一种无碳老年人助行器
【技术领域】
本发明涉及助行器技术领域，尤其涉及一种无碳老年人助行器。
【背景技术】
我国的老年群体面临着生理机能衰退和四肢灵活性下降等诸多问题，四肢力量衰退将对老年人的行走耐力以及速度造成不容忽视的影响。相较于残疾人，老年人具有完整的运动能力，但是需要助力来帮助腿部力量弱的老年人实现长久的行走和站立。
目前绝大多数老年人辅助行走装置可分为两大类：第一类为类似轮椅或拐杖之类的支撑装置，在行走时老人用手去辅助支撑得以前行；第二类为带有电机等动力来源的穿戴装置，为老人的前行提供额外的动力。在这两类中前者因为装置过于简单而导致体积庞大，并需要有旁人时刻观察以防出现意外；后者因为带有电机等驱动装置，其重量往往会超过老人身体能够承受的极限，而且装置的结构性要求较高，价格昂贵也不节能，对于老人来说其灵活度不够，性价比不高。
【发明内容】
本发明的目的就在于为了解决背景技术中涉及的技术问题，而提供一种无碳老年人助行器，其采用了外骨骼的结构形式，通过弹性束带将助行器固定在身体上，相比于其他普通的助行器大大减小了装置的体积，且无需老人用手辅助支撑前行，同时对于装有电机等动力来源的一类助行器，本发明采用的是具有蓄能装置的纯机械结构，相比之更加节约能源，且无需考虑在行走过程中的充能问题；本发明的目的在于助力，以期望帮助腿部力量弱的老年人实现长时间的行走和站立。虽然大多数老人腿脚不便，但仍需要经常走动来增加运动量，以提高身体机能，避免身体僵硬。这时，便需要辅助装置来帮助老人行走，且在必要时能提供支撑让老人得到适当的休息。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种无碳老年人助行器，包括自上而下依次连接的坐垫模块、轴传动模块、大腿支撑及运动转换模块、膝盖转动副模块、小腿支撑模块、特制鞋模块以及绑腿模块，所述轴传动模块安装于所述坐垫模块下方并与所述坐垫模块活动连接，所述轴传动模块与所述大腿支撑及运动转换模块齿合连接，所述大腿支撑及运动转换模块下端与所述膝盖转动副模块上端活动连接，所述膝盖转动副模块下端与所述小腿支撑模块上端活动连接，所述小腿支撑模块下端与所述特制鞋模块侧边活动连接，所述绑腿模块嵌于所述大腿支撑及运动转换模块与所述小腿支撑模块内侧T型槽中。
优选的，所述坐垫模块包括座位框架、海绵垫以及绑带，所述海绵垫设置于所述座位框架内，所述绑带的一端与所述座位框架的上端固定连接，另一端与所述座位框架的右下端固定连接，所述座位框架的左下端设计有一通孔，所述通孔的周围分布有螺纹孔，所述轴传动模块穿过所述通孔与所述坐垫模块活动连接。
优选的，所述轴传动模块包括紧固螺母、第一齿轮、紧固螺母、第一滑块、小轴、第一大轴、端盖、大轴连接螺钉、内轴承、外轴承、紧定螺钉、第二大轴、第二齿轮以及第二滑块，所述小轴、第一大轴以及第二大轴的外侧呈阶梯状，所述第一大轴和第二大轴均通过阶梯孔，所述第一大轴、第二大轴与所述小轴内侧之间通过内轴承进行轴向定位，通过所述大轴连接螺钉将第一大轴与第二大轴相接，所述第一大轴、第二大轴与所述端盖外侧之间通过外轴承进行轴向定位，所述第一齿轮左端通过紧固螺母固定在第一大轴左端，所述第一滑块左端通过紧固螺母固定在小轴左端，所述第二齿轮右端通过紧固螺母固定在第二大轴右端，所述第二滑块右端通过紧固螺母固定在小轴右端，通过紧定螺纹钉与所述螺孔的配合将所述轴传动模块的所述端盖固定于所述坐垫模块底部。
优选的，所述大腿支撑及运动转换模块包括上封盖、上封盖固定螺钉、第一导轨、侧封板、侧板、加强筋、锁紧装置、第二大腿支架、第一大腿支架、滑筒、弹簧、第二导轨、第三滑块、第一滑槽以及第二齿条，所述大腿支撑及运动转换模块内部设有四个第一凹槽，所述第二齿轮放入第二个所述第一凹槽中并与第二齿条啮合，所述滑筒沿侧板方向通过正方形口，所述第一滑槽嵌入正方形口中，所述第二齿条嵌入第一滑槽中，所述滑筒内部设有第二凹槽，所述第二导轨嵌入所述第二凹槽中，所述弹簧、第三滑块依次装入滑筒中，通过第一固定螺钉将第二齿条固定在第三滑块上，所述第一导轨嵌入第四个所述第一凹槽中，所述第二滑块装入第一导轨中，所述大腿支撑及运动转换模块上端通过上封盖固定螺钉将上封盖与大腿支撑及运动转换模块相接，侧面通过紧固螺钉将侧封板与侧板相接，所述加强筋安装在侧板下方，所述第一大腿支架下端通过矩形孔，所述第二大腿支架侧面通过定位孔，通过锁紧装置将第二大腿支架固定第一大腿支架上。
优选的，所述膝盖转动副模块包括第一旋转副部件、轴套、销轴、第二旋转副部件以及紧固螺母，所述轴套、所述销轴以及所述紧固螺母三者配合以将所述第一旋转副部件与所述第二旋转副部件铰接。
优选的，所述小腿支撑模块包括第一小腿支撑部件、定位螺钉、锁紧装置以及第二小腿支撑部件，所述第一小腿支撑部件上端呈弧型，下端呈三角形，所述第一小腿支撑部件下端通过矩形孔，所述第二小腿支撑部件侧面通过定位孔，通过锁紧装置将第二小腿支撑部件固定第一小腿支撑部件上。
优选的，所述特制鞋模块包括绑脚、鞋框、支撑板连接螺钉、支撑板、鞋底连接螺钉、鞋底以及限位螺钉，所述绑脚安装在鞋框上方，所述鞋框后方通过槽孔，所述鞋底嵌套进鞋框下端并通过限位螺钉穿过所述槽孔将所述鞋底限制在鞋框中，通过鞋底连接螺钉将支撑板安装在鞋底的右侧。
与相关技术相比，本发明提供的无碳老年人助行器具有如下优点：
(1)结合老人行走的特点，采用外骨骼的结构形式把老人的重量分摊到装置上，以减小老人站立时腿部支撑所需的力，因为采用了外骨骼的结构形式，使用弹性束带将支撑装置固定在身体上，大大减小了装置的体积；
(2)采用纯机械结构，在传动装置中巧妙地将老人的重力转化为抬腿的力，节约能源，无需考虑续航等问题，并且采用尼龙碳纤维作为主体材料，减轻了装置的重量；
(3)多个关节处采用旋转副或球副连接来提高灵活度；并通过可伸缩杆作为大腿及小腿的支撑杆，以便满足不同身高体型的人穿戴。
【附图说明】
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：
图1是本发明无碳老年人助行器实施例的外观立体示意图；
图2是本发明实施例的整体结构的外观立体示意图；
图3是本发明实施例的座垫结构外观示意图；
图4是本发明实施例的轴结构外观示意图；
图5是图4所示本发明实施例的轴结构的外观分解示意图；
图6是本发明实施例的右支撑结构外观立体示意图；
图7是本发明实施例的右大腿支撑结构二维示意图；
图8是图7所示本发明实施例的右大腿支撑结构分解示意图；
图9是本发明实施例的右旋转幅结构立体外观示意图；
图10是图9所示本发明实施例的右旋转幅结构的分解示意图；
图11是本发明实施例的右小腿结构的二维结构示意图；
图12是图11所示本发明实施例右小腿结构的分解示意图；
图13是本发明实施例的特殊鞋结构的立体外观示意图；
图14是本发明实施例的传动细节结构的二维结构示意图。
【具体实施方式】
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1和2所示，本发明提供了一种无碳老年人助行器，包括自上而下依次连接的坐垫模块Ⅰ、轴传动模块Ⅱ、大腿支撑及运动转换模块Ⅲ、膝盖转动副模块Ⅳ、小腿支撑模块Ⅴ、特制鞋模块Ⅵ以及绑腿模块Ⅶ。所述轴传动模块Ⅱ安装于所述坐垫模块Ⅰ下方并与所述坐垫模块Ⅰ活动连接，所述轴传动模块Ⅱ与所述大腿支撑及运动转换模块Ⅲ齿合连接，所述大腿支撑及运动转换模块Ⅲ下端与所述膝盖转动副模块Ⅳ上端活动连接，所述膝盖转动副模块Ⅳ下端与所述小腿支撑模块Ⅴ上端活动连接，所述小腿支撑模块Ⅴ下端与所述特制鞋模块Ⅵ侧边活动连接，所述绑腿模块Ⅶ嵌于所述大腿支撑及运动转换模块Ⅲ与所述小腿支撑模块Ⅴ内侧T型槽中。
再结合图3所示，所述坐垫模块Ⅰ包括绑带1、海绵垫2以及座位框架3，所述海绵垫2设置于所述座位框架3内，所述绑带1的一端与所述座位框架3的上端固定连接，另一端与所述座位框架3的右下端固定连接，所述座位框架3的左下端设计有一通孔49，所述通孔的周围分布有螺纹孔50。所述轴传动模块Ⅱ穿过所述通孔，通过紧定螺钉14与所述螺孔的配合将所述轴传动模块Ⅱ活动连接于所述坐垫模块Ⅰ。具体的，所述绑带1是套在所述座位框架3两边的细杆上且所述绑带1长度可调，所述海绵垫2胶在所述座位框架3上。
再结合图4和5所示，所述轴传动模块Ⅱ包括紧固螺母4、第一齿轮5、紧固螺母6、第一滑块7、小轴8、第一大轴9、端盖10、大轴连接螺钉11、内轴承12、外轴承13、紧定螺钉14、第二大轴15、第二齿轮16以及第二滑块17。所述小轴8、第一大轴9和第二大轴15外侧呈阶梯状，所述第一大轴9和第二大轴15均通过阶梯孔，所述第二大轴15与小轴8内测之间通过内轴承12进行轴向定位，通过六个所述大轴连接螺钉11将第一大轴9与第二大轴15相接，所述端盖10与第二大轴15外侧之间通过外轴承13进行轴向定位，所述第二齿轮16右端通过紧固螺母6固定在第二大轴15右端，所述第二滑块17右端通过紧固螺母4固定在小轴8右端。所述第一大轴9的设置与所述第二大轴15的设置，除了第一滑块7与第一齿轮5位置不同外，其他地方均相同。第一大轴9的具体设置就不再赘述。通过所述紧定螺钉14与所述螺纹孔的配合将所述轴传动模块Ⅱ的所述端盖10固定于所述坐垫模块Ⅰ底部，所述紧定螺钉14有8个，所述端盖10有2个。
再请结合图7和8所示，所述大腿支撑及运动转换模块Ⅲ包括上封盖18、上封盖固定螺钉19、第一导轨20、侧封板21、侧板22、加强筋23、锁紧装置24、第二大腿支架25、第一大腿支架26、滑筒27、弹簧28、第二导轨29、第三滑块30、第一滑槽31以及第二齿条32。所述第二大轴15右端与第二齿轮16相连接，所述大腿支撑及运动转换模块Ⅲ内部设有四个第一凹槽(未图示)，所述第二齿轮16放入第二个所述第一凹槽中并与第二齿条32啮合，第二齿条32嵌入第一滑槽31中，通过固定螺钉将第一滑槽31固定在大腿支撑及运动转换模块Ⅲ上，所述滑筒27内部通过第二凹槽，所述第二导轨29嵌入所述第二凹槽中，弹簧28、第三滑块30依次装入滑筒27中，通过第一固定螺钉48将第二齿条32固定在第三滑块30上，所述小轴8右端与第二滑块17相连接，第一导轨20嵌入第四个所述第一凹槽中，所述第二滑块17装入第一导轨20中，所述大腿支撑及运动转换模块Ⅲ上端通过上封盖固定螺钉19将上封盖18与大腿支撑及运动转换模块Ⅲ相接，侧面通过紧固螺钉将侧封板21与侧板22相接，加强筋23安装在侧板22下方，通过锁紧装置24将第二大腿支架25固定第一大腿支架26上，所述第二导轨29有3个，所述第一固定螺钉48有2个。所述左侧大腿支撑及运动转换模块Ⅲ具体设置与右侧类似，故不再赘述。
再结合图9和10所示，所述膝盖转动副模块Ⅳ包括第一旋转副部件33、轴套34、销轴35、第二旋转副部件36、紧固螺母37，所述轴套34、所述销轴35以及所述紧固螺母37三者配合以将所述第一旋转副部件33与所述第二旋转副部件36铰接。具体的，通过销轴35将第一旋转副部件33安装在第二旋转副部件36两端，用紧固螺母37将销轴35紧固。
再结合图11和12所示，所述小腿支撑模块Ⅴ包括第一小腿支撑部件38、定位螺钉39、锁紧装置24以及第二小腿支撑部件40，所述第一小腿支撑部件38下端开有矩形孔(未图示)，所述第二小腿支撑部件40插入第一小腿支撑部件38下端的矩形孔中，通过所述锁紧装置24将其固定在第一小腿支撑部件38上。
再结合图13所示，所述特制鞋模块Ⅵ包括绑脚41、鞋框42、支撑板连接螺钉43、支撑板44、鞋底连接螺钉45、鞋底46以及限位螺钉47。所述绑脚41安装在鞋框42上方，所述鞋底46嵌套进鞋框42下端并通过限位螺钉47将所述鞋底46限制在鞋框42中，通过鞋底连接螺钉45将支撑板44安装在鞋底46的右侧，需要说明的是，左脚即左侧，右脚即右侧。
再一并参阅图2所示，人体穿戴上本助行器，臀部坐在坐垫模块Ⅰ上，通过绑带1将坐垫模块Ⅰ固定在腰上，轴传动模块Ⅱ两端的大腿支撑及运动转换模块Ⅲ的内侧与大腿外侧接触，左侧的绑腿模块Ⅶ将左侧的大腿支撑及运动转换模块Ⅲ与左侧的大腿绑紧，右侧的绑腿模块Ⅶ将右侧的大腿支撑及运动转换模块Ⅲ与右侧的大腿绑紧，两侧大腿支撑及运动转换模块Ⅲ上的大腿支架8通过锁紧装置7调整大腿支撑及运动转换模块Ⅲ的长短，装置两侧的小腿支撑模块Ⅴ内侧与小腿外侧接触，左侧的绑腿模块Ⅶ将左侧的小腿支撑模块Ⅴ与左侧的小腿绑紧，右侧的绑腿模块Ⅶ将右侧的小腿支撑模块Ⅴ与右侧的小腿绑紧。人的两脚踏在特制鞋模块Ⅵ上，通过绑脚41固定。
本发明提供的无碳老年人助行器的具体工作原理及过程如下：
当人未穿上助行器时，特制鞋模块Ⅵ处于未限位状态，该状态下的助行器的整体长度会长于人的腿长，此时会产生一个高度差；当人穿上助行器后，站立，此时特制鞋模块Ⅵ限位，只能上下移动，高度差减小，与此同时，大腿支撑及运动转换模块Ⅲ内部的弹簧压缩，通过特制鞋模块Ⅵ限位和弹簧压缩，高度差消失，重力势能转化为弹性势能，大腿支撑及运动转换模块Ⅲ里面的弹簧挤压给滑块一个向上的弹力，由于两条腿的受力大小是相同的，大腿支撑及运动转换模块Ⅲ两边的弹簧的压缩量也是相同的，从而使齿条和齿轮处在一个卡死的状态，由于坐垫模块Ⅰ与大腿支撑及运动转换模块Ⅲ之间靠轴传动模块Ⅱ连接起来，此时的坐垫模块Ⅰ会给人体一个向上的支撑力，以减轻老人站立时大腿所需要的支撑的力；抬起右脚，此时两条腿的受力不同，右脚一离开地面，此时所有的重力都集中在左腿和左腿的大腿支撑及运动转换模块Ⅲ上，大腿支撑及运动转换模块Ⅲ内的弹簧由于压力增加会继续压缩，坐垫模块Ⅰ依旧会给人体一个向上的支撑力，弹簧压缩，第二滑块17向下滑动，带动齿条1向下滑动从而带动齿轮1转动，齿轮1转动带动轴传动模块Ⅱ中的小轴转动，小轴转动带动小轴右端的第一滑块7转动，从而将右腿的大腿支撑及运动转换模块Ⅲ逆时针转动约30°，此时绑腿模块Ⅶ会带动右大腿抬起，右侧的特制鞋模块Ⅵ恢复高度差，从而达到了帮助老人抬腿即帮助老人行走及上下楼梯的目的。
所述轴传动模块Ⅱ具体工作原理及过程：右腿微微抬起，第一齿轮5转动，带动小轴转动，通过轴转动将扭矩传动到另一侧，固定在小轴右端的第一滑块7带动右侧大腿支撑及运动转换模块Ⅲ转动，抬起右腿，此时弹簧28处于未压缩状态。右腿放下直至触地，弹簧压缩，齿条和齿轮处在一个卡死的状态，左脚微微抬起，右端第二齿轮16转动，带动大轴转动，通过轴转动将扭矩传动到另一侧，固定在第一大轴9左端的第一滑块7带动左侧大腿支撑及运动转换模块Ⅲ转动，抬起左腿，此时弹簧处于未压缩状态。考虑两脚间的配合关系，采用两根轴用于传动，将两脚间的传递独立开，做到互不影响。考虑到减小本作品的体积，决定采用大轴套小轴的方法。
当身高不同的人使用时，可以通过调节大腿支持及运动转换模块Ⅲ上的第二大腿支架25和小腿支撑模块Ⅴ上第二小腿支撑部件40的位置来调节装置的高度。
与相关技术相比，本发明提供的无碳老年人助行器具有如下优点：
(1)结合老人行走的特点，采用外骨骼的结构形式把老人的重量分摊到装置上，以减小老人站立时腿部支撑所需的力，因为采用了外骨骼的结构形式，使用弹性束带将支撑装置固定在身体上，大大减小了装置的体积；
(2)采用纯机械结构，在传动装置中巧妙地将老人的重力转化为抬腿的力，节约能源，无需考虑续航等问题，并且采用尼龙碳纤维作为主体材料，减轻了装置的重量；
(3)多个关节处采用旋转副或球副连接来提高灵活度；并通过可伸缩杆作为大腿及小腿的支撑杆，以便满足不同身高体型的人穿戴。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但并不仅仅限于说明书和实施方案中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里所示出与描述的图例。
