CN218875462U - 一种无源三自由度踝关节外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种无源三自由度踝关节外骨骼，包括小腿杆件，所述小腿杆件的底端通过螺钉连接内外旋上零件，所述内外旋上零件的底部连接有踝关节支撑架；所述踝关节支撑架的底端活动连接有屈伸旋转轴，所述屈伸旋转轴上设有踝关节连接件，所述踝关节连接件的底端设有脚底连接件，与现有技术相比，本实用新型具有如下的有益效果：小腿绑缚固定件的位置可上下调节，适应不同患者身高的需求，海绵垫体增加舒适度，提供一定保护，外层为弹性绑缚带可调节，也可起到固定作用，安全可靠。

Description

一种无源三自由度踝关节外骨骼

技术领域

本实用新型属于医疗康复器械技术领域，特别涉及一种无源三自由度踝关节外骨骼。

背景技术

外骨骼是一种辅助行走的支架，在脚部管节损伤康复等领域有着广泛的应用。目前市场上常见的自由度外骨骼如申请号为CN201110292009.0的外骨骼可穿戴下肢康复机器人，利用电池驱动，从而帮助患者进行辅助行走，如中国发明公开CN107928994A一种三被动自由度外骨骼踝关节机构，提及：包括从上到下依次连接的踝关节连杆装置、踝关节座装置和足底装置。踝关节连杆装置中通过小腿杆件、踝关节轴和第一踝关节连杆构成了跖屈/背伸自由度机构；踝关节座装置中第二踝关节连杆与踝关节座之间通过扭转弹簧形成了被动内旋/外旋自由度机构；足底装置中通过弹簧片和鞋底形成了内翻/外翻自由度机构，但是这类外骨骼普遍存在以下缺陷：

1、外骨骼穿戴使用难度大，不够省力便捷；

2、外骨骼无法根据患者的身高调节进行灵活的调整使用，适应性和使用的舒适性都较差；

3、使用时患者存在被拉伤的风险，安全性不足。

实用新型内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种无源三自由度踝关节外骨骼，解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型通过以下的技术方案实现：一种三自由度踝关节外骨骼，包括小腿杆件，所述小腿杆件的底端通过螺钉连接内外旋上零件，所述内外旋上零件的底部连接有踝关节支撑架；

所述踝关节支撑架的底端活动连接有屈伸旋转轴，所述屈伸旋转轴上设有踝关节连接件，所述踝关节连接件的底端设有脚底连接件；

所述脚底连接件的底端设有脚底连接座，所述脚底连接座的底端固定设置有脚底过渡板，所述脚底过渡板的底端通过螺钉固定设置有后脚底支撑板；

所述后脚底支撑板的前端卡合连接有前脚底支撑板，所述后脚底支撑板的底端固定设置有弹性橡胶底。

作为一优选的实施方式，所述小腿杆件上套设有小腿绑缚固定件，所述小腿绑缚固定件的一端连接有海绵垫体，所述海绵垫体的上下两端设置有两个弹性绑缚带，穿戴舒适。

作为一优选的实施方式，所述小腿杆件的表面开设有多个均匀分布的调节孔，其中两个所述调节孔上设有固定螺钉，所述小腿绑缚固定件通过固定螺钉与小腿杆件可拆卸的连接在一起，可灵活调节，适用范围广。

作为一优选的实施方式，所述内外旋上零件底端的两侧均固定设置有踝关节弹簧，两个踝关节弹簧的另一端分别与踝关节连接件顶端的两侧固定连接，踝关节的最主要的运动方式为矢状面内屈曲和伸展，其被动驱动是用前后两个一定刚度的踝关节弹簧来实现，在行走的过程中，踝关节的两个踝关节弹簧一个受到不断挤压，另一个不断受到拉伸，当动作结束后，踝关节弹簧就会产生双重的回复力，在下一个步态中恢复到初始位置，同时踝关节弹簧在行走过程中也可起到缓冲的作用。

作为一优选的实施方式，所述后脚底支撑板与前脚底支撑板的连接处设有连接轴，所述后脚底支撑板上表面固定设置有后脚掌弹性绑缚组件，所述前脚底支撑板的上表面固定设置有前脚掌弹性绑缚组件，穿戴舒适简便，后脚底支撑板与前脚底支撑板表面可以选用碳纤维制成，底面可以选用橡胶制成。

作为一优选的实施方式，所述脚底连接件通过内收外展旋转轴与脚底连接座转动连接，转动稳定。

作为一优选的实施方式，所述后脚底支撑板的中部和前脚底支撑板的中部均开设有多个凹槽，多个所述凹槽的内部均固定安装有压力传感器，能够实时测穿戴者的脚底压力数据，从而为后续的控制提供便利，压力传感器的具体型号可以根据实际情况选择，所以不再赘述。

采用了上述技术方案后，本实用新型的有益效果是：该无源三自由度踝关节外骨骼鞋体结构前两层用碳纤维制成，最底层是橡胶，中间层挖有很多槽，内部装有压力传感器，能够实时测穿戴者的脚底压力数据，从而为后续的控制提供便利，后脚掌弹性绑缚组件以及前脚掌弹性绑缚组件的设计，穿戴者可以根据自己脚的大小来调节松紧程度，使得脚与外骨骼的鞋子紧紧地配合在一起，穿戴使用简单便捷；

小腿绑缚固定件的位置可上下调节，适应不同患者身高的需求，海绵垫体增加舒适度，提供一定保护，外层为弹性绑腹带可调节，也可起到固定作用，安全可靠；

踝关节的最主要的运动方式为矢状面内屈曲和伸展，其被动驱动是用前后两个一定刚度的弹簧来实现，在行走的过程中，踝关节的两个弹簧一个受到不断挤压，另一个不断受到拉伸，当动作结束后，弹簧就会产生双重的回复力，在下一个步态中恢复到初始位置，同时弹簧在行走过程中也可起到缓冲的作用，各运动都设有机械限位结构，防止训练过程中受伤，安全性更高，实用性强。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，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实用新型的一些实施例，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为本实用新型外骨骼的总装侧视结构示意图；

图2为本实用新型外骨骼的爆炸图；

图3为本实用新型腿部结构的爆炸图；

图4为本实用新型脚部结构的爆炸图；

图5为本实用新型外骨骼的总装正视结构示意图。

图中，1、小腿杆件；2、小腿绑缚固定件；3、海绵垫体；4、弹性绑缚带；5、内外旋上零件；6、踝关节支撑架；7、踝关节连接件；8、屈伸旋转轴；9、踝关节弹簧；10、脚底连接件；11、调节孔；12、固定螺钉；13、弹性橡胶底；14、脚底过渡板；15、连接轴；16、前脚底支撑板；17、压力传感器；18、前脚掌弹性绑缚组件；19、后脚掌弹性绑缚组件；20、后脚底支撑板；21、内收外展旋转轴；22、脚底连接座。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1至图5，本实用新型提供一种技术方案：一种无源三自由度踝关节外骨骼，包括小腿杆件1，小腿杆件1的底端通过螺钉连接内外旋上零件5，内外旋上零件5的底部连接有踝关节支撑架6；

踝关节支撑架6的底端活动连接有屈伸旋转轴8，屈伸旋转轴8上设有还关节连接件7，踝关节连接件7的底端设有脚底连接件10；

脚底连接件10的底端设有脚底连接座22，脚底连接座22的底端固定设置有脚底过渡板14，脚底过渡板14的底端通过螺钉固定设置有后脚底支撑板20；

后脚底支撑板20的前端卡合连接有前脚底支撑板16，后脚底支撑板20的底端固定设置有弹性橡胶底13。

具体的，小腿杆件1上套设有小腿绑缚固定件2，小腿绑缚固定件2的一端连接有海绵垫体3，海绵垫体3的上下两端设置有两个弹性绑缚带4，穿戴舒适。

具体的，小腿杆件1的表面开设有多个均匀分布的调节孔11，其中两个调节孔11上设有固定螺钉12，小腿绑缚固定件2通过固定螺钉12与小腿杆件1可拆卸的连接在一起，可灵活调节，适用范围广。

具体的，内外旋上零件5底端的两侧均固定设置有踝关节弹簧9，两个踝关节弹簧9的另一端分别与踝关节连接件7顶端的两侧固定连接，踝关节的最主要的运动方式为矢状面内屈曲和伸展，其被动驱动是用前后两个一定刚度的踝关节弹簧9来实现，在行走的过程中，踝关节的两个踝关节弹簧9一个受到不断挤压，另一个不断受到拉伸，当动作结束后，踝关节弹簧9就会产生双重的回复力，在下一个步态中恢复到初始位置，同时踝关节弹簧9在行走过程中也可起到缓冲的作用。

具体的，后脚底支撑板20与前脚底支撑板16的连接处设有连接轴15，后脚底支撑板20上表面固定设置有后脚掌弹性绑缚组件19，前脚底支撑板16的上表面固定设置有前脚掌弹性绑缚组件18，穿戴舒适简便，后脚底支撑板20与前脚底支撑板16表面可以选用碳纤维制成，底面可以选用橡胶制成，后脚掌弹性绑缚组件19以及前脚掌弹性绑缚18组件的设计，穿戴者可以根据自己脚的大小来调节松紧程度，使得脚与外骨骼的鞋子紧紧地配合在一起，穿戴使用简单便捷。

具体的，脚底连接件10通过内收外展旋转轴21与脚底连接座22转动连接，转动稳定。

具体的，后脚底支撑板20的中部和前脚底支撑板16的中部均开设有多个凹槽，多个凹槽的内部均固定安装有压力传感器17，能够实时测穿戴者的脚底压力数据，从而为后续的控制提供便利，压力传感器17的具体型号可以根据实际情况选择，所以不再赘述，穿戴舒适便捷、安全可靠，设计原理基于人体工程学与仿生学相结合，结构满足安全性、拟人化兼容性、轻量化、穿戴方便舒适等要求，人体在行走过程中，踝关节可以在矢状面内屈曲和伸展、冠状面内的内收/外展和水平面内的内旋/外旋运动；不设置驱动源，用于踝关节的训练，踝关节各运动的活动范围：矢状面内的屈曲/伸展：-35°～35°，冠状面内的内收/外展：-15°～15°，水平面内的内旋/外旋：-20°～20°。

作为本实用新型的一个实施例：整体拟人化设计：以我国人体工效学国家标准数据GB/T10000-1988为参考，取身高为170cm，设计外骨骼尺寸：小腿长为380mm；

外骨骼主要材料：为7050-T7451铝合金，韧性高塑性好，加工性能和焊接性能极佳，具有良好的抗腐蚀性，材料致密，加工后不易变形，踝关节外骨骼大多零件通过螺栓连接，小腿组件与踝关节组件螺栓固定连接、踝关节组件与足底组件螺钉固定连接，机械旋转轴与关节旋转轴处于同轴心，保证运动的舒适性。

本实用新型中的“无源”指没有外部能量来源，该三自由度踝关节外骨骼不设置主动驱动，通过外骨骼上的弹性元件即弹簧实现被动驱动，在行走过程中弹性元件可储存和释放能量，相比通过外部动力源进行驱动的外骨骼结构更加简单可靠，灵活限制小，成本更低。

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

Claims (7)

1.一种无源三自由度踝关节外骨骼，包括小腿杆件(1)，其特征在于：所述小腿杆件(1)的底端通过螺钉连接内外旋上零件(5)，所述内外旋上零件(5)的底部连接有踝关节支撑架(6)；

所述踝关节支撑架(6)的底端活动连接有屈伸旋转轴(8)，所述屈伸旋转轴(8)上设有踝关节连接件(7)，所述踝关节连接件(7)的底端设有脚底连接件(10)；

所述脚底连接件(10)的底端设有脚底连接座(22)，所述脚底连接座(22)的底端固定设置有脚底过渡板(14)，所述脚底过渡板(14)的底端通过螺钉固定设置有后脚底支撑板(20)；

所述后脚底支撑板(20)的前端卡合连接有前脚底支撑板(16)，所述后脚底支撑板(20)的底端固定设置有弹性橡胶底(13)。

2.如权利要求1所述的一种无源三自由度踝关节外骨骼，其特征在于：所述小腿杆件(1)上套设有小腿绑缚固定件(2)，所述小腿绑缚固定件(2)的一端连接有海绵垫体(3)，所述海绵垫体(3)的上下两端设置有两个弹性绑缚带(4)。

3.如权利要求2所述的一种无源三自由度踝关节外骨骼，其特征在于：所述小腿杆件(1)的表面开设有多个均匀分布的调节孔(11)，其中两个所述调节孔(11)上设有固定螺钉(12)，所述小腿绑缚固定件(2)通过固定螺钉(12)与小腿杆件(1)可拆卸的连接在一起。

4.如权利要求1所述的一种无源三自由度踝关节外骨骼，其特征在于：所述内外旋上零件(5)底端的两侧均固定设置有踝关节弹簧(9)，两个踝关节弹簧(9)的另一端分别与踝关节连接件(7)顶端的两侧固定连接。

5.如权利要求1所述的一种无源三自由度踝关节外骨骼，其特征在于：所述后脚底支撑板(20)与前脚底支撑板(16)的连接处设有连接轴(15)，所述后脚底支撑板(20)上表面固定设置有后脚掌弹性绑缚组件(19)，所述前脚底支撑板(16)的上表面固定设置有前脚掌弹性绑缚组件(18)。

6.如权利要求1所述的一种无源三自由度踝关节外骨骼，其特征在于：所述脚底连接件(10)通过内收外展旋转轴(21)与脚底连接座(22)转动连接。

7.如权利要求1所述的一种无源三自由度踝关节外骨骼，其特征在于：所述后脚底支撑板(20)的中部和前脚底支撑板(16)的中部均开设有多个凹槽，多个所述凹槽的内部均固定安装有压力传感器(17)。

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