[發明專利]一種輔助負重下肢外骨骼的足部裝置

有效

• 申請號: 201910012977.8
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109483522B
• 公開（公告）日: 2021-08-31
• 發明（設計）人: 張建軍;欒益鵬;李瀟;王麟;解永剛;孟令聰
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 王瑞

本發明公開了一種輔助負重下肢外骨骼的足部裝置，包括接觸板、支撐板、人體足弓機構和彈性阻尼機構；接觸板上用于與人體足部完全接觸；人體足弓機構設置在接觸板和支撐板之間，分別與接觸板和支撐板連接，用于模擬人體足弓緩沖受力；所述彈性阻尼機構安裝于支撐板的下表面，用于增加足部裝置的彈性阻尼。人體足弓機構包括彈性連接板、縱弓單元和橫弓單元；彈性連接板位于支撐板上表面的中心位置；縱弓單元縱向連接彈性連接板和支撐板，實現模擬足部縱弓；橫弓單元橫向連接彈性連接板和支撐板，實現模擬足部橫弓。解決了輔助負重下肢外骨骼的足部裝置與地面接觸產生較大沖擊、降低工作效率的問題。

技術領域

本發明涉及機器人外骨骼領域，具體是一種輔助負重下肢外骨骼的足部裝置。

背景技術

進入21世紀以來，關于仿人型機器人的科學研究己經成為機器人研究領域的熱門研究方向。世界范圍內，不同的科研機構研制了種類多樣、用途各異的仿人型機器人，并在協助或者代替人類進行生活生產上發揮著舉足輕重的作用。然而，在實際使用過程中卻伴隨著諸多問題。比如，機器人是由之前設定的程序進行操作執行，不會預判，不能夠像人類那樣遇到突發事件時候能夠隨機應變，因而很難大面積的量產投入實際使用中。為了克服這個問題，有科學家提出穿戴式機器人，可以倚托于人體肢體和關節，隨著人體運動而運動；動作上，能夠隨同人體的動作同步運動；能量上，能夠幫助人體減輕載荷，將相當部分的載荷轉移到機器人身上。在此背景下，科學界開始著力研制一款人機交互，優劣互補有效結合的外骨骼裝置，這就是下肢動力外骨骼機器人。

現有外骨骼經常在高負重情況下工作，其足部與地面接觸時會產生較大的沖擊，雙腳一定會感到疲憊，降低使用者的舒適性，無法保持速度和耐力，同時會沖擊脊柱和大腦，對健康造成損傷，并且這種沖擊會降低工作效率。目前，國內外的外骨骼的足部結構僅為一塊板，與地面接觸會產生較大沖擊，均未涉及到足部關節的舒適性研究，對于足部的設計不夠完善。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明擬解決的技術問題是，提供一種輔助負重下肢外骨骼的足部裝置。

本發明解決所述技術問題的技術方案是，提供一種輔助負重下肢外骨骼的足部裝置，其特征在于該足部裝置包括接觸板、支撐板、人體足弓機構和彈性阻尼機構；所述人體足弓機構設置在接觸板和支撐板之間，分別與接觸板和支撐板連接；所述彈性阻尼機構安裝于支撐板的下表面；

所述人體足弓機構包括彈性連接板、縱弓單元和橫弓單元；所述彈性連接板上表面與接觸板連接，位于支撐板上表面；所述縱弓單元用于縱向連接彈性連接板和支撐板；所述橫弓單元用于橫向連接彈性連接板和支撐板。

與現有技術相比，本發明有益效果在于：

(1)人體足弓機構設置在接觸板和支撐板之間，既能夠模仿人體縱弓與橫弓，緩和沖擊與振動，在受力時吸收能量，以彈性勢能的形式存儲起來并提供給下一步運動，減小人體轉矩，提高工作效率；又能夠將接觸板壓緊貼合于足底，增大足底接觸面積，減小足底壓力值，提高舒適性；

彈力板上具有凹槽，用于調整連接處的剛度。

(2)所述彈性阻尼機構安裝于支撐板的下表面，用于增加足部裝置的彈性阻尼；包括對應于人體腳趾位置的第一彈性阻尼塊、對應于人體掌跖前部位置的掌跖前部彈性阻尼塊和對應于人體足跟位置的足跟彈性阻尼塊；

掌跖前部彈性阻尼塊和足跟彈性阻尼塊均由兩個橫向均布的彈性阻尼塊組成，使得著地平穩；

彈性阻尼機構的彈力鏈用于增大支撐面積，來自支撐板的壓力由彈性阻尼塊和彈力鏈共同支撐。

(3)接觸板在行走過程中充分釋放足底的自由度，增加行走舒適度；包括四個彈性受力塊，分別模擬人體的腳趾、掌跖前部、足心和足跟的形狀，用于與人體足部完全接觸。

附圖說明

圖1為本發明一種實施例的整體結構立體示意圖；