下肢高位截癱者用電動步行機制造技術

本發明專利技術涉及一種下肢高位截癱者用的電動步行機，屬康復機械領域。這種步行機以電力為能源，整個步行機設計為一體，使患者身著步行機后能夠借助手杖站立并行走。步行機主要由電源、支承部分、機械動力和運動機構部分以及控制部分組成。患者雙腿的髖、膝關節具有較大的活動度，使患者行走時受到被迫訓練，促進肌肉活動和血液循環，有利于患者康復。步行機的行走步態類似于健康人的小步行走，既平穩又美觀，有利于患者心理的康復。在非行走狀態時，步行機的髖、膝關節可以解脫為自由鉸鏈，以適應患者的各種坐臥姿勢。（*該技術在2010年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及一種下肢高位截癱者用電動步行機，屬康復機械領域。目前，有一種下肢高位截癱病人用的行走支架，見美國專利4，557，257。這種行走支架的動力是壓縮空氣，由腰身固持器、大腿固持器和膝關節固持器等組成，髖關節由汽缸驅動。使用時，患者利用支架承受體重，手扶小車以保持身體平衡，汽源放于小車上，由患者控制，驅動左右髖關節汽缸，達到行走的目的。這種行走支架的缺點是患者行走時膝關節僵直，整個腿的活動度有限，因此被動訓練效果差，不利于患者康復。而且走起來不夠平穩，美觀，又因為與小車在一起，行走范圍就受到限制。整個系統的造價也較昂貴。本專利技術的目的是設計一種新的步行機，以電力為能源，整個步行機設計為一體，使患者身著步行機后能夠借助手杖站立并行走，擴大行走活動的范圍。雙腿的髖、膝關節具有較大的活動度，使患者行走時受到被動訓練，促進肌肉活動和血液循環，有利于患者康復。步行機的行走步態類似于健康人的小步行走，既平穩又美觀，有利于患者心理的康復。在非行走狀態時，步行機的髖、膝關節可以解脫為自由鉸鏈，以適應患者的各種坐臥姿勢。本專利技術的內容是整個步行機由能源部分、支承部分、機械動力和運動機構部分以及控制部分組成。以高能蓄電池組為能源，支承部分分為身體支承、大腿支承、小腿支承和腳的支承，機械動力和運動機構部分為電動機、減速器、髖關節四桿運動機構，膝關節一級四桿機構，膝關節齒輪換向機構、膝關節驅動機構、髖關節釋放機構以及膝關節釋放機構。控制部分為角位移傳感器、控制器以及控制鈕。患者身體的左、右和腿的內、外側分別裝有左右相對稱的運動機構，圖中只畫出了患者左腿外側和右腿內側的步行機部分。 附圖說明圖1步行機的總體結構圖。圖2步行機支撐系統示意圖。圖3步行機運動機構示意圖。圖4關節釋放機構頂視圖。圖5關節釋放機構側視圖。圖6關節釋放機構的釋放狀態示意圖。圖7控制系統邏輯圖。下面結合附圖，詳細介紹本
技術實現思路
。圖1是步行電動機的總體結構圖。圖中，1是身體支承，2是大腿支承，3是控制鈕，4是小腿支撐，5是腳支撐，6是手杖，7是控制器，8是高能蓄電池組，9是髖關節四桿機構，10是髖關節釋放機構，11是減速器，12是膝關節一級四桿機構，13是膝關節齒輪換向變速機構，14是電動機，15是角位移傳感器，16是膝關節釋放機構，17是膝關節二級四桿機構。本專利技術的工作原理及工作過程將結合附圖描述如下各部作用及相互關系支承系統參見圖2上身支承部分胸緊固帶24，腰緊固帶28，臀緊固帶31是用彈性板帶制成的，它們用鉚釘與按患者體形制作的腰身接受腔25鉚接在一起。利用緊固帶端部的鎖扣23、26、30可以將接受腔25與患者的上身相對固定。由于接受腔25在腰部是收腰的，因而它可以接受患者上身的大部分重力。在腰身接受腔25的下部還有一對吊帶29，它們分別從患者的左右大腿根部繞過，另一端固定在接受腔25的壁板上。吊帶29承受另一部分患者的上身體重，并將這部分重力傳到接受腔25上。與接受腔25鉚接的橫帶24、28、31又與接受腔25一起與左右兩側的身體支承桿27鉚接，從而將患者上身的體重通過上身支承桿27傳遞到左右的髖關節32上。髖關節32是用滾動軸承與大腿支承桿33鉸接的，因而在允許相對轉動的前提下將上身的重力傳遞到大腿支承桿33上。大腿支承部分按患者腿形制作的大腿接受腔35與彈性金屬板制的大腿緊固帶34鉚接在一起，利用尼龍搭扣可以將大腿接受腔35與緊固帶34一起抱緊在患者的大腿上。接受腔35和緊固帶34又在兩側分別與大腿支承桿33及付支承桿36鉚接，這樣接受腔35起到將大腿支承桿33和付支承桿36與患者大腿相對固定，并接受大腿的重力的作用。支承桿33和付支承桿36分別通過主膝關節鉸鏈38和付膝關節鉸鏈37與小腿主、付支承桿18和40鉸連，在允許轉動的前提下，可以將大腿支承桿33、36上的重力傳遞到小腿支承桿18和40上。小腿支承部分按患者腿形制作的小腿接受腔19與彈性金屬板制成的小腿緊固帶39相鉚接，利用尼龍搭扣可以將接受腔19與緊固帶39一道抱緊在患者的小腿上。接受腔19和緊固帶39又在兩側分別與小腿支承桿18和40鉚接，這樣接受腔19起到將小腿與支承桿18和小腿付支承桿40分別通過腳兩側的螺栓組41同彈性U形板21相聯接，從而將小腿主付支承桿18和40上的各種力傳遞到患者腳穿的特制皮鞋22上。腳支承部分患者的腳穿在特制的皮鞋22中，鞋的底部襯有彈性薄鋼板，鋼板同U形板21在鞋跟部鉚接。U型板在上部用皮帶20束緊在鞋22上。從而將U形板上的各種力傳到患者腳下。手杖部分手杖6可以是雙腋下拐，也可以是單手杖。這主要由患者的臂力及操作步行機的熟練程度決定。實驗表明，經過訓練的手臂強健的患者可以使用單手杖保持身體在站立和行走中的平衡。對于一般患者，應當使用雙手杖。在行走中，雙腿是交替運動的，因而除20%的時間雙腿同時承重外，其余時間是單腿支承的，當然，手杖也承受部分患者體重。能源本專利技術使用高能的可充電蓄電池組作為電源。電池組分裝在三個掛在腰帶28上的皮包內。運動機構部分參見圖3。左右腿各有一個原動機，就是電動機14，它們的旋轉運動通過減速器11將速度降到患者步行所要求的圓頻率，并將電動機14的轉矩放大。減速器11的輸出軸直接與髖、膝關節驅動機構的共同曲柄48聯接，將動力送往兩個驅動機構。髖關節四桿運動機構部分髖關節四桿運動機構是一個曲柄四桿機構，它的曲柄是48。連桿由46，44兩個半連桿組成，在工作時，用釋放機構10把它們剛性聯接在一起。搖桿由鉸座42和與它鉚接的上身支承27組成。大腿支承桿33和機座50構成機構的機架。曲柄、連桿、搖桿及機架間分別用裝有軸承的鉸鏈47、43及32聯接。在工作時，曲柄48以逆時針方向轉動，于是機構使大腿支承33以鉸鏈32為軸繞身體支承27擺動。由于機構的各參數是按人體慢小步行走規律設計的，因而機構驅動患者的大腿按人類行走時的大腿運動規律向前邁動。當患者休息時，釋放機構10可以使上、下半連桿44和46自由彎曲，于是髖關節32成為自由關節。膝關節驅動機構該機構是由三個機構串聯而成的，它們是膝關節一級四桿機構9，膝關節齒輪變速換向機構13和二級四桿機構17。四桿機構9由曲柄48，連桿51，搖桿53和機架50組成。“四桿”間分別是用裝有軸承的鉸鏈47、52和55聯接。機構13是一個齒輪機構，由扇型齒輪(同時又是機構9的搖桿)53和小齒輪(同時也是機構17的曲柄)56組成。兩個齒輪的軸利用軸承鉸鏈54和55安裝在機座50上。機構17的曲柄為56，連桿由兩個半連桿58和60組成，同髖關節驅動機構類似，在工作時用釋放機構16把它們剛性地聯接在一起。搖桿由可轉動鉸鏈座49及與它焊接在一起的小腿主支承桿18構成，機架則是機座50和與它鋼性聯接的大腿主支承33構成。“四桿”間以軸承鉸鏈54，57，61和38鉸接。來自曲柄48的動力經過機構9轉換后，在搖桿53上輸出，與53同體的扇齒輪與小齒輪56嚙合，轉換后在與56同體的二級曲柄上輸入到機構17，機構17的運動輸出到二級搖桿49上，于是驅動小腿主支承桿18繞膝關節鉸鏈38擺動。由于整個膝關節驅動機構的各參數是按人體慢小步行走規律與髖關節驅動機構各參數同時優化設計的，因而膝關節的運動也是符合本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種下肢高位截癱者用的電動步行機，其特征在于所述的步行機由能源、支承部分、機械動力和運動機構部分及控制部分組成，所述的能源是高能蓄電池組，所述的支承部分為身體支撐、大腿支撐、小腿支承、腳支承以及手杖，所述的機械動力和運動機構部分為電動機、減速器、髖關節四桿運動機構，膝關節一級四桿機構，膝關節齒輪換向機構、膝關節二級四桿機構、髖關節釋放機構以及膝關節釋放機構，所述的控制部分為角位移傳感器、控制器以及控制鈕。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：周文，張濟川，金德聞，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：11[中國|北京]