三自由度下肢助力外骨骼踝關節的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種下肢助力外骨骼技術，尤其是一種下肢助力技術，具體地說是一種三自由度下肢助力外骨骼踝關節。
【背景技術】
[0002]目前，近年來，隨著傳感、控制以及計算機等技術的逐漸成熟，下肢助力外骨骼技術得到了很好的發展，但大多都采用單腿6自由度(髖關節3個，膝關節1個，踝關節兩個)的自由度布置方式。雖然采用這種設計方案的下肢助力外骨骼基本能夠仿照人體下肢運動方式進行一些簡單的運動，但當路況復雜或運動空間受限時，單腿6自由度的配置方法便不能滿足運動要求。而分析人體下肢的運動規律發現，人體踝關節實際可以做3個自由度方向上的運動。因此，如果在下肢助力外骨骼的踝關節布置3個自由度的話，便可解決復雜路況上的運動受限問題，有效提高下肢助力外骨骼的仿人運動性能以及助力效果。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是下肢助力外骨骼的踝關節只有兩個自由度，不能滿足復雜路況需求的問題，設計一種能實現三個自由度的三自由度下肢助力外骨骼踝關節。
[0004]本發明的技術方案是:
一種三自由度下肢助力外骨骼踝關節，它包括小腿支撐件1，小腿支撐件1的下端樞裝在伸展彎曲軸2上，伸展彎曲軸2支承在伸展彎曲架3上，伸展彎曲架3在液壓缸的驅動下帶動整個腳踝裝置繞伸展彎曲軸2運動，伸展彎曲架3固定在內收外展架5上，內收外展架5樞裝在內收外展軸6上，內收外展軸6固定安裝在支架7上，支架7通過其下部的銷軸可轉動地安裝在鞋底旋轉平板9上，鞋底旋轉平板9固定安裝在鞋底板11上，鞋底板11上設有腳面固定件10。
[0005]在支架7上、內收外展架5的兩側設有防止內收外展架5過度轉動的限位擋板8。[0006 ]所述的鞋底旋轉平板9設有供支架7底部的限位銷14插入的安全限位導向槽13。[0007 ]所述的安全限位導向槽13為弧槽結構。
[0008]所述的鞋底板11安裝有柔性緩沖墊12。
[0009]所述的支架7由底板701和兩個支耳702組成，底板701的底部設有插入鞋底旋轉平板9上的樞軸孔15的旋轉樞軸16和限制旋轉樞軸轉動角度的限位銷14;每個支耳702上均設有支承內收外展軸6的支承孔17，內收外展軸6的兩端分別支承在對應的支承孔17中。
[0010]所述的內收外展架5由樞軸部501和連接耳502組成，樞軸部501設有套裝在內收外展軸6上的樞軸孔18，連接耳502通過螺栓固定在伸展彎曲架3上。
[0011]所述的伸展彎曲軸2的兩端上均套裝有滑套4，滑套4安裝在伸展彎曲架3的安裝孔中。
[0012]本發明的有益效果:
1.本發明可以使外骨骼裝置完全按照人體下肢運動意圖進行相應動作，有效地提高下肢助力外骨骼的仿人運動性能。就下肢外骨骼助力而言，本發明可以有效提高助力效果。
[0013]2.根據人體踝關節運動極限，本發明在所布置的3個自由度上都設計了相應的安全限位模塊j L，切實保證了人體運動的安全。
[0014]3.本發明三自由度聯動所實現的功能對行走在復雜路況上時顯得尤為重要。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發明的立體結構示意圖。
[0016]圖2是本發明的立體分解結構示意圖。
[0017]圖3是本發明的踝關節局部(小腿支撐件)立體分解示意圖。
[0018]圖4是本發明的內收外展架的結構示意圖。
[0019]圖5是本發明的踝關節支架的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0020]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。
[0021 ] 如圖1-5所示。
[0022]一種三自由度下肢助力外骨骼踝關節，它包括小腿支撐件1、伸展彎曲軸2、伸展彎曲架3、滑套4、內收外展架5、內收外展軸6、支架7、限位擋板8、鞋底旋轉平板9、鞋底綁帶10、鞋底板11以及柔性緩沖墊12，它的使用狀態如圖1所示。其中:內收外展架5的結構如圖4所示，它由樞軸部501和連接耳502組成，樞軸部501設有套裝在內收外展軸6上的樞軸孔18，連接耳502通過螺栓固定在伸展彎曲架3上。支架7如圖5所示，它主要由底板701和兩個支耳702組成，底板701的底部設有插入鞋底旋轉平板9上的樞軸孔15的旋轉樞軸16和限制旋轉樞軸轉動角度的限位銷14;每個支耳702上均設有支承內收外展軸6的支承孔17，內收外展軸6的兩端分別支承在對應的支承孔17中。如圖2所示，伸展彎曲架3由液壓缸提供動力，伸展彎曲架3固定在內收外展架5上，如圖3所示，伸展彎曲軸2的兩端各有一個滑套4然后與伸展彎曲軸一起支承在伸展彎曲架3上的支承孔中，伸展彎曲架3與小腿支撐件1固定相連的同時與內收外展架5固定相連，內收外展架5樞裝在內收外展軸6上，為了防止內收外展架5在內收外展軸6上的轉動角度過大，可通過在內收外展軸6上的兩側安裝限位擋板8來對內收外展架5的轉動進行限位。內收外展軸6固定安裝在支架7上，支架7通過其下部的銷軸可轉動地安裝在鞋底旋轉平板9上，同樣，可通過在銷軸上設置安全限位槽來限制銷軸的轉動角度，也可在鞋底旋轉平板9設置供支架7底部的限位銷14插入的安全限位導向槽13(可為弧槽結構)來限制支架7的轉動角度。鞋底旋轉平板9固定安裝在鞋底板11上，鞋底板11安裝有柔性緩沖墊12，鞋底板11上設有腳面固定件10，(10)起到綁帶的作用。
[0023]本發明能實現以下三個方向上的運動:
伸展/彎曲運動發生在矢狀面，保證人體在直線方向上前進/后退功能(或上下樓梯)的實現；
外展/內收運動發生在額狀面，在路面不平整或上下坡等復雜路況情況下，該額狀面上的運動可以保證人體的平衡，并且當髖關節外展/內收運動達到運動極限不能滿足人體運動意圖時，踝關節的外展/內收運動可以起到延伸輔助的作用；
旋內/旋外運動發生在橫切面，當路面情況比較復雜，人體髖關節的旋內/旋外自由度不足以保證人體平衡行走或不能完全按照人體運動意圖調整方向時，踝關節的旋內/旋外自由度上就要發生一定的旋轉以適應路況。
[0024]如圖2所示，小腿支撐件1通過伸展彎曲軸2與伸展彎曲架3相連，當腳部按人體意圖做伸展彎曲運動時，伸展彎曲架3帶動整個腳部裝置繞伸展彎曲軸2做一定角度的旋轉運動(此運動由踝關節液壓缸提供動力)，人體實現前進/后退或上下樓梯運動；當地面不平整時，為保持平衡，人體腳底與小腿支架間會繞內收外展軸6發生一定的角度旋轉，
在內收外展軸6的兩端安裝限位擋板8，可以防止旋轉角度過大造成的腳扭傷，保證人體安全；當路面環境比較復雜，人體髖關節的旋內/旋外自由度不足以保證人體平衡行走時，踝關節的旋內/旋外自由度上就要發生一定的旋轉以適應路況，此旋轉運動的旋轉軸為軸3’。同樣道理，為保證人體腳部安全，在鞋底旋轉平板9上設置了旋轉槽以限定旋轉角度在腳部的安全活動范圍內。
[0025]本發明未涉及部分均與現有技術相同或可采用現有技術加以實現。
【主權項】
1.一種三自由度下肢助力外骨骼踝關節，它包括小腿支撐件(1)，小腿支撐件(1)的下端樞裝在伸展彎曲軸(2)上，伸展彎曲軸(2)支承在伸展彎曲架(3)上，伸展彎曲架(3)在液壓缸的驅動下帶動整個腳踝裝置繞伸展彎曲軸(2)運動，伸展彎曲架(3)固定在內收外展架(5)上，內收外展架(5)樞裝在內收外展軸(6)上，內收外展軸(6)固定安裝在支架(7)上，支架(7)通過其下部的銷軸可轉動地安裝在鞋底旋轉平板(9)上，鞋底旋轉平板(9)固定安裝在鞋底板(11)上，鞋底板(11)上設有腳面固定件(10)，(10)起到綁帶的作用。2.根據權利要求1所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是在支架(7)上、內收外展架(5)的兩側設有防止內收外展架(5)過度轉動的限位擋板(8)。3.根據權利要求1所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是所述的鞋底旋轉平板(9)設有供支架(7)底部的限位銷(14)插入的安全限位導向槽(13)。4.根據權利要求3所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是所述的安全限位導向槽(13)為弧槽結構。5.根據權利要求1所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是所述的鞋底板(11)安裝有柔性緩沖墊(12)。6.根據權利要求1所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是所述的支架(7)由底板(701)和兩個支耳(702)組成，底板(701)的底部設有插入鞋底旋轉平板(9)上的樞軸孔(15)的旋轉樞軸(16)和限制旋轉樞軸轉動角度的限位銷(14);每個支耳(702)上均設有支承內收外展軸(6)的支承孔(17)，內收外展軸(6)的兩端分別支承在對應的支承孔(17)中。7.根據權利要求1所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是所述的內收外展架(5)由樞軸部(501)和連接耳(502)組成，樞軸部(501)設有套裝在內收外展軸(6)上的樞軸孔(18)，連接耳(502)通過螺栓固定在伸展彎曲架(3)上。8.根據權利要求1所述的三自由度下肢助力外骨骼踝關節，其特征是所述的伸展彎曲軸(2)的兩端上均套裝有滑套(4)，滑套(4)安裝在伸展彎曲架(3)的安裝孔中。
【專利摘要】一種三自由度下肢助力外骨骼踝關節，它包括小腿支撐件（1），小腿支撐件（1）的下端樞裝在伸展彎曲軸（2）上，伸展彎曲軸（2）支承在伸展彎曲架（3）上，伸展彎曲架3在液壓缸的驅動下帶動整個腳踝裝置繞伸展彎曲軸2運動，伸展彎曲架（3）固定在內收外展架（5）上，內收外展架（5）樞裝在內收外展軸（6）上，內收外展軸（6）固定安裝在支架（7）上，支架（7）通過其下部的銷軸可轉動地安裝在鞋底旋轉平板（9）上，鞋底旋轉平板（9）固定安裝在鞋底板（11）上，鞋底板（11）上設有腳面固定件（10）。本發吸能實現三自由的腳踝運行，助力更為平穩可靠。
【IPC分類】B25J9/00
【公開號】CN105479437
【申請號】CN201510994410
【發明人】宋勝利, 趙明, 鄒正宇, 白攀峰, 陳文浩
【申請人】中國人民解放軍理工大學
【公開日】2016年4月13日
【申請日】2015年12月28日