[发明专利]一种轻型踝关节外骨骼

说明书

本发明提供一种轻型踝关节外骨骼，包括离合器、触发装置、动力装置和人体穿戴部分，所述动力装置与所述离合器连接，所述离合器与所述触发装置连接，所述动力装置通过所述离合器使所述人体穿戴部分绕踝关节发生转动，所述触发装置和所述离合器固定在所述人体穿戴部分上。本发明的轻型踝关节外骨骼，可在踝关节处为人体行走提供助力，减少人体行走耗能。本发明中采用电机连续工作，通过助力弹簧储存能量，在瞬时释放的工作模式，代替了已有外骨骼电机直接瞬时助力的模式，降低了对电机功率的要求，实现用低功率电机提供高功率助力的效果，从而降低了电机系统的重量和尺寸，实现外骨骼的轻型化。

技术领域

本发明涉及机器人外骨骼技术领域，更具体地，涉及一种轻型踝关节外骨骼。

背景技术

外骨骼是模仿昆虫外部骨骼的一种人体穿戴设备，可以给人提供额外的能力，增强人体的机能。下肢外骨骼是针对行走的外骨骼，主要用于军事、医疗和助老领域。在军事领域中，下肢外骨骼可以提升单兵作战能力，增长徒步距离，增强负重能力；在医疗领域，下肢外骨骼可以用于患者的步态康复和残疾人的辅助行走；在助老领域，下肢外骨骼可以帮助老年人正常行走。

人在行走过程中需要耗费能量，其中脚在离地时刻蹬地的动作为主要耗能因素，踝关节外骨骼针对人体行走的这一特点，在脚离地时刻提供额外的助力，替代小腿部分肌肉的功能，达到帮助人体节能的效果。现有外骨骼在踝关节的助力方式为电机直接在需要助力的时刻提供较大的助力，这对电机的瞬时功率要求比较高，导致电机重量和尺寸比较大，和电机配套的减速器、支架等零件也会比较大，造成人体额外的能量消耗，影响了外骨骼的效果和应用。所以期望在不影响助力大小的同时，降低外骨骼的重量和尺寸。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的轻型踝关节外骨骼，该装置可提供高功率助力，减小外骨骼装置的重量和尺寸。

根据本发明的一种技术方案，提供一种轻型踝关节外骨骼，包括离合器、触发装置、动力装置和人体穿戴部分，所述动力装置与所述离合器连接，所述离合器与所述触发装置连接，所述动力装置通过所述离合器使所述人体穿戴部分绕踝关节发生转动，所述触发装置和所述离合器固定在所述人体穿戴部分上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述人体穿戴部分包括设置在踝关节位置的脚穿戴部分和设置在小腿位置的腿穿戴部分，所述触发装置通过脚部支架固定在所述脚穿戴部分，所述离合器通过所述腿部支架固定在所述腿穿戴部分。所述脚穿戴部分可放入成人正常大小的鞋内，所述腿穿戴部分外围有魔术贴，可在人穿上后对腿部进行紧固。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脚部支架上设有下横杆，所述腿部支架上设有上横杆，所述上横杆设有助力弹簧且与所述助力弹簧的上端连接，所述助力弹簧的下端通过助力绳连接至所述下横杆。

作为上述技术方案的进一步改进，所述脚部支架固连在所述脚穿戴部分上，所述腿部支架固连在所述腿穿戴部分上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述离合器包括第一连杆、第二连杆、第三连杆、固定连杆和回复弹簧，所述固定连杆固定在所述腿部支架上，所述第一连杆的两端分别与所述第二连杆和固定连杆铰接，所述第二连杆与所述第三连杆铰接，所述第三连杆的一端与所述固定连杆铰接，所述第三连杆的另一端与所述固定连杆的中部通过所述回复弹簧连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述固定连杆上设有用于安装电机的安装支架，以及用于安装两个惰轮和推杆的安装孔，所述动力装置的电机固连在固定连杆上。

离合器采用四连杆结构设计，四连杆有一个自由度，当第二连杆和第三连杆处于同一条直线的时候，四连杆处于死点位置，此时四连杆处于相对稳定的状态，可承受加在第一连杆上的外力。利用这个特点，设计四连杆处于死点位置时，主动齿轮和从动齿轮啮合，四连杆脱离死点位置时，从动齿轮随之脱离啮合，达到离合的效果。回复弹簧的作用是在所述第一连杆的外力消失后把四连杆拉回死点位置，第三连杆上有一挡块，作用是使四连杆在回复过程中停在死点位置。