一種基于套索傳動的膝關節助力康復裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，該助力康復裝置包括支撐定位組件和兩套執行組件，每套執行組件包括套索驅動子組件、套索傳動子組件和膝關節子組件，套索驅動子組件連接在支撐定位組件上；套索傳動子組件分別與套索驅動子組件和膝關節子組件連接。該裝置訓練康復角度相對較大，結構簡單輕巧，控制安全簡單，便于工業生產和大范圍推廣。
【專利說明】一種基于套索傳動的膝關節助力康復裝置

【技術領域】
[0001] 本發明屬于助行康復器械領域，具體來說，涉及一種基于套索傳動的膝關節助力 康復裝置，主要適用于下肢康復訓練、助力等醫療領域。

【背景技術】
[0002] 隨著年齡的增長，人的骨骼和關節往往會因為退化或者長期使用而磨損，而骨骼 的退化和磨損會導致他們的行動不便；或者由于腦血管疾病等會導致偏癱癥狀；現代社會 交通工具的增多，由于交通事故造成的肢體損傷的人數也在逐漸增加。醫學理論和臨床醫 學證明，這類患者除了早期的手術治療和藥物治療外，正確、科學的康復訓練對于肢體運動 的恢復和提高起到了非常重要的作用，所以肢體康復器械逐漸成了研究的熱點，國內外學 者對于肢體康復器械特別是下肢康復器械的研發做了大量的工作，并且取得了很大的進 展。下肢康復器械按照患者的康復訓練姿勢分類，可以分為兩大類：臥式CPM(對應中文：關 節恢復器）機和立式下肢康復器械。
[0003] 目前使用較多的下肢康復器械是臥式CPM機,患者手術之后可以采用臥姿，將下 肢放置在臥式CPM機上進行康復訓練。臥式CPM機是利用機械或者電子裝置帶動或維持部 分下肢的運動，從而使得需要康復的關節進行較長時間的運動，治療與康復同時進行。對于 下肢手術之后的康復訓練方式，臥式CPM機訓練是一種較為成熟的方法。
[0004] 立式下肢康復器械大多數采用可穿戴式的方式，此裝置可以穿在患者身上，能夠 與患者的腿部緊密貼合。可穿戴的立式下肢康復器械使得患者的訓練靈活方便，任何時間、 任何地點都可以進行下肢康復訓練。此類裝置多采用氣動人工肌肉、液壓缸或者氣缸作為 驅動裝置，能夠提供一定的柔順性和較大的驅動能力，而且安全性相對較高。但是由于氣動 人工肌肉、液壓缸和氣缸的行程較短的原因，立式下肢康復器械能夠實現的康復角度相對 較小，不能夠滿足患者對于大角度康復訓練的要求，而且采用氣動人工肌肉、液壓缸和氣缸 作為驅動裝置的立式下肢康復器械的結構復雜，體積較大，重量大，穿戴麻煩，不適合民用。 迫切需要結構簡單輕巧，訓練康復角度范圍大，控制安全簡單，便于工業生產和大范圍推廣 的可穿戴的立式下肢康復器械，本發明即是為此目的而設計。


【發明內容】

[0005] 技術問題：本發明所要解決的技術問題是：提供一種基于套索傳動的膝關節助力 康復裝置，該裝置訓練康復角度相對較大，結構簡單輕巧，控制安全簡單，便于工業生產和 大范圍推廣。
[0006] 技術方案：為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是：
[0007] -種基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，該助力康復裝置包括支 撐定位組件和兩套執行組件，每套執行組件包括套索驅動子組件、套索傳動子組件和膝關 節子組件，套索驅動子組件連接在支撐定位組件上；套索傳動子組件分別與套索驅動子組 件和膝關節子組件連接。
[0008] 進一步，所述的支撐定位組件包括腰部支撐板、兩塊腰部寬度調整板和綁帶，綁帶 的兩端分別與一個腰部寬度調整板的一端連接，兩個腰部寬度調整板的另一端分別通過螺 栓與腰部支撐板的一端連接。
[0009] 進一步，所述的套索驅動子組件包括伺服電機、電機固定塊、行星齒輪減速器、套 索主動輪和軸端端蓋，伺服電機通過電機固定塊固定連接在腰部支撐板上，伺服電機的動 力輸出軸與行星齒輪減速器的動力輸入軸相配合，套索主動輪連接在行星齒輪減速器的動 力輸出軸上，軸端端蓋固定連接在行星齒輪減速器的動力輸出軸的末端，軸端端蓋與套索 主動輪相抵。
[0010]進一步，所述的套索傳動子組件包括調整支架、套索固定支架和兩個傳動單元，調 整支架固定連接在行星齒輪減速器的外殼上，調整支架上設有兩個螺紋孔，套索固定支架 固定連接在旋轉固定板上；每個傳動單元包括緊固螺母、調節螺釘、套管、穿過套管的繩索， 調節螺釘安裝在調整支架的一個螺紋孔內，緊固螺母套裝在調節螺釘上，套管的頂端嵌套 在調節螺釘的沉孔中，套管的底端嵌套在套索固定支架上；繩索的一端穿過調整支架，通過 錫塊嵌在套索主動輪的槽口內，繩索的另一端通過錫塊嵌在套索從動輪的槽口內。
[0011] 進一步，所述的套索主動輪的兩個槽口至套索主動輪中心之間連線的夾角小于90 度，所述的套索從動輪的兩個槽口至套索從動輪中心之間連線的夾角小于90度。
[0012]進一步，所述的膝關節子組件包括大腿固定板、旋轉轉動板、小腿固定板、旋轉固 定板、套索從動輪、旋轉轉動軸和角度傳感器；旋轉固定板與大腿固定板通過大腿連接過渡 板固定連接，旋轉轉動板與小腿固定板通過小腿連接過渡板固定連接，旋轉轉動軸連接在 旋轉固定板上，深溝球軸承連接在旋轉轉動軸上，套索從動輪套在深溝球軸承上，角度傳感 器的固定端通過鎖緊螺母固定連接在旋轉轉動軸的內孔中，角度傳感器的旋轉端與尼龍套 過盈配合。
[0013]進一步，所述的腰部支撐板的兩端分別設有第一 U型槽，腰部寬度調整板上設有 第二U型槽，第一 U型槽和第二U型槽相對。
[0014]進一步，所述的套管的軸線分別與套索主動輪的槽口和套索從動輪的槽口相切。 [0015]有益效果：與現有技術相比，本發明具有以下有益效果：
[0016] (1)訓練康復角度相對較大。本發明中的套索是由兩套套管和繩索組成，繩索滑動 的裝在套管內，繩索的一端通過錫塊嵌在套索主動輪的槽口內，另一端通過錫塊嵌在套索 從動輪的槽口內，套索主動輪的兩個槽口至套索主動輪中心之間連線的夾角小于90度，套 索從動輪的兩個槽口至套索從動輪中心之間連線的夾角小于90度，可實現膝關節大于90 度，小于180度的訓練康復角度，與采用氣動人工肌肉、液壓缸和氣缸作為驅動裝置的立式 下肢康復器械相比，訓練康復角度較大。
[0017] (2)結構簡單輕巧。本發明中，由于套索本身細長、柔軟的特性，使得本發明的傳遞 路徑非常靈活。進而使得本發明具有傳遞路徑靈活、尺寸小、機構簡潔輕巧等優點。
[0018] (3)穿戴簡單，便于工業生產和大范圍推廣。本發明中，套索傳動可以實現遠距離 小尺寸的傳遞動力，它可以有效地降低本發明的復雜程度，使得本發明結構簡單，重量輕， 適合患者穿戴。同時套索傳動的加工成本小，適合于工業生產和大范圍民用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明穿戴在人體上的示意圖。
[0020] 圖2是本發明中套索傳動子組件的上部和套索驅動子組件的連接示意圖。
[0021] 圖3是本發明中套索傳動子組件的上部和套索驅動子組件連接的剖視圖。
[0022] 圖4是本發明中套索傳動子組件的下部和膝關節子組件的連接正視圖。
[0023] 圖5是圖4的側視圖。
[0024] 圖6是本發明中套索傳動子組件的下部和膝關節子組件的剖視圖。
[0025] 圖7是本發明中膝關節子組件的剖視圖。
[0026] 圖中有：套索驅動子組件1、伺服電機101、電機固定塊102、行星齒輪減速器103、 套索主動輪104、軸端端蓋105、套索傳動子組件2、調整支架201、緊固螺母202、調節螺釘 203、套管 2〇4、繩索2〇5、套索固定支架206、第一錫塊207、第二錫塊208、膝關節子組件3、 大腿固定板301、大腿連接過渡板302、旋轉轉動板303、小腿連接過渡板304、小腿固定板 305、尼龍套306、旋轉固定板307、套索從動輪308、旋轉轉動軸309、深溝球軸承310、鎖緊螺 母311、角度傳感器312、支撐定位組件4、腰部支撐板401、腰部寬度調整板402、綁帶4〇 3。

【具體實施方式】
[0027] 下面結合附圖，對本發明的技術方案進行詳細的說明。
[0028] 如圖1所示，本發明基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，包括支撐定位組件4和 兩套執行組件。每套執行組件包括套索驅動子組件1、套索傳動子組件2和膝關節子組件 3。套索驅動子組件1連接在支撐定位組件4上。套索傳動子組件2分別與套索驅動子組 件1和膝關節子組件3連接。
[0029] 如圖2所示，支撐定位組件4包括腰部支撐板401、兩塊腰部寬度調整板402和綁 帶403,綁帶403的兩端分別與一個腰部寬度調整板402的一端連接，兩個腰部寬度調整板 402的另一端分別通過螺栓與腰部支撐板401的一端連接。
[0030] 如圖2所示，套索驅動子組件1包括伺服電機101、電機固定塊102、行星齒輪減速 器103、套索主動輪104和軸端端蓋105,伺服電機101通過電機固定塊102固定連接在腰 部支撐板401上，伺服電機101的動力輸出軸與行星齒輪減速器103的動力輸入軸相配合， 套索主動輪104連接在行星齒輪減速器103的動力輸出軸上，軸端端蓋105固定連接在行 星齒輪減速器103的動力輸出軸的末端，軸端端蓋105與套索主動輪104相抵。
[0031] 如圖2和圖3所示，套索傳動子組件2包括調整支架201、套索固定支架206和兩 個傳動單元，調整支架201固定連接在行星齒輪減速器103的外殼上，調整支架201上設有 兩個螺紋孔，套索固定支架206固定連接在旋轉固定板307上；每個傳動單元包括緊固螺母 202、調節螺釘203、套管204、穿過套管204的繩索205,調節螺釘203安裝在調整支架201 的一個螺紋孔內，緊固螺母202套裝在調節螺釘203上，套管204的頂端嵌套在調節螺釘 2〇3的沉孔中，套管204的底端嵌套在套索固定支架206上；繩索205的一端穿過調整支架 201，通過錫塊207嵌在套索主動輪104的槽口內，繩索205的另一端通過錫塊207嵌在套索 從動輪308的槽口內。套索主動輪的槽口和套索從動輪的槽口之間角度小于90度。套索 主動輪的兩個槽口至套索主動輪中心之間連線的夾角Θ小于90度，套索從動輪的兩個槽 口至套索從動輪中心之間連線的夾角Θ小于90度。如圖3所示，套索主動輪104逆時針 方向拉動繩索205時，繩索205在套索主動輪104和套索從動輪308的溝槽內滑動，從而帶 動套索從動輪308繞著旋轉轉動軸3〇9轉動，進而帶動人腿轉動。套索主動輪104拉動第 一錫塊207,從起始相切位置（圖3中實線所示）轉到有效終點位置（圖3中虛線所示）， 套索主動輪104轉過的角度α大于 9〇度，小于180度。因為套索主動輪1〇4和套索從動 輪308的直徑相等，且繩索205是不可伸縮的，所以，套索從動輪308也相應地轉動大于90 度，小于180度的角度，從而實現實現膝關節的康復旋轉角度大于90度，小于180度。
[0032] 如圖4至圖7所示，膝關節子組件3包括大腿固定板3〇1、旋轉轉動板303、小腿固 定板305、旋轉固定板307、套索從動輪308、旋轉轉動軸309和角度傳感器312。旋轉固定 板307與大腿固定板301通過大腿連接過渡板302固定連接，旋轉轉動板303與小腿固定 板305通過小腿連接過渡板304固定連接，旋轉轉動軸3〇 9連接在旋轉固定板307上，深溝 球軸承310連接在旋轉轉動軸309上，套索從動輪308套在深溝球軸承310上，角度傳感器 312的固定端通過鎖緊螺母311固定連接在旋轉轉動軸309的內孔中，角度傳感器312的旋 轉端與尼龍套306過盈配合。
[0033] 進一步，所述的腰部支撐板401的兩端分別設有第一 U型槽，腰部寬度調整板402 上設有第二U型槽，第一 U型槽和第二U型槽相對。設置第一 U型槽和第二U型槽，便于調 節支撐定位組件4,使之和人體捆綁緊密。腰部支撐板401上設有U型槽，與腰部寬度調整 板402連接，并與人的腰部通過綁帶403固定在一起，通過調節腰部寬度調整板402相對于 腰部支撐板401的距離，以適合人體的腰部尺寸。
[0034] 進一步，所述的套管204的軸線分別與套索主動輪104的槽口和套索從動輪308 的槽口相切。
[0035] 本發明的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置中，腰部支撐板401上設有U型槽， 腰部寬度調整板402連接在腰部支撐板401的U型槽內，并與人的腰部通過綁帶403固定 在一起。通過調節腰部寬度調整板402相對于腰部支撐板401的距離，以適合人體的腰部 尺寸。膝關節子組件3通過大腿固定板301、小腿固定板305和綁帶403與人的大腿、小腿 進行固定。
[0036] 本發明的膝關節助力康復裝置中，套索驅動子組件1通過電機固定塊102固定在 腰部支撐板401上，相對于人的位置保持不變。繩索205可在套管204內滑動。套索傳動子 組件2的一端與套索驅動子組件1的套索主動輪104相連，另一端與膝關節子組件3的套 索從動輪308相連。套管204固定在套索固定支架206上，以保持繩索205與套索主動輪 104始終相切。調節螺釘203安裝在調整支架201上的螺紋孔內，以用來進行套索的預緊。 調整支架201兼有繩索205方向保持的作用。套管204固定在調節螺釘203的凹槽內，以 保持繩索205與套索主動輪104始終相切。角度傳感器312用來檢測膝關節角度的變化。
[0037] 本發明的膝關節助力康復裝置的工作過程是：啟動伺服電機101，行星齒輪減速 器103運行，行星齒輪減速器103帶動套索主動輪104轉動，套索主動輪104拉動繩索205 在套索主動輪104和套索從動輪 3〇8的溝槽內滑動，從而帶動套索從動輪308繞著旋轉轉 動軸309轉動，進而帶動人腿轉動。套索的張緊過程：向外擰調節螺釘203,使繩索205處 于張緊狀態，反方向擰緊緊固螺母202,使得調節螺釘203鎖緊在調整支架201上。
[0038] 本發明可以對膝蓋磨損或者受傷的患者進行術后膝關節行走助力和康復訓練，采 用了可實現遠距離傳動且機械機構簡單、傳動路線靈活的套索傳動機構，結構簡單合理。本 發明克服了現有技術結構復雜、器械過于笨重、難以穿戴、不適合民用的缺點，結構簡單輕 巧，控制簡單，便于工業生產和大范圍的推廣。
【權利要求】
1. 一種基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，該助力康復裝置包括支撐 定位組件（4)和兩套執行組件，每套執行組件包括套索驅動子組件（1)、套索傳動子組件 (2)和膝關節子組件（3 )，套索驅動子組件（1)連接在支撐定位組件（4)上；套索傳動子組件 (2 )分別與套索驅動子組件（1)和膝關節子組件（3 )連接。
2. 按照權利要求1所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，所述的 支撐定位組件（4)包括腰部支撐板（401)、兩塊腰部寬度調整板（402)和綁帶（403)，綁帶 (403)的兩端分別與一個腰部寬度調整板（402)的一端連接，兩個腰部寬度調整板（402)的 另一端分別通過螺栓與腰部支撐板（401)的一端連接。
3. 按照權利要求2所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，所述的 套索驅動子組件（1)包括伺服電機（101)、電機固定塊（102)、行星齒輪減速器（103)、套索 主動輪（104)和軸端端蓋（105)，伺服電機（101)通過電機固定塊（102)固定連接在腰部支 撐板（401)上，伺服電機（101)的動力輸出軸與行星齒輪減速器（1〇 3)的動力輸入軸相配 合，套索主動輪（104)連接在行星齒輪減速器（103)的動力輸出軸上，軸端端蓋（105)固定 連接在行星齒輪減速器（103)的動力輸出軸的末端，軸端端蓋（105)與套索主動輪（104)相 抵。
4. 按照權利要求1、2或3所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于， 所述的套索傳動子組件（2)包括調整支架（201)、套索固定支架（206)和兩個傳動單元，調 整支架（201)固定連接在行星齒輪減速器（103)的外殼上，調整支架（201)上設有兩個螺 紋孔，套索固定支架（206)固定連接在旋轉固定板（307)上；每個傳動單元包括緊固螺母 (202)、調節螺釘（203)、套管（204)、穿過套管（ 2〇4)的繩索（205)，調節螺釘（203)安裝在調 整支架（201)的一個螺紋孔內，緊固螺母（202)套裝在調節螺釘（203)上，套管（204)的頂 端嵌套在調節螺釘（203)的沉孔中，套管（204)的底端嵌套在套索固定支架（206)上；繩索 (205)的一端穿過調整支架（201 )，通過第一錫塊（207)嵌在套索主動輪（104)的槽口內，繩 索（205 )的另一端通過第二錫塊（208 )嵌在套索從動輪（308 )的槽口內。
5. 按照權利要求4所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，所述的 套索主動輪（104)的兩個槽口至套索主動輪（104)中心之間連線的夾角小于90度，所述的 套索從動輪（308)的兩個槽口至套索從動輪（ 3〇8)中心之間連線的夾角小于90度。
6. 按照權利要求4所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，所述的 膝關節子組件（3)包括大腿固定板（301)、旋轉轉動板（303)、小腿固定板（305)、旋轉固定 板（307)、套索從動輪（308)、旋轉轉動軸（309)和角度傳感器（312);旋轉固定板（307)與 大腿固定板（301)通過大腿連接過渡板（302)固定連接，旋轉轉動板（303)與小腿固定板 (305 )通過小腿連接過渡板（304 )固定連接，旋轉轉動軸（309 )連接在旋轉固定板（307 )上， 深溝球軸承（310)連接在旋轉轉動軸（309)上，套索從動輪（308)套在深溝球軸承（310)上， 角度傳感器（312)的固定端通過鎖緊螺母（311)固定連接在旋轉轉動軸（309)的內孔中，角 度傳感器（312)的旋轉端與尼龍套（306)過盈配合。
7. 按照權利要求2所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，所述的 腰部支撐板（401)的兩端分別設有第一 U型槽，腰部寬度調整板（402)上設有第二U型槽， 第一 U型槽和第二U型槽相對。
8. 按照權利要求6所述的基于套索傳動的膝關節助力康復裝置，其特征在于，所述的 套管（204)的軸線分別與套索主動輪（104)的槽口和套索從動輪（308)的槽口相切。
【文檔編號】A61H1/02GK104188786SQ201410462145
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月11日 優先權日:2014年9月11日
【發明者】王興松, 單暉 申請人:東南大學