本發(fā)明涉及一種醫(yī)療輔助康復(fù)裝置，具體涉及一種柔順驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置。

背景技術(shù)：
當(dāng)膝關(guān)節(jié)受傷后，患者必須在康復(fù)期內(nèi)針對(duì)膝關(guān)節(jié)進(jìn)行一定的康復(fù)訓(xùn)練，而不同的時(shí)期訓(xùn)練的強(qiáng)度有所不同。國(guó)內(nèi)外目前帶動(dòng)力的膝關(guān)節(jié)輔助康復(fù)裝置，雖然能夠有效地主動(dòng)提供助力給膝關(guān)節(jié)，但是其動(dòng)力傳動(dòng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電池能耗較大，價(jià)格貴，尤其是重量大，并不適用于患者長(zhǎng)期穿戴，而且此類裝置比較龐大，一般集中在康復(fù)醫(yī)療中心，所以患者只能到康復(fù)中心進(jìn)行康復(fù)，這對(duì)有行動(dòng)障礙的患者來(lái)說(shuō)也是非常不便的。常見(jiàn)的家用膝關(guān)節(jié)輔助康復(fù)裝置可分為穿戴式和非穿戴式，目前市場(chǎng)上的小型穿戴式的輔助康復(fù)裝置結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，一般只起支撐、穩(wěn)定患者受損膝關(guān)節(jié)的作用，使用起來(lái)也相對(duì)簡(jiǎn)單。而非穿戴式的輔助康復(fù)裝置相比于穿戴式的功能相對(duì)要強(qiáng)大一些，它可以增加患者肌力和膝關(guān)節(jié)的靈活性以及改善患者對(duì)肌肉的控制能力，但是由于不可穿戴，容易對(duì)患者的使用造成一定不便之處，康復(fù)效果也有一定的局限性。因此，搭載合適驅(qū)動(dòng)器的穿戴式膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置將有效地結(jié)合以上兩種家用穿戴式膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置的特點(diǎn)。如專利號(hào)為CN201420671314.X的專利，采用兩個(gè)氣動(dòng)肌肉組件和繩索帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)上的轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而帶動(dòng)小腿擺動(dòng)。專利號(hào)為201410462145.3的專利通過(guò)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)套索實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的傳遞，幫助患者進(jìn)行手術(shù)后膝關(guān)節(jié)行走助力和康復(fù)訓(xùn)練。此類膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置結(jié)構(gòu)都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，體積小，重量輕，穿戴方便，適合民用。近年來(lái)，基于生物學(xué)和生理學(xué)方面的研究表明，筋腱組織等柔性儲(chǔ)能機(jī)構(gòu)對(duì)人體行走的穩(wěn)定性和能量效率具有極為重要的作用。而現(xiàn)有的裝置都是剛性的驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，而不能像人的膝關(guān)節(jié)那樣具有柔順性。柔順的關(guān)節(jié)在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，交替地進(jìn)行儲(chǔ)存能量與釋放能量，以將動(dòng)能、重力勢(shì)能和彈性勢(shì)能進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這樣不但提高了人行走時(shí)能量的利用效率，還改善了對(duì)行走環(huán)境的適應(yīng)性，因此膝關(guān)節(jié)的康復(fù)裝置在驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)應(yīng)該是具有柔順性的。綜上所述，亟需一種穿戴輕巧、方便且能提供柔順性的膝關(guān)節(jié)輔助康復(fù)裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明提出了一種穿戴方便、基于柔順驅(qū)動(dòng)器的膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案：本發(fā)明包括大腿連接機(jī)構(gòu)、助力彈簧連接線、柔順驅(qū)動(dòng)器和小腿連接機(jī)構(gòu)；所述的大腿連接機(jī)構(gòu)包括上支撐板和固定在上支撐板上的大腿綁帶；所述的小腿連接機(jī)構(gòu)包括助力彈簧、下支撐板和固定在下支撐板上的小腿綁帶；下支撐板上固定有助力彈簧連接線安裝環(huán)和下卡扣；助力彈簧的下端與下卡扣連接，上端與助力彈簧連接線的下端連接；助力彈簧連接線穿過(guò)助力彈簧連接線安裝環(huán)。所述的柔順驅(qū)動(dòng)器包括步進(jìn)電機(jī)、中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、中心軸、彈簧盤和電位器模塊；步進(jìn)電機(jī)的底座和上連接板固定在中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的外圈兩側(cè)；大腿連接機(jī)構(gòu)的上支撐板與上連接板固定；所述的中心軸通過(guò)兩個(gè)單向軸承支承在軸承套上，軸承套端面的法蘭結(jié)構(gòu)與中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈固定；中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的外圈與中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)。所述助力彈簧連接線的上端繞過(guò)上連接板的弧形凹槽并與固定在上連接板上的上卡扣連接。所述的中心軸設(shè)有法蘭結(jié)構(gòu)與彈簧盤的內(nèi)圈固定；彈簧盤的外圈與十字支撐架及下連接板的一端通過(guò)螺栓固定后，彈簧盤的內(nèi)圈用深溝球軸承支承在中心軸上；下連接板的另一端與小腿連接機(jī)構(gòu)的下支撐板通過(guò)螺栓連接；所述的電位器模塊測(cè)量中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，并將角度信號(hào)傳給控制器控制步進(jìn)電機(jī)的行程量以及擺動(dòng)速度。單向軸承通過(guò)軸承卡圈和軸肩實(shí)現(xiàn)軸向定位。嵌入深溝球軸承側(cè)面環(huán)形凹槽內(nèi)的彈簧卡圈及中心軸的法蘭結(jié)構(gòu)分設(shè)在兩側(cè)對(duì)彈簧盤和十字支撐盤進(jìn)行軸向定位。軸承卡圈卡在中心軸上對(duì)深溝球軸承軸向定位。所述彈簧盤采用的材料為經(jīng)熱處理后的50CrVA。所述彈簧盤的內(nèi)圈和外圈通過(guò)沿圓周均布的四根S狀彈性輻條連接，通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件有限元分析后，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變條件確定S狀彈性輻條最優(yōu)的曲線結(jié)構(gòu)。所述彈簧盤的整體結(jié)構(gòu)由線切割工藝加工而成。本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、本發(fā)明在驅(qū)動(dòng)端設(shè)置了彈性元件，有效增加了機(jī)構(gòu)的柔順性，更加適應(yīng)了患者的康復(fù)需求。2本發(fā)明在支撐上、下肢的機(jī)構(gòu)間設(shè)置了一助力彈簧，為患者進(jìn)行行走以及下蹲運(yùn)動(dòng)時(shí)提供輔助作用力。3、本發(fā)明在轉(zhuǎn)動(dòng)軸處設(shè)置了一電位器，用以測(cè)量患者的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并反饋給控制端，使控制更為精確。4、轉(zhuǎn)動(dòng)軸處采用兩個(gè)單向軸承能夠起到一定的限位作用。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體圖；圖2是本發(fā)明的局部剖視圖；圖3是本發(fā)明的爆炸視圖；圖4是本發(fā)明中彈簧盤的結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖1所示，一種柔順驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置，包括大腿連接機(jī)構(gòu)、助力彈簧連接線、柔順驅(qū)動(dòng)器和小腿連接機(jī)構(gòu)；在穿戴時(shí)，須將柔順驅(qū)動(dòng)器的中心軸41和膝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸軸線共線。大腿連接機(jī)構(gòu)包括上支撐板12和固定在上支撐板12上的大腿綁帶11；小腿連接機(jī)構(gòu)包括助力彈簧33、下支撐板31和固定在下支撐板31上的小腿綁帶32；下支撐板31上固定有助力彈簧連接線安裝環(huán)34和下卡扣35；助力彈簧33的下端與下卡扣35連接，上端與助力彈簧連接線的下端連接；助力彈簧連接線穿過(guò)助力彈簧連接線安裝環(huán)34。如圖2和3所示，柔順驅(qū)動(dòng)器包括步進(jìn)電機(jī)21、日本東方電機(jī)公司的中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、中心軸41、彈簧盤44和電位器模塊23；步進(jìn)電機(jī)21的底座和上連接板13固定在中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的外圈22兩側(cè)；大腿連接機(jī)構(gòu)的上支撐板12與上連接板13固定；中心軸41通過(guò)兩個(gè)單向軸承45支承在軸承套上，軸承套端面的法蘭結(jié)構(gòu)與中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈24固定，可使軸承套46和中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)帶有輪齒的內(nèi)圈24同步轉(zhuǎn)動(dòng)；中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的外圈22與中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈構(gòu)成轉(zhuǎn)動(dòng)副；步進(jìn)電機(jī)21驅(qū)動(dòng)中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈24轉(zhuǎn)動(dòng)。助力彈簧連接線的上端繞過(guò)上連接板13的弧形凹槽并與固定在上連接板13上的上卡扣14連接，使患者行走和下蹲時(shí)助力彈簧能夠產(chǎn)生較大的形變，從而提供一定的輔助作用力。單向軸承45通過(guò)第一軸承卡圈48和軸肩定位實(shí)現(xiàn)軸向定位，通過(guò)單向軸承45使中心軸41只能單向自由擺動(dòng)，另一方向只能跟隨步進(jìn)電機(jī)21同步轉(zhuǎn)動(dòng)。中心軸41設(shè)有法蘭結(jié)構(gòu)與彈簧盤44的內(nèi)圈固定；彈簧盤44的外圈與十字支撐架47及下連接板36的一端通過(guò)螺栓固定后，彈簧盤44的內(nèi)圈用深溝球軸承42支承在中心軸41上；下連接板36的另一端與小腿連接機(jī)構(gòu)的下支撐板31通過(guò)螺栓連接；嵌入深溝球軸承42側(cè)面環(huán)形凹槽內(nèi)的彈簧卡圈43及中心軸41的法蘭結(jié)構(gòu)分設(shè)在兩側(cè)對(duì)彈簧盤44和十字支撐盤47進(jìn)行軸向定位；第二軸承卡圈49卡在中心軸41上對(duì)深溝球軸承42軸向定位；十字支撐架47在一定程度上防止彈簧盤在徑向的變形。電位器模塊23測(cè)量中心軸41轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，從而讀取小腿擺動(dòng)的運(yùn)動(dòng)量，并將角度信號(hào)傳給控制器控制步進(jìn)電機(jī)21的行程量以及擺動(dòng)速度?？梢?jiàn)，柔順驅(qū)動(dòng)器可在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)提供一定柔順性。如圖4所示，彈簧盤44采用的材料為經(jīng)熱處理后的50CrVA；彈簧盤44的內(nèi)圈和外圈通過(guò)沿圓周均布的四根S狀彈性輻條連接；通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件有限元分析后，根據(jù)應(yīng)力應(yīng)變條件確定S狀彈性輻條最優(yōu)的曲線結(jié)構(gòu)；彈簧盤44整體結(jié)構(gòu)由線切割工藝加工而成，彈簧盤44能夠使機(jī)構(gòu)剛度呈非線性變化，為小腿擺動(dòng)提供一定柔順性。該柔順驅(qū)動(dòng)膝關(guān)節(jié)康復(fù)輔助裝置，工作原理如下:進(jìn)行膝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練和輔助行走時(shí)，要求該裝置帶動(dòng)小腿做反復(fù)運(yùn)動(dòng)。步進(jìn)電機(jī)21通過(guò)齒輪副傳動(dòng)帶動(dòng)中空旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的內(nèi)圈24轉(zhuǎn)動(dòng)，由于中心軸41上固定有兩個(gè)單向軸承45，使中心軸41在一個(gè)方向上卡死，只能跟隨步進(jìn)電機(jī)21同步轉(zhuǎn)動(dòng)，而在另一方向上可自由擺動(dòng)。因此，中心軸41在步進(jìn)電機(jī)21的驅(qū)動(dòng)下可帶動(dòng)小腿向后側(cè)擺動(dòng)，同時(shí)造成助力彈簧33的拉伸變形。通過(guò)電位器模塊23檢測(cè)小腿擺動(dòng)的角度，當(dāng)小腿向后側(cè)擺動(dòng)到目標(biāo)角度時(shí)，步進(jìn)電機(jī)21停止運(yùn)行，由于助力彈簧33產(chǎn)生的拉力，該裝置可帶動(dòng)小腿恢復(fù)到初始狀態(tài)(即站立狀態(tài))，從而完成康復(fù)訓(xùn)練和行走時(shí)小腿擺動(dòng)的動(dòng)作。由于該裝置動(dòng)力傳動(dòng)過(guò)程必須經(jīng)過(guò)彈簧盤44的變形，彈簧盤44可為該裝置的運(yùn)作提供一定柔順性，起到一定的力緩沖作用。