CN105943315A - 一种多级储能助力外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种多级储能助力外骨骼，属于医疗康复器领域。包括小腿支撑结构、弹簧储能助力结构、脚部控制开关结构；小腿支撑结构上的小腿支撑板件通过脚部活动轴与脚底支撑板件连接；小腿支撑结构的设置可以满足人们简便的穿戴。弹簧储能助力结构包括支撑面板、齿轮传送装置、弹簧储能装置；齿轮传送装置包括齿条板、齿轮；弹簧储能装置设置在齿条板的下方，包括弹簧套筒和设置在弹簧套筒中的弹簧，以及弹簧套筒上方的活塞部分；脚部控制开关结构包括脚部支撑面板、橡胶插槽，弹簧开关；所述弹簧开关固定到脚部支撑面板上；本多级储能助力外骨骼结构简单，穿戴简便能够辅助正常出行。且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。

Description

一种多级储能助力外骨骼
技术领域
本专利涉及一种多级储能助力外骨骼，属于医疗康复器械类。
背景技术
目前，残疾人以及行走不方便的人的出行问题越来越明显，特别是老龄化问题加重，方便步行辅助设备的需求就很明显。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，解决着地阶段能量存储不反弹，前行阶段能量释放助力的问题。
为了克服上述现有的生产问题，本专利提供了一种多级储能助力外骨骼，在于模拟正常的脚步运动起到缓冲储能的功能并且通过储能脚后部的弹簧开关进行控制其他辅助行走部件。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的在于提供一种多级储能助力外骨骼，本多级储能助力外骨骼结构简单，能够辅助正常出行，并且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。
为解决上述技术问题，本专利采用如下技术方案：一种多级储能助力外骨骼：包括小腿支撑结构、弹簧储能助力结构、脚部控制开关结构；所述小腿支撑结构包括连接关节1，小腿支撑板件2，小腿包裹部件3，小腿束带4，拉力连动杆6，脚部活动轴9，脚部固定部件10，脚底支撑板件11；所述小腿包裹部件3设置在小腿支撑板件2上；所述小腿支撑板件2通过脚部活动轴9与脚底支撑板件11连接；所述脚部固定部件10固定在脚底支撑板件11上；来实现小腿的穿戴；所述弹簧储能助力结构包括支撑面板18、齿轮传送装置、弹簧储能装置；所述支撑面板18设置在弹簧储能装置的两边；所述弹簧储能装置包括弹簧套筒8和设置在弹簧套筒8中的弹簧7，以及弹簧上方的活塞22；所述弹簧上方的活塞22通过齿条板14与齿轮传送装置固定连接；所述齿轮传送装置包括齿轮16、单向锁死装置和联动抱死装置；所述齿轮16与齿条板14下方的齿条咬合；所述单向锁死装置设置在齿轮16的内部，其包括棘轮17；所述棘轮17的两端固定在支撑面板上；所述联动抱死装置包括油碟刹片15、油碟刹夹片器5以及油碟导线19；所述油碟刹片15通过螺丝与棘轮17固定；所述油碟刹夹片器5设置在支撑面板18的外部；所述油碟导线的一端连接油碟刹夹片器5，一端与脚部控制开关结构连接；所述脚部控制开关结构包括脚部支撑面板20、橡胶插槽12，弹簧开关21；所述弹簧开关设置在脚部支撑面板20的后脚跟处。
所述小腿支撑板件2与小腿包裹部件3通过螺母固定链接。
所述小腿包裹部件3中设置有卡槽，所述小腿束带4穿过小腿包裹部件3，通过卡槽固定。
所述小腿支撑结构通过连接关节1与支撑面板18相连。
所述支撑面板18与齿条板14通过联动杠杆13连接；所述联动杠杆13通过拉力连动杆6与小腿支撑板件2连接，齿条板14的运动，从而实现装置的整体运动。
所述小腿支撑结构的脚底支撑板件11前段插在橡胶插槽20上与脚部控制开关结构固定。
所述齿条板14与弹簧储能装置的上端的活塞连接。
所述弹簧储能装置的中弹簧套筒8的下部与支撑面板18连接，弹簧7放置于弹簧套筒8之中。
所述联动抱死装置的油压夹片器5与支撑面板18用螺母相连接；所述油碟刹片15卡在油压夹片器5中间。
所述单向锁死装置中棘轮17内部设置有轴承，所述棘轮17侧面通过螺母与齿轮传动装置中的齿轮15相连。
所述橡胶插槽12固定在脚部支撑面板20上。
本发明所述使用方法为：当使用者向前步行时，脚后跟先着地，脚后跟踩到弹簧开关21，弹簧开关21闭合，碟刹压力通过油碟刹引线19传输到油碟刹夹片器5上，油碟刹夹片器5闭合碟刹片15抱死，从而棘轮17中的轴承固定锁住，棘轮17只能单项顺时针旋转。迈出去后，人由于自身压力踩在脚底支撑板件11上，由于脚部支撑板件20前端在橡胶卡槽12处固定，脚底支撑板件11被压力踩下去，脚步活动轴9的夹角变小，拉力连动杆6向下把压力传输到联动杠杆13，使得齿条板14带动下方的齿条下压，同时弹簧套筒上方的活塞带动弹簧7发生形变。齿条板14向下移动的过程中带动咬合的齿轮16顺时针转动带动棘轮17顺时针转动。当人体压力使弹簧压到最低的之后，弹簧需要释放，但是由于碟刹片15抱死，导致棘轮17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。
当人体另一条腿迈出去后，后腿脚跟抬起，弹簧开关21打开，油碟释放，齿轮可以逆时针旋转，弹簧7的弹力把齿条板14向上顶，脚底支撑板件11的后跟被抬起，人获得向前的推力以及向上的托力，帮助人行走。本专利解决使用者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，适用于辅助行走、跳跃、跑步、登山等多种场合。
本专利的有益效果：
(1)本多级储能助力外骨骼结构简单，穿戴简便能够辅助正常出行，适用于辅助行走、跳跃、跑步、登山等多种场合。。
(2)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。
附图说明
图1为多级储能助力外骨骼的侧视图。
(1、连接关节，2、小腿支撑板件，3、小腿包裹部件，4、小腿束带，5、油碟刹夹片器，6、拉力连动杆，7、弹簧，8、弹簧套筒，9、脚部活动轴，10、脚部固定部件，11、脚底支撑板件，12、橡胶插槽，13、联动杠杆，14、齿条板，15、油碟刹片，16、齿轮，17、棘轮，18、支撑面板，19、油碟导线，20、脚部支撑面板，21、弹簧开关，22、活塞部分)
具体实施方式
结合附图1所示，本专利包括小腿支撑结构、弹簧储能助力结构、脚部控制开关结构；所述小腿支撑结构包括连接关节1，小腿支撑板件2，小腿包裹部件3，小腿束带4，拉力连动杆6，脚部活动轴9，脚部固定部件10，脚底支撑板件11；所述小腿支撑板件2与小腿包裹部件3通过螺母固定链接，小腿包裹部件3上设置有卡槽，小腿束带4穿过小腿包裹部件3上的卡槽，通过调节卡槽的大小来匹配使用者的小腿；所述小腿支撑板件2通过脚部活动轴9与脚底支撑板件11连接，所述脚部固定部件10固定在脚底支撑板件11上；此小腿支撑结构的设置可以满足人们简便的穿戴。
所述弹簧储能助力结构包括支撑面板18、齿轮传送装置、弹簧储能装置；所述支撑面板18设置在弹簧储能装置的两侧；所述齿轮传送装置设置在弹簧储能装置的后面，即2个支撑面板之间；所述齿轮传送装置包括齿条板14、齿轮16；齿轮16与齿条板14下方的齿条咬合；所述弹簧储能装置设置在齿条板14的下方，(即齿条板14下方不仅设有齿条还设有与齿条并列的弹簧储能装置)，所述弹簧储能装置包括弹簧套筒8和设置在弹簧套筒8中的弹簧7，以及弹簧套筒上方的活塞部分22；所述齿轮16的内部设置有单向锁死装置，所述单向锁死装置包括棘轮；所述棘轮里设有轴承，所述齿轮16的外部设置有联动抱死装置；所述联动抱死装置包括油碟刹片15、油碟刹夹片器5以及油碟导线19；所述油碟刹夹片器5通过螺母设置在支撑面板18上，所述油碟刹片15卡在油压夹片器5中间；所述联动抱死装置的油碟刹片15与单向锁死装置中的轴承相连；所述油碟导线19的一端与油碟刹夹片器5连接，一端与脚部控制开关结构连接；上述小腿支撑结构的小腿支撑板件2通过连接关节1与弹簧储能装置连接，此外齿条板14通过联动杠杆13与控制面板18连接，联动杠杆18通过拉力连动杆6与小腿支撑板件2连接，以此来达到拉力连动杆6控制齿条板14的运动，从而带动整体装置的运动；
所述脚部控制开关结构包括脚部支撑面板20、橡胶插槽12，弹簧开关21；橡胶插槽12固定在脚部支撑面板20上，小腿支撑结构的脚底支撑板件11前段插在橡胶插槽20上与脚部控制开关结构固定。所述脚部控制开关结构中弹簧开关21固定到脚部支撑面板20上；以上为本助力外骨骼装置的连接关系，以下将具体介绍本专利的基本原理。
本专利的原理：
首先使用者将腿放在小腿支撑板件2的前端，使用者的脚部通过脚部固定装置10固定在脚底支撑板件11上，小腿通过支撑板件2上的包裹部件3将小腿固定，该多级储能助力外骨骼穿戴完毕。
然后当使用者向前步行时，脚后跟先着地，脚后跟踩到弹簧开关21，弹簧开关21闭合，碟刹压力通过油碟刹引线19传输到油碟刹夹片器5上，油碟刹夹片器5闭合碟刹片15抱死，从而棘轮17中的轴承固定锁住，棘轮17只能单项顺时针旋转。迈出去后，人由于自身压力踩在脚底支撑板件11上，由于脚部支撑板件20前端在橡胶卡槽12处固定，脚底支撑板件11被压力踩下去，脚步活动轴9的夹角变小，拉力连动杆6向下把压力传输到联动杠杆13，使得齿条板14带动下方的齿条下压，同时弹簧套筒上方的活塞带动弹簧7发生形变。齿条板14向下移动的过程中带动咬合的齿轮16顺时针转动带动棘轮17顺时针转动。当人体压力使弹簧压到最低的之后，弹簧需要释放，但是由于碟刹片15抱死，导致棘轮17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。
当人体另一条腿迈出去后，后腿脚跟抬起，弹簧开关21打开，油碟释放，齿轮可以逆时针旋转，弹簧7的弹力把齿条板14向上顶，脚底支撑板件11的后跟被抬起，人获得向前的推力以及向上的托力，帮助人行走。本专利解决使用者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，适用于辅助行走、跳跃、跑步、登山等多种场合。
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)

1.一种多级储能助力外骨骼：包括小腿支撑结构、弹簧储能助力结构、脚部控制开关结构；所述小腿支撑结构包括连接关节(1)，小腿支撑板件(2)，小腿包裹部件(3)，小腿束带(4)，拉力连动杆(6)，脚部活动轴(9)，脚部固定部件(10)，脚底支撑板件(11)；所述小腿包裹部件(3)设置在小腿支撑板件(2)上；所述小腿支撑板件(2)通过脚部活动轴(9)与脚底支撑板件(11)连接；所述脚部固定部件(10)固定在脚底支撑板件(11)上；来实现小腿的穿戴；所述弹簧储能助力结构包括支撑面板(18)、齿轮传送装置、弹簧储能装置；所述支撑面板(18)设置在弹簧储能装置的两边；所述弹簧储能装置包括弹簧套筒(8)和设置在弹簧套筒(8)中的弹簧(7)，以及弹簧上方的活塞(22)；所述弹簧上方的活塞(22)通过齿条板(14)与齿轮传送装置固定连接；所述齿轮传送装置包括齿轮(16)、单向锁死装置和联动抱死装置；所述齿轮(16)与齿条板(14)下方的齿条咬合；所述单向锁死装置设置在齿轮(16)的内部，其包括棘轮(17)；所述棘轮(17)的两端固定在支撑面板上；所述联动抱死装置包括油碟刹片(15)、油碟刹夹片器(5)以及油碟导线(19)；所述油碟刹片(15)通过螺丝与棘轮(17)固定；所述油碟刹夹片器(5)设置在支撑面板(18)的外部；所述油碟导线的一端连接油碟刹夹片器(5)，一端与脚部控制开关结构连接；所述脚部控制开关结构包括脚部支撑面板(20)、橡胶插槽(12)，弹簧开关(21)；所述弹簧开关设置在脚部支撑面板(20)的后脚跟处。
2.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述小腿包裹部件(3)中设置有卡槽，所述小腿束带(4)穿过小腿包裹部件(3)，通过卡槽固定。
3.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述小腿支撑结构通过连接关节(1)与支撑面板(18)相连。
4.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述支撑面板(18)与齿条板(14)通过联动杠杆(13)连接；所述联动杠杆(13)通过拉力连动杆(6)与小腿支撑板件(2)连接，带动齿条板(14)的运动，从而实现装置的整体运动。
5.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述齿条板(14)与弹簧储能装置的上端的活塞(22)连接。
6.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述小腿支撑结构的脚底支撑板件(11)前段插在橡胶插槽(20)上与脚部控制开关结构固定。
7.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述联动抱死装置的油压夹片器(5)与支撑面板(18)用螺母相连接；所述油碟刹片(15)卡在油压夹片器(5)中间。
8.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述单向锁死装置中棘轮(17)内部设置有轴承，所述棘轮(17)侧面通过螺母与齿轮传动装置中的齿轮(15)相连。
9.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述橡胶插槽(12)固定在脚部支撑面板(20)上。
10.根据权利要求1所述的一种多级储能助力外骨骼，特征在于，所述弹簧储能装置的中弹簧套筒(8)的下部与支撑面板(18)连接，弹簧(7)放置于弹簧套筒(8)之中。
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