[發(fā)明專利]髖關(guān)節(jié)可外展內(nèi)收的動力式下肢外骨骼

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910120010.1
• 申請日: 2019-02-18
• 公開（公告）號: CN109674626A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 關(guān)鑫宇;李銀波;湯子漢;季林紅;劉凱奇;蒙奎霖;李質(zhì)斌;劉偉峰
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 北京清亦華知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11201
• 代理人: 黃德海

本發(fā)明公開了一種髖關(guān)節(jié)可外展內(nèi)收的動力式下肢外骨骼，包括：膝關(guān)節(jié)組件、大腿支條組件、髖關(guān)節(jié)組件、骨盆支架組件、無動力膝關(guān)節(jié)、小腿支條和足托，其中，大腿支條組件包括大腿桿和大腿鞘；髖關(guān)節(jié)組件包括并聯(lián)柔性驅(qū)動器、髖關(guān)節(jié)限位件和髖關(guān)節(jié)安裝板；骨盆支架組件包括左主板、右主板、左調(diào)節(jié)板、右調(diào)節(jié)板、左背板、右背板和內(nèi)收外展軸；左足托和右足托的內(nèi)側(cè)均通過小腿支條連接無動力膝關(guān)節(jié)和大腿鞘，左足托和右足托的外側(cè)均通過小腿支條依次連接膝關(guān)節(jié)組件、大腿支條組件、髖關(guān)節(jié)組件和骨盆支架組件。該外骨骼可調(diào)節(jié)的尺寸包括大腿長度和骨盆支架高度、寬度和前后距離等，這使外骨骼與使用者的身體更為貼合，從而提高人機融合程度。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及康復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種髖關(guān)節(jié)可外展內(nèi)收的動力式下肢外骨骼。

背景技術(shù)

動力式下肢外骨骼起源于軍事領(lǐng)域，用于增強士兵行走和負重能力，后來逐漸轉(zhuǎn)為民用，目的在于輔助截癱患者重建行走功能、為下肢運動功能減弱的老年人提供行走助力。該設(shè)備結(jié)合了人類的智能和機械的動力，它通過系統(tǒng)程序控制，利用液壓、氣壓和電機等驅(qū)動裝置實現(xiàn)設(shè)備本身的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，通過醫(yī)用綁帶將交互力傳遞至人體，代償人體下肢運動功能受損的肌肉，實現(xiàn)人體關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動，從而幫助截癱患者和下肢運動功能減弱的老年人實現(xiàn)行走，從而在一定程度上恢復(fù)其行走能力，提高生活質(zhì)量。

外骨骼探索階段開始于20世紀60年代，學(xué)者根據(jù)下肢運動系統(tǒng)理論設(shè)計了首次用于截癱患者的動力仿人外骨骼。20世紀80年代，動力式外骨骼進入了積累階段，比如，我國第一款下肢動力外骨骼—下肢高位截癱患者用電動步行機，再比如，HAL-1主要在日常活動中為使用者提供身體上的支撐，使動力式外骨骼不僅面向截癱患者，也面向老年人等。21世紀動力式設(shè)備邁入快速發(fā)展階段，ReWalk和eLEGS目前已經(jīng)用于臨床使用并商業(yè)化，可幫助患者在多種環(huán)境下活動。學(xué)者在HAL-1的基礎(chǔ)上設(shè)計了HAL-3和HAL-5，面向?qū)ο鬄橄轮×p弱的老年人和患有運動功能障礙的殘疾人。2010年后，學(xué)者們轉(zhuǎn)向?qū)θ嵝酝夤趋赖难芯浚⒂?018年應(yīng)用于偏癱患者。

相關(guān)技術(shù)中，動力式下肢外骨骼主要分為剛性和柔性動力式下肢外骨骼兩類。剛性動力式下肢外骨骼，利用電機、液壓或氣壓等驅(qū)動裝置驅(qū)動外骨骼本身的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動，通過鋼條或碳纖維等剛性材料連接髖、膝和踝關(guān)節(jié)驅(qū)動器，采用醫(yī)用綁帶捆綁使用者腰部、大小腿將交互力傳遞給人體。由于外骨骼驅(qū)動關(guān)節(jié)和支撐結(jié)構(gòu)均為剛性，而人體骨骼為剛性，外部附著肌肉、人體皮膚等具有彈性的組織，因此運動中使用者為了克服外骨骼的剛性約束和有限的自由度不得不做無用功，而外骨骼為了克服人的抵抗力需要輸出更多的能量，人機之間運動的不協(xié)調(diào)導(dǎo)致使用者生理能量代謝比較高。

剛性外骨骼普遍存在人機融合程度不夠，驅(qū)動器體積大并且重，動力源能耗大等問題。柔性動力式下肢外骨骼，例如Exosuit，將柔性纜繩與人體腿部肌肉形成并聯(lián)系統(tǒng)，通過驅(qū)動器拉動纜繩，利用纜繩的伸縮帶動人體關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動。采用柔性介質(zhì)傳力，在一定程度上降低了人機的不良交互力，但對于截癱患者這種特殊人群，由于喪失對下肢肌肉的運動控制能力，無法調(diào)節(jié)關(guān)節(jié)的剛度，導(dǎo)致行走過程中無法在擺動期支撐身體，因此柔性外骨骼并不適用于下肢肌力喪失或極其微弱的患者。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的發(fā)明人在背景技術(shù)的基礎(chǔ)上得出，針對截癱患者的動力式外骨骼，應(yīng)以剛性結(jié)構(gòu)為主，并充分保證行走過程中患者的安全，在此基礎(chǔ)上，適當增加外骨骼自由度，以及使其與使用者的身體更為貼合，避免人機產(chǎn)生過大的相對位移，從而提高外骨骼傳力效率，降低使用者能耗。

本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關(guān)技術(shù)中的技術(shù)問題之一。

為此，本發(fā)明的目的在于提出一種髖關(guān)節(jié)可外展內(nèi)收的動力式下肢外骨骼，提供更符合人體結(jié)構(gòu)和運動特性的動力式外骨骼，可提高人機融合程度，達到助力助殘的目的。