下肢外骨骼及其外骨骼关节调节装置的制作方法

1.本实用新型涉及用于康复训练器械技术领域，特别是涉及一种下肢外骨骼及其外骨骼关节调节装置。


背景技术：

2.近年来，随着人口老年化的发展，因脑卒中、脊髓神经受伤以及其他各种事故等引起的下肢功能性障碍的患者越来越多。传统的康复治疗方式是通过专业康复医生的专业手法来反复训练，而随着科学技术尤其是机器人技术的发展，下肢外骨骼可在很大程度上代替康复医生去完成枯燥无味的重复训练动作。
3.目前下肢外骨骼处于早期快速发展阶段，外骨骼的髋关节调整通常采用的是笨重的调整方法，例如直接通过螺丝左右调整，操作起来较复杂，容易出现调整位置不准确，又会导致穿戴舒适度不佳，且影响训练效果。


技术实现要素：

4.基于此，提供一种下肢外骨骼及其外骨骼关节调节装置，以解决操作复杂以及训练效果差的问题。
5.一方面，本实用新型提供一种外骨骼关节调节装置，包括：
6.基体，设有滑轨；
7.关节组件，包括第一关节部和第二关节部，所述第一关节部和所述第二关节部均滑动连接于所述滑轨；以及
8.调节机构，包括旋转座、旋转臂和锁定件，所述旋转臂通过所述旋转座与所述基体转动连接，所述旋转臂具有第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部与所述第一关节部铰链连接，所述第二铰接部与所述第二关节部铰链连接，当所述旋转臂转动时，所述第一铰接部和所述第二铰接部带动所述第一关节部和所述第二关节部沿所述滑轨朝相反的方向移动，所述锁定件用于锁定所述第一关节部和所述第二关节部的相对位置。
9.另一方面，本实用新型提供一种下肢外骨骼，包括下肢组件以及如上述的外骨骼关节调节装置，所述下肢组件包括第一假肢和第二假肢，所述第一假肢和所述第二假肢分别与所述第一关节部和所述第二关节部相连接。
10.上述的下肢外骨骼及其外骨骼关节调节装置，该外骨骼关节调节装置包括基体、关节组件和调节机构，关节组件包括第一关节部和第二关节部，所述第一关节部和所述第二关节部均滑动连接于基体的所述滑轨，从而第一关节部和第二关节部可以沿滑轨滑动而调整彼此之间的间距，由于调节机构的所述旋转臂具有第一铰接部和第二铰接部，所述第一铰接部与所述第一关节部铰链连接，所述第二铰接部与所述第二关节部铰链连接，从而当所述旋转臂转动时，所述第一铰接部和所述第二铰接部带动所述第一关节部和所述第二关节部沿所述滑轨朝相反的方向移动，这样便可以同时调整位于两侧的第一关节部和第二关节部的位置，而无需对第一关节部和所述第二关节部进行分别调整，有效提高操作简便
性，在调整好下肢外骨骼的髋关节的宽度后，可以利用所述锁定件锁定所述第一关节部和所述第二关节部的相对位置，继而确保调整好的第一关节部和第二关节部的位置不会发生变动，以维持穿戴使用过程的稳定性，提高良好的训练效果。
附图说明
11.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他实施例的附图。
12.图1为下肢外骨骼的外骨骼关节调节装置的结构示意图；
13.图2为下肢外骨骼的外骨骼关节调节装置的主视图示意图；
14.图3为人体的各轴分布示意图；
15.图4为图2示出的外骨骼关节调节装置沿i-i线的剖面结构示意图；
16.图5为图4的圆圈a部分结构的局部结构放大示意图。
17.附图标号说明：
18.10、基体；20、关节组件；30、调节机构；11、滑轨；20a、第一关节部；20b、第二关节部；20c、滑块；21、滑座；22、调节板；23、连接板；23a、腰孔；24、髋关节模组；31、旋转座；31a、固定部；31b、安装部；31c、挡板；32、旋转臂；32a、第一铰接部；32b、第二铰接部；32c、连接部；33、衬套；34、丝杆；35、带座轴承；35a、座体；35b、轴承；36、手轮；37、旋钮螺丝。
具体实施方式
19.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的首选实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
20.在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
21.在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
22.需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
23.本实用新型提供一种外骨骼关节调节装置，可以设置在下肢外骨骼中，以辅助人体的下肢关节的训练。结合图1和图2所示，外骨骼关节调节装置包括基体10、关节组件20和
调节机构30。基体10设有滑轨11，滑轨11的数量可以是2个或2个以上，设置多个滑轨11时，多个滑轨11平行设置，可以提升相应结构的滑动稳定性。例如，该外骨骼关节调节装置中，滑轨11用于满足关节组件20相对基体10移动需要。具体地，关节组件20包括第一关节部20a和第二关节部20b，第一关节部20a和第二关节部20b均滑动连接于滑轨11，例如，第一关节部20a和第二关节部20b均连接滑块20c，以利用滑块20c与滑轨11滑动连接。
24.需要特别指出的是，外骨骼关节调节装置可以适用于髋关节，也可以适用于膝关节或踝关节，在其他实施方式中，外骨骼关节调节装置可以适用于肩关节。为了便于理解外骨骼关节调节装置适应关节的锻炼需要，下面以外骨骼关节调节装置用于训练髋关节为例加以说明。
25.具体地，第一关节部20a和第二关节部20b分别与人体的髋关节相对应，确切的说，在外骨骼关节调节装置处于穿戴状态下，第一关节部20a和第二关节部20b分别与人体的左髋关节和右髋关节对应，这样，人体的髋关节运动时，第一关节部20a和第二关节部20b分别用于完成左髋关节和右髋关节的训练动作，以满足下肢训练需要。由于第一关节部20a和第二关节部20b可以沿滑轨11滑动，从而可以满足调整彼此之间的间距的需要，达到调整下肢外骨骼的髋关节的宽度的效果，从而能够调整至合适宽度，提升下肢外骨骼训练过程中的穿戴舒适度。
26.其中，髋关节的宽度是指该外骨骼关节调节装置的第一关节部20a和第二关节部20b之间的距离。由此，通过调节机构30使得第一关节部20a和第二关节部20b沿滑轨11滑动，便可以调整第一关节部20a和第二关节部20b之间的相对位置，达到调整髋关节的宽度以提升穿戴舒适度的目的。
27.具体地，继续参阅图1和图2所示，调节机构30包括旋转座31、旋转臂32和锁定件。
28.旋转臂32通过旋转座31与基体10转动连接，从而使得旋转臂32能够相对基体10旋转。旋转臂32具有第一铰接部32a和第二铰接部32b，第一铰接部32a与第一关节部20a铰链连接，第二铰接部32b与第二关节部20b铰链连接。为了加强连接稳定性，可以在第一铰接部32a和第二铰接部32b上设置连接部32c，以利于连接部32c与相应的第一关节部20a和第二关节部20b相连接，此时，第一铰接部32a和第二铰接部32b为设置于旋转臂32上的铰链。
29.进一步地，第一铰接部32a和第二铰接部32b以旋转臂32的旋转轴线为对称轴镜像设置，当旋转臂32转动时，第一铰接部32a和第二铰接部32b带动第一关节部20a和第二关节部20b沿滑轨11朝相反的方向移动，确切的说，第一关节部20a朝右侧移动一个单位距离，第二关节部20b同步朝左侧移动一个单位距离，相应地，第一关节部20a朝左侧移动一个单位距离，第二关节部20b同步朝右侧移动一个单位距离。这样便可以使得位于两侧的第一关节部20a和第二关节部20b的位置变化具有良好的一致性，提高操作简便性。
30.需要说明的是，第一铰接部32a和第二铰接部32b也可以不是以旋转臂32的旋转轴线为对称轴镜像设置。利用其他结构来实现旋转臂32转动时，第一铰接部32a和第二铰接部32b带动第一关节部20a和第二关节部20b沿滑轨11朝相反的方向移动相同距离。
31.锁定件用于锁定第一关节部20a和第二关节部20b的相对位置，以便在调整好下肢外骨骼的髋关节的宽度后，可以利用锁定件锁定第一关节部20a和第二关节部20b的相对位置，从而确保调整好的第一关节部20a和第二关节部20b的位置不会发生变动，以维持穿戴使用过程的稳定性，提高了良好的训练效果。
32.进一步地，第一关节部20a和第二关节部20b为镜像对称结构，且彼此之间的镜像面与滑轨11的延伸方向相垂直。通过这种结构设置，使得关节组件20符合人体骨骼对称的规律，在设计关节组件20时，只需要设计其中一侧的结构(比如第一关节部20a或第二关节部20b)，另一侧只需镜像设置即可，从而简化结构复杂度，而且利用这种镜像对称的结构设置，使得旋转臂32对第一关节部20a和第二关节部20b的调节效果尽可能一致，改善穿戴使用体验。
33.需要说明的是，实现旋转臂32相对基体10转动的结构具有多种可能。例如，旋转臂32与旋转座31转动连接，旋转座31固定于基体10上。或者，旋转臂32固定于旋转座31，旋转座31与基体10转动连接，从而在旋转座31相对基体10转动时，旋转臂32随着旋转座31一起相对基体10转动。
34.在其他实施方式中，旋转臂32和旋转座31之间转动连接，且旋转座31与基体10之间转动连接，这样也能够满足旋转臂32相对基体10的转动需要。
35.旋转臂32和旋转座31之间的旋转轴线定义为第一轴线，即，旋转臂32相对旋转座31绕第一轴线旋转运动。旋转座31与基体10之间的旋转轴线定义为第二轴线，即，旋转臂32相对旋转座31绕第二轴线旋转运动。可以将第一轴线和第二轴线设置为同轴，继而旋转臂32相对基体10为定轴转动，即旋转臂32相对基体10的旋转轴线固定，这种结构设置下，旋转臂32相对基体10的转动顺畅且稳定。
36.在一些实施方式中，第一轴线和第二轴线也可以不同轴。比如，第一轴线和第二轴线相互平行，这样旋转臂32相对旋转座31的旋转运动以及旋转座31相对基体10的旋转运动对应的旋转轴线不同，确切的说，旋转臂32在绕第一轴线相对旋转座31旋转的同时，旋转臂32也可以随旋转座31绕第二轴线相对基体10运动。利用这种结构设置，可以通过旋转座31相对基体10绕第二轴线的转动，来调整旋转臂32相对基体10的旋转轴线的位置。
37.具体地，在外骨骼关节调节装置穿戴状态下，将基体10上的滑轨11对应人体的额状轴(参阅图3所示)设置，如果旋转臂32相对旋转座31的旋转轴线(即第一轴线)偏离矢状面(参阅图3所示)，则可以通过驱使旋转座31相对基体10绕第二轴线转动，将旋转臂32相对旋转座31的旋转轴线调整至位于矢状面，然后将旋转座31相对基体10固定，便可以确保旋转臂32相对基体10的旋转轴线始终位于矢状面，以提高旋转臂32旋转时对第一关节部20a和第二关节部20b同步调节的一致性，基于人体的外骨骼以矢状面对称，将旋转臂32相对基体10的旋转轴线对位于矢状面，便于实现旋转臂32对第一关节部20a和第二关节部20b的对称调节，以降低第一关节部20a或第二关节部20b与人体对应的部位出现贴合过松或过紧的几率，改善穿戴舒适度。
38.结合图4和图5所示，在一些实施方式中，旋转座31包括固定部31a和安装部31b，固定部31a与基体10相连接，旋转臂32可转动地设置于安装部31b。安装部31b上连接有挡板31c，挡板31c用于沿旋转臂32的转动轴线方向将旋转臂32限位于安装部31b，从而维持旋转臂32与旋转座31之间的连接稳定性，避免了旋转臂32脱离安装部31b。其中，挡板31c可以是通过螺钉或螺栓固定在安装部31b。
39.旋转臂32和安装部31b之间设有衬套33，衬套33可相对旋转臂32和安装部31b中的至少一个转动。该实施方式中，衬套33不仅满足旋转臂32相对旋转座31的转动需要，同时，也可以在旋转臂32相对旋转座31旋转运动时起到防磨效果。优选地，衬套33可以低合金钢、
中合金钢和高合金钢等耐磨金属材质制成，也可以采取聚酰亚胺、聚酰胺酰亚胺、聚醚醚酮等耐磨塑料材质制成。对于衬套33的材质，在此不作限定。
40.需要说明的是，实现旋转臂32相对基体10转动的动力来源可以是手动，也可以是电动，只要能够驱使旋转臂32相对基体10转动，便可以使得旋转臂32的第一铰接部32a和第二铰接部32b带动相应的第一关节部20a和第二关节部20b朝相反的方向同步移动，即相向运动或相背运动。
41.例如，在一些实施方式中，调节机构30包括驱动手柄，旋转座31或旋转臂32设有扭矩接口。该实施方式中，驱动手柄可以是摇把，利用驱动手柄与扭矩接口相连接来将操作者作用至驱动手柄的扭矩传递至旋转臂32从而在摇动驱动手柄时，驱动手柄带动旋转臂32转动。
42.再例如，在一些实施方式中，基体10上设有电机，旋转臂32设置有绕其旋转轴线设置的传动轴，电机的输出轴和传动轴之间可以设置同步带，利用同步带将电机的输出轴所输出的扭矩传递至传动轴，从而传动轴带动旋转臂32绕其旋转轴线转动，旋转臂32便可以带动两侧的第一关节部20a和第二关节部20b沿滑轨11相向运动(相互靠近)或相背运动(相互远离)，达到调整第一关节部20a和第二关节部20b彼此间距的目的，改善穿戴舒适性，且这种调节方式操作简单。
43.再次参阅图1和图2所示，在一些实施方式中，调节机构30包括丝杆34、带座轴承35和手轮36。丝杆34通过带座轴承35与基体10相连接，具体地，带座轴承35包括座体35a和安装于座体35a的轴承35b，丝杆34通过轴承35b与座体35a转动连接，从而将座体35a与基体10相连接，便将丝杆34可转动地连接于基体10。丝杆34与第一关节部20a或第二关节部20b螺纹连接，手轮36与丝杆34连接，并用于驱使丝杆34旋转运动。该实施方式中，在需要调整第一关节部20a和第二关节部20b之间的相对位置时，只需要转动手轮36，手轮36便可以带动丝杆34旋转运动，由于丝杆34与第一关节部20a或第二关节部20b螺纹连接，从而丝杆34旋转运动时，会带动与其螺纹连接的第一关节部20a或第二关节部20b沿滑轨11移动。以丝杆34与第一关节部20a螺纹连接为例，手轮36经丝杆34驱使第一关节部20a沿滑轨11移动时，第一关节部20a将作用于第一铰接部32a以带动旋转臂32转动，这样旋转臂32的第二铰接部32b便同步带动第二关节部20b沿滑轨11移动，由于第一铰接部32a和第二铰接部32b以旋转臂32的旋转轴线为对称轴镜像设置，从而第一铰接部32a和第二铰接部32b的运动方向始终相反，且在沿滑轨11的方向上的移动距离相等，这样，连接于旋转臂32的第一关节部20a和第二关节部20b可以同步朝不同方向移动相等的距离，达到对髋关节对称调整的效果，且整个调整过程中，只需要转动手轮36即可，极为简便。
44.进一步地，在转动手轮36使得第一关节部20a和第二关节部20b调整到位，满足外骨骼关节调节装置穿戴要求后，可以利用锁定件对丝杆34进行锁定，限制丝杆34的旋转自由度，从而防止第一关节部20a和第二关节部20b彼此产生相对位移，达到锁定髋关节的宽度的目的。在一些实施方式中，锁定件包括旋钮螺丝37，旋钮螺丝37穿设于带座轴承35，并用于抵顶丝杆34以限制丝杆34旋转运动，从而使得第一关节部20a和第二关节部20b无法继续沿滑轨11移动。可以理解地，在需要调整第一关节部20a和第二关节部20b的间距时，只需要转动旋钮螺丝37以解除对丝杆34的锁定即可。
45.需要说明的是，第一关节部20a和第二关节部20b作为关节组件20对应实现人体
左、右髋关节的功能的结构部件，其结构具有多种可能。下面仅示例性的对第一关节部20a和第二关节部20b的结构做进一步说明。
46.结合图1和图2所示，第一关节部20a和第二关节部20b均包括滑座21、调节板22、连接板23和髋关节模组24。
47.其中，滑座21与调节板22一体成型，或者，滑座21与调节板22通过螺钉或螺栓相连接。
48.滑座21与滑轨11滑动连接，在调节机构30包括丝杆34、带座轴承35和手轮36的实施方式中，丝杆34可以是与滑座21螺纹连接，以利用丝杆34的转动来螺旋传动滑座21沿滑轨11移动。
49.调节板22的一端与滑座21相连接，另一端与连接板23相连接，且连接板23能够在前后方向调整与调节板22的连接位置。其中，前后方向为外骨骼关节调节装置处于穿戴状态下对应矢状轴的方向。髋关节模组24与连接板23相连接，在外骨骼关节调节装置处于穿戴状态下，通过调整连接板23在矢状轴(参阅图3所示)方向与调节板22的连接位置，使得与连接板23相连接的髋关节模组24与人体的髋关节相对应，使得该外骨骼关节调节装置在不侵入穿戴者体内的前提下，髋关节模组24与穿戴者腰部进行同构运动。需要说明的是，同构运动是指为了能够更紧密地贴合人体运动，外骨骼关节调节装置穿戴于腰部/髋部时，髋关节模组24的运动规律与人体髋关节的运动规律尽量相同，以便利用外骨骼关节调节装置协助人体下肢进行屈伸训练。
50.实现连接板23在前后方向调整与调节板22的连接位置的实施方式具有多种可能。例如，连接板23与调节板22滑动连接，可理解地，外骨骼关节调节装置穿戴于腰部/髋部时，连接板23相对调节板22的滑动方向为人体的前后方向(即矢状轴)。
51.在一些实施方式中，如图1所示，连接板23和调节板22的至少一个设置有沿前后方向延伸的腰孔23a，腰孔23a用于供锁紧件穿过，锁紧件用于锁紧连接板23和调节板22的相对位置，腰孔23a可以适应锁紧件将连接板23相对调节板22锁定于不同部位时的避空需要。具体地，在锁紧件未锁紧连接板23和调节板22时，可以调整连接板23和调节板22的相对位置，在调整到合适位置后，再利用锁紧件穿过腰孔23a后将连接板23和调节板22连接定位，避免连接板23和调节板22相对移动。
52.在一些实施方式中，下肢外骨骼还包括下肢组件(图未示出)，以利用下肢组件模拟人体的下肢。具体地，下肢组件包括第一假肢和第二假肢，第一假肢与第二假肢分别与第一关节部20a和第二关节部20b相连接。从而利用第一关节部20a和第二关节部20b模拟人体的关节转动时，相应的第一假肢和第二假肢能够调整姿态，以适应辅助下肢康复锻炼的需要。
53.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
54.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。