本實用新型屬于醫(yī)療輔助器械領(lǐng)域和運動裝備器械領(lǐng)域，尤其涉及一種減輕下肢關(guān)節(jié)負載并可測量支撐力的外骨骼裝置。

背景技術(shù)：

隨著社會老齡化的日益加劇和不健康的生活方式導(dǎo)致肥胖比例的快速上升，人體的髖關(guān)節(jié)炎、膝關(guān)節(jié)炎和踝關(guān)節(jié)炎等下肢骨性關(guān)節(jié)炎疾病發(fā)病率逐年增高，并呈現(xiàn)年輕化的趨勢，極大影響了患者的正常生活和行動，給家庭帶來了沉重的康復(fù)和經(jīng)濟負擔(dān)。下肢骨性關(guān)節(jié)炎的發(fā)病機制復(fù)雜，其中，關(guān)節(jié)過度受力是一個重要原因。下肢各關(guān)節(jié)在人體行走過程中支撐了人體體重和行走時的動態(tài)力，各關(guān)節(jié)內(nèi)部存在滾動、滑動、扭動等復(fù)雜運動，過度受力導(dǎo)致了關(guān)節(jié)過度地摩擦、磨損，破壞了關(guān)節(jié)的軟組織結(jié)構(gòu)，加速了關(guān)節(jié)炎的病變，造成患者關(guān)節(jié)疼痛和步態(tài)異常。為了預(yù)防和康復(fù)下肢骨性關(guān)節(jié)炎，一個重要的手段是利用和人體同步行走的下肢外骨骼裝置，在步態(tài)支撐相支撐人體體重、在步態(tài)擺動相跟隨人體運動，減輕下肢關(guān)節(jié)支撐人體時的負載力，減小患者行走時的疼痛感，同時測量支撐力，定量化記錄使用效果，評價人體舒適感。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種減輕下肢關(guān)節(jié)負載的外骨骼裝置，能夠減輕下肢負載并且可檢測支撐力大小。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型采取以下技術(shù)方案：

一種減輕下肢關(guān)節(jié)負載及測量支撐力的外骨骼裝置，包括座椅機構(gòu)、大腿機構(gòu)、膝關(guān)節(jié)機構(gòu)、小腿機構(gòu)和鞋套機構(gòu)，大腿機構(gòu)與座椅機構(gòu)活動連接使大腿機構(gòu)朝向人體冠狀面運動，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)連接大腿機構(gòu)和小腿機構(gòu)，鞋套機構(gòu)與小腿機構(gòu)安裝連接，所述膝關(guān)節(jié)機構(gòu)包括膝關(guān)節(jié)上連接板、膝關(guān)節(jié)內(nèi)板、膝關(guān)節(jié)外板和膝關(guān)節(jié)下連接板，膝關(guān)節(jié)上連接板上部與大腿機構(gòu)固定連接、下部與膝關(guān)節(jié)內(nèi)板固定連接，膝關(guān)節(jié)下連接板上部與膝關(guān)節(jié)外板固定連接、下部與小腿機構(gòu)固定連接，膝關(guān)節(jié)內(nèi)板上設(shè)有第一曲線槽和第二曲線槽，膝關(guān)節(jié)外板上設(shè)有活動卡裝在第一曲線槽內(nèi)的第一曲線軸和活動卡裝在第二曲線槽內(nèi)的第二曲線軸。

所述第一曲線槽位于第二曲線槽的上方，并且該第一曲線槽的長度小于第二曲線槽的長度。

所述第一曲線槽和第二曲線槽均設(shè)為弧形狀。

所述小腿機構(gòu)包括小腿上桿、小腿外桿、小腿綁帶、小腿內(nèi)桿、空氣彈簧和力傳感器，小腿上桿上部與膝關(guān)節(jié)下連接板固定連接，下部與小腿外桿固定連接，小腿內(nèi)桿上部與小腿外桿安裝連接，小腿綁帶固定在小腿外桿上，空氣彈簧上部與小腿內(nèi)桿固定連接，力傳感器裝接在空氣彈簧的下端。

所述小腿內(nèi)桿上部插裝入小腿外桿內(nèi)與該小腿外桿卡合安裝，空氣彈簧上部伸入小腿內(nèi)桿中固定安裝。

所述鞋套機構(gòu)包括L型鞋底板、連接板、彈簧連接筒、足外側(cè)尼龍搭扣、足后跟尼龍搭扣和足背尼龍搭扣，足外側(cè)尼龍搭扣、足后跟尼龍搭扣和足背尼龍搭扣均安裝在鞋底板上，連接板與鞋底板外側(cè)面固定連接，彈簧連接筒與該連接板安裝連接，該彈簧連接筒套裝在空氣彈簧下部。

所述連接板與彈簧連接筒之間設(shè)有合頁鉸鏈，該合頁鉸鏈的一側(cè)和連接板固定連接，該合頁鉸鏈的另一則與彈簧連接筒活動連接。

所述座椅機構(gòu)包括弧形導(dǎo)軌座椅、滑塊、弧形坐墊和腰部綁帶，滑塊活動套裝在弧形導(dǎo)軌座椅上沿該弧形導(dǎo)軌座椅來回滑動，腰部綁帶固定裝在坐墊上，坐墊安裝在弧形導(dǎo)軌座椅上，大腿機構(gòu)與滑塊活動連接。

所述大腿機構(gòu)包括大腿上桿、大腿桿、大腿綁帶和大腿下桿，大腿上桿上部與座椅機構(gòu)活動連接、下部與大腿桿固定連接，大腿綁帶固定在大腿桿上，大腿下桿上部與大腿桿固定連接、下部與膝關(guān)節(jié)上連接板固定連接，大腿上桿與滑塊活動連接。

所述滑塊上設(shè)有連接槽，大腿上桿上部插裝入該連接槽內(nèi)并通過銷軸安裝，該大腿上桿在連接槽內(nèi)以該銷軸為轉(zhuǎn)動軸沿人體冠狀面運動。

本實用新型裝置供人體穿戴使用時，在步態(tài)支撐相，外骨骼支撐人體部分體重，減輕下肢關(guān)節(jié)支撐人體時的負載力，減小髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)的內(nèi)部受力，減小關(guān)節(jié)內(nèi)部的摩擦磨損和肌肉疲勞，減輕下肢骨關(guān)節(jié)炎患者行走時的疼痛感，能夠有效預(yù)防和康復(fù)下肢骨關(guān)節(jié)炎患者，并利用力傳感器檢測支撐力的大小，定量化記錄使用效果，評價人體舒適感。在步態(tài)擺動相，外骨骼由人體帶動跟隨人體同步運動，并不影響人體正常的行走。

附圖說明

附圖1為本實用新型立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本實用新型座椅機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本實用新型大腿機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4為本實用新型膝關(guān)節(jié)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5為本實用新型膝關(guān)節(jié)分解狀態(tài)示意圖；

附圖6為本實用新型小腿機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖7為本實用新型鞋套機構(gòu)立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本實用新型作進一步的描述。

如附圖1、4和5所示，本實用新型揭示了減輕下肢關(guān)節(jié)負載及測量支撐力的外骨骼裝置，包括座椅機構(gòu)1、大腿機構(gòu)2、膝關(guān)節(jié)機構(gòu)3、小腿機構(gòu)4和鞋套機構(gòu)5，大腿機構(gòu)2與座椅機構(gòu)1活動連接使大腿機構(gòu)2朝向人體冠狀面運動，膝關(guān)節(jié)機構(gòu)3連接大腿機構(gòu)2和小腿機構(gòu)4，鞋套機構(gòu)5與小腿機構(gòu)4安裝連接，所述膝關(guān)節(jié)機構(gòu)3包括膝關(guān)節(jié)上連接板301、膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302、膝關(guān)節(jié)外板305和膝關(guān)節(jié)下連接板308，膝關(guān)節(jié)上連接板301上部與大腿機構(gòu)2固定連接、下部與膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302固定連接，膝關(guān)節(jié)下連接板308上部與膝關(guān)節(jié)外板305固定連接、下部與小腿機構(gòu)4固定連接，膝關(guān)節(jié)內(nèi)板302上設(shè)有第一曲線槽303和第二曲線槽304，膝關(guān)節(jié)外板305上設(shè)有活動卡裝在第一曲線槽303內(nèi)的第一曲線軸306和活動卡裝在第二曲線槽304內(nèi)的第二曲線軸307。該第一曲線軸和第二曲線軸分別在第一曲線槽和第二曲線槽內(nèi)來回移動，從而實現(xiàn)膝關(guān)節(jié)內(nèi)板和膝關(guān)節(jié)外板之間的相對轉(zhuǎn)動。當(dāng)人體行走處于支撐相時，外骨骼中的膝關(guān)節(jié)處于極限伸直狀態(tài)，支撐人體重力；當(dāng)人體行走處于擺動相時，外骨骼中的膝關(guān)節(jié)機構(gòu)跟隨人體膝關(guān)節(jié)自由屈曲轉(zhuǎn)動。

第一曲線槽303位于第二曲線槽304的上方，并且該第一曲線槽的長度小于第二曲線槽的長度。并且第一曲線槽和第二曲線槽均設(shè)為弧形狀。

如附圖6所示，小腿機構(gòu)4包括小腿上桿401、小腿外桿402、小腿綁帶403、小腿內(nèi)桿404、空氣彈簧405和力傳感器406，小腿上桿401上部與膝關(guān)節(jié)下連接板308固定連接、下部與小腿外桿402固定連接，小腿內(nèi)桿404上部與小腿外桿402安裝連接，小腿綁帶403固定在小腿外桿402 上，空氣彈簧405上部與小腿內(nèi)桿404固定連接，力傳感器406裝接在空氣彈簧405的下端。優(yōu)選地，小腿內(nèi)桿404上部插裝入小腿外桿402內(nèi)與該小腿外桿402卡合安裝，可實現(xiàn)小腿外桿與小腿內(nèi)桿之間的伸縮調(diào)節(jié)，實現(xiàn)長度可調(diào)的目的，擴大適用范圍，空氣彈簧405上部伸入小腿內(nèi)桿404 中固定安裝。小腿綁帶綁住人體小腿?？諝鈴椈稍谛⊥葯C構(gòu)支撐人體部分體重時長度壓縮，壓縮后產(chǎn)生的力支撐人體部分體重，力傳感器的底端接觸地面，可以測量支撐力的大小。

如附圖7所示，鞋套機構(gòu)5包括L型鞋底板501、連接板502、彈簧連接筒504、足外側(cè)尼龍搭扣505、足后跟尼龍搭扣506和足背尼龍搭扣 507，足外側(cè)尼龍搭扣505、足后跟尼龍搭扣506和足背尼龍搭扣507均安裝在鞋底板501上，連接板502與鞋底板501外側(cè)面固定連接，彈簧連接筒504與該連接板安裝連接，該彈簧連接筒504套裝在空氣彈簧405下部。連接板502與彈簧連接筒504之間設(shè)有合頁鉸鏈503，該合頁鉸鏈503的一側(cè)和連接板502固定連接，該合頁鉸鏈503的另一則與彈簧連接筒504 活動連接，從而使得彈簧連接筒504通過合頁鉸鏈能夠相對于連接板502 轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)人體踝關(guān)節(jié)相對于外骨骼的屈伸運動，合頁鉸鏈增加踝關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收的自由度，空氣彈簧套在彈簧連接筒內(nèi)增加了踝關(guān)節(jié)外旋/內(nèi)旋的自由度和直線運動的自由度，符合人機工程學(xué)的要求。足外側(cè)尼龍搭扣、足后跟尼龍搭扣和足背尼龍搭扣之間尼龍搭扣粘貼的連接具有方便、柔軟、穩(wěn)定可靠的特點。

如附圖2所示，座椅機構(gòu)1包括弧形導(dǎo)軌座椅101、滑塊102、弧形坐墊104和腰部綁帶105，滑塊102活動套裝在弧形導(dǎo)軌座椅101上沿該弧形導(dǎo)軌座椅101來回滑動，腰部綁帶105固定裝在坐墊104上，坐墊104 安裝在弧形導(dǎo)軌座椅101上，大腿機構(gòu)2與滑塊102活動連接。使用時人體就座在坐墊上，腰部綁帶沿著人體外側(cè)腰部扣住人體腰部，滑塊滑動時的轉(zhuǎn)動中心恰好是人體髖關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動中心，實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)矢狀面的屈曲/伸直，這具有穿戴舒適、符合人機工程學(xué)的特點。

如附圖3所示，大腿機構(gòu)2包括大腿上桿201、大腿桿202、大腿綁帶203和大腿下桿204，大腿上桿201上部與座椅機構(gòu)1的滑塊103活動連接、下部與大腿桿202固定連接，大腿綁帶203固定在大腿桿202上，大腿下桿204上部與大腿桿202固定連接、下部與膝關(guān)節(jié)上連接板301固定連接。大腿上桿與大腿桿之間可設(shè)為可伸縮結(jié)構(gòu)，能夠調(diào)節(jié)長度。通過大腿桿與U型滑塊連接槽之間的轉(zhuǎn)動連接，使得大腿桿能夠朝向冠狀面運動，實現(xiàn)髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收。大腿綁帶綁住人體大腿。

所述滑塊102上設(shè)有連接槽103，大腿上桿201上部插裝入該連接槽 103內(nèi)并通過銷軸安裝，該大腿上桿201在連接槽103內(nèi)以該銷軸為轉(zhuǎn)動軸沿人體冠狀面運動。

本實用新型使用時，外骨骼裝置跟隨人體下肢一起行走：當(dāng)下肢的足部壓在地面上時，下肢處于支撐相，外骨骼中的膝關(guān)節(jié)機構(gòu)處于極限伸直狀態(tài)，空氣彈簧壓縮產(chǎn)生支撐力，支撐人體部分體重，力傳感器的底端接觸地面，可測量支撐力的大小。當(dāng)下肢的足部離開地面時，下肢處于擺動相，空氣彈簧恢復(fù)原長，外骨骼膝關(guān)節(jié)機構(gòu)屈曲并跟隨人體膝關(guān)節(jié)自由轉(zhuǎn)動。

需要說明的是，以上所述并非是對本實用新型技術(shù)方案的限定，在不脫離本實用新型的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。