[發明專利]助力式踝關節外骨骼

在審

• 申請號: 201910663010.6
• 申請日: 2019-07-22
• 公開（公告）號: CN112274389A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發明（設計）人: 付成龍;錢躍鵬;冷雨泉;黃冠;馬亮;朱瀚韜
• 申請（專利權）人: 南方科技大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 深圳中一聯合知識產權代理有限公司 44414
• 代理人: 李艷麗

本發明提供了一種助力式踝關節外骨骼，包括與足部鞋靴相連的腳踝穿戴組件、與小腿相連的腿部穿戴組件和助力裝置，腳踝穿戴組件通過樞軸與腿部穿戴組件轉動連接，助力裝置包括用于驅動腳踝穿戴組件與腿部穿戴組件發生相對轉動的鮑登線纜、用于帶動鮑登線纜拉伸的動力裝置和用于將動力裝置綁定于用戶腰部的腰帶；在人體行走時，動力裝置帶動鮑登線纜的鋼絲索，鋼絲索在導線套的引導下拉動腳踝穿戴組件相對于腿部穿戴組件發生轉動，以向用戶踝關節跖屈運動提供助力，輔助用戶正常行走。本發明提供的助力式踝關節外骨骼結構緊湊，體型小，重量輕，減輕用戶下肢在踝關節處的負重，對人體運動影響小，使用戶保持自然的步態正常行走。

技術領域

本發明屬于可穿戴外骨骼技術領域，更具體地說，是涉及一種助力式踝關節外骨骼。

背景技術

近年來，隨著社會老齡化人群的逐步增加，由人體自然衰老與疾病導致的肢體運動功能障礙，影響了越來越多老年人的日常生活與出行，因此針對老年人行走助力、輔助康復訓練等開發的機械助力式外骨骼得到了廣泛推廣應用。機械助力式外骨骼，可以通俗地理解成可穿戴機器人，它具有外骨骼肢體和外骨骼關節結構，外骨骼肢體由金屬等材料制造并由各外骨骼關節連接，各外骨骼關節在受到安裝在關節處的液壓裝置直接驅動作用下，外骨骼關節驅動外骨骼肢體帶動穿戴者的肢體運動，從而對老年人的行走達到良好的助力效果。

然而，當前可穿戴的外骨骼踝關節助力機器人，通常采用液壓裝置直接在人體踝關節處進行助力驅動，不僅需要具有較大的功率才能對人體的肢體運動進行助力驅動，而且結構較為復雜，體型大，重量重，導致人體下肢在踝關節處形成強烈的負重感，造成人體踝關節運動與外骨骼踝關節運動的協調性較差，難以使人體下肢保持自然的步態行走。

發明內容

本發明的目的在于提供一種助力式踝關節外骨骼，旨在解決現有技術中存在的外骨骼踝關節助力機器人，結構較為復雜，體型大，重量重，對人體正常行走狀態影響和限制大的問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是提供一種助力式踝關節外骨骼，包括用于與用戶足部鞋靴相連的腳踝穿戴組件、用于固定于用戶小腿上的腿部穿戴組件以及用于對用戶踝關節的跖屈運動提供助力的助力裝置，所述腳踝穿戴組件通過樞軸與所述腿部穿戴組件轉動連接，所述助力裝置包括用于拉動所述腳踝穿戴組件相對于所述腿部穿戴組件轉動的鮑登線纜、用于帶動所述鮑登線纜拉伸的動力裝置和用于將所述動力裝置綁定于用戶腰部的腰帶；所述鮑登線纜包括用于拉動所述腳踝穿戴組件繞所述樞軸轉動的鋼絲索和用于引導所述鋼絲索拉伸的導線套，所述導線套的頂端固定于所述動力裝置上，所述導線套的底端固定于所述腿部穿戴組件上，所述鋼絲索的一端與所述動力裝置的輸出端相連，所述鋼絲索的另一端與所述腳踝穿戴組件相連。

進一步地，所述動力裝置包括與所述腰帶相連的驅動電機和與所述驅動電機的輸出軸相連的繞線輪，所述鋼絲索的一端固定于所述繞線輪上。

進一步地，所述繞線輪的外周面上凹設有用于卷繞所述鋼絲索的繞線槽。

進一步地，所述腳踝穿戴組件包括用于固定于用戶鞋靴上的鞋底固定件和分別設置于所述鞋底固定件相對兩側的兩個轉動支撐臂，兩個所述轉動支撐臂的頂端分別通過所述樞軸與所述腿部穿戴組件轉動連接，所述鋼絲索的另一端與所述鞋底固定件相連。

進一步地，所述腿部穿戴組件包括用于穿戴并固定于用戶小腿上的腿部固定件和分別設置于所述腿部固定件相對兩側的兩個腿部支撐臂，兩個所述腿部支撐臂的底端分別通過所述樞軸與兩個所述轉動支撐臂的頂端轉動連接。

進一步地，所述樞軸的設置位置與用戶踝關節的位置相應，各所述腿部支撐臂包括下部豎直段和于所述下部豎直段的頂端朝向所述樞軸的方向彎折的上部彎折段，所述下部豎直段的底端通過所述樞軸與相應所述轉動支撐臂的頂端轉動連接，所述上部彎折段遠離所述下部豎直段的一端與所述腿部固定件固定相連。

進一步地，所述腿部固定件包括用于穿戴并支撐于人體小腿上的剛性支撐架和用于將所述剛性支撐架綁定于用戶小腿上的綁帶。