[发明专利]一种膝关节助力装置

说明书

本发明公开了一种膝关节助力装置，包括大腿固定件、小腿固定件、支撑杆、支撑杆调节件、膝关节仿生结构以及大变形超弹性结构件；大腿固定件和小腿固定件具有仿生结构，可与人体的腿部肌肉贴合，用于将整个装置固定在人体膝盖位置，起到传递载荷的作用；膝关节仿生结构为一对，分别位于人体膝盖的两侧，每个膝关节仿生结构的两端通过上下两个支撑杆活动地与大腿固定件和小腿固定件连接；上下两个支撑杆端部通过铰接的方式与膝关节仿生结构活动连接；支撑杆调节件包括两组，分别位于大腿固定件和小腿固定件的两侧，每组两个支撑杆调节件分别与连接至大、小腿固定件上的支撑杆螺纹连接；大变形超弹性结构件的上下两端分别固定在大腿固定件和小腿固定件上。

技术领域

本发明属于柔性外骨骼领域，具体涉及一种膝关节助力装置。

背景技术

人在行走过程中，髋关节、膝关节和踝关节承受着的重量是身体总重量的3～5倍，膝关节和踝关节是极易受伤的两个关节。据北京大学医学部对2500人的调查表明，六十岁以上老年膝关节炎患病率为27.6％，而髋关节炎患病率老年人为0.8％，显然，膝关节炎症和损伤比例更高。据不完全统计，世界上有超过5亿膝关节损伤人群，日常行走会加重膝关节损伤人群的膝关节受力，加速膝关节损伤。因此，迫切需要开发新型体外结构对膝关节进行减负。

下肢外骨骼是一种穿戴在人体下肢外部，对穿戴者下肢进行运动助力的仿生机器人，可实现穿戴者负重行走运动，也可用于助老助残。下肢外骨骼按照助力装置驱动方式可以分为气压驱动下肢外骨骼、液压驱动下肢外骨骼、电动机驱动下肢外骨骼，以及无动力外骨骼等。从图中可以看出，现有的下肢外骨骼存在系统组成复杂、易收到外界干扰、舒适度较差、穿戴不方便、无法减小膝关节负责等缺点。使得该外骨骼应用于负重作业和康复医疗等领域，对于膝关节损伤患者以及老年人则不适用。为了解决上述问题，近年来下肢外骨骼发展主要集中于膝关节外骨骼。与下肢外骨骼类似，现有的膝关节外骨骼均采用了有源助力，这类膝关节外骨骼依然存在系统较复杂、重量大、助力装置易受干扰、美观度不足等缺点，难以让膝关节损伤患者和老年人长期佩戴。因此，迫切需要开发结构紧凑的轻量化无源膝关节外骨骼。

膝关节是人体受载最大、运动形式最复杂的关节之一。膝关节的屈伸运动，股骨不仅在胫骨上转动同时还会发生滑动，即膝关节的仿生结构设计需要实现转动的同时转动中心还要实现平动。此外，对于膝关节损伤患者和老年人而言，由于膝关节磨损严重，导致其步行、爬楼梯时会有剧烈的疼痛感，为了缓解这种疼痛感必须采用外骨骼辅助传力，让股骨和胫骨保持一定的间隙，减小磨损，即膝关节外骨骼要承受人体重量3～5倍的载荷。在此基础上，膝关节外骨骼仍然进行轻量化，减少使用者的负担。最后，对于膝关节损伤患者和老年人而言，这类人群具有一定的运动能力，但是由于膝关节损伤和老化导致其运动能力不足，难以负担无源膝关节外骨骼。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有膝关节外骨骼存在的结构复杂、重量大、无法减轻膝关节负荷的难题，提供一种膝关节助力装置。

为了解决上述技术问题，本发明采取的技术方案如下：

一种膝关节助力装置，包括大腿固定件、小腿固定件、支撑杆、支撑杆调节件、膝关节仿生结构以及大变形超弹性结构件；

所述的大腿固定件和小腿固定件具有仿生结构，能够根据人体肌肉结构进行松紧度调节，与人体的腿部肌肉贴合，用于将整个装置固定在人体膝盖位置；

所述的膝关节仿生结构为一对，分别位于人体膝盖的两侧，每个膝关节仿生结构的两端通过上下两个支撑杆活动地与大腿固定件和小腿固定件连接；上下两个支撑杆端部通过铰接的方式与膝关节仿生结构活动连接；

所述支撑杆调节件包括两组，分别位于大腿固定件和小腿固定件的两侧，每组两个支撑杆调节件分别与连接至大、小腿固定件上的支撑杆螺纹连接；

所述的大变形超弹性结构件的上下两端分别固定在大腿固定件和小腿固定件上。