CN110974632B - 踝关节助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种踝关节助力装置，该踝关节助力装置包括脚踝助力组件、拉动组件以及离合组件。脚踝助力组件包括固定底座与第一弹性组件，固定底座用于与用户的脚踝保持相对固定，第一弹性组件的一端与固定底座连接；拉动组件包括小腿绑缚，小腿绑缚用于绑缚于用户的小腿上；离合组件包括大腿绑缚与离合件，大腿绑缚用于绑缚于用户的大腿上，离合件与大腿绑缚连接。通过上述方式，本发明可以为用户提供踝关节助力。

Description

踝关节助力装置

技术领域

本发明涉及关节助力领域，特别涉及到一种踝关节助力装置。

背景技术

踝关节是人体运动中一个十分重要的关节，在行走过程中踝关节输出扭矩可达250Nm，功率可达200W，因此在外骨骼、康复医疗、助残器械领域，踝关节助力装置已成为研究热点。

现有的踝关节助力装置主要包括动力源驱动型踝关节助力装置和无动力型踝关节助力装置。动力源驱动型踝关节助力装置由于动力元件、减速装置、电源装置，导致整个助力装置重量增加，体积庞大，穿戴不便，运动迟缓、续航能力差等问题。无动力型踝关节均包含与小腿结合的刚性框架，且助力与非助力离合实现方式依赖地面反作用力，导致离合器结构复杂。因此，现有的动力源驱动型踝关节助力装置和无动力型踝关节助力装置均具有较大的重量，且助力方式较为复杂，不便进行穿戴。

发明内容

本发明主要提供一种踝关节助力装置，以解决现有技术中踝关节助力装置助力方式复杂的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种踝关节助力装置，所述助力装置包括:脚踝助力组件，包括固定底座与第一弹性组件，所述固定底座用于与用户的脚踝保持相对固定，所述第一弹性组件的一端与所述固定底座连接；拉动组件，包括小腿绑缚，所述小腿绑缚用于绑缚于所述用户的小腿上；离合组件，包括大腿绑缚与离合件，所述大腿绑缚用于绑缚于所述用户的大腿上，所述离合件与所述大腿绑缚连接；其中，当所述用户的漆关节处于伸直状态时，所述离合件在所述大腿绑缚拉动下将所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚进行锁定，以使得在所述用户的小腿前倾过程中，由所述小腿绑缚拉动所述第一弹性组件进行储能，并在所述用户的脚踝跖屈离地过程中，由所述第一弹性组件通过所述固定底座为所述用户的脚踝提供助力；当所述用户膝关节处于弯曲状态时，所述离合件释放所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚之间的锁定。

根据本发明提供的一实施方式，所述拉动组件进一步包括第二弹性组件，所述第二弹性组件连接所述小腿绑缚和所述第一弹性组件的另一端，用于在所述用户的小腿摆动伸展过程中产生比所述第一弹性组件更大的弹性形变量，并在所述用户的膝关节回复到所述伸直状态的过程中，将所述第一弹性组件的另一端复位至预定位置，以使得所述离合件能够将所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚进行锁定。

根据本发明提供的一实施方式，所述第二弹性组件包括弹性绳与刚性绳，所述弹性绳的一端连接于所述小腿绑缚上，所述弹性绳的另一端与所述刚性绳的一端连接，所述刚性绳的另端与所述第一弹性组件的另一端连接，其中所述刚性绳的弹性系数大于所述第一弹性组件，所述第一弹性组件的弹性系数大于所述弹性绳。

根据本发明提供的一实施方式，当所述用户的膝关节处于伸直状态时，所述大腿绑缚拉动离合件将所述刚性绳压持于所述小腿绑缚上，进而实现所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚之间的锁定。

根据本发明提供的一实施方式，所述离合件包括杠杆，所述杠杆与所述小腿绑缚铰接，所述杠杆的一端与所述大腿绑缚连接，进而在所述大腿绑缚的拉动下，带动所述杠杆的另一端将所述刚性绳压持于所述小腿绑缚上。

根据本发明提供的一实施方式，所述杠杆的一端与所述杠杆的铰接点之间的距离大于所述杠杆的另一端与所述杠杆的铰接点，当所述用户的膝关节处于弯曲状态时，所述杠杆在自身重力的作用下进行翻转，进而使得所述杠杆的另一端与所述小腿绑缚分离，并释放所述刚性绳。

根据本发明提供的一实施方式，所述离合件还包括连接绳，所述连接绳的一端与所述大腿绑缚连接，所述连接绳的另一端与所述杠杆的一端连接。

根据本发明提供的一实施方式，所述离合件还包括两块间隔设置的支撑板，两块所述支撑板设置于所述小腿绑缚上，所述杠杆铰接设置于两块所述支撑板上。

根据本发明提供的一实施方式，所述第二弹性组件穿设于所述两块支撑板之间。

根据本发明提供的一实施方式，所述第一弹性组件为拉簧。

本发明的有益效果是：区别于现有技术的情况，本发明利用用户在行走过程中膝关节的伸直与弯曲状态的切换从而控制离合件来对第一弹性组件的另一端与小腿绑缚进行锁定或者释放，并在锁定过程中，通过用户的小腿前倾过程对第一弹性组件进行储能，在用户的脚踝跖屈离地时释放储能以给用户的脚踝提供助力。在释放过程中，不会对第一弹性组件进行储能从而不会影响到用户的小腿摆动，从而不会影响到用户的运动。通过较少的零部件并依存用户在行走过程对用户提供脚踝提供助力，一方面适应于用户的行走。另一方面不需要传感器等，使得整个装置简单与方便，可以直接利用用户本身进行离合切换，具有轻量化、便利化以及穿戴方便的优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本发明提供的踝关节助力装置第一实施方式的结构示意图；

图2是图1所示踝关节助力装置在具体应用时的结构示意图。

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，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

请参阅图1-图2，本发明提供一种踝关节助力装置10，该助力装置10包括脚踝助力组件100、拉动组件200以及离合组件300。

其中，脚踝助力组件100包括有固定底座110与第一弹性组件120，固定底座110用于与用户的脚踝保持相对固定，第一弹性组件120的一端与固定底座110连接。在具体实施例中，固定底座110可以安装与用户的鞋根位置，从而与用户的脚踝保持相对固定。

拉动组件200包括小腿绑缚210，小腿绑缚210用于绑缚于用户的小腿上。离合组件300包括大腿绑缚310与离合件320，大腿绑缚310用于绑缚于用户的大腿上，离合件320与大腿绑缚310连接。

在具体场景中，一般用户的走动时，各部位的状态是如下变化：

首先用户的漆关节处于伸直状态，随后用户的小腿会前倾，随后用户的脚踝跖屈离地；且同时，用户的漆关节处于弯曲状态；随后漆关节在恢复到伸直状态，从而完成一次行走。

因此，在具体场景中，当用户的漆关节处于伸直状态时，此时位于用户的大腿上的大腿绑缚310与位于用户的小腿上的小腿绑缚210距离增大，因此离合件320在大腿绑缚310拉动下将第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210进行锁定，以使得在用户的小腿前倾过程中，由小腿绑缚210拉动第一弹性组件120进行储能，并在用户的脚踝跖屈离地过程中，由第一弹性组件120通过固定底座110为用户的脚踝提供助力。

具体地，用户的小腿前倾过程中时，位于用户的小腿上的小腿绑缚210及与用户的脚踝保持相对固定的固定底座110距离增大，且由于第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210进行锁定，因此小腿绑缚210可以对第一弹性组件120进行拉动，从而使得第一弹性组件120发生弹性形变而进行储能，随后在用户的脚踝跖屈离地过程中，则在第一弹性组件120的弹性恢复力下，第一弹性组件120对固定底座110产生拉力，进而对用户的脚踝提供助力。

且在具体实施例中，当用户膝关节处于弯曲状态时，即位于用户的大腿上的大腿绑缚310与位于用户的小腿上的小腿绑缚210距离缩短时，离合件320释放第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210之间的锁定。即在用户膝关节弯曲状态下，离合件320释放第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210之间的锁定，小腿绑缚210在与用户的脚踝发生相对位移过程中，也无法直接作用于第一弹性组件120上，因此不会影响到用户的小腿摆动。

在具体实施例中，第一弹性组件120为拉簧。

上述实施例中，通过用户在行走过程中膝关节的伸直与弯曲状态的切换从而控制离合件320来对第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210进行锁定或者释放，并在锁定过程中，通过用户的小腿前倾过程对第一弹性组件120进行储能，在用户的脚踝跖屈离地时释放储能以给用户的脚踝提供助力。在释放过程中，不会对第一弹性组件120进行储能从而不会影响到用户的小腿摆动，从而不会影响到用户的运动。通过较少的零部件并依存用户在行走过程对用户提供脚踝提供助力，一方面适应于用户的行走。另一方面不需要传感器等，可以直接利用用户本身进行离合切换，具有轻量化、便利化以及穿戴方便的优点。

如图1所示，在具体实施例中，拉动组件200进一步包括第二弹性组件220，第二弹性组件220连接小腿绑缚210和第一弹性组件120的另一端，用于在用户的小腿摆动伸展过程中产生比第一弹性组件120更大的弹性形变量，从而使得小腿绑缚210对第一弹性组件120产生拉力时，拉力也会由第二弹性组件220吸收，进而减少对第一弹性组件120的影响。

且具体地，当用户的膝关节回复到伸直状态的过程中，将第一弹性组件120的另一端复位至预定位置，以使得离合件320能够将第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210进行锁定。

如图2所示，第二弹性组件220包括弹性绳221与刚性绳222，弹性绳221的一端连接于小腿绑缚210上，弹性绳221的另一端与刚性绳222的一端连接，刚性绳222另一端与第一弹性组件120的另一端连接，其中刚性绳222的弹性系数大于第一弹性组件120，第一弹性组件120的弹性系数大于弹性绳221。因此，当小腿绑缚210与弹性绳221、刚性绳222以及第一弹性组件120施加拉力时，由于弹性绳221的弹性系数最小，因此先发生形变，不会传递到第一弹性组件120上而影响到用户的小腿的摆动。

在具体实施例中，当用户的膝关节处于伸直状态时，大腿绑缚310拉动离合件320将刚性绳222压持于小腿绑缚210上，进而实现第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210之间的锁定。

具体地，由于离合件320将刚性绳222压持于小腿绑缚210上，此时弹性绳221无法发生形变，小腿绑缚210对固定底座110的拉力被第一弹性组件120吸收从而完成对第一弹性组件120的储能。

如图2所示，离合件320包括杠杆321，杠杆321与小腿绑缚210铰接，杠杆321的一端与大腿绑缚310连接，进而在大腿绑缚310的拉动下，带动杠杆321的另一端将刚性绳222压持于小腿绑缚210上。

在具体实施例中，杠杆321的一端与杠杆321的铰接点之间的距离大于杠杆321的另一端与杠杆321的铰接点，当用户的膝关节处于弯曲状态时，杠杆321可以在自身重力的作用下进行翻转，进而使得杠杆321的另一端与小腿绑缚210分离，并释放刚性绳222。

即具体地，大腿绑缚310拉动杠杆321的一端绕铰接点进行转动，使得另杠杆321的另一端也进行转动进而将刚性绳222压持于小腿绑缚210上；当大腿绑缚310没有对杠杆321的一端进行拉动时，由于杠杆321的一端比杠杆321的另一端重量较大，因此会由于重力的原因进行翻转，从而使得杠杆321的另一端与小腿绑缚210分离，从而释放刚性绳222。

在其他实施例中，拉动组件200也可以包括滑动组件(图未示)，且滑动组件的一端与小腿绑缚210连接，滑动组件的另一端与第一弹性组件120的另一端连接。且滑动组件滑动设置于小腿绑缚210上，当用户的膝关节处于伸直状态时，大腿绑缚310拉动离合件320将滑动组件压持于小腿绑缚210上，从而防止滑动组件相对小腿绑缚210的滑动，以使得实现第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210之间的锁定。同时，当用户膝关节处于弯曲状态时，离合件320则解除对滑动组件的压持，使得滑动组件可以进行滑动，从而释放第一弹性组件120的另一端与小腿绑缚210之间的锁定。

如图2所示，离合件320还包括连接绳322，连接绳322的一端与大腿绑缚310连接，连接绳322的另一端与杠杆321的一端连接。通过连接绳322从而完成大腿绑缚310对离合件320的拉动。

如图2所示，离合件320还包括两块间隔设置的支撑板323，两块支撑板323设置于小腿绑缚210上，杠杆321铰接设置于两块支撑板323上。

如图2所示，第二弹性组件220穿设于两块支撑板323之间，从而使得杠杆321在进行翻转时，杠杆321的另一端可以快速的对第二弹性组件220进行压持，从而完成对第一弹性组件120的锁定。

上述实施例中，区别于现有技术中，本发明提供的踝关节助力装置利用用户在行走过程中膝关节的伸直与弯曲状态的切换从而控制离合件来对第一弹性组件的另一端与小腿绑缚进行锁定或者释放，且在锁定时，通过用户的小腿前倾过程对第一弹性组件进行储能，以给用户的脚踝提供助力。在释放时，不会对第一弹性组件进行储能从而不会影响到用户的小腿摆动，从而不会影响到用户的运动。无需借用传感器则可以实现快速自动的自动切换，且本申请所涉及的结构均为柔性零件，无需与小腿结合的刚性框架，利于用户进行运动。具有轻量化、便利化以及穿戴方便的优点。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种踝关节助力装置，其特征在于，所述助力装置包括:

脚踝助力组件，包括固定底座与第一弹性组件，所述固定底座用于与用户的脚踝保持相对固定，所述第一弹性组件的一端与所述固定底座连接；

拉动组件，包括小腿绑缚，所述小腿绑缚用于绑缚于所述用户的小腿上；

离合组件，包括大腿绑缚与离合件，所述大腿绑缚用于绑缚于所述用户的大腿上，所述离合件与所述大腿绑缚连接；所述离合件包括杠杆，所述杠杆与所述小腿绑缚铰接，所述杠杆的一端与所述大腿绑缚连接，所述杠杆的一端与所述杠杆的铰接点之间的距离大于所述杠杆的另一端与所述杠杆的铰接点；

其中，当所述用户的漆关节处于伸直状态时，所述离合件在所述大腿绑缚拉动下将所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚进行锁定，以使得在所述用户的小腿前倾过程中，由所述小腿绑缚拉动所述第一弹性组件进行储能，并在所述用户的脚踝跖屈离地过程中，由所述第一弹性组件通过所述固定底座为所述用户的脚踝提供助力；

当所述用户膝关节处于弯曲状态时，所述离合件的杠杆在自身重力的作用下进行翻转，使得所述杠杆的另一端与所述小腿绑缚分离，进而释放所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚之间的锁定。

2.根据权利要求1所述的助力装置，其特征在于，所述拉动组件进一步包括第二弹性组件，所述第二弹性组件连接所述小腿绑缚和所述第一弹性组件的另一端，用于在所述用户的小腿摆动伸展过程中产生比所述第一弹性组件更大的弹性形变量，并在所述用户的膝关节回复到所述伸直状态的过程中，将所述第一弹性组件的另一端复位至预定位置，以使得所述离合件能够将所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚进行锁定。

3.根据权利要求2所述的助力装置，其特征在于，所述第二弹性组件包括弹性绳与刚性绳，所述弹性绳的一端连接于所述小腿绑缚上，所述弹性绳的另一端与所述刚性绳的一端连接，所述刚性绳的另端与所述第一弹性组件的另一端连接，其中所述刚性绳的弹性系数大于所述第一弹性组件，所述第一弹性组件的弹性系数大于所述弹性绳。

4.根据权利要求3所述的助力装置，其特征在于，当所述用户的膝关节处于伸直状态时，所述大腿绑缚拉动离合件将所述刚性绳压持于所述小腿绑缚上，进而实现所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚之间的锁定。

5.根据权利要求3所述的助力装置，其特征在于，所述杠杆远离所述大腿绑缚的另一端与所述刚性绳连接，在所述大腿绑缚的拉动下，带动所述杠杆的另一端将所述刚性绳压持于所述小腿绑缚上，在所述用户的膝关节处于弯曲状态时，释放所述刚性绳，以通过所述刚性绳释放所述第一弹性组件的另一端与所述小腿绑缚之间的锁定。

6.根据权利要求5所述的助力装置，其特征在于，所述离合件还包括连接绳，所述连接绳的一端与所述大腿绑缚连接，所述连接绳的另一端与所述杠杆的一端连接。

7.根据权利要求2所述的助力装置，其特征在于，所述离合件还包括两块间隔设置的支撑板，两块所述支撑板设置于所述小腿绑缚上，所述杠杆铰接设置于两块所述支撑板上。

8.根据权利要求7所述的助力装置，其特征在于，所述第二弹性组件穿设于两块所述支撑板之间。

9.根据权利要求1所述的助力装置，其特征在于，所述第一弹性组件为拉簧。

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