CN111067765A - 踝关节助力外骨骼 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种踝关节助力外骨骼，包括脚部支撑板、底部与脚部支撑板固定相连的脚踝穿戴组件、与脚踝穿戴组件顶部转动连接的腿部穿戴组件和用于驱动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件转动的电磁驱动机构；电磁驱动机构包括导向筒、滑动安装于导向筒中的驱动杆、带动驱动杆移动的磁体件和驱动磁体件沿导向筒移动的电磁线圈，电磁线圈套于导向筒的外侧，磁体件位于电磁线圈中，驱动杆的一端置于导向筒中并与磁体件相连，驱动杆的另一端伸出导向筒。本申请提供的踝关节助力外骨骼，通过电磁驱动机构驱动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件转动，助力响应速度快，减少等待时间，在用户脚蹬地时能够及时地提供助力，使人体下肢能够保持自然步态行走。

Description

踝关节助力外骨骼

技术领域

本申请属于穿戴式外骨骼技术领域，更具体地说，是涉及一种踝关节助力外骨骼。

背景技术

穿戴式外骨骼作为一种人体穿戴设备，是将步态分析、机电一体化、生物力学等诸多领域融合而成的新型机器人，可广泛地应用于军事、医疗和助老等领域。当前，踝关节助力外骨骼一般采用电机驱动的方式进行主动助力，由于电机驱动机构具有助力响应较慢、输出力矩不足等缺点，导致踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动协调性差，难以使人体下肢保持自然步态行走。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种踝关节助力外骨骼，旨在解决相关技术中存在的踝关节助力外骨骼助力响应较慢，驱动力不足的问题。

为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种踝关节助力外骨骼，包括脚部支撑板、底部与所述脚部支撑板固定相连的脚踝穿戴组件、与所述脚踝穿戴组件顶部转动连接的腿部穿戴组件和用于驱动所述脚踝穿戴组件相对于所述腿部穿戴组件转动的电磁驱动机构；所述电磁驱动机构包括导向筒、滑动安装于所述导向筒中的驱动杆、带动所述驱动杆移动的磁体件和驱动所述磁体件沿所述导向筒移动的电磁线圈，所述电磁线圈套于所述导向筒的外侧，所述磁体件位于所述电磁线圈中，所述驱动杆的一端置于所述导向筒中并与所述磁体件相连，所述驱动杆的另一端伸出所述导向筒；所述导向筒与所述腿部穿戴组件铰接，且所述驱动杆的另一端与所述脚踝穿戴组件铰接；或者，所述导向筒与所述脚踝穿戴组件铰接，且所述驱动杆的另一端与所述腿部穿戴组件铰接。

在一个实施例中，所述踝关节助力外骨骼还包括将所述电磁驱动机构与所述腿部穿戴组件铰接的第一连接组件，所述第一连接组件包括第一枢轴、与所述腿部穿戴组件固定相连的第一刚性连接件、一端通过所述第一枢轴与所述第一刚性连接件铰接的第一连接臂，所述第一连接臂的另一端与所述电磁驱动机构相连。

在一个实施例中，所述踝关节助力外骨骼还包括将所述电磁驱动机构之驱动杆与所述脚踝穿戴组件铰接的第二连接组件，所述第二连接组件包括第二枢轴、与所述脚踝穿戴组件固定相连的第二刚性连接件、一端通过所述第二枢轴与所述第二刚性连接件铰接的第二连接臂，所述第二连接臂的另一端与所述电磁驱动机构相连。

在一个实施例中，所述踝关节助力外骨骼还包括用于检测所述电磁驱动机构驱动力大小的第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述电磁驱动机构与所述第二连接臂的连接处，且所述第一压力传感器的两端分别与所述电磁驱动机构和所述第二连接臂相连。

在一个实施例中，所述脚踝穿戴组件包括分别设置于所述脚部支撑板相对两侧的两个脚踝支架和用于将两个所述脚踝支架绑定于用户脚后跟上的第一绑带，各所述脚踝支架的底端分别与所述脚部支撑板固定相连，各所述脚踝支架的顶端分别与所述腿部穿戴组件转动连接，各所述脚踝支架分别与所述电磁驱动机构相连。

在一个实施例中，所述腿部穿戴组件包括用于穿戴并固定于用户小腿上的腿部固定件和分别设置于所述腿部固定件相对两侧的两个腿部支撑臂，各所述腿部支撑臂的顶端与所述腿部固定件相连，各所述腿部支撑臂的底端与相应所述脚踝支架的顶端转动连接。

在一个实施例中，所述腿部固定件包括刚性支撑架和用于将所述刚性支撑架绑定于用户小腿上的第二绑带，所述刚性支撑架分别与各所述腿部支撑臂的顶端固定相连，所述刚性支撑架与所述电磁驱动机构铰接。

在一个实施例中，所述踝关节助力外骨骼还包括用于检测用户足底压力大小的第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述脚部支撑板上。

在一个实施例中，所述电磁线圈的数量设置为多个，多个所述电磁线圈同轴设置，且多个所述电磁线圈沿所述导向筒的轴向依次排布。

在一个实施例中，所述电磁驱动机构还包括用于检测所述磁体件位置的直线位移传感器，所述直线位移传感器的位移拉杆与所述驱动杆相连。

本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

本申请提供的踝关节助力外骨骼的有益效果在于：与现有技术相比，本申请提供的踝关节助力外骨骼，结合踝关节助力外骨骼助力阶段时间短、功率大的特点，通过设置驱动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件转动的电磁驱动机构，在用户脚蹬地时，通过对电磁线圈通入电流，使电磁线圈产生与磁体件的永磁体耦合的磁场，能够使磁体件在瞬间产生功率足够大的驱动力，磁体件在磁场中受到磁场力的驱动作用下，带动驱动杆在导向筒中沿轴向伸缩移动，进而驱动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件转动，助力响应速度快，瞬时助力功率大，进而驱动踝关节助力外骨骼快速响应助力过程，减少等待时间，在用户脚蹬地时能够及时、稳定、高效地提供助力，减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。并且，本申请提供的踝关节助力外骨骼提高了踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的电磁驱动机构的立体结构示意图一；

图2为本申请实施例提供的电磁驱动机构的立体结构示意图二；

图3为本申请实施例提供的电磁驱动机构的爆炸结构示意图；

图4为本申请实施例提供的电磁驱动机构的剖视结构示意图；

图5为本申请实施例提供的具有电磁驱动机构的踝关节助力外骨骼的立体结构示意图一；

图6为本申请实施例提供的具有电磁驱动机构的踝关节助力外骨骼的立体结构示意图二。

其中，图中各附图主要标记：

1-腿部穿戴组件；11-腿部固定件；111-刚性支撑架；112-第二绑带；12-腿部支撑臂；

2-脚踝穿戴组件；21-脚踝支架；22-第一绑带；

3-电磁驱动机构；31-导向筒；311-第一外螺纹；312-第二外螺纹；32-驱动杆；33-磁体件；331-永磁体；332-固定架；34-电磁线圈；35-直线位移传感器；351-位移拉杆；352-连接块；36-第一固定盖；37-第二固定盖；371-穿过孔；38-外壳；39-线圈支架；

4-弹簧；5-直线轴承；6-脚部支撑板；

7-第一连接组件；71-第一枢轴；72-第一刚性连接件；73-第一连接臂；

8-第二连接组件；81-第二枢轴；82-第二刚性连接件；83-第二连接臂；

9-第一压力传感器；10-第二压力传感器。

具体实施方式

为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

需要说明的是，当元件被称为“连接于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示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一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

本申请的目的是提出一种电磁驱动机构3及具有该电磁驱动机构3的踝关节助力外骨骼，考虑到踝关节助力外骨骼在一个步态周期中仅在脚蹬地时提供助力，其助力特点为时间短、功率大，做功时间仅为整个步态周期20％左右，无法较好地利用电机驱动机构的输出功率。由于电容有放电迅速、瞬时电流大的特点，采用锂电池、ZVS升压器、高压电容、高压场效应管和电磁线圈341的组合连接方式构成电磁驱动机构3的供电系统。其中，由高压场效应管阵列控制电磁线圈341和电容的通断，则在充电时将直流升压模块和电容并联，而在放电时将电容和电磁线圈341并联，使电磁线圈341的电压峰值大于200v，进而使电磁线圈341产生的磁场与永磁体341耦合产生足够大的磁场力。

本申请充分利用电容快速充放电的特性，由于电容放电的本质是十分短暂的脉冲电压，可将电容作为短暂的储能器件，并利用电容为电磁驱动机构3供电。因为电磁线圈341在一个步态周期内只有极短的时间(整个步态周期20％左右)需要通电，故剩余时间(其余80％步态周期的时间内)可为电容进行有效充电，达到类似机械储能的效果。所以在每个行走周期中，每个电容仅在百分之十左右的时间放电，剩余时间即可进行充电，相当于先储能后释放，仅在人体发力峰值提供助力，为人类行走步态周期的摆动相提供可控且充足的动力，以此降低人类行走时的能量消耗。

请一并参阅图1、图2及图4，现对本申请提供的电磁驱动机构进行说明。本申请提供的电磁驱动机构，包括导向筒31、滑动安装于导向筒31中的驱动杆32、带动驱动杆32移动的磁体件33和驱动磁体件33沿导向筒31移动的电磁线圈34，电磁线圈34套于导向筒31的外侧，磁体件33位于电磁线圈34中，驱动杆32的一端置于导向筒31中并与磁体件33相连，驱动杆32的另一端伸出导向筒31。

则在使用时，如图5及图6所示，将导向筒31与踝关节助力外骨骼的腿部穿戴组件1铰接，且将驱动杆32的另一端与踝关节助力外骨骼的脚踝穿戴组件2铰接，通过对电磁线圈34通入电流，使电磁线圈34产生与磁体件33的磁场耦合的磁场，磁体件33在磁场中受到安培力的驱动作用下，带动驱动杆32在导向筒31中沿轴向伸缩移动，进而通过电磁驱动机构3的驱动杆32驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动，辅助用户踝关节的跖屈运动并在用户脚蹬地阶段助力，能够减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。

当然，在使用时，也可将导向筒31与踝关节助力外骨骼的脚踝穿戴组件2铰接，且驱动杆32的另一端与踝关节助力外骨骼的腿部穿戴组件1铰接，通过对电磁线圈34通入电流，使电磁线圈34产生与磁体件33的磁场耦合的磁场，磁体件33在磁场中受到安培力的驱动作用下，带动驱动杆32在导向筒31中沿轴向伸缩移动，进而通过电磁驱动机构3的驱动杆32驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动，辅助用户踝关节的跖屈运动并在用户脚蹬地阶段助力，能够减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。

本申请提供的电磁驱动机构，不仅可以应用踝关节助力外骨骼，还可以应用于膝关节助力外骨骼、髋关节助力外骨骼等所有穿戴式外骨骼的助力。

在一个实施例中，请一并参阅图2及图3，电磁驱动机构还包括套于磁体件33外侧的外壳38，以通过外壳38对磁体件33起到防护作用。

本申请提供的电磁驱动机构，与现有技术相比，本申请提供的电磁驱动机构，结合踝关节助力外骨骼助力阶段时间短、功率大的特点，在用户脚蹬地时，通过对电磁线圈34通入电流，使电磁线圈34产生与磁体件33的磁场耦合的磁场，磁体件33在磁场中受到磁场力的驱动作用下，带动驱动杆32在导向筒31中沿轴向伸缩移动，以驱动踝关节助力外骨骼辅助用户踝关节的跖屈运动，并在用户脚蹬地阶段提供助力，能够减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。本申请提供的电磁驱动机构，由于电磁线圈34通电电流大小易于控制，且电磁线圈34通电产生磁场的响应速度较快，能够使磁体件33在瞬间产生功率足够大的驱动力，可快速带动驱动杆32沿轴向伸缩移动，进而驱动踝关节助力外骨骼快速响应助力过程，减少等待时间，在用户脚蹬地时能够及时、稳定、高效地提供助力，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图2、图3及图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，电磁线圈34的数量设置为多个，多个电磁线圈34同轴设置，且多个电磁线圈34沿导向筒31的轴向依次排布。

本实施例中，通过将多个同轴设置的电磁线圈34，沿导向筒31的轴向依次排列在导向筒31的外侧壁上，使导向筒31的中空管腔内形成强磁场，并导向筒31的中空管腔形磁体件33在安培力作用下的运动空间，使得电磁线圈34与磁体件33之永磁体331的磁感线中心方向始终重合，从而最大效率地利用电磁线圈34的能量，为踝关节运动提供稳定的动力。并且，通过用于控制各电磁线圈341通电顺序和通电电流的控制器，按照预设的通电顺序和通电频率分别对多个电磁线圈34进行通电，即可使磁体件33的永磁体331以助力所需要的功率大小及运动方向带动驱动杆32轴向伸缩移动，从而使踝关节助力外骨骼在用户脚蹬地时达到及时、稳定的助力效果，提高了踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图2、图3及图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，电磁驱动机构还包括用于检测磁体件33位置的直线位移传感器35，直线位移传感器35的位移拉杆351与驱动杆32相连，直线位移传感器35与控制器电性相连。

具体地，直线位移传感器35的拉杆351通过连接块352与驱动杆32固定连接，连接块352分别通过螺栓配合螺母的固定方式与拉杆351和驱动杆32固定连接，以使拉杆351与驱动杆32同步运动，达到准确检测磁体件33之永磁体331位移位置的目的。

本实施例中，通过设置检测磁体件33位置的直线位移传感器35，电磁线圈34包含多个单体电磁线圈34，且各电磁线圈34之间互不干扰，利用直线位移传感器35(电阻尺)检测出磁体件33的永磁体331在导向筒31中的位置，并通过控制器控制对应位置的电磁线圈34的通入电流，利用电磁线圈34通电产生磁场相应速度快的特征，使磁体件33的永磁体331在运动过程中持续受力，即可使磁体件33的永磁体331以助力所需要的功率大小及运动方向带动驱动杆32轴向伸缩移动，使踝关节助力外骨骼在用户脚蹬地时达到及时、稳定的助力效果。

具体工作过程为，当直线位移传感器35(电阻尺)检测到永磁体331经过某一组电磁线圈34时，控制器控制该组电磁线圈34通电，通电电流的大小和方向根据驱动需求设定。即：当永磁体331位置未到达触发位置时，电磁线圈34不工作，驱动杆32处于被动状态跟随人体一同运动。当永磁体331位置到达触发位置时，相应电磁线圈34通电，对永磁体331产生安培力以助力人体运动。由于在一个步态周期内，每组电磁线圈34间歇工作，且只工作一次，电磁线圈34在不工作时由电源向电容器充电，工作时由电容器向电磁线圈34放电，实现高电压大电流的效果，产生较大功率的输出动力。

在上述工作过程中，由于只在磁体件33的永磁体331到达相应电磁线圈34的位置，该电磁线圈34才会通电工作，而其余的电磁线圈34处于不通电的非工作状态，并且仅在人体发力进入峰值阶段时提供助力，能有效降低能耗，增强续航能力，这既有效减少了能耗，又可避免相邻电磁线圈34的磁场干扰，即使在行走或跑动过程中因为外界原因造成步态突变，也不会产生踝关节助力外骨骼和人体运动趋势相违背的情况，可有效避免了对人体的损伤，提高踝关节助力外骨骼与人体踝关节运动的耦合性与协调性。

进一步地，请一并参阅图2、图3及图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，电磁驱动机构还包括用于分别定位各电磁线圈34于导向筒31上位置的线圈支架39，各线圈支架39套于导向筒31的外侧，各电磁线圈34绕设并支撑于相应线圈支架39上。

本实施例中，通过在导向筒31的外侧套设多个线圈支架39，并将多个电磁线圈34一一对应地支撑并定位于多个线圈支架39上，方便电磁线圈34安装，增强电磁线圈34安装的稳定性，还有利于各电磁线圈34的状态保持，避免各电磁线圈34位置移动而对相邻电磁线圈34造成干扰，提高电磁驱动机构3工作的稳定可靠性。

进一步地，请一并参阅图2、图3及图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，电磁驱动机构还包括支撑磁体件33的固定架332，固定架332与驱动杆32置于导向筒31中的一端相连，磁体件33固定于固定架332上。

具体地，磁体件33包含至少一个永磁体331，即永磁体331的设置数量可以为一个，也可以为两个或两个以上，以增大电磁线圈34对磁体件33的驱动力，增强电磁线圈34驱动磁体件33的稳定性。

本实施例中，通过设置固定架332，固定架332与驱动杆32置于导向筒31中的一端相连，将各永磁体331固定安装于固定架332上，各永磁体331通过固定架332固定于驱动杆32上，增强了永磁体331与驱动杆32连接的稳定性，从而使永磁体331在安培力的作用下能够稳定地带动驱动杆32进行助力驱动。

具体地，进一步地，请一并参阅图3，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，固定架332为环状架，环状架套于驱动杆32的端部，各永磁体331也设置成环状，各环状的永磁体331套于环状架上，以增强永磁体331与驱动杆32连接的稳定性，并使电磁线圈34与各永磁体331的磁感线中心方向始终重合，从而最大效率地利用电磁线圈34的能量，为踝关节运动提供稳定的动力。

进一步地，请一并参阅图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，导向筒31的一端设有止挡磁体件33的第一固定盖36，第一固定盖36与导向筒31的一端可拆卸相连。

本实施例中，通过在导向筒31的一端设有第一固定盖36，导向筒31的一端与第一固定盖36相连，通过第一固定盖36对磁体件33起到止挡作用，防止磁体件33移出导向筒31而影响造成工作故障。

进一步地，请一并参阅图3，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，导向筒31的一端设有第一外螺纹311，第一固定盖36的内壁上设有配合第一外螺纹311的第一内螺纹。

本实施例中，通过在导向筒31的一端设有第一外螺纹311，并在第一固定盖36的内壁上设有配合第一外螺纹311的第一内螺纹，便于快速地将第一固定盖36螺纹连接于导向筒31上。当然，第一固定盖36也可以通过本领域技术人员公知的螺栓件或者卡扣连接的方式连接于导向筒31上。

进一步地，请一并参阅图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，第一固定盖36上设有缓冲磁体件33对第一固定盖36冲击力的弹簧4，弹簧4置于导向筒31中，弹簧4的一端与第一固定盖36相连。

本实施例中，通过在第一固定盖36上设有缓冲磁体件33对第一固定盖36冲击力的弹簧4，避免磁体件33与第一固定盖36刚性接触而形成强烈冲击，对电磁驱动机构3造成震动或受损。

进一步地，请一并参阅图3及图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，导向筒31的另一端设有引导驱动杆32轴向移动的直线轴承5，直线轴承5置于导向筒31内对应于导向筒31远离磁体件33一端端口的位置，直线轴承5套装于驱动杆32上。

本实施例中，通过在导向筒31的另一端设有直线轴承5，通过直线轴承5引导驱动杆32轴向移动，减小摩擦，提高驱动杆32轴向伸缩移动的稳定性与精确性，从而提高电磁驱动机构3助力的稳定性可靠性。

进一步地，请一并参阅图3及图4，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，导向筒31的另一端设有定位直线轴承5的第二固定盖37，第二固定盖37与导向筒31的另一端可拆卸相连，且第二固定盖37上设有供驱动杆32穿过的穿过孔371，驱动杆32远离磁体件33的一端穿过穿过孔371。

本实施例中，通过在导向筒31的另一端设有第二固定盖37，通过第二固定盖37对直线轴承5进行定位，提高驱动杆32轴向伸缩移动的稳定性与精确性，从而提高电磁驱动机构3助力的稳定性可靠性。

进一步地，请一并参阅图3，作为本申请提供的电磁驱动机构的一种具体实施方式，导向筒31的另一端设有第二外螺纹312，第二固定盖37的内壁上设有配合第二外螺纹312的第二内螺纹。

本实施例中，通过在导向筒31的另一端设有第二外螺纹312，并在第二固定盖37的内壁上设有配合第二外螺纹312的第二内螺纹，便于快速地将第二固定盖37螺纹连接于导向筒31上。当然，第二固定盖37也可以通过本领域技术人员公知的螺栓件或者卡扣连接的方式连接于导向筒31上。

请一并参阅图5及图6，本申请还提供一种踝关节助力外骨骼。本申请提供的踝关节助力外骨骼，包括脚部支撑板6、底部与脚部支撑板6固定相连的脚踝穿戴组件2、与脚踝穿戴组件2顶部转动连接的腿部穿戴组件1和用于驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动的电磁驱动机构3；电磁驱动机构3包括导向筒31、滑动安装于导向筒31中的驱动杆32、带动驱动杆32移动的磁体件33和驱动磁体件33沿导向筒31移动的电磁线圈34，电磁线圈34套于导向筒31的外侧，磁体件33位于电磁线圈34中，驱动杆32的一端置于导向筒31中并与磁体件33相连，驱动杆32的另一端伸出导向筒31。

在一个实施例中，如图5及图6所示，将导向筒31与踝关节助力外骨骼的腿部穿戴组件1铰接，且将驱动杆32的另一端与踝关节助力外骨骼的脚踝穿戴组件2铰接，通过对电磁线圈34通入电流，使电磁线圈34产生与磁体件33的磁场耦合的磁场，磁体件33在磁场中受到安培力的驱动作用下，带动驱动杆32在导向筒31中沿轴向伸缩移动，进而通过电磁驱动机构3的驱动杆32驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动，辅助用户踝关节的跖屈运动并在用户脚蹬地阶段助力，能够减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。

在另一个实施例中，也可将导向筒31与踝关节助力外骨骼的脚踝穿戴组件2铰接，且驱动杆32的另一端与踝关节助力外骨骼的腿部穿戴组件1铰接，通过对电磁线圈34通入电流，使电磁线圈34产生与磁体件33的磁场耦合的磁场，磁体件33在磁场中受到安培力的驱动作用下，带动驱动杆32在导向筒31中沿轴向伸缩移动，进而通过电磁驱动机构3的驱动杆32驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动，辅助用户踝关节的跖屈运动并在用户脚蹬地阶段助力，能够减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。

本申请提供的踝关节助力外骨骼，与现有技术相比，本申请提供的踝关节助力外骨骼，结合踝关节助力外骨骼助力阶段时间短、功率大的特点，通过设置驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动的电磁驱动机构，在用户脚蹬地时，通过对电磁线圈34通入电流，使电磁线圈34产生与磁体件33的永磁体耦合的磁场，能够使磁体件33在瞬间产生功率足够大的驱动力，磁体件33在磁场中受到磁场力的驱动作用下，带动驱动杆32在导向筒31中沿轴向伸缩移动，进而驱动脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动，助力响应速度快，瞬时助力功率大，进而驱动踝关节助力外骨骼快速响应助力过程，减少等待时间，在用户脚蹬地时能够及时、稳定、高效地提供助力，减少用户行走的能量消耗，降低疲劳感。并且，本申请提供的踝关节助力外骨骼提高了踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，踝关节助力外骨骼还包括将电磁驱动机构与腿部穿戴组件1铰接的第一连接组件1，第一连接组件1包括第一枢轴71、与腿部穿戴组件1固定相连的第一刚性连接件72、一端通过第一枢轴71与第一刚性连接件72铰接的第一连接臂73，第一连接臂73的另一端与电磁驱动机构3的导向筒31或驱动杆32相连。具体地，第一刚性连接件72为金属连接架、连接支板或者抱箍。

本实施例中，第一连接组件7包括第一枢轴71、第一刚性连接件72和第一连接臂73，通过第一刚性连接件72与腿部穿戴组件1固定相连，第一连接臂73的一端通过第一枢轴71与第一刚性连接件72铰接，第一连接臂73的另一端与电磁驱动机构3的导向筒31或驱动杆32铰接相连，从而通过第一连接组件7将电磁驱动机构3与腿部穿戴组件1进行铰接相连，增强电磁助力机构脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动的灵活性和稳定性，从而有利于提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

具体地，第一连接臂73的另一端设有第一固定盖36，第一固定盖36与导向筒31的一端可拆卸相连。通过第一固定盖36与导向筒31相连，以方便第一连接臂73与导向筒31的连接。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，踝关节助力外骨骼还包括将电磁驱动机构3之驱动杆32与脚踝穿戴组件2铰接的第二连接组件8，第二连接组件8包括第二枢轴81、与脚踝穿戴组件2固定相连的第二刚性连接件82、一端通过第二枢轴81与第二刚性连接件82铰接的第二连接臂83，第二连接臂83的另一端与电磁驱动机构3的驱动杆32或导向筒31相连。具体地，第二刚性连接件82为金属连接架、连接支板或者抱箍。

本实施例中，第二连接组件8包括第二枢轴81、第二刚性连接件82和第二连接臂83，通过第二刚性连接件82与脚踝穿戴组件2固定相连，第二连接臂83的一端通过第二枢轴81与第二刚性连接件82铰接，第二连接臂83的另一端与电磁驱动机构3的驱动杆32或导向筒31铰接相连，从而通过第一连接组件7将电磁驱动机构3与腿部穿戴组件1进行铰接相连，增强电磁助力机构脚踝穿戴组件2相对于腿部穿戴组件1转动的灵活性和稳定性，从而有利于提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，踝关节助力外骨骼还包括用于检测电磁驱动机构3驱动力大小的第一压力传感器9，第一压力传感器9设置于电磁驱动机构与第二连接臂83的连接处，且第一压力传感器9的两端分别与电磁驱动机构和第二连接臂83相连，第一压力传感器9与控制器电性相连。

本实施例中，通过设置第一压力传感器9，便可通过第一压力传感器9检测驱动杆32的驱动力大小，第一压力传感器9将获取的压力信息实时反馈给控制器，控制器根据助力需要调整线圈电流，以控制磁体件33带动驱动杆32提供适当大小的助力动力，提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体踝关节运动与踝关节助力外骨骼的关节运动具有良好的耦合性，从而使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，脚踝穿戴组件2包括分别设置于脚部支撑板6相对两侧的两个脚踝支架21和用于将两个脚踝支架21绑定于用户脚后跟上的第一绑带22，各脚踝支架21的底端分别与脚部支撑板6固定相连，各脚踝支架21的顶端分别与腿部穿戴组件1转动连接，各脚踝支架21分别与电磁驱动机构3的驱动杆32或导向筒31相连。

本实施例中，通过在脚部支撑板6的相对两侧分别设置脚踝支架21，并在两个脚踝支架21上设有第一绑带22，通过第一绑带22将两个脚踝支架21绑定于用户脚后跟上，以便于脚踝穿戴组件2的穿戴，并且可通过两个脚踝支架21对用户脚后跟形成良好支撑，实现最佳的助力效果和提高舒适性，提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体踝关节运动与踝关节助力外骨骼的关节运动具有良好的耦合性，从而使人体下肢能够保持自然的步态行走。并且，减轻重量，减小体积，降低负重感，有利于提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，腿部穿戴组件1包括用于穿戴并固定于用户小腿上的腿部固定件11和分别设置于腿部固定件11相对两侧的两个腿部支撑臂12，各腿部支撑臂12的顶端与腿部固定件11相连，各腿部支撑臂12的底端与相应脚踝支架21的顶端转动连接。

本实施例中，通过在腿部固定件11相对两侧分别设置腿部支撑臂12，便可通过腿部固定件11固定于用户小腿上，并通过两个腿部支撑臂12对腿部固定件11形成有效支撑，避免了传统柔性踝关节外骨骼完全依靠绑带与人体足部固定连接导致助力动力不足的情况出现，从而有利于及时对人体足部踝关节提供足够大小的助力。并且，减轻重量，减小体积，降低负重感，有利于提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，腿部固定件11包括刚性支撑架111和用于将刚性支撑架111绑定于用户小腿上的第二绑带112，刚性支撑架111分别与各腿部支撑臂12的顶端固定相连，刚性支撑架111与电磁驱动机构3铰接。

本实施例中，腿部固定件11包括刚性支撑架111和用于将刚性支撑架111绑定于用户小腿上的第二绑带112，通过第二绑带112快速地将刚性支撑架111在人体小腿上进行拆装，方便用户的穿戴。并且减轻重量，减小体积，降低负重感，有利于提高踝关节助力外骨骼的关节运动与人体的关节运动的协调性，使人体下肢能够保持自然的步态行走。

进一步地，请一并参阅图5及图6，作为本申请提供的踝关节助力外骨骼的一种具体实施方式，踝关节助力外骨骼还包括用于检测用户足底压力大小的第二压力传感器10，第二压力传感器10设置于脚部支撑板6上，第二压力传感器10与控制器电性相连。

本实施例中，通过在脚部支撑板6上设置第二压力传感器10，通过第二压力传感器10检测用户在行走步态周期中对地面的压力，辅助识别与判断人体当前行走环境与运动状态，为控制器控制电磁驱动机构3驱动力大小提供依据，控制器根据第二压力传感器10检测的足底压力信息得出预测分析结果并发送控制指令控制电磁驱动机构3的电磁线圈34通入相应大小的的电流，以辅助用户步态调整，使用户能够以自然高效的步态保持正常行走。

优选地，在本实施例中的第二压力传感器10采用薄膜压力传感器，其以足底压力鞋垫的形式置于脚部支撑板6上，可准确获取足底压力大小与分布信息，为踝关节助力外骨骼的控制提供依据。

以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种踝关节助力外骨骼，其特征在于：包括脚部支撑板、底部与所述脚部支撑板固定相连的脚踝穿戴组件、与所述脚踝穿戴组件顶部转动连接的腿部穿戴组件和用于驱动所述脚踝穿戴组件相对于所述腿部穿戴组件转动的电磁驱动机构；所述电磁驱动机构包括导向筒、滑动安装于所述导向筒中的驱动杆、带动所述驱动杆移动的磁体件和驱动所述磁体件沿所述导向筒移动的电磁线圈，所述电磁线圈套于所述导向筒的外侧，所述磁体件位于所述电磁线圈中，所述驱动杆的一端置于所述导向筒中并与所述磁体件相连，所述驱动杆的另一端伸出所述导向筒；所述导向筒与所述腿部穿戴组件铰接，且所述驱动杆的另一端与所述脚踝穿戴组件铰接；或者，所述导向筒与所述脚踝穿戴组件铰接，且所述驱动杆的另一端与所述腿部穿戴组件铰接。

2.如权利要求1所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述踝关节助力外骨骼还包括将所述电磁驱动机构与所述腿部穿戴组件铰接的第一连接组件，所述第一连接组件包括第一枢轴、与所述腿部穿戴组件固定相连的第一刚性连接件、一端通过所述第一枢轴与所述第一刚性连接件铰接的第一连接臂，所述第一连接臂的另一端与所述电磁驱动机构相连。

3.如权利要求1所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述踝关节助力外骨骼还包括将所述电磁驱动机构之驱动杆与所述脚踝穿戴组件铰接的第二连接组件，所述第二连接组件包括第二枢轴、与所述脚踝穿戴组件固定相连的第二刚性连接件、一端通过所述第二枢轴与所述第二刚性连接件铰接的第二连接臂，所述第二连接臂的另一端与所述电磁驱动机构相连。

4.如权利要求3所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述踝关节助力外骨骼还包括用于检测所述电磁驱动机构驱动力大小的第一压力传感器，所述第一压力传感器设置于所述电磁驱动机构与所述第二连接臂的连接处，且所述第一压力传感器的两端分别与所述电磁驱动机构和所述第二连接臂相连。

5.如权利要求1所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述脚踝穿戴组件包括分别设置于所述脚部支撑板相对两侧的两个脚踝支架和用于将两个所述脚踝支架绑定于用户脚后跟上的第一绑带，各所述脚踝支架的底端分别与所述脚部支撑板固定相连，各所述脚踝支架的顶端分别与所述腿部穿戴组件转动连接，各所述脚踝支架分别与所述电磁驱动机构相连。

6.如权利要求5所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述腿部穿戴组件包括用于穿戴并固定于用户小腿上的腿部固定件和分别设置于所述腿部固定件相对两侧的两个腿部支撑臂，各所述腿部支撑臂的顶端与所述腿部固定件相连，各所述腿部支撑臂的底端与相应所述脚踝支架的顶端转动连接。

7.如权利要求6所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述腿部固定件包括刚性支撑架和用于将所述刚性支撑架绑定于用户小腿上的第二绑带，所述刚性支撑架分别与各所述腿部支撑臂的顶端固定相连，所述刚性支撑架与所述电磁驱动机构铰接。

8.如权利要求1至7任一项所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述踝关节助力外骨骼还包括用于检测用户足底压力大小的第二压力传感器，所述第二压力传感器设置于所述脚部支撑板上。

9.如权利要求1至7任一项所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述电磁线圈的数量设置为多个，多个所述电磁线圈同轴设置，且多个所述电磁线圈沿所述导向筒的轴向依次排布。

10.如权利要求9所述的踝关节助力外骨骼，其特征在于：所述电磁驱动机构还包括用于检测所述磁体件位置的直线位移传感器，所述直线位移传感器的位移拉杆与所述驱动杆相连。

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