便携式仿生膝关节外骨骼的制作方法

本技术涉及医疗器械的，特别涉及了便携式仿生膝关节外骨骼。

背景技术：

1、脑性瘫痪(简称脑瘫)，是由于发育中的胎儿或婴儿脑补遭受损伤所致的一类永久性运动障碍和肢体损伤病症的统称。脑瘫对于患者的影响具体取决于脑损伤的结构和位置，可能导致偏瘫、双下肢瘫或者四肢瘫痪。脑瘫患者步态通常都会是异常的，主要是由于脑部受损所导致的肌肉痉挛和肌张力障碍等阳性症状，或肌无力、肌肉控制功能损失、肌肉异常和平衡反应不足等阴性症状。脑瘫儿童最常见的步态是蹲伏步态，主要表现为在站立阶段存在过度的膝关节背屈，膝关节屈曲和髋关节屈曲。脑瘫儿童的蹲伏情况会随年龄和体重的增加而变得越来越严重，最终丧失行走能力。此外，蹲伏步态还会便随关节接触力升高、骨骼畸形以及行走过程中足底间隙不足而导致跌倒的风险增加，另外长时间的蹲伏行走还会导致关节疼痛和关节炎。虽然目前已经有很多款的康复机器人外骨骼，但是，缺少针对脑瘫患者针对性设计的外骨骼。

2、相关技术中的辅助外骨骼都是将膝关节简化为纯转动关节，这一设计不符合人体运动的实际生理和骨骼运动情况，纯转动式的外骨骼在辅助过程中的旋转不对心，会产生较大的腿部径向交互力，并且脑瘫儿童由于病理性的原因，不同患者的步态有所不同，只单纯转动其膝关节无法使所有脑瘫儿童都进行正常行走，外骨骼的辅助效果较差。

3、本技术所要解决的技术问题为：如何提高外骨骼的辅助效果。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供便携式仿生膝关节外骨骼。

2、本实用新型所采用的技术方案为：

3、便携式仿生膝关节外骨骼，包括腿部附着机构、仿生膝关节机构以及仿生膝关节驱动机构，所述仿生膝关节驱动机构用于对仿生膝关节机构输出力矩，所述腿部附着机构的一侧仿生膝关节机构连接，另一侧与患者腿部连接，所述腿部附着机构用于固定仿生膝关节机构以及患者腿部，所述仿生膝关节机构包括大腿杆件、膝关节主轴、仿生膝关节导向盘以及小腿杆件，所述仿生膝关节驱动机构驱动膝关节主轴转动，所述仿生膝关节导向盘套设在膝关节主轴上，所述小腿杆件套设在膝关节主轴上，所述大腿杆件与仿生膝关节导向盘可拆卸连接，所述小腿杆件与仿生膝关节导向盘滑动连接，所述膝关节主轴带动小腿杆件沿膝关节主轴的转动方向转动。

4、仿生膝关节驱动机构输出力矩后，仿生膝关节导向盘能够使膝关节外骨骼在摆动过程中小腿径向产生移动，从而降低膝关节外骨骼与患者之间的的人机交互力，当仿生膝关节驱动机构驱动膝关节主轴转动时，膝关节主轴带动小腿杆件转动，小腿杆件将力矩施加至腿部附着机构辅助脑瘫儿童膝关节伸展，重塑脑瘫儿童步态，提高了外骨骼的辅助效果。

5、在一些实施方式中，所述小腿杆件设置在膝关节主轴的外侧，所述小腿杆件套设在膝关节主轴上，所述膝关节主轴带动小腿杆件转动，所述小腿杆件与仿生膝关节导向盘之间设置有膝关节导向滚子，所述仿生膝关节导向盘上开设有供膝关节导向滚子滑动的膝关节运动导向通槽，所述膝关节运动导向通槽的两槽壁为圆弧形，所述膝关节运动导向通槽的两槽壁的圆心设置在膝关节主轴的轴心上。

6、小腿杆件通过膝关节导向滚子沿膝关节运动导向通槽转动，使膝关节外骨骼在摆动过程中小腿径向产生移动，从而降低膝关节外骨骼与患者之间的人机交互力，降低外骨骼对患者造成二次伤害的可能性，提高了膝关节外骨骼的辅助效果。

7、在一些实施方式中，所述腿部附着机构包括小腿附着支具、小腿附着支具调节组件、大腿附着支具以及大腿附着支具调节组件，所述小腿附着支具调节组件与小腿附着支具连接，用于调节所述小腿附着支具的高度，所述大腿附着支具调节组件与大腿附着支具连接，用于调节所述大腿附着支具的高度，所述小腿附着支具调节组件与小腿杆件可拆卸连接，所述大腿附着支具调节组件与大腿杆件可拆卸连接。

8、大腿杆件以及小腿杆件将辅助力矩分别传递至小腿附着支具以及大腿附着支具，小腿附着支具调节组件以及大腿附着支具调节组件分别调节小腿附着支具以及大腿附着支具的固定高度，能够使患者根据实际情况调整高度，提高了膝关节外骨骼的实用性，进一步增强外骨骼的辅助效果。

9、在一些实施方式中，所述仿生膝关节驱动机构包括传感检测系统以及力矩输出组件，所述传感检测系统设置在腿部附着机构上，所述传感检测系统与力矩输出组件连接，用于检测患者腿部运动角度与足底压力、判断患者运动意图并控制力矩输出组件输出患者所需的辅助力矩。

10、在一些实施方式中，所述力矩输出组件包括电机、减速器、减速器支撑架以及减速器固定件，所述电机与减速器连接，所述减速器支撑架设置在减速器上，所述减速器与减速器固定件可拆卸连接，所述减速器支撑架以及减速器固定件与仿生膝关节机构可拆卸连接。

11、在一些实施方式中，所述减速器的输出端设置有力矩输出锥齿轮，所述膝关节主轴上设置有主轴锥齿轮，所述主轴锥齿轮设置在所述仿生膝关节导向盘远离小腿杆件的一侧，所述主轴锥齿轮与力矩输出锥齿轮将力矩换向并传递至膝关节主轴。

12、力矩输出机构输出的辅助力矩通过力矩输出锥齿轮以及主轴锥齿轮进行换向并传递到膝关节主轴，膝关节主轴转动时，膝关节主轴能带动小腿杆件沿着仿生膝关节导向盘的转动方向移动，从而使患者的小腿产生径向位移。

13、在一些实施方式中，所述力矩输出机构包括电机、减速器、减速器支撑架以及减速器固定件，所述电机与减速器连接，所述减速器支撑架设置在减速器上，所述减速器与减速器固定件可拆卸连接，所述减速器支撑架以及减速器固定件与仿生力矩传递机构可拆卸连接。

14、减速器支撑架设置在电机以及减速器外侧，减少减速器与电机发生相对移动，减速器固定件固定减速器，减少减速器发生纵向位移，提高力矩输出机构在输出力矩时的精准性，进一步增强了膝关节外骨骼的辅助效果。

15、在一些实施方式中，所述膝关节主轴上套设有小腿驱动臂，所述小腿驱动臂与小腿杆件之间设置有小腿导向滚子，所述小腿杆件上开设有供小腿导向滚子沿小腿杆件竖直方向滑动的小腿径向导向通槽，所述小腿导向滚子的一端穿过小腿径向导向通槽并与小腿驱动臂螺纹连接，所述小腿驱动臂通过小腿导向滚子与小腿附着支具调节组件滑动连接。

16、膝关节主轴带动小腿驱动臂转动，小腿驱动臂产生径向位移，同时小腿驱动臂通过小腿导向滚子带动小腿杆件转动并产生径向位移，小腿杆件通过小腿附着支具带动患者移动，增强了膝关节外骨骼的辅助效果。

17、本实用新型的有益效果在于：

18、1、仿生膝关节驱动机构输出力矩后，仿生膝关节导向盘能够使膝关节外骨骼在摆动过程中小腿径向产生移动，从而降低膝关节外骨骼与患者之间的的人机交互力，当仿生膝关节驱动机构驱动膝关节主轴转动时，膝关节主轴带动小腿杆件转动，小腿杆件将力矩施加至腿部附着机构辅助脑瘫儿童膝关节伸展，重塑脑瘫儿童步态，提高了外骨骼的辅助效果；

19、2、小腿杆件通过膝关节导向滚子沿膝关节运动导向通槽转动，使膝关节外骨骼在摆动过程中小腿径向产生移动，从而降低膝关节外骨骼与患者之间的人机交互力，降低外骨骼对患者造成二次伤害的可能性，提高了膝关节外骨骼的辅助效果；

20、3、大腿杆件以及小腿杆件将辅助力矩分别传递至小腿附着支具以及大腿附着支具，小腿附着支具调节组件以及大腿附着支具调节组件分别调节小腿附着支具以及大腿附着支具的固定高度，能够使患者根据实际情况调整高度，提高了膝关节外骨骼的实用性，进一步增强外骨骼的辅助效果。