[發明專利]一種輕型踝關節外骨骼

有效

• 申請號: 201710011314.5
• 申請日: 2017-01-06
• 公開（公告）號: CN106625605B
• 公開（公告）日: 2019-02-05
• 發明（設計）人: 付成龍;劉家振
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;A61H3/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司 11002
• 代理人: 湯財寶

本發明提供一種輕型踝關節外骨骼，包括離合器、觸發裝置、動力裝置和人體穿戴部分，所述動力裝置與所述離合器連接，所述離合器與所述觸發裝置連接，所述動力裝置通過所述離合器使所述人體穿戴部分繞踝關節發生轉動，所述觸發裝置和所述離合器固定在所述人體穿戴部分上。本發明的輕型踝關節外骨骼，可在踝關節處為人體行走提供助力，減少人體行走耗能。本發明中采用電機連續工作，通過助力彈簧儲存能量，在瞬時釋放的工作模式，代替了已有外骨骼電機直接瞬時助力的模式，降低了對電機功率的要求，實現用低功率電機提供高功率助力的效果，從而降低了電機系統的重量和尺寸，實現外骨骼的輕型化。

技術領域

本發明涉及機器人外骨骼技術領域，更具體地，涉及一種輕型踝關節外骨骼。

背景技術

外骨骼是模仿昆蟲外部骨骼的一種人體穿戴設備，可以給人提供額外的能力，增強人體的機能。下肢外骨骼是針對行走的外骨骼，主要用于軍事、醫療和助老領域。在軍事領域中，下肢外骨骼可以提升單兵作戰能力，增長徒步距離，增強負重能力；在醫療領域，下肢外骨骼可以用于患者的步態康復和殘疾人的輔助行走；在助老領域，下肢外骨骼可以幫助老年人正常行走。

人在行走過程中需要耗費能量，其中腳在離地時刻蹬地的動作為主要耗能因素，踝關節外骨骼針對人體行走的這一特點，在腳離地時刻提供額外的助力，替代小腿部分肌肉的功能，達到幫助人體節能的效果。現有外骨骼在踝關節的助力方式為電機直接在需要助力的時刻提供較大的助力，這對電機的瞬時功率要求比較高，導致電機重量和尺寸比較大，和電機配套的減速器、支架等零件也會比較大，造成人體額外的能量消耗，影響了外骨骼的效果和應用。所以期望在不影響助力大小的同時，降低外骨骼的重量和尺寸。

發明內容

本發明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的輕型踝關節外骨骼，該裝置可提供高功率助力，減小外骨骼裝置的重量和尺寸。

根據本發明的一種技術方案，提供一種輕型踝關節外骨骼，包括離合器、觸發裝置、動力裝置和人體穿戴部分，所述動力裝置與所述離合器連接，所述離合器與所述觸發裝置連接，所述動力裝置通過所述離合器使所述人體穿戴部分繞踝關節發生轉動，所述觸發裝置和所述離合器固定在所述人體穿戴部分上。

作為上述技術方案的進一步改進，所述人體穿戴部分包括設置在踝關節位置的腳穿戴部分和設置在小腿位置的腿穿戴部分，所述觸發裝置通過腳部支架固定在所述腳穿戴部分，所述離合器通過所述腿部支架固定在所述腿穿戴部分。所述腳穿戴部分可放入成人正常大小的鞋內，所述腿穿戴部分外圍有魔術貼，可在人穿上后對腿部進行緊固。

作為上述技術方案的進一步改進，所述腳部支架上設有下橫桿，所述腿部支架上設有上橫桿，所述上橫桿設有助力彈簧且與所述助力彈簧的上端連接，所述助力彈簧的下端通過助力繩連接至所述下橫桿。

作為上述技術方案的進一步改進，所述腳部支架固連在所述腳穿戴部分上，所述腿部支架固連在所述腿穿戴部分上。

作為上述技術方案的進一步改進，所述離合器包括第一連桿、第二連桿、第三連桿、固定連桿和回復彈簧，所述固定連桿固定在所述腿部支架上，所述第一連桿的兩端分別與所述第二連桿和固定連桿鉸接，所述第二連桿與所述第三連桿鉸接，所述第三連桿的一端與所述固定連桿鉸接，所述第三連桿的另一端與所述固定連桿的中部通過所述回復彈簧連接。

作為上述技術方案的進一步改進，所述固定連桿上設有用于安裝電機的安裝支架，以及用于安裝兩個惰輪和推桿的安裝孔，所述動力裝置的電機固連在固定連桿上。

離合器采用四連桿結構設計，四連桿有一個自由度，當第二連桿和第三連桿處于同一條直線的時候，四連桿處于死點位置，此時四連桿處于相對穩定的狀態，可承受加在第一連桿上的外力。利用這個特點，設計四連桿處于死點位置時，主動齒輪和從動齒輪嚙合，四連桿脫離死點位置時，從動齒輪隨之脫離嚙合，達到離合的效果。回復彈簧的作用是在所述第一連桿的外力消失后把四連桿拉回死點位置，第三連桿上有一擋塊，作用是使四連桿在回復過程中停在死點位置。