本技術(shù)屬于足踝助力與訓(xùn)練裝置領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于足踝協(xié)同助力與訓(xùn)練的仿生外肌腱裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、踝關(guān)節(jié)運(yùn)動輔助裝置能提高人體運(yùn)動能力，減少代謝能，也可對踝關(guān)節(jié)進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，加快受損組織的愈合和康復(fù)進(jìn)程，因此需要采用足踝助力與訓(xùn)練裝置，幫助提高運(yùn)動性能和踝關(guān)節(jié)康復(fù)訓(xùn)練。

2、現(xiàn)有的足踝助力與訓(xùn)練裝置大多僅限于能夠?qū)︴钻P(guān)節(jié)控制，如踝關(guān)節(jié)外骨骼主要針對踝關(guān)節(jié)的跖屈運(yùn)動提供輔助，重點(diǎn)是提高步態(tài)穩(wěn)定性和降低能耗。然而，隨著對運(yùn)動性能要求的進(jìn)一步提升，以及患者運(yùn)動康復(fù)或運(yùn)動矯形需求的增加，單一維度的運(yùn)動輔助已經(jīng)無法滿足復(fù)雜的運(yùn)動與康復(fù)場景需求，亟需設(shè)計一種能夠多維運(yùn)動控制的足踝助力與訓(xùn)練裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本技術(shù)提供了一種用于足踝協(xié)同助力與訓(xùn)練的仿生外肌腱裝置及方法，旨在解決現(xiàn)有的足踝訓(xùn)練裝置實(shí)現(xiàn)單一維度的運(yùn)動輔助，導(dǎo)致助力與康復(fù)訓(xùn)練的效果較差，延長踝關(guān)節(jié)康復(fù)的時間的問題。

2、本技術(shù)提供的一種用于足踝協(xié)同助力與訓(xùn)練的仿生外肌腱裝置，具體包括前腳掌護(hù)套、后腳跟護(hù)套、小腿護(hù)套、外肌腱繩組、限位機(jī)構(gòu)和動力機(jī)構(gòu)；所述外肌腱繩組包括兩根第一外肌腱繩和一根第二外肌腱繩，兩根所述第一外肌腱繩的一端分別與所述前腳掌綁帶的底部兩側(cè)連接，且第一外肌腱繩平行于腳掌到達(dá)腳后跟，并向上引出依次穿過后腳跟護(hù)套和小腿護(hù)套后側(cè)的導(dǎo)向孔后與動力機(jī)構(gòu)的輸出端固定連接；所述第二外肌腱繩的一端連接于所述前腳掌綁帶的頂部，且第二外肌腱繩穿過小腿護(hù)套前側(cè)的導(dǎo)向孔后與動力機(jī)構(gòu)的輸出端固定連接；所述動力機(jī)構(gòu)拉動任意一個第一外肌腱繩或第二外肌腱繩或同時拉動兩個所述第一外肌腱繩以拉動所述前腳掌護(hù)套帶動足踝運(yùn)動；所述第一外肌腱繩和第二外肌腱繩上均設(shè)置有限位機(jī)構(gòu)，所述限位機(jī)構(gòu)用于限制第一外肌腱繩或第二外肌腱繩的起點(diǎn)到限位機(jī)構(gòu)之間的繩子移動最大長度。

3、通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，由于本技術(shù)采用動力機(jī)構(gòu)拉動第一外肌腱繩和第二外肌腱繩的設(shè)計，能夠?qū)崿F(xiàn)足部與踝關(guān)節(jié)的多維運(yùn)動控制，確保足踝在內(nèi)翻、外翻、跖屈、背屈等多個方向上的穩(wěn)定運(yùn)動，該方式提供了高效的力學(xué)傳導(dǎo)，確保足部和踝關(guān)節(jié)在運(yùn)動中的穩(wěn)定性和靈活性，適用于足踝康復(fù)及運(yùn)動輔助，通過足踝的協(xié)同運(yùn)動，改善步態(tài)穩(wěn)定性，提升舒適性和運(yùn)動效率，能夠取得提高助力與康復(fù)訓(xùn)練的效果，縮短踝關(guān)節(jié)康復(fù)時間的有益效果；同時通過限位機(jī)構(gòu)的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了足部與踝關(guān)節(jié)的分級控制，能夠根據(jù)患者的不同康復(fù)階段進(jìn)行個性化調(diào)整，有效避免腳趾區(qū)域的過度受力，同時確保足部和踝關(guān)節(jié)的自然運(yùn)動，進(jìn)一步提升康復(fù)訓(xùn)練的效果。

4、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，兩個所述第一外肌腱繩位于所述前腳掌護(hù)套和后腳跟護(hù)套之間的部位呈交叉設(shè)置。

5、通過采用上述技術(shù)方案，兩個第一外肌腱繩交叉設(shè)置，當(dāng)任意一個第一外肌腱繩被拉動時，能夠?qū)ψ愕椎臋M向和縱向足弓產(chǎn)生擠壓作用，增強(qiáng)足部的剛度，從而改善足部的支撐能力和穩(wěn)定性，該功能特別適用于需要足弓矯正的助力與康復(fù)場景，有助于提升足部承載能力，適應(yīng)不同的運(yùn)動需求。

6、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述后腳跟護(hù)套上開設(shè)有兩個沿豎直方向設(shè)置且相互平行的第一導(dǎo)向孔，所述小腿護(hù)套上開設(shè)有兩個沿豎直方向設(shè)置且相互平行的第二導(dǎo)向孔，所述第一外肌腱繩依次穿過同一側(cè)的第一導(dǎo)向孔和第二導(dǎo)向孔后與所述動力機(jī)構(gòu)連接。

7、通過采用上述技術(shù)方案，第一外肌腱繩穿過后腳跟護(hù)套上的第一導(dǎo)向孔和同一側(cè)小腿護(hù)套上的第二導(dǎo)向孔，使其布設(shè)整齊，再拉動時更為穩(wěn)定，避免造成相互干涉。

8、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，兩個所述第一外肌腱繩上交叉設(shè)置的部位均套設(shè)有防磨套。

9、通過采用上述技術(shù)方案，采用防磨套對第一外肌腱繩進(jìn)行保護(hù)，避免兩個第一外肌腱繩相互運(yùn)動，多次磨損后影響使用壽命。

10、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述限位機(jī)構(gòu)在所述第一外肌腱繩或第二外肌腱繩移動后與后腳跟護(hù)套或小腿護(hù)套抵接，通過調(diào)節(jié)限位機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)足底張力與踝關(guān)節(jié)輔助力的分級控制。

11、通過采用上述技術(shù)方案，調(diào)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，能夠?qū)ψ悴亢王钻P(guān)節(jié)的受力進(jìn)行分別調(diào)節(jié)，當(dāng)拉動第一外肌腱繩后限位機(jī)構(gòu)與后腳跟護(hù)套抵接，使得施加于足底的最大輔助力fa，當(dāng)外肌腱繩施加的力小于等于fa時，足部和踝關(guān)節(jié)的受力相同；當(dāng)施力大于fa時，腳部的受力被限制為fa，即外肌腱給予足底的最大張力，剩余的力由踝關(guān)節(jié)承擔(dān)，當(dāng)拉動第一外肌腱繩后使限位機(jī)構(gòu)與小腿綁帶抵接，能夠限制踝關(guān)節(jié)跖屈的極限位置，采用分級控制機(jī)制，有效地分配了足底平面的力和踝關(guān)節(jié)的輔助力，從而實(shí)現(xiàn)足踝協(xié)同運(yùn)動的支持，促進(jìn)足底固有肌肉的助力與訓(xùn)練，有助于提升足部的運(yùn)動和支撐能力。當(dāng)拉動第二外肌腱繩后使限位機(jī)構(gòu)與小腿綁帶抵接，能夠限制踝關(guān)節(jié)背屈極限位置。

12、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述限位機(jī)構(gòu)包括限位套和螺紋鎖緊件，所述限位套套設(shè)于所述第一外肌腱繩或第二外肌腱繩上，所述螺紋鎖緊件螺紋連接于對應(yīng)的所述限位套上且轉(zhuǎn)動螺紋鎖緊件能夠與所述第一外肌腱繩或第二外肌腱繩抵接。

13、通過采用上述技術(shù)方案，滑動限位套調(diào)節(jié)其在外肌腱繩上的位置，并通過轉(zhuǎn)動螺紋鎖緊件與外肌腱繩進(jìn)行抵接，從而使限位套的位置固定，操作方便快捷，便于調(diào)節(jié)限位套的位置。

14、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述第一外肌腱繩或第二外肌腱繩的一端與所述前腳掌護(hù)套之間為固定連接。

15、通過采用上述技術(shù)方案，裝置整體性更好，便于儲存和攜帶，同時第一外肌腱繩或第二外肌腱繩拉動前腳掌護(hù)套時更為穩(wěn)定。

16、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述后腳跟護(hù)套上還設(shè)有用于固定腳部和后腳跟護(hù)套的綁帶。

17、通過采用上述技術(shù)方案，腳部穿戴后腳跟護(hù)套時連接更穩(wěn)定，從而提高訓(xùn)練效果。

18、作為進(jìn)一步優(yōu)選的，所述動力機(jī)構(gòu)包括三個電機(jī)，所述第一外肌腱繩和第二外肌腱繩的端部分別與三個電機(jī)的輸出軸固定連接。

19、通過采用上述技術(shù)方案，三個電機(jī)根據(jù)使用需要啟動其中一個或兩個，便于控制拉動第一外肌腱繩和第二外肌腱繩，控制方便穩(wěn)定。

20、本技術(shù)提供的一種足踝協(xié)同助力與訓(xùn)練方法，采用上述仿生外肌腱裝置，包括如下步驟：

21、s1：依次穿戴前腳掌護(hù)套、后腳跟護(hù)套和小腿護(hù)套；

22、s2：調(diào)節(jié)限位機(jī)構(gòu)，使動力機(jī)構(gòu)拉動第一外肌腱繩或第二外肌腱繩時，限位機(jī)構(gòu)移動的最大長度為預(yù)定值，動力機(jī)構(gòu)依次拉動兩個第一外肌腱繩后同時拉動兩個第一外肌腱繩，釋放第一外肌腱繩后拉動第二外肌腱繩，重復(fù)進(jìn)行多次；

23、s3：調(diào)節(jié)限位機(jī)構(gòu)，使動力機(jī)構(gòu)拉動第一外肌腱繩或第二外肌腱繩時，限位機(jī)構(gòu)移動的最大長度增大；

24、s4：動力機(jī)構(gòu)依次拉動兩個第一外肌腱繩后同時拉動兩個第一外肌腱繩，釋放第一外肌腱繩后拉動第二外肌腱繩，重復(fù)進(jìn)行多次；

25、s5：根據(jù)助力與訓(xùn)練進(jìn)程和使用者反饋，重復(fù)步驟s3和s4，直至足踝協(xié)同助力與訓(xùn)練完成。

26、總體而言，通過本技術(shù)所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，主要具備以下的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：

27、1.本技術(shù)中，采用動力機(jī)構(gòu)拉動第一外肌腱繩和第二外肌腱繩，及第一外肌腱繩交叉設(shè)置的設(shè)計，使用者的足部和踝關(guān)節(jié)通過第一外肌腱繩和第二外肌腱繩受到牽引，執(zhí)行多維運(yùn)動控制，足踝進(jìn)行協(xié)同運(yùn)動，且確保足踝在內(nèi)翻、外翻、跖屈、背屈等多個方向上的穩(wěn)定運(yùn)動，該方式提供了高效的力學(xué)傳導(dǎo)，確保足部和踝關(guān)節(jié)在運(yùn)動中的穩(wěn)定性和靈活性，適用于足踝助力與康復(fù)及運(yùn)動輔助，通過優(yōu)化足踝的協(xié)同運(yùn)動，改善步態(tài)穩(wěn)定性，提升舒適性和運(yùn)動效率，能夠取得提高助力與康復(fù)訓(xùn)練的效果，縮短踝關(guān)節(jié)康復(fù)時間的有益效果；同時通過限位機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了足部與踝關(guān)節(jié)的分級控制，限制第一外肌腱繩或第二外肌腱繩的起點(diǎn)到限位機(jī)構(gòu)之間的繩子最大移動長度，裝置在不同受力條件下，合理分配足部與踝關(guān)節(jié)的受力，能夠根據(jù)助力與不同康復(fù)階段進(jìn)行個性化調(diào)整，有效避免腳趾區(qū)域的過度受力，同時確保足部和踝關(guān)節(jié)的自然運(yùn)動，提升助力與康復(fù)訓(xùn)練的效果。

28、2.本技術(shù)通過調(diào)節(jié)限位機(jī)構(gòu)的位置，能夠?qū)ψ悴亢王钻P(guān)節(jié)的受力進(jìn)行分別調(diào)節(jié)，當(dāng)拉動第一外肌腱繩后限位機(jī)構(gòu)與后腳跟護(hù)套抵接，使得施加于足底的最大輔助力fa，當(dāng)外肌腱繩施加的力小于fa時，足部和踝關(guān)節(jié)的受力相同；當(dāng)施力大于fa時，腳部的受力被限制為fa，剩余的力由踝關(guān)節(jié)承擔(dān)，當(dāng)拉動第一外肌腱繩后使限位機(jī)構(gòu)與小腿綁帶抵接，能夠限制踝關(guān)節(jié)跖屈的極限位置，當(dāng)拉動第二外肌腱繩后使限位機(jī)構(gòu)與小腿綁帶抵接，能夠限制踝關(guān)節(jié)背屈極限位置，采用分級控制機(jī)制，有效地分配了足底平面的力和踝關(guān)節(jié)的輔助力，從而實(shí)現(xiàn)足踝協(xié)同運(yùn)動的支持，促進(jìn)足底固有肌肉的訓(xùn)練，有助于提升足部的運(yùn)動和支撐能力。

29、3.在助力與康復(fù)訓(xùn)練過程中，由于兩個第一外肌腱繩交叉設(shè)置，當(dāng)任意一個第一外肌腱繩被拉動時，能夠?qū)ψ愕椎臋M向和縱向足弓產(chǎn)生擠壓作用，增加了足底兩端以及左右側(cè)的張力，從而增強(qiáng)足部的剛度，從而改善足部的支撐能力和穩(wěn)定性，該功能特別適用于需要足弓矯正的康復(fù)場景，同時激活了足底肌肉，增強(qiáng)足部力量，提高了足部對外部負(fù)荷的適應(yīng)性，有助于提升足部承載能力，適應(yīng)不同的運(yùn)動需求。