CN109044744A - 一种外骨骼机器人转向装置 - Google Patents

Abstract

一种外骨骼机器人转向装置，包括脚底及转向机构，脚底包括脚底板，脚底板包括上表面、与地面接触的下表面和连接所述上表面及所述下表面的侧面，下表面包括前掌面和后跟面，前掌面和后跟面相交且向上表面方向互成钝角，下表面还包括用于内嵌转向机构的凹槽，转向机构包括转向台和旋转部件，旋转部件的固定端连接转向台，旋转部件的自由旋转端直接或间接连接到凹槽；旋转部件的旋转轴线与所述下表面的交点位于前掌面部分且垂直于前掌面；后跟面与地面接触时，转向台的下表面始终与地面相离；当需要转向时，人体调整重心，转向台的下表面与前掌面平行且凸出于前掌面与地面接触，脚底可以绕转向台的轴心转动，可以完成平稳的转向。

Description

一种外骨骼机器人转向装置

技术领域

本发明涉及一种外骨骼机器人转向装置，属于人体辅助机器人领域，具体 涉及一种用于外骨骼机器人的脚底转向装置。

背景技术

目前市场上的外骨骼机器人产品转向时需要借助腰部力量带动整个外骨骼 机器人旋转，从而实现转向功能，不仅结构复杂，操作不便，而且存在安全隐 患，特别对于腰部没有力量的截瘫患者来说，几乎不能实现有效的转向功能。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无需利用腰部力量便可实现外 骨骼的转向功能的外骨骼机器人转向装置。

本发明通过以下技术方案实现：

一种外骨骼机器人转向装置，包括脚底及转向机构，所述脚底包括脚底板， 所述脚底板包括用于放置鞋或脚的上表面、与地面接触的下表面和连接所述上 表面及所述下表面的侧面，所述下表面包括前掌面和后跟面，所述前掌面和后 跟面相交且向上表面方向互成钝角，所述下表面还包括用于内嵌所述转向机构 的凹槽，所述转向机构包括转向台和旋转部件，所述旋转部件的固定端连接所 述转向台，所述旋转部件的自由旋转端直接或间接连接到所述凹槽；所述旋转 部件的旋转轴线与所述下表面的交点位于所述前掌面部分且垂直于所述前掌 面；所述后跟面与地面接触时，所述转向台的下表面始终与地面相离；所述前 掌面与地面平行时，所述转向台的下表面与所述前掌面平行且所述转向台的下 表面凸出于所述前掌面与地面接触。

作为优选的方案，所述转向机构还包括摆动部件，所述摆动部件包括铰链 和摆动盘，所述铰链的固定端连接所述凹槽，所述铰链的自由端连接所述摆动 盘的摆动中心轴，所述旋转部件的固定端固定在所述摆动盘的摆动中心轴相对 应的下表面的中心位置处，所述摆动中心轴平行于所述前掌面且垂直于所述脚 底前进的方向。

作为优选的方案，所述旋转部件为轴承，所述轴承的内圈为固定端，所述 轴承的外圈为自由旋转端，所述轴承的旋转轴线垂直于所述前掌面。

作为优选的方案，所述后跟面的面积大于所述前掌面的面积。

作为优选的方案，所述脚底还包括位于后跟方向用于固定后跟位置的脚底 挡板，和与所述脚底挡板相配合固定鞋或脚的脚底绑带。

作为优选的方案，所述脚底还包括用于固定脚底绑带和脚底挡板的凸块， 所述凸块垂直于所述上表面，所述脚底绑带与所述凸块相配合可以调整所述脚 底绑带的长度。

作为优选的方案，所述脚底还包括位于所述脚底板的侧面且与踝关节相连 的凸台。

作为优选的方案，所述旋转部件和所述摆动部件由球铰代替。

作为优选的方案，所述旋转部件和所述摆动部件由万向节代替。

作为优选的方案，所述后跟面与地面接触时，所述上表面从后跟方向到脚 掌方向微向上翘起。

本发明相对于现有的外骨骼机器人转向装置优势在于：

本发明所述的外骨骼机器人转向装置，利用鞋底的前掌面和后跟面相交且 向上表面方向互成钝角，在转向时，只需通过将重心从后跟面调整到前掌面， 无需多余的控制，然后由外骨骼机器人的其余部件通过简单的联动来带动脚底 的转向机构旋转就可以完成转向，且无需利用患者腰部力量，使外骨骼机器人 转向更加平稳、方便、安全，使得外骨骼机器人功能更加完善。同时节省外骨 骼机器人的制造成本并大幅降低外骨骼机器人的重量。

说明书附图：

图1为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的正等轴测图；

图2为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的斜二等角轴测图斜；

图3为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的仰视图；

图4为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的正常行走时脚底状态的主 视图；

图5为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的转向时脚底状态的主视图；

图6为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的摆动部件的局部立体示意 图；

图7为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的主视剖视图；

图8为一种外骨骼机器人转向装置一种实施例的旋转部件在前掌面的位置 与其厚度之间的关系简图。

图中各标号为：

1-脚底，2-转向机构，11-脚底板，12-脚底挡板，13-脚底绑带，14-凸块， 15-凸台，111-上表面，112-下表面，113-侧面，112a-前掌面，112b-后跟面， 112c-凹槽，21-转向台，22-旋转部件，23-摆动部件，231-铰链，232-摆动盘， 2321-摆动中心轴。

具体实施方式

如图1-7所示，为本发明一种外骨骼机器人转向装置的实施例，本发明所 述的一种外骨骼机器人转向装置包括脚底1及转向机构2，所述脚底1包括脚底 板11，所述脚底板11包括用于放置鞋或脚的上表面111、与地面接触的下表面 112和连接所述上表面及所述下表面的侧面113，所述下表面112包括前掌面 112a和后跟面112b，所述前掌面112a和后跟面112b相交且向所述上表面111 方向互成钝角，所述下表面112还包括一用于内嵌所述转向机构的凹槽112c， 所述转向机构2包括转向台21和旋转部件22，所述旋转部件22的固定端连接 所述转向台21，所述旋转部件22的自由旋转端直接或间接连接到所述凹槽 112c；所述旋转部件22的旋转轴线与所述下表面112的交点位于所述前掌面 112a部分且垂直于所述前掌面112a；具体的，所述转向台21为圆柱形，对应 的所述凹槽112c为空心圆柱形槽，所述转向台21的轴心以及所述凹槽112c的 中心与旋转部件22的旋转中心轴重合；所述后跟面112b与地面接触时，所述 转向台21与地面相离；所述前掌面112a与地面平行时，所述转向台21的下表 面与所述前掌面112a平行且所述转向台21的下表面凸出于所述前掌面112a与 地面接触；具体地，当所述后跟面112b与地面接触时，由于所述前掌面112a 和后跟面112b相交且向所述上表面111方向互成钝角，所述前掌面112a与地 面呈现一角度A，如图8所示，所述转向台21沿其转动轴或者所述旋转部件22 的旋转中心轴方向的厚度为H；过所述旋转部件22的旋转中心轴与所述前掌面 112a的交点，在所述前掌面112a上向所述前掌面112a和后跟面112b相交的相 交线作垂线L；线L与地面的夹角为A，线L与厚度H存在如下关系：H<L·tanA。

作为优选的方案，所述脚底1还包括位于后跟方向用于固定后跟位置的脚 底挡板12，和与所述脚底挡板12相配合固定鞋或脚的脚底绑带13。利用鞋底1 的前掌面112a和后跟面112b相交且向上表面111方向互成钝角，在正常走路 前行时，如图4所示，后跟面112b着地，此时前掌面112a翘起，转向台21与 地面相离，不阻碍正常的走路；在需要转向时，如图5所示，人体通过简单的 调整重心，即将重心从后跟面112b调整到前掌面112a，此时转向台21的下表 面与所述前掌面112a平行且所述转向台21的下表面凸出于所述前掌面112a与地面接触，此时，转向台21不动，所述脚底1以随着旋转部件22绕所述转向 台21的轴心转动，无需多余的控制，就可以完成平稳的转向；该种设置使得外 骨骼机器人功能更加完善，且节省了外骨骼机器人的制造成本并大幅降低外骨 骼机器人的重量。

优选地，如图7所示，所述旋转部件22为轴承，所述轴承的内圈为固定端， 所述轴承的外圈为自由旋转端，或反之；所述轴承的内圈固定连接所述转向台 21的上表面，所述轴承的内圈直接或间接连接到所述凹槽112c，所述轴承的旋 转轴线垂直于所述前掌面112a。为了进一步减轻所述外骨骼机器人的重量，在 保证所述转向台21给转向提供足够的支撑力外，所述圆柱形的转向台21的上 表面除了固定连接所述轴承的部分外，可开出若干空心的槽体。

作为优选的方案，所述转向机构进一步设置有摆动部件23，所述摆动部件 23包括铰链231和摆动盘232，所述铰链231的固定端连接所述凹槽112c，所 述铰链231的自由端连接所述摆动盘232的摆动中心轴2321，所述旋转部件22 的固定端固定在所述摆动盘232的摆动中心轴相对应的下表面的中心位置处， 所述摆动中心轴2321平行于所述前掌面112a且垂直于所述脚底1前进的方向。 所述摆动部件23的设置，可使所述转向台21的面积进一步增大，使得外骨骼 机器人的脚底转动的更为平稳；且所述外骨骼机器人正常步态前进时，所述转 向台21可随所述摆动盘232绕所述摆动中心轴2321前后摆动，使所述转向台 21的下表面始终处于与地面相离的状态，不会出现卡绊的情况。

为了使行走更为平稳，所述后跟面112b的面积大于所述前掌面112a的面 积，使前掌面112a和后跟面112b的相交线出现在穿戴的前脚掌部分，使穿戴 者即可以不受转向机构2的影响，进行正常的行走。

优选的，所述后跟面112b的面积是所述前掌面112a的面积的1-2倍。

作为优选的方案，所述脚底1还包括用于固定脚底绑带13和脚底挡板12 的凸块14，所述凸块14垂直于所述上表面，所述脚底绑带13与所述凸块14相 配合可以调整所述脚底绑带13的长度。具体的，所述凸块14可以有两块对称 分布在所述脚底板11的左右两侧。

作为优选的方案，所述脚底1还包括位于所述脚底板11的侧面113且与踝 关节相连的凸台15。

作为优选的方案，所述旋转部件和摆动部件可为同一个部件，如球铰结构 或万向节等既可以使转向台21前后摆动又可以使转向台21绕其轴向转动的部 件。所述球铰结构或万向节等既可以使转向台21前后摆动又可以使转向台21 绕其轴向转动的部件，一端固定到所述转向台21的上表面的中心处，另一端连 接到所述凹槽112c的中心。所述球铰结构或万向节等既可以使转向台21前后 摆动又可以使转向台21绕其轴向转动的部件，在不承受压力时，可以绕通过所 述圆柱形转向台21的轴心且垂直于前行方向的轴在凹槽14内摆动，在承受压 力时，可绕所述圆柱形转向台21的轴心旋转。

作为优选的方案，所述后跟面112b与地面接触时，所述上表面111从后跟 方向到脚掌方向微向上翘起，以获得更好的行走步态。

作为优选的方案，所述脚底1与所述外骨骼机器人的其余部分进行联动， 完成转向动作。

应当指出，以上所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解 本发明，但不以任何方式限制本发明。因此，尽管本说明书参照附图和实施例 对本发明已进行了详细的说明，但是，本领域技术人员应当理解，仍然可以对 本发明进行修改或者等同替换，总之，一切不脱离本发明的精神和范围的技术 方案及其改变，其均应涵盖在本发明专利的保护范围当中。

Claims (10)

1.一种外骨骼机器人转向装置，其特征在于，包括脚底及转向机构，所述脚底包括脚底板，所述脚底板包括用于放置鞋或脚的上表面、与地面接触的下表面和连接所述上表面及所述下表面的侧面，所述下表面包括前掌面和后跟面，所述前掌面和后跟面相交且向上表面方向互成钝角，所述下表面还包括用于内嵌所述转向机构的凹槽，所述转向机构包括转向台和旋转部件，所述旋转部件的固定端连接所述转向台，所述旋转部件的自由旋转端直接或间接连接到所述凹槽；所述旋转部件的旋转轴线与所述下表面的交点位于所述前掌面部分且垂直于所述前掌面；所述后跟面与地面接触时，所述转向台的下表面始终与地面相离；所述前掌面与地面平行时，所述转向台的下表面与所述前掌面平行且所述转向台的下表面凸出于所述前掌面与地面接触。

2.如权利要求1所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述转向机构还包括摆动部件，所述摆动部件包括铰链和摆动盘，所述铰链的固定端连接所述凹槽，所述铰链的自由端连接所述摆动盘的摆动中心轴，所述旋转部件的固定端固定在所述摆动盘的摆动中心轴相对应的下表面的中心位置处，所述摆动中心轴平行于所述前掌面且垂直于所述脚底前进的方向。

3.如权利要求1或2所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述旋转部件为轴承，所述轴承的内圈为固定端，所述轴承的外圈为自由旋转端，所述轴承的旋转轴线垂直于所述前掌面。

4.如权利要求1-3之一所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述后跟面的面积大于所述前掌面的面积。

5.如权利要求1-4之一所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述脚底还包括位于后跟方向用于固定后跟位置的脚底挡板，和与所述脚底挡板相配合固定鞋或脚的脚底绑带。

6.如权利要求5所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述脚底还包括用于固定脚底绑带和脚底挡板的凸块，所述凸块垂直于所述上表面，所述脚底绑带与所述凸块相配合可以调整所述脚底绑带的长度。

7.如权利要求1-6之一所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述脚底还包括位于所述脚底板的侧面且与踝关节相连的凸台。

8.如权利要求2-7之一所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述旋转部件和所述摆动部件由球铰代替。

9.权利要求2-7之一所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述旋转部件和所述摆动部件由万向节代替。

10.如权利要求1-9之一所述的外骨骼机器人转向装置，其特征在于，所述后跟面与地面接触时，所述上表面从后跟方向到脚掌方向微向上翘起。