一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备转让专利
申请号 : CN202011251382.7
文献号 : CN112370314B
文献日 : 2021-11-19
发明人 : 魏敦文 , 高涛 , 张志超 , 周吴 , 于慧君
申请人 : 电子科技大学
摘要 :
权利要求 :
1.一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备,包括脚部支撑板(6)、柔性关节(3)、脚踝穿戴组件,其特征在于:所述柔性关节(3)下端与脚踝穿戴组件相连,所述柔性关节(3)上端与绞线驱动部分(1)相连,所述脚部支撑板(6)与穿戴者的足部通过绑带固定连接,所述脚部支撑板(6)和万向铰(4)轴承连接,其中,所述柔性关节(3)包括足部连接板(301),所述足部连接板(301)与小腿连接板(305)通过软体材料(304)连接,所述软体材料(304)中设置有弹性限位杆I(302)和弹性限位杆I I(303),所述小腿连接板(305)通过两颗螺栓与小腿固定板(10)固连,所述绞线驱动部分(1)包括电机固定板(102),所述电机固定板上安装电机(101),所述电机(101)下端连接联轴器(103),所述联轴器(103)与主动轴(111)相连,所述主动轴(111)上固定连接有齿轮I I(110),所述主动轴(111)固连有绞线环II(109),所述齿轮II(110)与齿轮I(106)啮合连接,所述齿轮I(106)通过小轴承座(105)与从动轴(104)连接,所述齿轮I(106)下端固定有大轴承座(107)一端,所述大轴承座(107)另一端连接绞线环I(108),绞线环II(109)、绞线环I(108)上均连接有双绞线且双绞线为四组,双绞线的另一端均固定连接在脚部支撑板(6)上。
2.根据权利要求1所述的一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备,其特征在于:所述小腿固定板(10)上两侧设置有绑带IV(9)和绑带V(11)。
3.根据权利要求1所述的一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备,其特征在于:所述绞线驱动部分(1)末端与双绞线(2)一端连接,所述双绞线(2)另一端固定于脚部支撑板(6)上的勾环之中。
4.根据权利要求1所述的一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备,其特征在于:所述脚部支撑板(6)在脚背部分设置有绑带I I(7)和绑带III(8),所述脚部支撑板(6)在脚后跟部位设置有绑带I(5)。
5.根据权利要求1所述一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备,其特征在于:所述柔性关节(3)能实现三个自由度上的旋转运动,并且能实现三个方向上有限的平动自由度,配合关节外部封装浇筑的软体材料(304)及内部的弹性限位杆I(302)与弹性限位杆II(303),能实现能量储存功能,当某一方向上的运动幅度过大时,弹性限位杆I(302)与弹性限位杆II(303)随着运动幅度的增大,提供的回复力可以有效的阻止某一方向上的形变过大所引起的关节损伤。
6.根据权利要求1所述一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备,其特征在于:所述柔性关节(3)和万向铰(4)之间也设置有轴承,通过改变四组双绞线(2)的长度进而带动柔性关节(3)和万向铰(4)的旋转,驱动足部实现相应的运动。
说明书 :
一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备
技术领域
背景技术
生损伤,现有的可穿戴式辅助行走设备可以分为有源助力设备和无源助力设备两大类,其
中无源助力设备主要由各种弹性元件组成,质量轻,但是只能适应固定几种步态,并且助力
效果不如有源式效果明显,而有源式助力设备由于引入了驱动器导致整体结构重量上升,
增加使用者负担。由于大部分有源式助力设备采用电机作为动力设备,同时需要大减速比
的减速装置进行驱动力的放大,导致可穿戴的设备尺寸较大,也不利于使用者移动,虽然一
部分助力设备将驱动器与使用者分离,外置于地面上,但这种分离式的有源助力设备限制
了使用者的活动范围。
形式,在行走时也伴随有其他方向上的运动,绝不是单一自由度运动的形式;另一方面,由
于穿戴设备的关节运动瞬心与人体踝关节的运动瞬心无法完全重合,存在一定的偏差,这
就导致使用者在行走时具有一定的不适感,无法达到更好的助力效果。
发明内容
尺寸偏大的问题,搭配特制的柔性关节,能减轻由对心不齐所带来的不适感,以解决上述背
景技术中所提到的问题
部分相连,所述脚部支撑板与穿戴者的足部通过绑带固定连接,所述脚部支撑板和万向铰
轴承连接。
动轴固连有绞线环II,所述齿轮II与齿轮I啮合连接,所述齿轮I通过小轴承座与从动轴连
接,所述齿轮I下端固定有大轴承座一端,所述大轴承座另一端连接绞线环I。
颗螺栓与小腿固定板固连。
位杆II,能实现一定的能量储存功能,当某一方向上的运动幅度过大时,弹性限位杆I与弹
性限位杆II随着运动幅度的增大,提供的回复力可以有效的阻止某一方向上的形变过大所
引起的关节损伤。
有类似于传统减速机构的特性,能实现驱动力的放大,所以能实现肌肉收缩的特性,反之则
能实现肌肉的松弛运动。前后两条双绞线配合扭转,则能实现两组肌肉间的配合运动,实现
脚部支撑板的运动。
动部分带动松弛时,由于通过齿轮传动,靠近脚趾的两条双绞线会与前述双绞线运动情况
相反,实现收缩运动,进而完成踝关节的背屈运动,反之则能够实现踝关节相应的跖屈运
动。而当内侧电机带动靠近脚趾位置的双绞线收缩,靠近脚跟部分的双绞线松弛时,外侧电
机运动情况与之相反,带动靠近脚趾部分双绞线松弛,靠近脚跟部分双绞线收缩时,会产生
垂直于脚板平面的力矩,进而带动踝关节实现内旋运动,反之则能实现踝关节的外旋运动。
穿戴者的负担。
度过大的情况,避免由外力对穿戴者踝关节引起的损伤。
附图说明
111‑主动轴、2‑双绞线、3‑柔性关节、301‑足部连接板、302‑弹性限位杆I、303‑弹性限位杆
II、304‑软体材料、305‑小腿连接板、4‑万向铰、5‑绑带I、6‑脚部支撑板、7‑绑带II,8‑绑带
III、9‑绑带IV、10‑小腿固定板、11绑带V。
具体实施方式
3上端与绞线驱动部分1相连,所述脚部支撑板6与穿戴者的足部通过绑带固定连接,所述脚
部支撑板6和万向铰4轴承连接。
齿轮II110,所述主动轴111固连有绞线环II109,所述齿轮II110与齿轮I106啮合连接,所述
齿轮I106通过小轴承座105与从动轴104连接,所述齿轮I106下端固定有大轴承座107一端,
所述大轴承座107另一端连接绞线环I108。
连接板305通过两颗螺栓与小腿固定板10固连。
杆II303,能实现一定的能量储存功能,当某一方向上的运动幅度过大时,弹性限位杆I302
与弹性限位杆II303随着运动幅度的增大,提供的回复力可以有效的阻止某一方向上的形
变过大所引起的关节损伤,整个柔性关节外部的制作,是通过将上述部件放入特质的模具
中,浇筑软体硅胶封装制成,由于在硅胶固化后为固体,故可以将所有部件固定后,又能实
现一定范围内的运动,所以将其用于模拟人体踝关节部分。
线环II109也做顺时针转动,由此带动一组双绞线2收缩,而由于从动轴104通过齿轮I106与
固连在主动轴111上的齿轮II110存在啮合关系,所以此时从动轴104与主动轴111旋转方向
相反,逆时针旋转,带动与之相连的绞线环I108逆时针旋转,由此带动另一组双绞线2舒张。
当使用者进行跖屈运动时,双侧的电机101同时顺时针旋转,则与主动轴111相连的双绞线2
收缩,从动轴104上双绞线舒张,实现对应的跖屈运动。而当两侧电机101同时逆时针旋转
时,主动轴111上双绞线2舒张,从动轴104上双绞线2收缩,实现背屈运动。而当外侧的电机
101顺时针旋转,内侧电机101逆时针旋转时,外侧靠近脚跟部的双绞线2和内侧靠近脚趾部
分的双绞线2同时收缩,外侧靠近脚趾部分双绞线2和内侧靠近脚跟部分双绞线2舒张,在垂
直于当前脚底平面的轴线方向上产生力矩,带动脚踝实现内翻运动。反之当外侧的电机101
逆时针旋转,内侧电机101顺时针旋转时,外侧靠近脚跟部的双绞线2和内侧靠近脚趾部分
的双绞线2同时舒张,外侧靠近脚趾部分双绞线2和内侧靠近脚跟部分双绞线2收缩,实现脚
踝外翻的运动。
发力阶段释放,实现无源式助力的效果,搭配电机的控制,能实现更好的助力效果。并且柔
性踝关节结构较为简单,并且能实现多个方向上的自由度,充分的满足了人体踝关节运动
的需要,在助力的同时,并没有过多的限制踝关节的运动,减轻了使用者穿戴不适感。
其权利要求书为准,凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化,同理均应
包含在本发明的护范围内。