CN105943314A - 一种基于多级弹簧锁机构的助力腿 - Google Patents

一种基于多级弹簧锁机构的助力腿 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，属于医疗辅助运动器械领域。包括小腿支撑结构、弹簧储能装置、脚部固定装置、膝关节支撑结构；小腿支撑结构包括小腿连接板，小腿固定板；弹簧储能装置上拉簧一端固定在支撑架上，另一端链接在链条上，链条另一端连接纤维绳，同时动滑轮下端连接有钢丝绳，钢丝绳连接在固定件上；链轮一侧设置碟刹组；碟刹组上有碟刹线，碟刹线与碟刹开关连接；脚部固定装置的脚部底板与踏板连接；膝关节支撑装置上的气压杆的一端固定在支撑架上；另一端与大腿固定板连接，本装置穿戴简便能够辅助正常出行；解决迈步时候能量存储不反弹，前行时能量释放助力的问题，还能够起坐时的膝关节转矩，从而减小耗费的体力。

Description

一种基于多级弹簧锁机构的助力腿
技术领域
本专利涉及一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，属于医疗辅助运动器械领域。
背景技术
目前，残疾人义肢市场都在考虑用弹性材料来保证人的正常行走。大多用材料模拟缓冲，或只是简单支撑，满足残疾人的行走。然而能量的存储集中利用在残疾人运动领域，高能量存储的义肢，由于弹性韧性高，每一步都有极强地弹力不适合正常步行。特别是中老年残疾人或是正常人，义肢或是可穿戴外骨骼都需要一个从正常步行角度考虑的机械结构，解决迈步时候能量存储不反弹，前行时能量释放助力的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本专利的目的在于提供一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，可辅助残疾人或是腿脚不便的正常人行走，本装置结构简单，易于使用。
为解决上述技术问题，本专利采用如下技术方案：一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，包括小腿支撑结构、弹簧储能装置、脚部固定装置；所述小腿支撑结构包括小腿连接板8，小腿固定板6；所述小腿连接板8通过连接杠杆7链接到支撑架20上；所述支撑架20内设置有弹簧储能装置；所述弹簧储能装置包括弹性拉簧21，纤维绳23，链轮25，链条24，钢丝绳11；所述弹性拉簧21的一端固定在支撑架20上，另一端通过纤维绳23链接在链条24的一端；所述链条24套在链轮25上，其链条的另一端连接另一纤维绳23，其另一纤维绳23绕过动滑轮22固定在支撑架20上，同时动滑轮22下端连接有钢丝绳11，所述钢丝绳11通过定滑轮10连接在固定件18上；所述链轮25一侧设置有碟刹组4；所述碟刹组4连接有碟刹线19，所述碟刹线19与压力碟刹开关16连接；所述压力碟刹开关16和固定件18设置在脚部固定装置内；所述脚部固定装置包括脚部底板17，踏板14，脚部固定板12；所述脚部地板17与踏板14通过连接轴15连接；所述脚部固定板12设置在踏板上；所述腿部结构上还设有膝关节支撑装置；所述膝关节支撑装置包括气压杆3、连接轴5、连接滑轨2、大腿固定板1；所述气压杆3的一端通过连接轴5固定在支撑架20上；所述气压杆3的另一端通过连接滑轨2与大腿固定板1连接。
所述小腿固定板上设置有小腿绑带9，所述小腿固定板6一端连接在小腿连接板8上，一端连接在小腿绑带9上。
所述支撑架20固定在脚部底板17上。
所述连接杠杆7设有2个，稳固小腿支撑结构和弹簧储能装置。
所述碟刹组4包含碟片和碟刹夹片器；所述链轮一侧与碟刹组4中的碟片焊接在一起，所述碟刹夹片器设置在支撑架20上；当人体脚后跟踩到碟刹开关16，碟刹开关16闭合，碟刹压力通过碟刹线19传输到碟刹夹片器上，碟刹夹片器5闭合，碟片抱死。
所述链轮25中间设有轴承，所述轴承包括超越离合器轴承组26，超越离合器轴承组26包括转动轴承和超越离合器；当碟片抱死，从而轴承组26固定锁住，轴承组26只能单向顺时针旋转。
所述踏板上还设置有脚部绑带13，所述脚部固定板12的一端连接在踏板14上，一端连接在脚部绑带13上。
所述连接滑轨2在人体下蹲时，连接滑轨2自动下滑。
所述固定件18设置在踏板上。
所述压力碟刹开关16设置在脚部底板17上，当人体脚后跟踩在踏板14上，下压时，正好踩到压力碟刹开关16上；当踏板被压力踩下去，钢丝线11向下把压力传输到链条14上，使链条14带动下方的弹簧发生形变，链条14向下移动的过程中带动啮合的链轮25顺时针转动带动超越离合器轴承组26顺时针转动。
本专利的有益效果：
(1)本结构穿戴简便能够辅助正常行走，也能够增强跑步与跳跃能力。
(2)本专利能够有效解决着地阶段能量存储不反弹，前行阶段能量释放助力的问题，不需采用外部能源实现人体运动有效助力。
(3)本专利能够减轻人体起坐时的膝关节转矩，从而减小耗费的体力。
附图说明
图1为一种基于多级弹簧锁机构的助力腿侧视图。
具体实施方式
结合图1所示，本专利包括小腿支撑结构、弹簧储能装置、脚部固定装置；所述小腿支撑结构包括小腿连接板8，小腿固定板6，小腿绑带9；所述小腿固定板6一端连接在小腿连接板8上，一端连接在小腿绑带9上；所述小腿连接板8通过连接杠杆7链接到支撑架20上；所述支撑架固定在脚部底板17上；所述支撑架20内还设置有弹簧储能装置。
所述弹簧储能装置包括弹性拉簧21，纤维绳23，链轮25，链条24，钢丝绳11；所述弹性拉簧21的一端固定在支撑架20上，另一端通过纤维绳23链接在链条24的一端；所述链条24套在链轮25上，其纤维绳23绕过动滑轮22固定在支撑架20上，同时动滑轮22下端连接有钢丝绳11，所述钢丝绳通过定滑轮10连接在固定件18上；所述链轮25中间设有轴承，所述轴承包括超越离合器轴承组26，超越离合器轴承组26包括转动轴承和超越离合器；所述链轮25一侧设置有碟刹组4；其包含碟片和碟刹夹片器；所述链轮一侧与碟刹组4中的碟片焊接在一起，所述碟刹夹片器设置在支撑架20上；所述碟刹组4连接有碟刹线19，所述碟刹线19与压力碟刹开关16连接；所述压力碟刹开关16和固定件18设置在脚部固定装置上。
所述脚部固定装置包括脚部底板17，连接轴15，踏板14，脚部固定板12；所述连接轴15设置在脚部底板前端，与踏板14连接；所述脚部固定板12一端连接在踏板14上，一端连接在固定带13上。
所述腿部结构上还设有膝关节支撑装置；所述膝关节支撑装置包括气压杆3、连接轴5、连接滑轨2、大腿固定板1；所述气压杆3的一端通过连接轴5固定在支撑架20上；所述气压杆3的另一端通过连接滑轨与大腿固定板1连接，此设置可以为使用者起坐助力。
本专利的原理：
首先使用者将腿放在小腿连接板8的前端，使用者的脚部通过脚部固定板12固定在脚部底板17上，小腿通过小腿固定板和小腿固定绑带将小腿固定，完成小腿穿戴。
然后当使用者向前步行时，脚后跟先着地，脚后跟踩到碟刹开关16，碟刹开关16闭合，碟刹压力通过碟刹线19传输到碟刹夹片器上，碟刹夹片器5闭合碟片抱死，从而轴承组26固定锁住，轴承组26只能单向顺时针旋转。迈出去后，人由于自身压力踩在脚底支撑板件11上，由于踏板14与脚部底板17前端通过连接轴15固定，踏板14被压力踩下去，钢丝线11向下把压力传输到链条14上，使得链条14带动下方的弹簧发生形变。链条14向下移动的过程中带动啮合的链轮25顺时针转动带动超越离合器轴承组26顺时针转动。当人体压力使弹簧压到最大之后，弹簧需要释放，但是由于碟片抱死，导致轴承组26的轴不能逆时针旋转，弹簧不能释放，人不会受到弹簧向上的弹力。
当人体另一侧腿迈出后，本侧腿脚跟抬起，碟刹开关16打开，碟刹释放，链轮可以逆时针旋转，此时弹簧21将缩回踏板14的后跟抬起，人体获得向前的推力以及向上的托力，实现适时助力。解决迈步时能量存储不反弹，前行时能量释放助力的问题；
当人体正常行走时，连接大腿固定板后面的连接滑轨自动下滑，从而不影响人体正常行走。当人体需要坐下时，首先连接大腿固定板后面的连接滑轨自动下滑，随后大腿后侧的气压杆3受压收缩，此时人体大部分重量由大腿固定板来承受。当人体需要站起时，首先大腿后侧的气压杆3伸长，为此时人体向上运动提供助力，随后连接大腿固定板后面的连接滑轨自动上滑，完成站立。
本专利使用机械机构来代替传统方法，该结构穿戴简便能够辅助正常出行；有效解决着地阶段能量存储不反弹，前行阶段能量释放助力的问题，不需采用外部能源实现人体运动有效助力，还能够起坐时的膝关节转矩，从而减小耗费的体力。
以上所述的仅是本专利的优选实施方式，本专利不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本专利的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，其特征在于：包括小腿支撑结构、弹簧储能装置、脚部固定装置；所述小腿支撑结构包括小腿连接板(8)，小腿固定板(6)；所述小腿连接板(8)通过连接杠杆(7)链接到支撑架(20)上；所述支撑架(20)内设置有弹簧储能装置；所述弹簧储能装置包括弹性拉簧(21)，纤维绳(23)，链轮(25)，链条(24)，钢丝绳(11)；所述弹性拉簧(21)的一端固定在支撑架(20)上，另一端通过纤维绳(23)链接在链条(24)的一端；所述链条(24)套在链轮(25)上，其链条(25)的另一端连接另一纤维绳(23)，其另一纤维绳(23)绕过动滑轮(22)固定在支撑架(20)上，同时动滑轮(22)下端连接有钢丝绳(11)，所述钢丝绳(11)通过定滑轮(10)连接在固定件(18)上；所述链轮(25)一侧设置有碟刹组(4)；所述碟刹组(4)连接有碟刹线(19)，所述碟刹线(19)与压力碟刹开关(16)连接；所述压力碟刹开关(16)和固定件(18)设置在脚部固定装置内；所述脚部固定装置包括脚部底板(17)，踏板(14)，脚部固定板(12)；所述脚部地板(17)与踏板(14)通过连接轴(15)连接；所述脚部固定板(12)设置在踏板上；所述腿部结构上还设有膝关节支撑装置；所述膝关节支撑装置包括气压杆(3)、连接轴(5)、连接滑轨(2)、大腿固定板(1)；所述气压杆(3)的一端通过连接轴(5)固定在支撑架(20)上；所述气压杆(3)的另一端通过连接滑轨(2)与大腿固定板(1)连接。
2.根据权利要求1所述的基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述小腿固定板(6)上设置有小腿绑带(9)，所述小腿固定板(6)一端连接在小腿连接板(8)上，一端连接在小腿绑带(9)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述支撑架(20)固定在脚部底板(17)上。
4.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述连接杠杆(7)设有2个，稳固小腿支撑结构和弹簧储能装置。
5.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述碟刹组(4)包含碟片和碟刹夹片器；所述链轮一侧与碟刹组(4)中的碟片焊接在一起，所述碟刹夹片器设置在支撑架(20)上；当人体脚后跟踩到碟刹开关(16)，碟刹开关(16)闭合，碟刹压力通过碟刹线(19)传输到碟刹夹片器上，碟刹夹片器(5)闭合，碟片抱死。
6.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述链轮(25)中间设有轴承，所述轴承包括超越离合器轴承组(26)，超越离合器轴承组(26)包括转动轴承和超越离合器；当碟片抱死，从而轴承组(26)固定锁住，轴承组(26)只能单向顺时针旋转。
7.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述踏板(14)上还设置有脚部绑带(13)，所述脚部固定板(12)的一端连接在踏板(14)上，一端连接在脚部绑带(13)上。
8.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述连接滑轨(2)在人体下蹲时，连接滑轨(2)自动下滑。
9.根据权利要求1所述的一种基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，所述压力碟刹开关(16)设置在脚部底板(17)上，当人体脚后跟踩在踏板(14)上，下压时，正好踩到压力碟刹开关(16)上；当踏板被压力踩下去，钢丝线(11)向下把压力传输到链条(14)上，使链条(14)带动下方的弹簧发生形变，链条(14)向下移动的过程中带动啮合的链轮(25)顺时针转动带动超越离合器轴承组(26)顺时针转动。
10.一种根据权利要求1-9任一所述的基于多级弹簧锁机构的助力腿，特征在于，其使用方法为：
首先使用者将腿放在小腿连接板(8)的前端，使用者的脚部通过脚部固定板(12)固定在脚部底板(17)上，小腿通过小腿固定板和小腿固定绑带将小腿固定，完成小腿穿戴；
然后当使用者向前步行时，脚后跟先着地，脚后跟踩到碟刹开关(16)，碟刹开关(16)闭合，碟刹压力通过碟刹线(19)传输到碟刹夹片器上，碟刹夹片器(5)闭合碟片抱死，从而轴承组(26)固定锁住，轴承组(26)只能单向顺时针旋转。迈出去后，人由于自身压力踩在脚底支撑板件(11)上，由于踏板(14)与脚部底板(17)前端通过连接轴(15)固定，踏板(14)被压力踩下去，钢丝线(11)向下把压力传输到链条(14)上，使得链条(14)带动下方的弹簧发生形变。链条(14)向下移动的过程中带动啮合的链轮(25)顺时针转动带动超越离合器轴承组(26)顺时针转动。当人体压力使弹簧拉到最大之后，弹簧需要收缩，但是由于碟片抱死，导致轴承组(26)的轴不能逆时针旋转，弹簧不能释放，人不会受到弹簧收缩而带来反弹；
当人体另一侧腿迈出后，本侧腿脚跟抬起，碟刹开关(16)打开，碟刹释放，链轮可以逆时针旋转，此时弹簧(21)将缩回踏板(14)的后跟抬起，人体获得向前的推力以及向上的托力，实现适时助力。解决迈步时能量存储不反弹，前行时能量释放助力的问题；
当人体正常行走时，连接大腿固定板后面的连接滑轨自动下滑，从而不影响人体正常行走。当人体需要坐下时，首先连接大腿固定板后面的连接滑轨自动下滑，随后大腿后侧的气压杆(3)受压收缩，此时人体大部分重量由大腿固定板来承受。当人体需要站起时，首先大腿后侧的气压杆(3)伸长，为此时人体向上运动提供助力，随后连接大腿固定板后面的连接滑轨自动上滑，完成站立。
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