一種剛度自動切換的膝關節助力裝置的制作方法

本發明涉及一種新型的機械外骨骼裝置，具體說來，涉及一種純被動的剛度自動切換的膝關節助力裝置。

背景技術：

在人體活動中，膝關節是人體承受負擔最大的部位，尤其在人體下蹲時對膝關節產生的負擔尤為嚴重，膝關節也極容易疲勞，造成人們諸如關節炎之類的病癥，機械外骨骼則是解決這一問題的有效工具。在外骨骼助力領域，人們總是希望獲得一種純被動的膝關節助力裝置，不需要額外的動力結構，只需要用彈簧儲能原件完成即可；一般的被動膝關節助力裝置都會使用彈簧，彈簧可以在人體下蹲時被壓縮產生助力效果，然而這種類似結構都存在一個問題，無法解決下肢在擺動相時膝關節彎曲引起的阻力問題。本發明裝置即是對該問題的一種具體解決方案。

技術實現要素：

技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種剛度自動切換的膝關節助力裝置，該裝置可以穿戴在人的下肢上；當人體下肢活動在支撐相時，能以一定的剛度對膝關節產生助力作用，在擺動相時，該裝置不會產生影響膝關節正常動作的阻力效果。

技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種剛度自動切換的膝關節助力裝置，包括大腿支撐桿1和小腿支撐桿2，所述大腿支撐桿1能轉動地安裝在小腿支撐桿2上，包括：

滑塊3，所述滑塊3能轉動地安裝在大腿支撐桿1上；

導桿5，所述滑塊3能滑動地安裝在導桿5上；

滑動件6，所述滑動件6能滑動地安裝在小腿支撐桿2上，所述導桿5的下端能轉動地安裝在滑動件6上；

滑動支撐桿7，所述滑動支撐桿7固定在滑動件6上，并與小腿支撐桿2平行設置；

彈性件4，所述彈性件4安裝在導桿5上，并位于滑塊3和導桿5的下端之間。

進一步地，所述導桿5的下端通過鉸接的方式安裝在滑動件6上。

進一步地，所述滑塊3安裝在導桿5的上端，所述滑塊3套裝在導桿5上或者滑塊3安裝在導桿5內部開設的槽內。

進一步地，所述滑塊3通過鉸接方式連接在大腿支撐桿1上。

進一步地，所述彈性件4的上端固定在滑塊3上，下端固定在導桿5的下端；或者，所述彈性件4的上端抵靠在滑塊3上，下端抵靠在導桿5的下端。

進一步地，所述彈性件4套在導桿5上或者安裝在導桿5內部開設的槽內。

進一步地，所述滑動支撐桿7安裝在小腿支撐桿2內部開設的槽內，或者滑動支撐桿7套裝在小腿支撐桿2外面，或者滑動支撐桿7與小腿支撐桿2并列設置。

本發明還提供了一種剛度自動切換的膝關節助力裝置，包括大腿支撐桿1和小腿支撐桿2，所述大腿支撐桿1能轉動地安裝在小腿支撐桿2上，包括：

滑塊3；

導桿5，所述導桿5的上端能轉動地安裝在大腿支撐桿1上，所述滑塊3能滑動地安裝在導桿5上；

滑動件6，所述滑動件6能滑動地安裝在小腿支撐桿2上，所述滑塊3能轉動地安裝在滑動件6上；

滑動支撐桿7，所述滑動支撐桿7固定在滑動件6上，并與小腿支撐桿2平行設置；

彈性件4，所述彈性件4能套裝在導桿5上，并位于滑塊3和導桿5的上端之間。

進一步地，所述滑動支撐桿7的底端超出小腿支撐桿2的底端。

進一步地，所述滑動支撐桿7安裝在小腿支撐桿2內部開設的槽內，或者滑動支撐桿7套裝在小腿支撐桿2外面，或者滑動支撐桿7與小腿支撐桿2并列設置。

有益效果：與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果：

(1)導桿上端能在滑塊滑槽內自由滑動，這樣膝關節彎曲的角度就僅受限于彈性件的行程，可以盡可能達到最大。

(2)導桿下端能轉動地連接在滑動件上，該滑動件與滑動支撐桿固定，通過滑動支撐桿下端的觸地狀態，可以改變彈性件的工作狀態，自動完成膝關節在支撐相與擺動相的剛度切換。或者，導桿上端能轉動地連接在大腿支撐桿上，通過滑動支撐桿下端的觸地狀態，可以改變彈性件的工作狀態，自動完成膝關節在支撐相與擺動相的剛度切換。

(3)導桿滑動端存在桿冒的設置，可保證彈性件抵靠在導桿和滑塊之間，不用另設置限位。

附圖說明

圖1為本發明的剛度自動切換的膝關節助力裝置的原理示意圖。

圖2是本發明的剛度自動切換的膝關節助力裝置的另一種優選方式的原理示意圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

本發明中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內。

本發明中所述的“內、外”的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本發明的裝置機構的特定限定。

本發明中所述的“左、右”的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對本發明的裝置機構的特定限定。

本發明中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。

如圖1所示，本發明的剛度自動切換的膝關節助力裝置，包括：大腿支撐桿1和小腿支撐桿2，大腿支撐桿1能轉動地安裝在小腿支撐桿2上，滑塊3，滑塊3能轉動地安裝在大腿支撐桿1上；導桿5，滑塊3能滑動地安裝在導桿5上；滑動件6，滑動件6能滑動地安裝在小腿支撐桿2上，導桿5的下端能轉動地安裝在滑動件6上；滑動支撐桿7，滑動支撐桿7固定在滑動件6上，并與小腿支撐桿2平行設置；彈性件4，彈性件4安裝在導桿5上，并位于滑塊3和導桿5的下端之間。

導桿5的下端通過鉸接的方式安裝在滑動件6上，也可通過其它方式進行連接，只要保證導桿5下端能在滑動件6上轉動即可。

滑塊3安裝在導桿5的上端，滑塊3套裝在導桿5上或者滑塊3安裝在導桿5內部開設的槽內，只要能夠使滑塊3與導桿5之間保持滑動連接狀態的連接方式均應落在本發明的保護范圍內。

滑塊3通過鉸接方式連接在大腿支撐桿1上，也可通過其它方式進行連接，只要保證滑塊3能在大腿支撐桿1上轉動即可。

彈性件4的上端固定在滑塊3上，下端固定在導桿5的下端；或者，彈性件4的上端抵靠在滑塊3上，下端抵靠在導桿5的下端。

彈性件4套在導桿5上或者安裝在導桿5內部開設的槽內。

滑動支撐桿7安裝在小腿支撐桿2內部開設的槽內，或者滑動支撐桿7套裝在小腿支撐桿2外面，或者滑動支撐桿7與小腿支撐桿2并列設置。

如圖2所示，作為本發明所提供的另一種實施方式，剛度自動切換的膝關節助力裝置，包括大腿支撐桿1和小腿支撐桿2，大腿支撐桿1能轉動地安裝在小腿支撐桿2上，滑塊3；導桿5，導桿5的上端能轉動地安裝在大腿支撐桿1上，滑塊3能滑動地安裝在導桿5上；滑動件6，滑動件6能滑動地安裝在小腿支撐桿2上，滑塊3能轉動地安裝在滑動件6上；滑動支撐桿7，滑動支撐桿7固定在滑動件6上，并與小腿支撐桿2平行設置；彈性件4，彈性件4安裝在導桿5上，并位于滑塊3和導桿5的上端之間。

導桿5的上端通過鉸接的方式安裝在大腿支撐桿1上，也可通過其它方式進行連接，只要保證導桿5上端能在大腿支撐桿1上轉動即可。

滑塊3安裝在滑動件6上，滑塊3套裝在導桿5上或者滑塊3安裝在導桿5內部開設的槽內，只要能夠使滑塊3與導桿5之間保持滑動連接狀態的連接方式均應落在本發明的保護范圍內。

滑塊3通過鉸接方式連接在滑動件6上，也可通過其它方式進行連接，只要保證滑塊3能在滑動件6上轉動即可。

彈性件4的下端固定在滑塊3上，上端固定在導桿5的下端；或者，彈性件4的下端抵靠在滑塊3上，上端抵靠在導桿5的下端，能使彈性件4在工作過程中始終處于導桿5和滑塊3之間，并且在助力裝置使用過程中，彈性件4一般是處于壓縮狀態。

彈性件4套在導桿5上或者安裝在導桿5內部開設的槽內。

滑動支撐桿7安裝在小腿支撐桿2內部開設的槽內，或者滑動支撐桿7套裝在小腿支撐桿2外面，或者滑動支撐桿7與小腿支撐桿2并列設置。

對于上述兩種實施方式中，滑動件6在小腿支撐桿2上的滑動被限位在一定的滑動范圍內，具體的滑動范圍要根據實施使用者的情況進行調試。

在導桿5頂端設置一個一桿冒，目的是防止導桿從滑塊3從導桿5上脫出或者防止彈性件4從導桿5上脫出。

滑動支撐桿7底端的長度延伸出小腿支撐桿2的底端，即滑動支撐桿7的底端超出小腿支撐桿(2)的底端。在助力裝置使用中，始終是滑動支撐桿7接觸地面，支撐在地面上，支撐住助力裝置的受力。

滑動支撐桿與滑動件固結在一起。在支撐相(足底著地)膝關節彎曲時，滑動支撐桿下端觸地，彈性件受壓工作，裝置以一定剛度為膝關節產生助力；而在擺動相(足底離地)膝關節彎曲時，滑動支撐桿自由，彈性件不工作，膝關節剛度為零，不會對人體行走產生阻力。該裝置實現了人體下肢行走過程中支撐相和擺動相膝關節剛度的自動切換，能更好地為膝關節提供助力效果。

上述膝關節助力裝置的工作過程是：將該裝置的大腿支撐桿和小腿支撐桿固定于人體下肢，當下肢活動在支撐相時，膝關節發生彎曲，由于滑動支撐桿下端與地面接觸，不會與小腿支撐桿相對滑動，使得彈性件(彈簧)以一定的剛度受壓，產生對膝關節的助力力矩。

當下肢活動在擺動相時，滑動支撐桿離開地面成為自由端，彈性件不受壓，剛度為零，所以不會對膝關節的正常動作產生阻力，這正是該膝關節助力裝置與普通下肢被動助力裝置的不同之處。

上述膝關節裝置的剛度切換完全是依靠滑動支撐桿是否觸地自動完成的，不需要人的其他動作輔助，這也是該膝關節助力裝置的獨特之處。

以上僅為本發明的實施方式，其描述較為具體和詳細，但并不能因此而理解為對本發明專利范圍的限制。應當指出的是，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些均屬于本發明的保護范圍。