一种基于非圆齿轮驱动的膝关节康复外骨骼结构

本发明涉及康复器械，尤其涉及一种基于非圆齿轮驱动的膝关节康复外骨骼结构。

背景技术：

1、膝关节康复外骨骼是一种用于辅助下肢运动功能受损患者进行关节屈伸康复和步态训练的医疗器械，现有的机械式膝关节外骨骼普遍采用单轴圆柱齿轮传动机构或固定轴铰链结构进行上下护具的连接，人体膝关节的屈伸运动属于伴随滑动的多心复合运动，并非围绕单一固定轴心进行的纯圆周转动，采用常规圆周传动结构的设备在随腿部屈伸时，机械转动中心与人体真实的骨骼运动轨迹产生空间错位，传动过程对患者腿部肌肉和关节韧带产生机械拉扯与反向压迫，阻碍患者的正常发力；

2、在穿戴结构方面，传统外骨骼依赖魔术贴或表面平滑的尼龙织带配合卡扣进行收紧固定，患者在进行高频次屈伸训练时，腿部肌肉群的膨胀与收缩改变穿戴部位的接触周长，且体表汗液降低织带与连接件之间的静摩擦力，由于缺乏硬性的物理锁止部件，织带在受拉扯时发生滑动位移，导致外骨骼与腿部发生相对位移并整体松脱，直接破坏内外机械结构的传动对位；

3、此外，依靠纯机械机构运行的外骨骼在阻力调节时，通常需要操作者借助外部工具拆卸护具并更换内部的弹簧或摩擦垫片，调节工序繁琐，中断连贯的康复训练进程，常规机械护具缺乏向外界传递患者当前发力程度的物理反馈途径，使用者无法通过机械碰撞声响或明显的结构位移现象感知当前的运动阻力大小，难以依据实际的机械运转状态评估康复训练强度，为此，本方案提出了一种基于非圆齿轮驱动的膝关节康复外骨骼结构。

技术实现思路

1、本发明提出的一种基于非圆齿轮驱动的膝关节康复外骨骼结构，解决了现有外骨骼机械运动轨迹与人体关节不匹配导致局部摩擦的问题，同时改善拉紧带松脱、机械阻力调节繁琐及缺乏发力状态物理反馈的问题。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种基于非圆齿轮驱动的膝关节康复外骨骼结构，包括：

4、护板支撑机构，其包括结构相同的上支撑组件和下支撑组件，所述上支撑组件包括两个支撑板和分别固定在两个支撑板上第一护板和第二护板，所述第一护板与所述第二护板的一端通过活动轴转动连接，所述上支撑组件和下支撑组件中同一侧的两个支撑板之间通过活动轴转动连接；

5、绑缚机构，其包括安装在第一护板上的第一拉紧板、安装在第二护板上的第二拉紧板和用于锁紧第一护板和第二护板的拉紧带，第二拉紧板的内部还安装有用于锁止拉紧带的防松脱机构；

6、非圆齿轮传动机构，其包括转动连接在上支撑组件中两个支撑板上的主动非圆齿轮和转动连接在下支撑组件中两个支撑板上的从动非圆齿轮，且同一侧的主动非圆齿轮与从动非圆齿轮啮合连接，所述主动非圆齿轮和从动非圆齿轮的外表面均设置有齿口；

7、阻力检测机构，其设置于所述支撑板的侧表面，并用于与齿口抵接以提供运动阻力并产生声响反馈。

8、作为上述方案的进一步改进，所述齿口的内部设有锻炼强度调节机构，用于调节所述齿口相对所述主动非圆齿轮或所述从动非圆齿轮的外伸量，以改变传动时对阻力检测机构的推挤行程；

9、所述锻炼强度调节机构包括滑板和空心座，所述空心座的外侧表面固定连接在所述齿口的内部底面，所述滑板的外侧表面固定连接在所述齿口的内部侧面，所述空心座的顶端表面开设有开口，所述空心座的内部底面开设有凹槽。

10、作为上述方案的进一步改进，所述凹槽的内部滑动连接有滑块，所述滑块的顶端表面固定连接有推送块，所述空心座的内部设置有翘板，所述推送块的侧表面抵接在所述翘板的顶端一侧表面，所述翘板的底端一侧表面与所述空心座的内部底面之间固定连接有第一弹簧，所述翘板的顶端另一侧表面固定连接有第一磁铁，所述第一磁铁的顶端表面与所述滑板的底端表面贴合。

11、作为上述方案的进一步改进，所述防松脱机构包括限位板和套管，所述第二拉紧板的侧表面与所述限位板的内侧表面滑动连接，所述套管的外侧表面固定连接在所述第二拉紧板的侧表面，所述套管的内部滑动连接有伸缩杆，所述伸缩杆的一端端面与所述限位板的侧表面固定连接。

12、作为上述方案的进一步改进，所述套管的内部端面与所述伸缩杆的侧端面之间固定连接有第三弹簧，所述伸缩杆的另一端端面固定连接有第二磁铁，所述限位板的侧表面固定连接有挤压座，所述挤压座的外侧表面固定连接有橡胶垫，所述挤压座的内侧表面固定连接有刺杆，所述第二拉紧板的内部开设有通孔，所述刺杆的外表面滑动连接在所述通孔的内部；

13、所述拉紧带的端部贯穿设置在所述第二拉紧板的内部，所述刺杆的外侧端部贯穿设置在所述拉紧带的内部，所述橡胶垫的外侧表面贴合在所述拉紧带的外侧表面，所述第二磁铁的外侧表面贴合在所述套管的内部侧壁。

14、作为上述方案的进一步改进，所述阻力检测机构包括连接板和移动板，所述连接板的底端表面固定连接在所述支撑板的侧表面，所述连接板的顶端表面固定连接有限位杆，所述移动板的底端表面滑动连接在所述连接板的顶端表面，所述移动板的内部开设有圆孔，所述限位杆的外表面滑动连接在所述圆孔的内部。

15、作为上述方案的进一步改进，所述连接板的顶端表面开设有滑槽，所述移动板的底端表面滑动连接在所述滑槽的内部，所述限位杆的外侧表面套设有第二弹簧，所述第二弹簧的一端与所述连接板的侧表面固定连接，所述第二弹簧的另一端与所述移动板的侧表面固定连接，所述移动板的侧表面固定连接有挡板。

16、作为上述方案的进一步改进，所述移动板的底端表面固定连接有横板，所述连接板的顶端表面固定连接有固定板，所述固定板的侧表面固定连接有多个金属薄片，多个所述金属薄片呈等距阵列排布，所述横板的侧表面抵接在最外侧的一个所述金属薄片的侧表面。

17、作为上述方案的进一步改进，所述连接板在所述支撑板表面的固定位置处于所述主动非圆齿轮和所述从动非圆齿轮的外侧，所述主动非圆齿轮表面的所述齿口的侧端面抵接在所述挡板的前端表面。

18、作为上述方案的进一步改进，所述限位板靠近第一拉紧板的一侧铰接有斜撑，且斜撑位于挤压座外侧，所述斜撑与限位板之间连接有连接弹簧，以使斜撑底部与第一拉紧板靠近限位板的一侧外壁抵接，所述第一拉紧板的该侧还开设有用于插接斜撑底部卡孔，以用于刺杆与拉紧带分离后阻止挤压座回弹。

19、相比现有技术，本发明的有益效果在于：

20、1.本发明通过在第二拉紧板内部设置防松脱机构，拉动限位板带动伸缩杆和挤压座外移，解除对拉紧带的限制，松开后利用第三弹簧的回弹力与第二磁铁的吸附作用固定挤压座位置，使刺杆贯穿拉紧带且橡胶垫压紧拉紧带表面，通过机械插接与表面摩擦的双重限位，防止康复外骨骼在受力拉扯时发生拉紧带位移松脱，保证装置的固定稳定性。

21、2.本发明通过在齿口内部设置锻炼强度调节机构，向内按压推送块压缩第一弹簧，使翘板受压偏转并解除第一磁铁对滑板的吸附锁定，此时沿凹槽拨动推送块，可改变齿口在非圆齿轮外侧的伸出长度，松开推送块后第一弹簧回弹使翘板复位并重新磁吸锁定，通过调节齿口的外伸行程，可控制齿轮转动时对检测机构挡板的推挤位移量，从而改变训练阻力。

22、3.本发明通过在支撑板侧表面设置阻力检测机构，转动的齿口抵接并推动挡板，带动移动板沿限位杆直线滑动，移动板位移时压缩第二弹簧产生运动阻力，同时移动板底部的横板依次推挤阵列排布的金属薄片，金属薄片受压变形并发生碰撞产生声响，通过判定金属薄片碰撞发声的次数与持续时间，可向操作者反馈移动板的位移进程及当前输出的训练阻力大小。

23、4.斜撑和连接弹簧的设置，在将刺杆带离拉紧带后，可以利用斜撑底部卡在插孔内，从而阻止挤压座的回弹，方便了拉紧带的后续收紧与放松。