CN109107106A - 一种用于踝关节助力下肢外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及机器人外骨骼技术领域，具体涉及一种用于踝关节助力下肢外骨骼。本发明具有结构简单，易于驱动的特点，运动效果好等优点，穿戴者穿/卸非常方便，不仅能够使穿戴者行走过程中增强行走能力，而且还可以使穿戴者降低小腿肌肉力量消耗，采用串联弹性驱动装置，质量轻、输出能量大，具有很高的能量密度，可进一步降低穿戴者在行走过程中小腿肌肉力量消耗，弹性板的设置可进一步优化了人体行走过程，实现了能量经济性。

Description

一种用于踝关节助力下肢外骨骼
技术领域
本发明涉及机器人外骨骼技术领域，具体涉及一种用于踝关节助力下肢外骨骼。
背景技术
外骨骼是模仿昆虫外部骨骼的一种人体穿戴设备，可以给人提供额外的能力，增强人体的机能。下肢外骨骼能够为穿戴者提供助力，帮助穿戴者实现正常行走功能，但是现阶段设计的下肢外骨骼结构装配复杂，重量笨重，不仅不利于穿戴者穿戴，而且在行走过程中增加了穿戴者的下肢肌肉力量消耗。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种结构简单，易于驱动的特点，运动效果好的用于踝关节助力下肢外骨骼。
为了解决上述技术问题，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种用于踝关节助力下肢外骨骼，包括足部套、弹性板、动力装置以及与穿戴者小腿部位匹配的小腿套；
所述小腿套包括腿部支架以及小腿支杆，所述小腿支杆上端与腿部支架固定连接，所述小腿支杆下端与足部套铰接；
所述弹性板一端与动力装置的输出端铰接，所述弹性板的另一端与足部套固定连接，所述弹性板在穿戴者在行走过程中，通过吸收/释放能量为穿戴者踝关节提供助力；
所述动力装置的安装端设置有铰接件，所述铰接件上设置有通孔，所述腿部支架上设置有铰接架，所述铰接架上设置有销孔，所述销孔与所述通孔之间通过销轴连接。
优选的，所述动力装置包括电机、滚珠螺杆，所述电机设置在电机座上，所述铰接件与电机座连接，所述电机输出轴穿设在所述电机座上，所述电机输出轴与滚珠螺杆通过联轴器连接，所述滚珠螺杆自由端上设置有转筒，所述转筒内设置有所述滚珠螺杆匹配的螺纹，所述电机带动滚珠螺杆转动，滚珠螺杆与转筒之间发生位移。
优选的，所述动力装置与小腿支杆平行设置。
优选的，所述小腿支杆下端设置第一孔，所述足部套上设置有安装架，所述安装架上设置有第二孔，所述第一孔与第二孔之间通过第一转轴连接，所述安装架与小腿支杆构成矢状面的旋转副，所述旋转副位于穿戴者踝关节部位。
优选的，所述弹性板由碳纤维材料制成；所述弹性板与水平面呈锐角设置。
优选的，所述转筒自由端设置有连接片，所述连接片上设置有第三孔，所述弹性板自由端上设置有连接架，所述连接架上设置有第四孔，所述第三孔与第四孔之间通过第二转轴连接。
优选的，所述弹性板为U型结构，所述弹性板包括平行设置的两支板以及连接块，两支板与连接块连接，所述支板自由端与所述足部套固定连接。
优选的，述动力装置还包括套筒，所述套筒与电机座连接，所述滚珠螺杆穿设在所述套筒内，所述套筒端部设置有导向块，导向块上设置有导向孔，所述转筒穿设在所述导向孔上。
优选的，所述小腿套包括绑腿套以及小腿挡套，所述小腿挡套与穿戴者小腿前侧匹配；所述绑腿套以及小腿挡套内侧壁上设置有弹性层，所述弹性层内设置有加热丝；所述绑腿套以及小腿挡套上设置有散热孔。
优选的，所述安装架底部设置有调节杆，所述调节杆穿设在所述足部套的凹槽内，所述足部套上设置有多个贯穿所述凹槽的圆孔，所述圆孔上设置有调整销。
本发明的有益效果：
本发明具有结构简单，易于驱动的特点，运动效果好等优点，穿戴者穿/卸非常方便，不仅能够使穿戴者行走过程中增强行走能力，而且还可以使穿戴者降低小腿肌肉力量消耗，采用串联弹性驱动装置，质量轻、输出能量大，具有很高的能量密度，可进一步降低穿戴者在行走过程中小腿肌肉力量消耗，弹性板的设置可进一步优化了人体行走过程，实现了能量经济性。
附图说明
图1是本发明的一种用于踝关节助力下肢外骨骼结构示意图。
图2是本发明的动力装置结构示意图。
图中标号说明：1、足部套；2、绑腿套；21、小腿挡套；22、小腿支杆；23、第一转轴；24、安装架；3、连接块；31、支板；32、连接架；33、第二转轴；4、电机；41、电机座；42、套筒；43、转筒；44、铰接件；45、销轴；46、铰接架；47、滚珠螺杆；
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1，图2所示，一种用于踝关节助力下肢外骨骼，包括足部套1、弹性板、动力装置以及与穿戴者小腿部位匹配的小腿套；
所述小腿套包括腿部支架以及小腿支杆22，所述小腿支杆22上端与腿部支架固定连接，所述小腿支杆22下端与足部套1铰接；
所述弹性板一端与动力装置的输出端铰接，所述弹性板的另一端与足部套1固定连接，所述弹性板在穿戴者在行走过程中，通过吸收/释放能量为穿戴者踝关节提供助力；
所述动力装置为串联弹性驱动装置；
所述动力装置的安装端设置有铰接件44，所述铰接件44上设置有通孔，所述腿部支架上设置有铰接架46，所述铰接架46上设置有销孔，所述销孔与所述通孔之间通过销轴45连接。
所述动力装置包括电机4、滚珠螺杆，所述电机4设置在电机4座上，所述铰接件44与电机4座连接，所述电机4输出轴穿设在所述电机4座上，所述电机4输出轴与滚珠螺杆47通过联轴器连接，所述滚珠螺杆自由端上设置有转筒43，所述转筒43内设置有所述滚珠螺杆匹配的螺纹，所述电机4带动滚珠螺杆转动，滚珠螺杆与转筒43之间发生位移，电机4的转动通过滚珠螺杆47能够实现动力装置的上下直线运动。
所述动力装置与小腿支杆22平行设置，更具体的所述滚珠螺杆与所述小腿支杆22平行设置，所述小腿支杆22与动力装置上下直线运动方向平行，在行走过程中，可使得穿戴者与外骨骼具有很高顺从性。
所述小腿支杆22下端设置第一孔，所述足部套1上设置有安装架24，所述安装架24上设置有第二孔，所述第一孔与第二孔之间通过第一转轴23连接，所述安装架24与小腿支杆22构成矢状面的旋转副，所述旋转副位于穿戴者踝关节部位。
所述旋转副位于穿戴者踝关节部位，其外形与质量分布设计更加接近人体踝关节的特征，可使得外骨骼踝关节的足底在行走中具有柔顺特性。
所述弹性板由碳纤维材料制成，本实施例较优选的方案为所述弹性板为钢板弹簧；所述弹性板与水平面呈锐角设置。
本发明提供的踝关节助力外骨骼相比较于传统下肢外骨骼可以有效降低穿戴者下肢肌肉消耗。
所述转筒43自由端设置有连接片，所述连接片上设置有第三孔，所述弹性板自由端上设置有连接架32，所述连接架32上设置有第四孔，所述第三孔与第四孔之间通过第二转轴33连接。
所述弹性板为U型结构，所述弹性板包括平行设置的两支板31以及连接块3，两支板31与连接块3连接，所述支板31自由端与所述足部套1固定连接。
述动力装置还包括套筒42，所述套筒42与电机4座连接，所述滚珠螺杆穿设在所述套筒42内，所述套筒42端部设置有导向块，导向块上设置有导向孔，所述转筒43穿设在所述导向孔上。
所述小腿套包括绑腿套2以及小腿挡套21，所述小腿挡套21与穿戴者小腿前侧匹配；所述绑腿套2以及小腿挡套21内侧壁上设置有弹性层，所述弹性层内设置有加热丝；所述绑腿套2以及小腿挡套21上设置有散热孔。
所述安装架24底部设置有调节杆，所述调节杆穿设在所述足部套1的凹槽内，所述调节杆上设置有调节孔，所述足部套1上设置有多个贯穿所述凹槽的圆孔，所述圆孔上设置有调整销。
通过调整圆孔以及调节孔的相对位置，采用调整销固定，可适应不同人群的踝关节高度，操作简单，适用范围更广。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，包括足部套、弹性板、动力装置以及与穿戴者小腿部位匹配的小腿套；
所述小腿套包括腿部支架以及小腿支杆，所述小腿支杆上端与腿部支架固定连接，所述小腿支杆下端与足部套铰接；
所述弹性板一端与动力装置的输出端铰接，所述弹性板的另一端与足部套固定连接，所述弹性板在穿戴者在行走过程中，通过吸收/释放能量为穿戴者踝关节提供助力；
所述动力装置的安装端设置有铰接件，所述铰接件上设置有通孔，所述腿部支架上设置有铰接架，所述铰接架上设置有销孔，所述销孔与所述通孔之间通过销轴连接。
2.如权利要求1所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述动力装置包括电机、滚珠螺杆，所述电机设置在电机座上，所述铰接件与电机座连接，所述电机输出轴穿设在所述电机座上，所述电机输出轴与滚珠螺杆通过联轴器连接，所述滚珠螺杆自由端上设置有转筒，所述转筒内设置有所述滚珠螺杆匹配的螺纹，所述电机带动滚珠螺杆转动，滚珠螺杆与转筒之间发生位移。
3.如权利要求1所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述动力装置与小腿支杆平行设置。
4.如权利要求1所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述小腿支杆下端设置第一孔，所述足部套上设置有安装架，所述安装架上设置有第二孔，所述第一孔与第二孔之间通过第一转轴连接，所述安装架与小腿支杆构成矢状面的旋转副，所述旋转副位于穿戴者踝关节部位。
5.如权利要求1所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述弹性板由碳纤维材料制成；所述弹性板与水平面呈锐角设置。
6.如权利要求2所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述转筒自由端设置有连接片，所述连接片上设置有第三孔，所述弹性板自由端上设置有连接架，所述连接架上设置有第四孔，所述第三孔与第四孔之间通过第二转轴连接。
7.如权利要求1所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述弹性板为U型结构，所述弹性板包括平行设置的两支板以及连接块，两支板与连接块连接，所述支板自由端与所述足部套固定连接。
8.如权利要求2所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述动力装置还包括套筒，所述套筒与电机座连接，所述滚珠螺杆穿设在所述套筒内，所述套筒端部设置有导向块，导向块上设置有导向孔，所述转筒穿设在所述导向孔上。
9.如权利要求1所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述小腿套包括绑腿套以及小腿挡套，所述小腿挡套与穿戴者小腿前侧匹配；所述绑腿套以及小腿挡套内侧壁上设置有弹性层，所述弹性层内设置有加热丝；所述绑腿套以及小腿挡套上设置有散热孔。
10.如权利要求4所述的用于踝关节助力下肢外骨骼，其特征在于，所述安装架底部设置有调节杆，所述调节杆穿设在所述足部套的凹槽内，所述足部套上设置有多个贯穿所述凹槽的圆孔，所述圆孔上设置有调整销。
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