一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法。

背景技术

膝关节是人体重要的关节，在活动特别是蹦跳等剧烈运动时，膝关节会承受很大的力，长时间的高强度运动会对膝关节造成巨大损伤，使运动机能下降；即使不进行高强度运动，随着年龄的增加膝关节也会逐渐弱化，平时的活动会变得特别吃力。

现有的下肢助力外骨骼基本是针对下半身的穿戴设备，整体结构复杂、笨重，携带和穿戴不便,实用性不强且成本较高，对人的运动会产生很大的约束，不适合在日常生活中使用。因此迫切需要一种轻巧的膝关节助力装置来协助人体完成登山、爬楼梯等大角度、高强度活动。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题提供一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法其结构包括：绑缚装置、固定装置和储能装置。绑缚装置主要用于穿戴时的固定，保证整个装置使用时不会滑落；固定装置穿戴时与人体进行紧密配合，保证穿戴牢靠舒适；储能装置安装于固定装置外侧，且与小腿支架的销孔同轴心，在曲腿动作的时候进行能量的存储，伸腿时释放能量，从而起到助力的作用。装置整体采用对称结构，分布于人腿内外两侧，结构及功能完全相同。

作为优选，所述绑缚装置包括：大腿上绑带、大腿下绑带、小腿上绑带和小腿下绑带。所述大腿上绑带、所述大腿下绑带、所述小腿上绑带和所述小腿下绑带均采用粘贴式绑带，自上而下依次设置，分别安装于所述大腿支架上侧、所述大腿支架下侧、所述小腿支架上侧和所述小腿支架下侧。

作为优选，所述固定装置包括：大腿支架、小腿支架、圆柱销和海绵层。所述小腿支架与所述大腿支架用所述圆柱销连接，两者可绕所述圆柱销做相对转动；所述海绵层粘贴在所述小腿支架与所述大腿支架内侧；所述大腿支架外侧设有连接孔，用来与内齿轮进行固连，进行运动的传递。

作为优选，所述储能装置包括：外壳、外壳盖、卷簧、中心齿轮、中介齿轮和内齿轮。所述外壳固连于所述小腿支架外侧，且与小腿支架的销孔同轴心，所述外壳上设有170°的弧形沟槽，给内齿轮上固定柱五提供运动空间，弧形沟槽设计为170°大于人体运动时大小腿的极限活动角度160°，可以保证人体的正常运动不受限制；所述外壳壁内侧设有竖直沟槽一，用于卷簧外端的固连；所述外壳内部设有固定柱一、固定柱二、固定柱三和固定柱四；所述中心齿轮安装于所述固定柱一，并在齿轮一端开设竖直沟槽二，用于卷簧内端的固连；所述中介齿轮一、中介齿轮二和中介齿轮三分别安装于所述固定柱二、所述固定柱三和所述固定柱四，与所述中心齿轮啮合运动，均匀分布于圆周方向，作用相同，使运动和力的传递更加均匀稳定；所述内齿轮与所述中介齿轮一、中介齿轮二和中介齿轮三啮合，并在另一侧设有固定柱五；所述卷簧内端固连于所述中心齿轮上的竖直沟槽二，外端固连于所述外壳上的竖直沟槽一；所述外壳盖固连于所述外壳。

作为优选，所述内齿轮上的固定柱五穿过外壳上的弧形沟槽，与所述大腿支架上连接孔进行固连，当固定柱五随内齿轮转动时，把动力传递给大腿支架，使大腿在伸直运动时产生助力作用。

采用上述技术方案，本发明一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法的有益效果是：

本发明一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法通过储能装置将人体屈腿过程中产生的能量进行存储，在伸腿的同时释放存储的能量进行助力，减轻膝关节所承受的压力，通过绑缚装置和固定装置穿戴于腿部，大大提高穿戴的适用性及便利性，内侧的海绵层增加穿戴的舒适性。

附图说明

图1是本发明一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法的整体结构示意图；

图2是本发明储能装置爆炸视图；

图3是本发明齿轮系结构示意图；

图4是本发明外壳主视图；

图5是本发明储能装置内部结构示意图；

附图中：1-小腿支架；2-圆柱销；3-海绵层；4-大腿支架；5-大腿上绑带；6-大腿下绑带；7-连接孔；8-小腿上绑带；9-小腿下绑带；10-外壳盖；11-卷簧；12-中心齿轮；13-齿轮一；14-齿轮二；15-齿轮三；16-内齿轮；17-固定柱五；18-外壳；19-弧形沟槽；20-固定柱一；21-固定柱二；22-固定柱三；23-固定柱四；24-竖直沟槽一；25-竖直沟槽二；

具体实施方式

下面结合附图进一步阐述本发明具体实施方式。

如图1、2、3、4、5所示，本发明一种轻巧型膝关节助力装置及助力方法包括：小腿支架1、圆柱销2、海绵层3、大腿支架4、大腿上绑带5、大腿下绑带6、连接孔7、小腿上绑带8、小腿下绑带9、外壳盖10、卷簧11、中心齿轮12、中介齿轮一13、中介齿轮二14、中介齿轮三15、内齿轮16、固定柱五17、外壳18、弧形沟槽19、固定柱一20、固定柱二21、固定柱三22、固定柱四23；24-竖直沟槽一；25-竖直沟槽二。绑缚装置分别安装于大腿支架4和小腿支架1；大腿支架4和小腿支架1用圆柱销2连接，内侧粘贴海绵层3；储能装置外壳18固连于小腿支架1外侧，且与小腿支架的销孔同轴心，通过固定柱五17将大腿支架4与内齿轮16固连，传递运动。

通过四条绑带可将整体固定于腿部，储能装置与膝关节同高，保证穿戴的可靠性及稳定性，穿戴方便快捷。

人体在进行上下楼梯或者登山等活动时，大小腿弯曲，大腿支架4绕着连接点转动，通过固定柱五17将运动传递至内齿轮16，内齿轮16进行转动；内齿轮16通过中介齿轮将运动传递至中心齿轮12，中心齿轮12转动使卷簧11旋转压缩进行储能；在大小腿伸直的过程中，卷簧11释放储存的能量进行反弹，将带动中心齿轮12反向转动，通过中介齿轮将运动传递到内齿轮16，内齿轮16反向转动，通过固定柱五17带动大腿支架4反向运动，对大腿支架4产生一定的作用力，从而起到助力效果。

综上，本发明整体结构简单、轻便舒、贴合人体，携带及穿戴方便，能够很好的适应人体的各种日常活动。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行技术人员了解，本发明不受上述限制，上述实施和说明书中描述的本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。