[發明專利]一種基于繩傳動的可穿戴式柔性踝關節助力機構

在審

• 申請號: 202010036200.8
• 申請日: 2020-01-14
• 公開（公告）號: CN111150605A
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發明（設計）人: 陳殿生;幸克帆
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61B5/11
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開一種基于繩傳動的可穿戴式柔性踝關節助力機構，該機構主要包括了繩傳動機械模塊，彈簧回復模塊，足部穿戴模塊和小腿穿戴模塊四個模塊。其中，繩傳動機械模塊提供驅動力，通過繩索拉動腳部，完成背屈運動；彈簧回復模塊提供彈性勢能，彌補繩傳動不能反向驅動的缺點，提供踝關節跖屈的彈簧拉力；足部穿戴模塊主要是集成壓力傳感器，傾角傳感器和一體式鞋墊；小腿穿戴模塊主要是將繩傳動模塊和彈簧模塊束縛到小腿上。該穿戴機構利用舵機驅動柔性繩傳動于足部前端輔助踝關節背屈運動，同時結合拉力彈簧于足部后跟處輔助跖屈運動。本發明將柔性繩傳動技術和柔性穿戴引入到踝關節助力領域，整體結構緊湊，穿戴方便且舒適，滿足了踝關節運動障礙患者的行走助力需求。

技術領域

本發明屬于助老助殘機器人技術領域，設計一種基于繩傳動的可穿戴式柔性踝關節助力機構。

背景技術

踝關節是連接腿部和腳部的重要關節，為整個人體提供支撐和移動，容易發生損傷；針對踝關節運動障礙患者和部分功能退化老人的踝關節助力顯得極為重要；機器人技術在踝關節助力領域的應用從并聯式機構到剛性助力機器人，最后向柔性助力方向發展。

本發明通過對踝關節助力需求進行分析，開展了踝關節助力機器人原理樣機的研制工作；本發明將柔性繩傳動技術和柔性穿戴引入到踝關節助力領域，設計了一種基于繩傳動的可穿戴式柔性踝關節助力機構。

發明內容

本發明設計了一種基于繩傳動的可穿戴式柔性踝關節助力機構，將柔性繩傳動技術和柔性穿戴引入到踝關節助力領域，以解決上述背景技術中提到的問題。

本發明的結構利用舵機驅動柔性繩傳動于足部前端輔助踝關節背屈運動，同時結合拉力彈簧于足部后跟處輔助跖屈運動。

為實現上述目的，本發明提供如下技術方案；設計一種基于繩傳動的可穿戴式柔性踝關節助力機構，其包括了繩傳動機械模塊，彈簧回復模塊，足部穿戴模塊和小腿穿戴模塊四個模塊，通過舵機驅動柔性繩拉動足部穿戴模塊實現足部的背屈運動，再通過彈簧回復模塊拉動回復實現足部的跖屈運動。

作為發明進一步的方案，所述的繩傳動機械模塊，其特征在于搭載了驅動舵機和傳動裝置，是所有模塊的動力源，具有很重要的作用。

作為發明進一步的方案，所述的傳動裝置，其特征在于由連接板，繞線盤和卡線滑輪等組成，其中連接板起到連接舵機與繞線盤等的作用，同時在后方設計有縫槽，是為了插入魔術貼帶，再與小腿穿戴模塊相連接。

作為發明進一步的方案，所述的足部穿戴模塊，其特征在于由一體式鞋墊和可穿戴鞋部分組成，是傳動結構，將驅動舵機的拉力傳動到腳部，拉動腳部進行背屈運動，同時也是患者穿戴到腳上的柔性穿戴部分。

作為發明進一步的方案，所述的一體式鞋墊，其特征在于集傳感與穿戴為一體的末端執行機構，起到了輔助腳部運動和實時檢測踝關節信息等作用。

作為發明進一步的方案，所述的一體式鞋墊，其特征在于是一種三層式的一體式鞋墊，該三層結構由上到下分別是上層柔性鞋墊，中間層結構件和下層柔性鞋墊，它們之間通過雙面扣鉚釘進行連接。

作為發明進一步的方案，所述的中間層結構件，其特征在于由中間層前端結構和中間層后端結構組成，另外還要安裝分布式傳感器；中間層前端的是起到繩索的連接作用，繩傳動繩索最終作用點應該位于鞋墊側面兩端，而該中間層前端就是確定了繩索末端作用點，位于該結構的兩側最外側的小孔處，其它的孔是為了雙面扣鉚釘鉚合的作用孔；中間層后端的主要作用是連接彈簧末端，起到連接作用和承受力的作用，其他孔也是為了雙面扣鉚釘鉚合的作用孔；其材料為3D打印PLA材料作為兩個結構件材料。

作為發明進一步的方案，所述的彈簧回復模塊，其特征在于主要由拉力彈簧和連接裝置構成，能在背屈階段儲存彈性勢能，在跖屈階段靠彈力輔助跖屈。彈簧的儲能階段主要是來自于支撐相人身體前傾的過程和擺動相舵機拉動繩索輔助背屈的過程。