專利名稱：一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種踝關節(jié)運動助力裝置，具體涉及一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置。
背景技術：
行走助力裝置是近年來興起的一種新的研究領域，該助力裝置能夠增強人體下肢的力量，可以為老年人、殘疾人、士兵和消防員等提供增強行走能力的服務，由于人體結構的限制，現(xiàn)有的三自由度穿戴式踝關節(jié)助力裝置存在如下缺點1.通常把旋內(nèi)或旋外轉軸設置在小腿后面，與人體踝關節(jié)旋內(nèi)或旋外轉軸平行，但不重合，運動中會出現(xiàn)干涉問題，給使用者帶來了不便。2.現(xiàn)有的助力裝置在使用時需要攜帶大量的能源，不但給使用者帶來了負擔，而且即使攜帶了大量的能源，還存在連續(xù)工作時間短和浪費能源的問題。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為 了解決現(xiàn)有的助力裝置存在易干涉、連續(xù)工作時間短和浪費能源的問題，進而提供一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置。本發(fā)明的技術方案是一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置包括前腳掌、后腳掌和鞋底，前腳掌和后腳掌相鄰端可轉動連接，鞋底固裝在后腳掌底端面后部，所述踝關節(jié)運動助力裝置還包括驅動電機、減速器、離合器、儲能機構、外展或內(nèi)收關節(jié)、運動鋼絲繩、扭簧、外環(huán)架、內(nèi)環(huán)架、兩組導軌、多個滑槽、趾屈或背屈關節(jié)和旋內(nèi)或旋外固定套，外展或內(nèi)收關節(jié)的一端通過趾屈或背屈關節(jié)可轉動連接在后腳掌的上端，且外展或內(nèi)收關節(jié)與后腳掌的上端之間設有扭簧，外展或內(nèi)收關節(jié)的另一端上端設有儲能機構，儲能機構的下端與外展或內(nèi)收關節(jié)的另一端之間通過運動鋼絲繩連接，儲能機構的上端由下至上依次設有離合器、減速器和驅動電機，外環(huán)架固裝在離合器和減速器的外圈上，且外環(huán)架位于前腳掌和后腳掌的正上方，內(nèi)環(huán)架設置在外環(huán)架內(nèi)，內(nèi)環(huán)架的上部和下部分別設有一組導軌，旋內(nèi)或旋外固定套設置在內(nèi)環(huán)架的上端，外環(huán)架的內(nèi)壁上分別設有多個與導軌相匹配的滑槽。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下效果1.本發(fā)明設有外展或內(nèi)收關節(jié)、趾屈或背屈關節(jié)和旋內(nèi)或旋外固定套三個轉動自由度，工作時，人的小腿只需穿過內(nèi)環(huán)架，實現(xiàn)了該助力裝置的三個轉軸都穿過了人體踝關節(jié)轉動中心，有效的避免了運動中出現(xiàn)干涉的問題。2.本發(fā)明能夠方便地穿戴在人身上，依靠驅動電機為人體行走時在踝關節(jié)處提供助力，并能充分地利用人體行走時的勢能和動能轉換進行儲能，提高了能源的利用率，來達到節(jié)省體能或助老助殘的效果。3.本發(fā)明結構簡單，生產(chǎn)制造容易，成本低廉。
圖1是本發(fā)明的軸測圖，圖2是圖1主視圖的結構示意圖。
具體實施例方式具體實施方式
一結合圖1和圖2說明本實施方式，本實施方式的一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置包括前腳掌1、后腳掌2和鞋底3，前腳掌I和后腳掌2相鄰端可轉動連接，鞋底3固裝在后腳掌2底端面后部，所述踝關節(jié)運動助力裝置還包括驅動電機4、減速器5、離合器6、儲能機構7、外展或內(nèi)收關節(jié)8、運動鋼絲繩9、扭簧10、外環(huán)架11、內(nèi)環(huán)架15、兩組導軌13、多個滑槽12、趾屈或背屈關節(jié)22和旋內(nèi)或旋外固定套23，外展或內(nèi)收關節(jié)8的一端通過趾屈或背屈關節(jié)22可轉動連接在后腳掌2的上端，且外展或內(nèi)收關節(jié)8與后腳掌2的上端之間設有扭簧10，外展或內(nèi)收關節(jié)8的另一端上端設有儲能機構7，儲能機構7的下端與外展或內(nèi)收關節(jié)8的另一端之間通過運動鋼絲繩9連接，儲能機構7的上端由下至上依次設有離合器6、減速器5和驅動電機4，外環(huán)架11固裝在離合器6和減速器5的外圈上，且外環(huán)架11位于前腳掌I和后腳掌2的正上方，內(nèi)環(huán)架15設置在外環(huán)架11內(nèi)，內(nèi)環(huán)架15的上部和下部分別設有一組導軌13，旋內(nèi)或旋外固定套23設置在內(nèi)環(huán)架15的上端，夕卜環(huán)架11的內(nèi)壁上分別設有多個與導軌13相匹配的滑槽12。
具體實施方式
二 結合圖1說明本實施方式，本實施方式的外環(huán)架11包括第一外環(huán)架和第二外環(huán)架，第一外環(huán)架和第二外環(huán)架相互扣合。如此設置，便于穿著。其它組成和連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三結合圖1說明本實施方式，本實施方式的踝關節(jié)運動助力裝置還包括鎖扣14，外環(huán)架11的第一外環(huán)架和第二外環(huán)架之間通過鎖扣14相互扣合。如此設置，鎖緊更加牢固，使用安全性高。其它組成和連接關系與具體實施方式
二相同。
具體實施方式
四結合圖1說明本實施方式，本實施方式的鞋底3為彈性緩沖鞋底。如此設置，增加腳跟與地面的摩擦力，落地更加平穩(wěn)。其它組成和連接關系與具體實施方式
三相同。
具體實施方式
五結合圖1說明本實施方式，本實施方式的彈性緩沖鞋底為橡膠鞋底或牛津鞋底。如此設置，落地效果為最佳。其它組成和連接關系與具體實施方式
四相同。
具體實施方式
六結合圖1說明本實施方式，本實施方式的扭簧10的一端固定在外展或內(nèi)收關節(jié)8上，扭簧10的另一端懸置在后腳掌2上部內(nèi)壁。如此設置，避免腳被抬起時腳尖在重力作用下下垂而影響腳的著地。避免對不同行走步態(tài)的不同時段產(chǎn)生不利的影響。其它組成和連接關系與具體實施方式
一或五相同。
具體實施方式
七結合圖2說明本實施方式，本實施方式的儲能機構7包括滾珠絲杠16、螺母17、彈簧18、第一滾輪19、第二滾輪20和殼體21,殼體21設置在離合器6與外展或內(nèi)收關節(jié)8之間，滾珠絲杠16的一端與離合器6連接，滾珠絲杠16的另一端伸入到殼體21內(nèi)，螺母17設置在滾珠絲杠16上，彈簧18設置在滾珠絲杠16的一側，且彈簧18的上端與螺母17的下端相抵，第一滾輪19和第二滾輪20由上至下依次設置在滾珠絲杠16的另一側，運動鋼絲繩9的一端與螺母17的下端固接，運動鋼絲繩9的另一端依次繞過第一滾輪19和第二滾輪20與后腳掌2的后端 固接。如此設置，能在驅動電機需要出力時釋放能量，幫助驅動電機出力，達到增加驅動電機輸出力矩以及提高能源利用率的目的。其它組成和連接關系與具體實施方式
六相同。
具體實施方式
八結合圖1說明本實施方式，本實施方式的前腳掌I的下端設有防滑紋。如此設置，增加落地時的穩(wěn)定性。其它組成和連接關系與具體實施方式
七相同。本發(fā)明的工作過程對其中的一條腿來看，把人的一個步態(tài)周期劃分為A、B、C三個階段。A階段在人體自身重力的作用下小腿與腳底的夾角變小，這一階段踝關節(jié)不需要主動力，使離合器處于分離狀態(tài)，這時滾珠絲杠是自由的。夾角變小，鋼絲拉動螺母下降，該滾珠絲杠沒有自鎖性，跟隨螺母轉動，同時螺母壓縮彈簧，這一過程實質是利用彈簧抵抗重力，同時把降低的勢能儲存起來。B階段這一階段需要腳蹬踏地面使人的中心升高并前移，即讓夾角變小，這時使離合器結合，電機帶動滾珠絲杠，絲杠帶動螺母上升，螺母通過鋼絲繩拉起腳后跟，同時處于壓縮狀態(tài)的彈簧對螺母有推動作用，把貯存的彈性勢能釋放。蹬地的一瞬間需要很大的瞬間驅動力，這一時刻鋼絲繩上的拉力等于電機的輸出力加上彈簧的推力，這等于變向地增大了電機的驅動力，同時提供了了額外的能量，具有降低能耗的作用。C階段這一階段腳處于騰空狀態(tài)，不需要驅動力，使離合器分離。另外，彈性腳底板·具有一定的儲能和緩沖的作用，腳著地時腳后跟先與地面接觸，該結構首先可以起到緩沖的作用，同時可以把一部分動能儲存起來，在腳離地的時刻可以幫助腳后跟抬離地面。
權利要求
1.一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，它包括前腳掌(I)、后腳掌(2)和鞋底(3)，前腳掌⑴和后腳掌⑵相鄰端可轉動連接，鞋底⑶固裝在后腳掌⑵底端面后部，其特征在于所述踝關節(jié)運動助力裝置還包括驅動電機(4)、減速器(5)、離合器(6)、儲能機構(7)、外展或內(nèi)收關節(jié)(8)、運動鋼絲繩(9)、扭簧(10)、外環(huán)架(11)、內(nèi)環(huán)架(15)、兩組導軌(13)、多個滑槽(12)、趾屈或背屈關節(jié)(22)和旋內(nèi)或旋外固定套(23)，外展或內(nèi)收關節(jié)(8)的一端通過趾屈或背屈關節(jié)(22)可轉動連接在后腳掌(2)的上端，且外展或內(nèi)收關節(jié)(8)與后腳掌(2)的上端之間設有扭簧(10)，外展或內(nèi)收關節(jié)(8)的另一端上端設有儲能機構(7)，儲能機構(7)的下端與外展或內(nèi)收關節(jié)(8)的另一端之間通過運動鋼絲繩(9)連接，儲能機構(7)的上端由下至上依次設有離合器￠)、減速器(5)和驅動電機(4)，外環(huán)架 (11)固裝在離合器(6)和減速器(5)的外圈上，且外環(huán)架(11)位于前腳掌(I)和后腳掌(2)的正上方，內(nèi)環(huán)架(15)設置在外環(huán)架(11)內(nèi)，內(nèi)環(huán)架(15)的上部和下部分別設有一組導軌(13)，旋內(nèi)或旋外固定套(23)設置在內(nèi)環(huán)架(15)的上端，外環(huán)架(11)的內(nèi)壁上分別設有多個與導軌(13)相匹配的滑槽(12)。
2.根據(jù)權利要求1所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述外環(huán)架 (11)包括第一外環(huán)架和第二外環(huán)架，第一外環(huán)架和第二外環(huán)架相互扣合。
3.根據(jù)權利要求2所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述踝關節(jié)運動助力裝置還包括鎖扣(14)，外環(huán)架(11)的第一外環(huán)架和第二外環(huán)架之間通過鎖扣 (14)相互扣合。
4.根據(jù)權利要求1或3所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述鞋底(3)為彈性緩沖鞋底。
5.根據(jù)權利要求4所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述彈性緩沖鞋底為橡膠鞋底或牛津鞋底。
6.根據(jù)權利要求5所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述扭簧 (10)的一端固定在外展或內(nèi)收關節(jié)(8)上，扭簧(10)的另一端懸置在后腳掌(2)上部內(nèi)壁。
7.根據(jù)權利要求1或6所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述儲能機構(7)包括滾珠絲杠(16)、螺母(17)、彈簧(18)、第一滾輪(19)、第二滾輪(20)和殼體(21)，殼體(21)設置在離合器￠)與外展或內(nèi)收關節(jié)(8)之間，滾珠絲杠(16)的一端與離合器(6)連接，滾珠絲杠(16)的另一端伸入到殼體(21)內(nèi)，螺母(17)設置在滾珠絲杠(16)上，彈簧(18)設置在滾珠絲杠(16)的一側，且彈簧(18)的上端與螺母(17)的下端相抵，第一滾輪(19)和第二滾輪(20)由上至下依次設置在滾珠絲杠(16)的另一側，運動鋼絲繩(9)的一端與螺母(17)的下端固接，運動鋼絲繩(9)的另一端依次繞過第一滾輪 (19)和第二滾輪(20)與后腳掌(2)的后端固接。
8.根據(jù)權利要求7所述一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，其特征在于所述前腳掌(I)的下端設有防滑紋。
全文摘要
一種準被動式踝關節(jié)運動助力裝置，它涉及一種踝關節(jié)運動助力裝置。本發(fā)明一是為了解決現(xiàn)有的助力裝置存在易干涉、連續(xù)工作時間短和浪費能源的問題。本發(fā)明的前腳掌和后腳掌可轉動連接，鞋底固裝在后腳掌底端面后部，外展或內(nèi)收關節(jié)的一端通過可轉動連接在后腳掌的上端，外展或內(nèi)收關節(jié)的另一端上端設有儲能機構，儲能機構的下端與外展或內(nèi)收關節(jié)的另一端之間通過運動鋼絲繩連接，儲能機構的上端依次設有離合器、減速器和驅動電機，外環(huán)架固裝在外圈上，內(nèi)環(huán)架設置在外環(huán)架內(nèi)，內(nèi)環(huán)架的上部和下部分別設有一組導軌，旋內(nèi)或旋外固定套設置在內(nèi)環(huán)架的上端，外環(huán)架的內(nèi)壁上分別設有多個與導軌相匹配的滑槽。本發(fā)明適用于踝關節(jié)助力。
文檔編號A61H3/00GK103040594SQ20131002692
公開日2013年4月17日 申請日期2013年1月24日 優(yōu)先權日2013年1月24日
發(fā)明者趙杰, 朱延河, 樊繼壯, 金弘哲 申請人:哈爾濱工業(yè)大學