[發明專利]一種單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法

有效

• 申請號: 201611265540.8
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106618830B
• 公開（公告）日: 2019-06-18
• 發明（設計）人: 閆磊;吳健;范磊;伍宏芳;王方政;呂洋
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: A61F5/01
• 分類號: A61F5/01
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財寶

本發明涉及矯形器技術領域，尤其涉及一種單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法。該矯形器包括支撐機構、調節機構和控制機構，所述支撐機構包括大腿支撐部、小腿支撐部和足底支撐部，所述大腿支撐部與所述小腿支撐部通過膝關節轉軸連接，所述小腿支撐部與所述足底支撐部連接，所述調節機構包括液壓阻尼器，所述液壓阻尼器的兩端分別連接所述大腿支撐部和所述小腿支撐部，所述控制機構包括足底壓力傳感器、膝關節角度傳感器、活塞桿推力傳感器和控制器。本發明能夠及時感應人體行走狀態，調節液壓阻尼器的伸縮速率，使液壓阻尼器的活塞運動被動的配合人體的行走狀態，根據行走速度的快慢來進行調節，最大限度保持人體行走自如，保證穩定性。

技術領域

本發明涉及矯形器技術領域，尤其涉及一種單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法。

背景技術

人體下肢外骨骼矯形器是一款可穿戴的機械助力裝置，主要應用在軍事和醫療領域，其中在軍事領域，是用來協助軍人攜帶超人體負荷的武器，而在醫療領域，主要作為醫療康復用具，輔助病人進行康復。因此，基于上述應用，人體下肢外骨骼矯形器需要具備穿戴靈活，穿著舒適，質量輕便等特點，穿著外骨骼矯形器后，可以輔助人體行走，或者是人體能在超負荷下行走。

現有下肢外骨骼現有下肢外骨骼矯形器通常采用電機驅動液壓缸進行矯形器的調節控制，其中電機帶動轉盤轉動，進而通過連桿推動活塞在液壓缸內進行往復運動，從而帶動伸縮桿進行伸縮運動，實現肢體運動范圍的控制調節。因此，這種結構的矯形器需要采用過重的電源和電機，導致矯形器的整體尺寸和質量較大，不便于用作戶外醫療康復，對于單下肢膝伸展肌肉組織完全癱瘓或部分癱瘓的佩戴者，這中結構的矯形器過于冗余。同時這種結構的矯形器，由于需要電機驅動液壓缸進行活塞運動，使得人體運動必須配合液壓缸伸縮桿的伸縮運動，在液壓缸的帶動下強行帶動人行走，而且無法自行調節和控制行走的速度，然而人體身高尺寸存在差異性，這種主動調節控制方法無法適應人體自身行走需求，容易造成重心不穩，左路姿勢僵硬的問題。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是提供一種單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，解決現有矯形器存在的尺寸和質量較大，電機驅動液壓缸進行活塞運動時強行帶動人行走，容易造成重心不穩，左路姿勢僵硬的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種單下肢外骨骼矯形器，包括支撐機構、調節機構和控制機構；

所述支撐機構包括大腿支撐部、小腿支撐部和足底支撐部，其中所述大腿支撐部與所述小腿支撐部通過膝關節轉軸連接，所述小腿支撐部與所述足底支撐部通過可調節連接件連接；

所述調節機構包括液壓阻尼器，所述液壓阻尼器的兩端分別連接所述大腿支撐部和所述小腿支撐部，所述液壓阻尼器包括活塞缸以及與所述活塞缸連接的比例閥，其中所述活塞缸內設有第一油腔和第二油腔，所述第一油腔中設有第一活塞，所述第一活塞連接活塞桿的第一端，所述活塞桿的第二端伸出所述活塞缸的外部；所述第二油腔中設有第二活塞，所述第二活塞連接彈簧的第一端，所述彈簧的第二端連接所述第二油腔的內壁；所述第一油腔的通油口連接第一油道，所述第二油腔的通油口連接第二油道，所述比例閥設置在所述第一油道與所述第二油道之間；

所述控制機構包括設置在所述足底支撐部的若干足底壓力傳感器、設置在所述膝關節轉軸上的膝關節角度傳感器、設置在所述液壓阻尼器上的活塞桿推力傳感器、以及控制器，其中所述控制器分別連接所述足底壓力傳感器、所述膝關節角度傳感器、所述活塞桿推力傳感器和所述比例閥。

進一步地，所述大腿支撐部包括兩個平行設置的大腿支撐板，在兩個所述大腿支撐板之間連接有若干大腿箍板，所述大腿箍板為與大腿的形狀相適配的圓弧形結構，在兩個所述大腿支撐板上還設有若干大腿綁帶夾，所述大腿綁帶夾上可拆卸的連接有大腿綁帶，所述控制器安裝在所述大腿箍板的外側。