[发明专利]一种单下肢外骨骼矫形器及矫形控制方法

说明书

本发明涉及矫形器技术领域，尤其涉及一种单下肢外骨骼矫形器及矫形控制方法。该矫形器包括支撑机构、调节机构和控制机构，所述支撑机构包括大腿支撑部、小腿支撑部和足底支撑部，所述大腿支撑部与所述小腿支撑部通过膝关节转轴连接，所述小腿支撑部与所述足底支撑部连接，所述调节机构包括液压阻尼器，所述液压阻尼器的两端分别连接所述大腿支撑部和所述小腿支撑部，所述控制机构包括足底压力传感器、膝关节角度传感器、活塞杆推力传感器和控制器。本发明能够及时感应人体行走状态，调节液压阻尼器的伸缩速率，使液压阻尼器的活塞运动被动的配合人体的行走状态，根据行走速度的快慢来进行调节，最大限度保持人体行走自如，保证稳定性。

技术领域

本发明涉及矫形器技术领域，尤其涉及一种单下肢外骨骼矫形器及矫形控制方法。

背景技术

人体下肢外骨骼矫形器是一款可穿戴的机械助力装置，主要应用在军事和医疗领域，其中在军事领域，是用来协助军人携带超人体负荷的武器，而在医疗领域，主要作为医疗康复用具，辅助病人进行康复。因此，基于上述应用，人体下肢外骨骼矫形器需要具备穿戴灵活，穿着舒适，质量轻便等特点，穿着外骨骼矫形器后，可以辅助人体行走，或者是人体能在超负荷下行走。

现有下肢外骨骼现有下肢外骨骼矫形器通常采用电机驱动液压缸进行矫形器的调节控制，其中电机带动转盘转动，进而通过连杆推动活塞在液压缸内进行往复运动，从而带动伸缩杆进行伸缩运动，实现肢体运动范围的控制调节。因此，这种结构的矫形器需要采用过重的电源和电机，导致矫形器的整体尺寸和质量较大，不便于用作户外医疗康复，对于单下肢膝伸展肌肉组织完全瘫痪或部分瘫痪的佩戴者，这中结构的矫形器过于冗余。同时这种结构的矫形器，由于需要电机驱动液压缸进行活塞运动，使得人体运动必须配合液压缸伸缩杆的伸缩运动，在液压缸的带动下强行带动人行走，而且无法自行调节和控制行走的速度，然而人体身高尺寸存在差异性，这种主动调节控制方法无法适应人体自身行走需求，容易造成重心不稳，左路姿势僵硬的问题。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种单下肢外骨骼矫形器及矫形控制方法，解决现有矫形器存在的尺寸和质量较大，电机驱动液压缸进行活塞运动时强行带动人行走，容易造成重心不稳，左路姿势僵硬的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种单下肢外骨骼矫形器，包括支撑机构、调节机构和控制机构；

所述支撑机构包括大腿支撑部、小腿支撑部和足底支撑部，其中所述大腿支撑部与所述小腿支撑部通过膝关节转轴连接，所述小腿支撑部与所述足底支撑部通过可调节连接件连接；

所述调节机构包括液压阻尼器，所述液压阻尼器的两端分别连接所述大腿支撑部和所述小腿支撑部，所述液压阻尼器包括活塞缸以及与所述活塞缸连接的比例阀，其中所述活塞缸内设有第一油腔和第二油腔，所述第一油腔中设有第一活塞，所述第一活塞连接活塞杆的第一端，所述活塞杆的第二端伸出所述活塞缸的外部；所述第二油腔中设有第二活塞，所述第二活塞连接弹簧的第一端，所述弹簧的第二端连接所述第二油腔的内壁；所述第一油腔的通油口连接第一油道，所述第二油腔的通油口连接第二油道，所述比例阀设置在所述第一油道与所述第二油道之间；

所述控制机构包括设置在所述足底支撑部的若干足底压力传感器、设置在所述膝关节转轴上的膝关节角度传感器、设置在所述液压阻尼器上的活塞杆推力传感器、以及控制器，其中所述控制器分别连接所述足底压力传感器、所述膝关节角度传感器、所述活塞杆推力传感器和所述比例阀。

进一步地，所述大腿支撑部包括两个平行设置的大腿支撑板，在两个所述大腿支撑板之间连接有若干大腿箍板，所述大腿箍板为与大腿的形状相适配的圆弧形结构，在两个所述大腿支撑板上还设有若干大腿绑带夹，所述大腿绑带夹上可拆卸的连接有大腿绑带，所述控制器安装在所述大腿箍板的外侧。