[發明專利]一種基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置

有效

• 申請號: 201810180345.8
• 申請日: 2018-03-05
• 公開（公告）號: CN108309704B
• 公開（公告）日: 2023-08-29
• 發明（設計）人: 李智軍;徐崔超;王浩;葉雯珺;康宇;尚偉偉;孫丙宇
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;B25J9/00
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮勇

本發明公開了一種基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置，包括依次連接的小腿外骨骼模塊、腳踝模塊、腳底模塊；通過鋼板彈簧和阻尼器形成緩沖儲能裝置，在行走過程中適時存儲和釋放足底與地面沖擊的能量，減少下肢外骨骼踝關節運行中的能量消耗，并具有緩沖減震的效果；鋼板彈簧的剛度可以調節，實現行走過程中的能量優化；小腿外骨骼模塊通過調節桿調節高度，能夠滿足不同人群的需要，適用性好；此外，裝置的控制方式為基于力反饋的柔順控制技術，使下肢外骨骼踝關節運行更加平穩。能夠很好的應用于康復訓練機器人，減小功耗，提高適用性，具有極大的應用價值。

技術領域

本發明涉及一種康復訓練機器人，尤其涉及一種基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置。

背景技術

穿戴式下肢外骨骼機器人可以為人們的下肢提供諸如助力、保護、身體支撐等功能，其融合了傳感、控制、信息獲取、移動計算等機器人技術，是一種能在操作者的無意識控制下完成助力行走等的功能和任務的人機一體化系統。而目前的下肢外骨骼機器人仍面臨著諸多問題。如：由于穿戴者在腳落地的瞬間會受到地面的沖擊力，而造成穿戴的舒適性較差，同時也會影響穿戴者的步態。

由于穿戴者的腳在落地瞬間的能量被釋放浪費，造成能量利用率很低，整個裝置耗能較多。目前，尚沒有能合理解決這些問題的裝置。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

本發明的基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置，包括依次連接的小腿外骨骼模塊、腳踝模塊、腳底模塊；

所述小腿外骨骼模塊包括小腿連桿一、連接電機連桿、保護連接塊、小腿連桿二、小腿保護桿、連接螺栓、小腿連桿三、調節桿、小腿連桿四、小腿綁帶裝置、阻尼器連接裝置；

所述腳踝模塊包括阻尼器、腳踝綁帶裝置、腳踝連桿；

所述腳底模塊包括足部上圍板、足底力傳感器、鋼板彈簧下壓片、鋼板彈簧上壓片、彈簧安裝板、足部下圍板、軸承端蓋、工字型連桿一、工字型連桿二、角接觸球軸承、剛度調節電機；

所述阻尼器通過所述阻尼器連接裝置與所述小腿連桿四連接，所述阻尼器與所述腳踝連桿連接，所述腳踝連桿與所述足部上圍板連接。

由上述本發明提供的技術方案可以看出，本發明實施例提供的基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置，通過鋼板彈簧和阻尼器形成緩沖儲能裝置，在行走過程中適時存儲和釋放足底與地面沖擊的能量，減少下肢外骨骼踝關節運行中的能量消耗，并具有緩沖減震的效果；通過調節桿調節高度，能夠滿足不同人群的需要，適用性好。能夠很好的應用于康復訓練機器人，減小功耗，提高適用性，具有極大的應用價值。

附圖說明

圖1為本發明實施例提供的基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置的整體結構示意圖；

圖2為本發明實施例提供的基于能量優化的下肢外骨骼踝關節裝置的軸測示意圖；

圖3為本發明實施例中高度調節裝置的結構示意圖；

圖4為本發明實施例中能量緩沖裝置的結構示意圖；

圖5為本發明實施例中腳踝底板的結構示意圖；

圖6為本發明實施例中彈簧變剛度的結構示意圖；

圖7為本發明實施例的原理示意圖；

圖8為本發明實施例的優化算法流程圖。

圖中：