[發(fā)明專利]一種用于下肢助力外骨骼的被動(dòng)儲(chǔ)能踝關(guān)節(jié)及足部機(jī)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710187318.9
• 申請(qǐng)日: 2017-03-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN106821684B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-08-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王興松;朱智勇;甘振波;李偉強(qiáng);張毅
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 東南大學(xué);江蘇鶴林智能機(jī)械有限公司
• 主分類號(hào): A61H1/02
• 分類號(hào): A61H1/02;B25J9/00;B25J17/00
• 代理公司: 北京德崇智捷知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11467
• 代理人: 衛(wèi)麟

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于下肢助力外骨骼的被動(dòng)儲(chǔ)能踝關(guān)節(jié)及足部機(jī)構(gòu)，包括踝關(guān)節(jié)單元、足側(cè)面板單元以及腳墊單元；踝關(guān)節(jié)單元包括小腿桿以及設(shè)置在小腿桿內(nèi)的壓縮彈簧和踝關(guān)節(jié)導(dǎo)桿；足側(cè)面板單元包括足側(cè)面板、腳墊以及波浪彈簧體，所述足側(cè)面板包括側(cè)板及底板，所述腳墊和波浪彈簧體設(shè)置在所述底板下端，在側(cè)板上設(shè)置有弧形面；所述小腿桿下端鉸接在所述側(cè)板上，所述踝關(guān)節(jié)導(dǎo)桿的下端在所述壓縮彈簧的作用下與所述弧形面接觸并沿所述弧形頂面移動(dòng)。本發(fā)明充分利用人體足部構(gòu)造、人體及外骨骼質(zhì)量以及慣性作用，實(shí)現(xiàn)在行走過(guò)程中踝關(guān)節(jié)被動(dòng)儲(chǔ)能、弓字形足底觸底儲(chǔ)能，穿戴舒適，能耗低，實(shí)用性強(qiáng)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于下肢助力外骨骼的被動(dòng)儲(chǔ)能踝關(guān)節(jié)及足部機(jī)構(gòu)，屬于機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域。

背景技術(shù)

外骨骼康復(fù)助力機(jī)器人將機(jī)器人技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)和臨床康復(fù)醫(yī)學(xué)技術(shù)相結(jié)合而產(chǎn)生的一種輔助或替代康復(fù)理療師完成關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練的機(jī)器人自動(dòng)化裝置。

人體有眾多的關(guān)節(jié)，如髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)和腕關(guān)節(jié)等，其中踝關(guān)節(jié)是人與地面距離最近的關(guān)節(jié)，承擔(dān)著幾乎整個(gè)人的身體重量，尤其是當(dāng)人在跳躍、奔跑和身體負(fù)重的時(shí)候，踝關(guān)節(jié)承受著巨大的沖擊和載荷，人體踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)主要依據(jù)韌帶、跟腱等實(shí)現(xiàn)及限制踝關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)；依據(jù)足部構(gòu)造，人體足弓結(jié)構(gòu)對(duì)身體重力下傳和地面反彈力起著重要的緩沖震蕩的作用；依據(jù)足部功能，人體足部在站立或活動(dòng)時(shí)均起支持作用，且在活動(dòng)時(shí)不同的姿勢(shì)可以構(gòu)成不同形式的杠桿作用。

下肢助力外骨骼踝關(guān)節(jié)及足部機(jī)構(gòu)由可支撐穿戴者整個(gè)腳部的剛性板結(jié)合自由度為1、2或3的機(jī)械踝關(guān)節(jié)組成，機(jī)械踝關(guān)節(jié)各個(gè)自由度通常采用電機(jī)、液壓缸、氣缸等進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，該類足部機(jī)構(gòu)靈活性差、控制難度大、對(duì)控制系統(tǒng)要求極高、成本相對(duì)較高；一些新型踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)前后布置一對(duì)彈簧用于減少穿戴者在矢狀面踝關(guān)節(jié)受力，但彈簧固定端始終固定在足部基座上，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中拉伸彈簧或壓縮彈簧的性能不明確，且有雙向彈簧阻力，助力效果未能達(dá)到最優(yōu)。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問(wèn)題：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：提供一種用于下肢助力外骨骼的被動(dòng)儲(chǔ)能踝關(guān)節(jié)及足部機(jī)構(gòu)，該踝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)利用一個(gè)壓縮彈簧實(shí)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)踝關(guān)節(jié)被動(dòng)儲(chǔ)能及支撐能力，其足部機(jī)構(gòu)利用人體弓形足部構(gòu)造、運(yùn)動(dòng)性能、人體及外骨骼重量及慣性作用結(jié)合波浪彈簧的使用，實(shí)現(xiàn)行走過(guò)程中起到緩沖、能量的存儲(chǔ)和釋放功能，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，舒適感強(qiáng)，穿戴方便，能耗低。

技術(shù)方案：為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種用于下肢助力外骨骼的被動(dòng)儲(chǔ)能踝關(guān)節(jié)及足部機(jī)構(gòu)，其特征在于，該機(jī)構(gòu)包括踝關(guān)節(jié)單元、足側(cè)面板單元以及腳墊單元；所述踝關(guān)節(jié)單元包括小腿桿以及設(shè)置在小腿桿內(nèi)的壓縮彈簧和關(guān)節(jié)導(dǎo)桿；所述足側(cè)面板單元包括足側(cè)面板、腳墊以及波浪彈簧體，所述足側(cè)面板包括側(cè)板及底板，所述腳墊和波浪彈簧體設(shè)置在所述底板下端，在所述側(cè)板上設(shè)置有弧形面；所述小腿桿下端鉸接在所述側(cè)板上，所述關(guān)節(jié)導(dǎo)桿的下端在所述壓縮彈簧的作用下與所述弧形面接觸并沿所述弧形頂面移動(dòng)；所述腳墊單元包括鞋底，所述底板設(shè)置在所述鞋底內(nèi)，在所述鞋底還設(shè)置有用于放置所述波浪彈簧體的腔體；趾屈運(yùn)動(dòng)時(shí)，關(guān)節(jié)導(dǎo)桿下端在腳底板的弧形面最低點(diǎn)向一側(cè)運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)導(dǎo)桿上端在小腿桿內(nèi)孔內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)而壓縮壓縮彈簧，從而完成趾屈被動(dòng)儲(chǔ)能；背屈運(yùn)動(dòng)時(shí)，踝關(guān)節(jié)導(dǎo)桿上端在腳底板的弧形面最低點(diǎn)向另一側(cè)運(yùn)動(dòng)，踝關(guān)節(jié)導(dǎo)桿的上端在小腿桿內(nèi)孔內(nèi)向上運(yùn)動(dòng)而壓縮壓縮彈簧，從而完成背屈被動(dòng)儲(chǔ)能。

在所述關(guān)節(jié)導(dǎo)桿的下端設(shè)置有一滑輪，該輪滑與所述弧形頂面接觸。

所述踝關(guān)節(jié)單元包括踝關(guān)節(jié)止推固定桿以及踝關(guān)節(jié)止推桿；所述踝關(guān)節(jié)止推固定桿固定在在所述小腿桿上端，所述壓縮彈簧位于踝關(guān)節(jié)止推桿和關(guān)節(jié)導(dǎo)桿之間。

所述壓縮彈簧下端面與踝關(guān)節(jié)導(dǎo)桿上端面凸臺(tái)連接，踝關(guān)節(jié)止推桿下端面凸臺(tái)與壓縮彈簧上端面內(nèi)孔同軸心配合連接；踝關(guān)節(jié)止推桿與小腿桿內(nèi)側(cè)圓形孔同軸心配合連接，踝關(guān)節(jié)止推固定桿上外螺紋與小腿桿上端內(nèi)螺紋連接固定。