[發(fā)明專利]一種無動力下肢外骨骼機器人

有效

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• 申請日: 2020-11-03
• 公開（公告）號: CN112315748B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設計）人: 王永奉;趙國如;孔祥戰(zhàn);梅占勇
• 申請（專利權）人: 湖北理工學院
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 北京匯澤知識產(chǎn)權代理有限公司 11228
• 代理人: 張濤

本發(fā)明提供了一種無動力下肢外骨骼機器人，包括：鞋體，包括鞋面和鞋底，鞋底靠近腳跟的一端內(nèi)部設有第一空腔，鞋面上設有一通道，通道與第一空腔連通；小腿護套；踝關節(jié)離合機構，包括踝關節(jié)護套、固定盒、第一彈性件等。本發(fā)明的機器人，在使用者行走過程中，第一空腔內(nèi)的空氣經(jīng)通道、導氣管對密封腔室進行充氣，進而推動滑塊與單向齒狀棒；在擺動相中期至支撐相初期，踝關節(jié)背伸，變剛度彈簧被拉伸，單向齒狀棒向下運動，進行存儲踝關節(jié)步態(tài)能量；在變剛度彈簧的收縮作用下，經(jīng)單向齒狀棒拉動踝關節(jié)做趾屈運動，協(xié)助人體進行步態(tài)行走，如此可最大限度利用步態(tài)過程中的能量，以提升步態(tài)能量的利用效率，降低人體行走過程中的代謝能耗。

技術領域

本發(fā)明涉及康復機器人技術領域，尤其涉及一種無動力下肢外骨骼機器人。

背景技術

無動力下肢外骨骼以步態(tài)能量作為能量源，實現(xiàn)人體低代謝能耗、高自適應、持續(xù)穩(wěn)定行走。現(xiàn)有技術公開了一種無動力儲能式截癱助行外骨骼，該裝置能夠為不同身高、體重和損傷情況的截癱患者提供精準化助行，但其儲能彈簧剛度為固定值，需要對不同使用者開展彈簧剛度參數(shù)優(yōu)化設計。現(xiàn)有技術還公開了一種無動力下肢外骨骼機器人，它包括從上至下依次連接的腰部、大腿、膝關節(jié)、小腿及足部，腰部提供了給滑輪轉(zhuǎn)動的滑軌，提高運動的靈活性，其腰部具有3個自由度，可以保證用戶穿戴無動力下肢外骨骼機器人的運動靈活性，膝關節(jié)采用的偏心塊結(jié)構設計可以在人體穿戴外骨骼站立時形成自鎖，保護人體的膝關節(jié)。現(xiàn)有技術還公開了一種被動膝踝關節(jié)耦合下肢外骨骼，包括下肢穿戴機構、儲能機構和控制機構,將人體下肢膝關節(jié)和踝關節(jié)進行耦合，通過對膝、踝關節(jié)能量的收集、儲存和釋放，在無需外部能量輸入的情況下，助力人體行走。

然而，目前的無動力下肢外骨骼的主流是采用剛性彈性元件進行單關節(jié)助力，不能最大程度利用步態(tài)過程中的能量。基于此，有必要對現(xiàn)有技術進行改進。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出了一種無動力下肢外骨骼機器人，以解決現(xiàn)有技術存在的技術缺陷。

本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的：本發(fā)明提供了一種無動力下肢外骨骼機器人，包括：

鞋體，其包括鞋面和鞋底，所述鞋面設于所述鞋底上，所述鞋底靠近腳跟的

一端內(nèi)部設有第一空腔，所述鞋面上設有一通道，所述通道與所述第一空腔連通；

小腿護套，其與人體小腿相適配；

踝關節(jié)離合機構，其包括踝關節(jié)護套、固定盒、第一彈性件、滑塊、導氣管、

單向齒狀棒和變剛度彈簧，所述固定盒設置在踝關節(jié)護套一側(cè)，所述滑塊滑動設置在固定盒內(nèi)，所述滑塊一側(cè)與固定盒之間形成一密封腔室，所述第一彈性件設置在密封腔室內(nèi)且一端與所述滑塊一側(cè)連接，所述導氣管上端與所述密封腔室連通、下端與所述通道連通，所述變剛度彈簧上端與所述小腿護套連接、下端與所述單向齒狀棒上端連接，所述單向齒狀棒下端穿過所述固定盒并與所述鞋面連接，所述滑塊另一側(cè)與所述單向齒狀棒嚙合，所述滑塊的兩側(cè)分別設置凸塊，在所述固定盒內(nèi)壁對應位置設置有滑槽，所述凸塊可在所述滑槽內(nèi)滑動，在使用時，在使用者行走過程中，腳跟著地，此時腳跟下壓所述鞋底的第一空腔，所述第一空腔內(nèi)的空氣經(jīng)所述通道、所述導氣管對所述密封腔室進行充氣，進而推動所述滑塊與所述單向齒狀棒嚙合；在擺動相中期至支撐相初期，踝關節(jié)背伸，所述變剛度彈簧被拉伸，所述單向齒狀棒向下運動；在支撐相中期，腳跟離地，所述第一空腔內(nèi)的壓力減小，所述第一彈性件復位并拉動所述滑塊與所述單向齒狀棒脫離嚙合；在所述變剛度彈簧的收縮作用下，經(jīng)所述單向齒狀棒拉動踝關節(jié)做趾屈運動，協(xié)助人體進行步態(tài)行走。

可選的，所述的無動力下肢外骨骼機器人，還包括：

齒輪環(huán)套，對稱安裝在所述鞋面對應踝關節(jié)轉(zhuǎn)動中心處；

連接板，一端與所述齒輪環(huán)套外側(cè)連接、另一端與所述踝關節(jié)護套連接。

可選的，所述的無動力下肢外骨骼機器人，還包括：