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CN105816298A - 一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置 - Google Patents

一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置 Download PDF

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张三喜
秦开宇
戴跃洪
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Abstract

一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置，属于人体仿生外骨骼技术领域。本发明通过对现有人体下肢外骨骼结构进行改进，单独设计出具有脚踝保护及足部助力功能的可穿戴装置，在脚踝部位增加回力结构，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置在前后行走时具有相应的自由度和回力功能，同时具有相应上下缓冲重力的自由度和回力功能。本发明可广泛用于各种“助力”、“助残”、“健康矫正”领域。

Description

一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置
技术领域
本发明属于人体仿生外骨骼技术领域，涉及人体下肢外骨骼，具体涉及一种具有脚踝保护及足部助力功能的可穿戴装置。
背景技术
外骨骼是一种能够提供对生物柔软内部器官进行构型，建筑和保护的坚硬的外部结构。人体外骨骼也称机器人外骨骼，是指套在人体外面的机器人，也称“可穿戴的机器人”。外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为的人提供一种可穿戴的机械结构的综合技术。
人体外骨骼的研究最早起源于军事应用中的单兵负重需求，即助力方面的需求。随着科技进步和人民生活水平的提高，各种“助力”、“助残”、“健康矫正”的人体外骨骼研究开始兴起。
从功能上区分，人体外骨骼主要涉及“助力”、“助残”、“健康矫正”等几大类型；从有无动力上区分，主要分为“主动型”人体外骨骼(这种机器人能够为穿戴者提供行走的动力)和“被动型”人体外骨骼(这种机器人不能够为穿戴者提供行走的动力，其动作被动跟随人的动作而动作)。
人体下肢外骨骼，通常包括用于人体下肢运动的仿形机械结构和用于将仿形机械结构与人体耦合在一起的耦合组件。其中，用于人体下肢运动的仿形机械结构包括下肢结构和髋部结构。所述下肢结构包括左腿结构与右腿结构，所述左腿结构与右腿结构均包括仿人体大腿结构、小腿结构和足部结构，所述大腿结构与小腿结构通过膝关节转轴相连，所述小腿结构与足部结构通过踝关节转轴相连；所述髋部结构与左腿结构、右腿结构分别通过髋关节转轴相连。所述耦合组件包括腰部耦合部件、大腿耦合部件、小腿耦合部件、足部耦合部件。
针对单独脚踝扭伤恢复以及足部助力方面，目前缺乏具有脚踝保护及足部助力功能的可穿戴装置的报道。
发明内容
本发明提供一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置，通过对现有人体下肢外骨骼结构进行改进，单独设计出具有脚踝保护及足部助力功能的可穿戴装置。
本发明的技术方案是：
一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置，包括足部可穿戴结构，小腿连杆001、脚踝旋转轴002和踝关节底座013；所述踝关节底座013固定于足部可穿戴结构后跟部位的侧面，所述脚踝旋转轴002安装于踝关节底座012的安装工位上，所述脚踝旋转轴002上部与小腿杆件001之间采用踝关节连接销钉015以转轴方式连接且设置有踝关节径向回力弹簧016，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置前后行走时具有相应的自由度和回力功能；所述踝关节转轴下部外套一个踝关节轴向弹簧003后伸入踝关节底座的安装工位并采用脚踝旋转轴链接销钉014固定，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置具有相应上下缓冲重力的自由度和回力功能。
进一步地，所述小腿连杆001上部及下部分别具有耦合连接结构，用于将小腿连杆001与人体小腿相耦合连接(所述耦合连接结构可以采用绑带实现)。
进一步地，所述足部可穿戴结构包括耐磨防滑底层009、弹性中间层008和上层鞋帮结构，所述上层鞋帮结构包括鞋帮脚跟部分005和鞋帮前脚掌部分006。所述耐磨防滑底层009可由橡胶材料或主要含橡胶成分的材料制作；所述弹性中间层008可由橡胶材料或主要含橡胶成分的材料制作；所述上层鞋帮结构可采用皮革、布类或塑料材料制作。
进一步地，所述踝关节底座013通过金属底座连接板012伸入足部可穿戴结构并固定的方式与所述可穿戴结构相连接(例如：所述踝关节底座013通过金属底座连接板012伸入足部可穿戴结构的耐磨防滑底层009与弹性中间层008并固定的方式与所述可穿戴结构相连接)。
本发明的有益效果是：本发明通过对现有人体下肢外骨骼结构进行改进，单独设计出具有脚踝保护及足部助力功能的可穿戴装置，在脚踝部位增加回力结构，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置在前后行走时具有相应的自由度和回力功能，同时具有相应上下缓冲重力的自由度和回力功能。本发明可广泛用于各种“助力”、“助残”、“健康矫正”领域。
附图说明
图1是本发明提供的穿戴式脚踝保护及足部助力装置分解结构示意图。
图2是本发明提供的穿戴式脚踝保护及足部助力装置的剖视图。
图1至图2中附图标记：小腿连杆001、脚踝旋转轴002、踝关节轴向弹簧003、垫片004、鞋帮脚跟部分005、鞋帮前脚掌部分006、前脚掌右部压力传感器安装孔007、弹性中间层008、耐磨防滑底层009、前脚掌左部压力传感器安装孔010、脚跟压力传感器安装孔011、金属底座连接板012、踝关节底座013、脚踝旋转轴链接销钉014、踝关节连接销钉015、踝关节径向回力弹簧016。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
如图1、2所示，一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置，包括足部可穿戴结构，小腿连杆001、脚踝旋转轴002和踝关节底座013；所述踝关节底座013固定于足部可穿戴结构后跟部位的侧面，所述脚踝旋转轴002安装于踝关节底座012的安装工位上，所述脚踝旋转轴002上部与小腿杆件001之间采用踝关节连接销钉015以转轴方式连接且设置有踝关节径向回力弹簧016，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置前后行走时具有相应的自由度和回力功能；所述踝关节转轴下部外套一个踝关节轴向弹簧003后伸入踝关节底座的安装工位并采用脚踝旋转轴链接销钉014固定，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置具有相应上下缓冲重力的自由度和回力功能。
进一步地，所述小腿连杆001上部及下部分别具有耦合连接结构，用于将小腿连杆001与人体小腿相耦合连接(所述耦合连接结构可以采用绑带实现)。
进一步地，所述足部可穿戴结构包括耐磨防滑底层009、弹性中间层008和上层鞋帮结构，所述上层鞋帮结构包括鞋帮脚跟部分005和鞋帮前脚掌部分006。所述耐磨防滑底层009可由橡胶材料或主要含橡胶成分的材料制作；所述弹性中间层008可由橡胶材料或主要含橡胶成分的材料制作；所述上层鞋帮结构可采用皮革、布类或塑料材料制作。
进一步地，所述踝关节底座013通过金属底座连接板012伸入足部可穿戴结构并固定的方式与所述可穿戴结构相连接(例如：所述踝关节底座013通过金属底座连接板012伸入足部可穿戴结构的耐磨防滑底层009与弹性中间层008并固定的方式与所述可穿戴结构相连接)。
此外，为了配合控制系统，便于控制系统采集数据，本发明提供的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，在所述弹性中间层(008)的前脚掌右部、前脚掌左部和脚跟中部分别设置有一个压力传感器安装孔(分别是前脚掌右部压力传感器安装孔007，前脚掌左部压力传感器安装孔010和脚跟压力传感器安装孔011)。
本发明通过对现有人体下肢外骨骼结构进行改进，单独设计出具有脚踝保护及足部助力功能的可穿戴装置，在脚踝部位增加回力结构，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置在前后行走时具有相应的自由度和回力功能，同时具有相应上下缓冲重力的自由度和回力功能。本发明可广泛用于各种“助力”、“助残”、“健康矫正”领域。

Claims (8)

1.一种穿戴式脚踝保护及足部助力装置，包括足部可穿戴结构，小腿连杆(001)、脚踝旋转轴(002)和踝关节底座(013)；所述踝关节底座(013)固定于足部可穿戴结构后跟部位的侧面，所述脚踝旋转轴(002)安装于踝关节底座(012)的安装工位上，所述脚踝旋转轴(002)上部与小腿杆件(001)之间采用踝关节连接销钉(015)以转轴方式连接且设置有踝关节径向回力弹簧(016)，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置前后行走时具有相应的自由度和回力功能；所述踝关节转轴下部外套一个踝关节轴向弹簧(003)后伸入踝关节底座的安装工位并采用脚踝旋转轴链接销钉(014)固定，使得穿戴式脚踝保护及足部助力装置具有相应上下缓冲重力的自由度和回力功能。
2.根据权利要求1所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述小腿连杆(001)上部及下部分别具有耦合连接结构，用于将小腿连杆(001)与人体小腿相耦合连接。
3.根据权利要求2所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述耦合连接结构为绑带。
4.根据权利要求1所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述足部可穿戴结构包括耐磨防滑底层(009)、弹性中间层(008)和上层鞋帮结构，所述上层鞋帮结构包括鞋帮脚跟部分(005)和鞋帮前脚掌部分(006)。
5.根据权利要求4所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述弹性中间层(008)的前脚掌右部、前脚掌左部和脚跟中部分别设置有一个压力传感器安装孔。
6.根据权利要求4所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述耐磨防滑底层(009)由橡胶材料或主要含橡胶成分的材料制作；所述弹性中间层(008)由橡胶材料或主要含橡胶成分的材料制作；所述上层鞋帮结构采用皮革、布类或塑料材料制作。
7.根据权利要求1所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述踝关节底座(013)通过金属底座连接板(012)伸入足部可穿戴结构并固定的方式与所述可穿戴结构相连接。
8.根据权利要求4所述的穿戴式脚踝保护及足部助力装置，其特征在于：所述踝关节底座(013)通过金属底座连接板(012)伸入足部可穿戴结构的耐磨防滑底层(009)与弹性中间层(008)并固定的方式与所述可穿戴结构相连接。
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