機構;3.1、大腿組件;3.11、大腿內撐板;3.12、大腿外撐板;3.13、U型大腿限位板；3.14、大腿繃帶；3.15、大腿彈性支撐板；3.2、電動推桿；3.3、小腿組件；3.31、小腿內撐板;3.32、小腿外撐板;3.33、U型小腿限位板;3.34、小腿繃帶;3.4、彈簧儲能器;3.41、導桿;3.42、缸筒;3.43、彈簧;3.5、足部組件;3.51、足套;3.52、彈簧鉸座;3.53、上面板;3.54、夾芯板;3.55、下撐板;3.56、內鉸座;3.57、外鉸座。
【具體實施方式】
[0031]為了更好地理解本發明，下面結合附圖和具體實施例對本發明做進一步地描述。
[0032]如圖1所述的一種下肢助力矯形器，包括腰部支撐組件I，以及結構相同的左腿助力機構3和右腿助力機構2，左腿助力機構3和右腿助力機構2對稱安設在腰部支撐組件I的兩側，腰部支撐組件I上安設有電源模塊和控制器;如圖2所示，左腿助力機構3由足部組件3.5、小腿組件3.3和大腿組件3.1組成，大腿組件3.1和小腿組件3.3都采用了雙側支撐結構，即內側和外側支撐;足部組件3.5與小腿組件3.3鉸接，小腿組件3.3與大腿組件3.1鉸接，大腿組件3.1與腰部支撐組件I鉸接;足部組件3.5內安設有壓力檢測模塊，壓力檢測模塊與控制器和電源模塊電連接;所述矯形器還包括角位移檢測模塊，角位移檢測模塊與控制器和電源模塊電連接;角位移檢測模塊由多個角位移傳感器組成，在足部組件3.5與小腿組件3.3的鉸接處、小腿組件3.3與大腿組件3.1的鉸接處，以及大腿組件3.1與腰部支撐組件I的鉸接處各安設有一個角位移傳感器。
[0033]如圖3所示，小腿組件3.3包括小腿內撐板3.31、小腿外撐板3.32、小腿繃帶3.34(或粘帶)和U型小腿限位板3.33，U型小腿限位板3.33兩端分別與小腿內撐板3.31和小腿外撐板3.32固定連接，通過小腿繃帶3.34固定使用者的小腿;為提高使用者穿戴的舒適度，在小腿組件3.3的內側增加小腿保護罩;小腿內撐板3.31和小腿外撐板3.32的結構相同，均由第一小腿連桿和第二小腿連桿組成，第一小腿連桿上端設有鉸接接頭，第二小腿連桿上端中空，第二小腿連桿下端設有鉸接接頭;第一段小腿連桿下端可插入第二段小腿連桿上端，通過在第二小腿連桿上端外側設置的螺孔，采用螺釘微調小腿第一連桿和小腿第二