CN108638027B - 一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，包括小腿固定板、闸线、弹簧、前脚垫板、弹片、后脚踏板、后脚垫板、弹簧齿、连接片和脚踝固定板，所述后脚垫板的一端连接有连接片，所述连接片的另一端连接有前脚垫板，所述前脚垫板的上端远离后脚垫板的一侧安装有前鞋带。本发明通过弹簧齿和圆弧齿条的啮合，有效地避免了弹簧储能过程中的回弹；通过闸线的连接，弹簧齿的齿舌就会在合适的位置(即将起步时)被小腿固定板牵动缩回齿盒内，从而在合适的位置(即将起步时)释放弹簧的弹性势能；通过弹片插入连接片上不同的小孔，使得该装置可以适应不同大小的脚穿戴。

Description

一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿

技术领域

本发明属于运动装备领域与机械工程技术领域，具体涉及一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿。

背景技术

人体经过了漫长的进化与发展，已经演变成了一种极其节能的系统。即便如此行走仍有相当大的代谢成本。现有的外骨骼大多自带动力，且采用控制系统进行反馈调节，但一般体积、重量较大，动力供应也是一个不可忽视问题；无动力式的外骨骼也可以减少行走代谢，但现有的对无动力式的外骨骼的研究少之又少，麻省理工学院通过弹簧对下肢关节摆动能量的重新分配，可以在较少地节省行走代谢，为相关领域研究提供了新的思路。因此，若通过重新分配人体行走过程中的重力势能来提高行走效率，即储存行走过程中的重力势能并在合适时机释放，对行走效率的提高将是巨大的。

发明内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本发明提供了一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，具有佩戴简单，使用便携的特点。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，包括小腿固定板、闸线、弹簧、前脚垫板、弹片、后脚踏板、后脚垫板、弹簧齿、连接片和脚踝固定板，所述后脚垫板的一端连接有连接片，所述连接片的另一端连接有前脚垫板，所述前脚垫板的上端远离后脚垫板的一侧安装有前鞋带，所述前脚垫板的上端表面安装有弹片，所述前脚垫板和后脚垫板的下端均设置有鞋垫，所述后脚垫板靠近连接片的一端通过转轴安装有后脚踏板固定板，所述后脚踏板固定板的上端安装有后脚踏板，所述后脚踏板的中间位置设置有中鞋带，所述中鞋带和前鞋带的上端均设置有扣子10，所述后脚垫板远离弹片的一端安装有弹簧，所述后脚踏板的中间位置安装有脚踝固定板，所述脚踝固定板的上端连接有小腿固定板，所述后脚踏板的下端安装有弹簧齿，所述小腿固定板与弹簧齿之间连接有闸线；

所述后脚垫板包括限位轴、齿条、固定孔、安装孔、弹簧杆、固定环、固定扣，所述后脚垫板的一端设置有齿条，所述后脚垫板的另一端设置有安装孔，所述齿条的上端设置有固定孔，所述固定孔的内部安装有限位轴，所述齿条的中间位置设置有固定环，所述固定环远离齿条的一侧设置有弹簧杆，所述后脚垫板的中间位置设置有固定扣。

优选的，所述后脚垫板与后脚踏板固定板之间通过固定销转动连接。

优选的，所述小腿固定板与脚踝固定板之间通过铆钉9转动连接，并在铆钉9处形成转动副。

优选的，所述后脚垫板上设置有圆状弹簧杆，所述圆状弹簧杆供弹簧套在上面。

优选的，所述连接片上开设有一列小孔，供前脚垫板上的弹片插入调节固定。

优选的，所述的弹簧齿齿形同门锁锁舌相似，可以伸缩，弹簧齿一边为斜面，一边为平面，且弹簧齿和齿条啮合连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过弹簧齿和圆弧齿条的啮合，有效地避免了弹簧储能过程中的回弹；通过闸线的连接，弹簧齿的齿舌就会在合适的位置(即将起步时)被小腿固定板牵动缩回齿盒内，从而在合适的位置(即将起步时)释放弹簧的弹性势能；通过弹片插入连接片上不同的小孔，使得该装置可以适应不同大小的脚穿戴。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的侧视结构示意图；

图3为本发明的仰视结构示意图；

图4为本发明的俯视结构示意图；

图5为本发明的后脚垫板侧视结构示意图；

图6为本发明的后脚垫板斜视结构示意图；

图7为本发明的前脚踏板结构示意图；

图8为本发明的脚踝固定板结构示意图；

图9为本发明的小腿固定板结构示意图；

图10为本发明的中鞋带结构示意图；

图11为本发明的前鞋带结构示意图；

图12为本发明的闸线结构示意图；

图中：1、后脚踏板固定板；2、小腿固定板；3、闸线；4、中鞋带；5、弹簧；6、前脚垫板；7、弹片；8、前鞋带；9、铆钉；10、扣子；11、后脚踏板；12、后脚垫板；121、限位轴；122、齿条；123、固定孔；124、安装孔；125、弹簧杆；126、固定环；127、固定扣；13、鞋垫；14、弹簧齿；15、连接片；16、脚踝固定板；17、固定销。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-12，本发明提供以下技术方案：一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，包括小腿固定板2、闸线3、弹簧5、前脚垫板6、弹片7、后脚踏板11、后脚垫板12、弹簧齿14、连接片15和脚踝固定板16，后脚垫板12的一端连接有连接片15，连接片15的另一端连接有前脚垫板6，前脚垫板6的上端远离后脚垫板12的一侧安装有前鞋带8，前脚垫板6的上端表面安装有弹片7，连接片15上开设有一列小孔，供前脚垫板6上的弹片7插入调节固定，方便调节固定，前脚垫板6和后脚垫板12的下端均设置有鞋垫13，后脚垫板12靠近连接片15的一端通过转轴安装有后脚踏板固定板1，后脚垫板12与后脚踏板固定板1之间通过固定销17转动连接，后脚踏板固定板1的上端安装有后脚踏板11，后脚踏板11的中间位置设置有中鞋带4，中鞋带4和前鞋带8的上端均设置有扣子10，后脚垫板12远离弹片7的一端安装有弹簧5，后脚垫板12上设置有圆状弹簧杆，圆状弹簧杆供弹簧5套在上面，方便固定，后脚踏板11的中间位置安装有脚踝固定板16，小腿固定板2与脚踝固定板16之间通过铆钉9转动连接，并在铆钉9处形成转动副，方便转动，脚踝固定板16的上端连接有小腿固定板2，后脚踏板11的下端安装有弹簧齿14，小腿固定板2与弹簧齿14之间连接有闸线3；

后脚垫板12包括限位轴121、齿条122、固定孔123、安装孔124、弹簧杆125、固定环126、固定扣127，后脚垫板12的一端设置有齿条122，的弹簧齿14齿形同门锁锁舌相似，可以伸缩，弹簧齿14一边为斜面，一边为平面，且弹簧齿14和齿条122啮合连接，后脚垫板12的另一端设置有安装孔124，齿条122的上端设置有固定孔123，固定孔123的内部安装有限位轴121，齿条122的中间位置设置有固定环126，固定环126远离齿条122的一侧设置有弹簧杆125，后脚垫板12的中间位置设置有固定扣127。

本发明的工作原理及使用流程：本发明组装完成后，小腿固定板2上部做成环状是为了套在人的膝盖上；下面的部件可供足部穿戴，中鞋带4和前鞋带8选用布料，其上均设置有扣子10这样在穿戴以后就可以固定住脚，弹片7一端设有小轴，小孔用于和前脚垫板6上的小孔进行铆钉9连接，小轴用于插入连接片15上的小孔以达到固定连接片15的目的，这样就可以通过选择插入不同的小孔，来调整前后脚垫板的距离，后脚踏板11受到脚的压力而向下旋转并压缩弹簧，弹簧齿14和圆弧的齿条122的齿形导致后脚踏板11只能向下旋转，这就避免了储能过程中的弹簧回弹。当人体前进速度较小或者重量较轻时，后脚踏板11被压到不是很低的位置(较低级锁闭位置)，弹簧5压缩量较小，系统储存较少能量；当人体前进速度较大或者重量较重时，后脚踏板11被压到很低的位置(较高级锁闭位置)，弹簧5压缩量较大，弹簧腿系统储存较多能量；在直立阶段，弹簧腿系统保持锁闭，在离地阶段，弯曲角度最大时，此时小腿固定板2上的闸线环拉动闸线3线芯，这样便可拉动闸线3另一端的齿舌，齿舌便在闸线3的牵引下缩回齿盒，此时，没有了弹簧齿14的卡死，被压缩的弹簧5的弹性势能得以释放，弹簧5推动后脚踏板11向上旋转，从而将储存的能量释放，达到助行的目的，使用便携。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，包括小腿固定板(2)、闸线(3)、弹簧(5)、前脚垫板(6)、弹片(7)、后脚踏板(11)、后脚垫板(12)、弹簧齿(14)、连接片(15)和脚踝固定板(16)，其特征在于：所述后脚垫板(12)的一端连接有连接片(15)，所述连接片(15)的另一端连接有前脚垫板(6)，所述前脚垫板(6)的上端远离后脚垫板(12)的一侧安装有前鞋带(8)，所述前脚垫板(6)的上端表面安装有弹片(7)，所述前脚垫板(6)和后脚垫板(12)的下端均设置有鞋垫(13)，所述后脚垫板(12)靠近连接片(15)的一端通过转轴安装有后脚踏板固定板(1)，所述后脚踏板固定板(1)的上端安装有后脚踏板(11)，所述后脚踏板(11)的中间位置设置有中鞋带(4)，所述中鞋带(4)和前鞋带(8)的上端均设置有扣子(10)，所述后脚垫板(12)远离弹片(7)的一端安装有弹簧(5)，所述后脚踏板(11)的中间位置安装有脚踝固定板(16)，所述脚踝固定板(16)的上端连接有小腿固定板(2)，所述后脚踏板(11)的下端安装有弹簧齿(14)，所述小腿固定板(2)与弹簧齿(14)之间连接有闸线(3)；

所述后脚垫板(12)包括限位轴(121)、齿条(122)、固定孔(123)、安装孔(124)、弹簧杆(125)、固定环(126)、固定扣(127)，所述后脚垫板(12)的一端设置有齿条(122)，所述后脚垫板(12)的另一端设置有安装孔(124)，所述齿条(122)的上端设置有固定孔(123)，所述固定孔(123)的内部安装有限位轴(121)，所述齿条(122)的中间位置设置有固定环(126)，所述固定环(126)远离齿条(122)的一侧设置有弹簧杆(125)，所述后脚垫板(12)的中间位置设置有固定扣(127)。

2.根据权利要求1所述的一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，其特征在于：所述后脚垫板(12)与后脚踏板固定板(1)之间通过固定销(17)转动连接。

3.根据权利要求1所述的一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，其特征在于：所述小腿固定板(2)与脚踝固定板(16)之间通过铆钉(9)转动连接，并在铆钉(9)处形成转动副。

4.根据权利要求1所述的一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，其特征在于：所述后脚垫板(12)上设置有圆状弹簧杆，所述圆状弹簧杆供弹簧(5)套在上面。

5.根据权利要求1所述的一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，其特征在于：所述连接片(15)上开设有一列小孔，供前脚垫板(6)上的弹片(7)插入调节固定。

6.根据权利要求1所述的一种带有多级能量锁机构的助力式机械腿，其特征在于：所述的弹簧齿(14)齿形同门锁锁舌相似，可以伸缩，弹簧齿(14)一边为斜面，一边为平面，且弹簧齿(14)和齿条(122)啮合连接。

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