[發明專利]一種基于雙絞線驅動的張拉柔性踝關節穿戴助力設備

有效

• 申請號: 202011251382.7
• 申請日: 2020-11-10
• 公開（公告）號: CN112370314B
• 公開（公告）日: 2021-11-19
• 發明（設計）人: 魏敦文;高濤;張志超;周吳;于慧君
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 成都弘毅天承知識產權代理有限公司 51230
• 代理人: 馬林中

本發明提供一種基于雙絞線驅動的張拉柔性踝關節穿戴助力設備，包括腳部支撐板、利用軟體材料和剛性原件制成的柔性關節、與柔性關節相連的腳踝穿戴組件、驅動踝關節運動的絞線驅動部分，柔性關節由全部封裝在軟體材料內的限位桿和部分封裝在軟體材料內的剛性連接件組成，而絞線驅動部分由電機、齒輪傳動系統、雙絞線組成，本踝關節助力機構通過電機帶動兩根細線相互扭轉，預先絞制成雙螺旋結構，通過所絞的松緊程度實現類似于肌肉的拉伸和舒張運動，進而輔助穿戴者進行行走，本發明通過特制的柔性關節能實現背屈跖屈和內旋外旋方向上的自由運動，通過一個電機驅動兩側的雙絞線結構同時實現雙側的拉伸和舒張功能，并且能提供踝關節的安全保護功能。

技術領域

本發明涉及輔助行走領域，具體是指一種基于雙絞線驅動的張拉柔性穿戴助力設備。

背景技術

踝關節是連接腿部和腳部的重要關節，也是人行走過程中為身體提供支撐和移動的關鍵部位，由于踝關節是日常活動中使用頻率最高的關節，因此對比其他關節更容易發生損傷，現有的可穿戴式輔助行走設備可以分為有源助力設備和無源助力設備兩大類，其中無源助力設備主要由各種彈性元件組成，質量輕，但是只能適應固定幾種步態，并且助力效果不如有源式效果明顯，而有源式助力設備由于引入了驅動器導致整體結構重量上升，增加使用者負擔。由于大部分有源式助力設備采用電機作為動力設備，同時需要大減速比的減速裝置進行驅動力的放大，導致可穿戴的設備尺寸較大，也不利于使用者移動，雖然一部分助力設備將驅動器與使用者分離，外置于地面上，但這種分離式的有源助力設備限制了使用者的活動范圍。

并且無論是有源式設備還是無源式設備，大多數可穿戴設備都只實現了踝關節的背屈方向上的自由度，限制了其他方向上的運動，一方面人體踝關節具有十分復雜的運動形式，在行走時也伴隨有其他方向上的運動，絕不是單一自由度運動的形式；另一方面，由于穿戴設備的關節運動瞬心與人體踝關節的運動瞬心無法完全重合，存在一定的偏差，這就導致使用者在行走時具有一定的不適感，無法達到更好的助力效果。

由上述現有的各類踝關節助力設備可知，如何提供更大的單位質量的驅動力的同時減輕使用者的不適感漸漸成為輔助行走領域中亟待解決的問題之一。

發明內容

本發明提供一種基于雙絞線驅動的張拉柔性踝關節穿戴助力設備，該助力設備將雙絞線引入踝關節助力機構，以解決采用電機驅動時需要搭配大減速比系統引起的質量和尺寸偏大的問題，搭配特制的柔性關節，能減輕由對心不齊所帶來的不適感，以解決上述背景技術中所提到的問題

一種基于雙絞線驅動的張拉柔性踝關節穿戴助力設備，包括腳部支撐板、柔性關節、腳踝穿戴組件，所述柔性關節下端與腳踝穿戴組件相連，所述柔性關節上端與絞線驅動部分相連，所述腳部支撐板與穿戴者的足部通過綁帶固定連接，所述腳部支撐板和萬向鉸軸承連接。

進一步地，所述絞線驅動部分包括電機固定板，所述電機固定板上安裝電機，所述電機下端連接聯軸器，所述聯軸器與主動軸相連，所述主動軸上固定連接有齒輪II，所述主動軸固連有絞線環II，所述齒輪II與齒輪I嚙合連接，所述齒輪I通過小軸承座與從動軸連接，所述齒輪I下端固定有大軸承座一端，所述大軸承座另一端連接絞線環I。

進一步地，所述柔性關節包括足部連接板，所述足部連接板與小腿連接板通過軟體材料連接，所述軟體材料中設置有彈性限位桿I和彈性限位桿II，所述小腿連接板通過兩顆螺栓與小腿固定板固連。

進一步地，所述小腿固定板上兩側設置有綁帶IV和綁帶V。

進一步地，所述絞線驅動部分末端與雙絞線一端連接，所述雙絞線另一端固定于腳部支撐板上的勾環之中。

進一步地，所述腳部支撐板在腳背部分設置有綁帶II和綁帶III，所述腳部支撐板在腳后跟部位設置有綁帶I。