[发明专利]助力式踝关节外骨骼

说明书

本发明提供了一种助力式踝关节外骨骼，包括与足部鞋靴相连的脚踝穿戴组件、与小腿相连的腿部穿戴组件和助力装置，脚踝穿戴组件通过枢轴与腿部穿戴组件转动连接，助力装置包括用于驱动脚踝穿戴组件与腿部穿戴组件发生相对转动的鲍登线缆、用于带动鲍登线缆拉伸的动力装置和用于将动力装置绑定于用户腰部的腰带；在人体行走时，动力装置带动鲍登线缆的钢丝索，钢丝索在导线套的引导下拉动脚踝穿戴组件相对于腿部穿戴组件发生转动，以向用户踝关节跖屈运动提供助力，辅助用户正常行走。本发明提供的助力式踝关节外骨骼结构紧凑，体型小，重量轻，减轻用户下肢在踝关节处的负重，对人体运动影响小，使用户保持自然的步态正常行走。

技术领域

本发明属于可穿戴外骨骼技术领域，更具体地说，是涉及一种助力式踝关节外骨骼。

背景技术

近年来，随着社会老龄化人群的逐步增加，由人体自然衰老与疾病导致的肢体运动功能障碍，影响了越来越多老年人的日常生活与出行，因此针对老年人行走助力、辅助康复训练等开发的机械助力式外骨骼得到了广泛推广应用。机械助力式外骨骼，可以通俗地理解成可穿戴机器人，它具有外骨骼肢体和外骨骼关节结构，外骨骼肢体由金属等材料制造并由各外骨骼关节连接，各外骨骼关节在受到安装在关节处的液压装置直接驱动作用下，外骨骼关节驱动外骨骼肢体带动穿戴者的肢体运动，从而对老年人的行走达到良好的助力效果。

然而，当前可穿戴的外骨骼踝关节助力机器人，通常采用液压装置直接在人体踝关节处进行助力驱动，不仅需要具有较大的功率才能对人体的肢体运动进行助力驱动，而且结构较为复杂，体型大，重量重，导致人体下肢在踝关节处形成强烈的负重感，造成人体踝关节运动与外骨骼踝关节运动的协调性较差，难以使人体下肢保持自然的步态行走。

发明内容

本发明的目的在于提供一种助力式踝关节外骨骼，旨在解决现有技术中存在的外骨骼踝关节助力机器人，结构较为复杂，体型大，重量重，对人体正常行走状态影响和限制大的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是提供一种助力式踝关节外骨骼，包括用于与用户足部鞋靴相连的脚踝穿戴组件、用于固定于用户小腿上的腿部穿戴组件以及用于对用户踝关节的跖屈运动提供助力的助力装置，所述脚踝穿戴组件通过枢轴与所述腿部穿戴组件转动连接，所述助力装置包括用于拉动所述脚踝穿戴组件相对于所述腿部穿戴组件转动的鲍登线缆、用于带动所述鲍登线缆拉伸的动力装置和用于将所述动力装置绑定于用户腰部的腰带；所述鲍登线缆包括用于拉动所述脚踝穿戴组件绕所述枢轴转动的钢丝索和用于引导所述钢丝索拉伸的导线套，所述导线套的顶端固定于所述动力装置上，所述导线套的底端固定于所述腿部穿戴组件上，所述钢丝索的一端与所述动力装置的输出端相连，所述钢丝索的另一端与所述脚踝穿戴组件相连。

进一步地，所述动力装置包括与所述腰带相连的驱动电机和与所述驱动电机的输出轴相连的绕线轮，所述钢丝索的一端固定于所述绕线轮上。

进一步地，所述绕线轮的外周面上凹设有用于卷绕所述钢丝索的绕线槽。

进一步地，所述脚踝穿戴组件包括用于固定于用户鞋靴上的鞋底固定件和分别设置于所述鞋底固定件相对两侧的两个转动支撑臂，两个所述转动支撑臂的顶端分别通过所述枢轴与所述腿部穿戴组件转动连接，所述钢丝索的另一端与所述鞋底固定件相连。

进一步地，所述腿部穿戴组件包括用于穿戴并固定于用户小腿上的腿部固定件和分别设置于所述腿部固定件相对两侧的两个腿部支撑臂，两个所述腿部支撑臂的底端分别通过所述枢轴与两个所述转动支撑臂的顶端转动连接。

进一步地，所述枢轴的设置位置与用户踝关节的位置相应，各所述腿部支撑臂包括下部竖直段和于所述下部竖直段的顶端朝向所述枢轴的方向弯折的上部弯折段，所述下部竖直段的底端通过所述枢轴与相应所述转动支撑臂的顶端转动连接，所述上部弯折段远离所述下部竖直段的一端与所述腿部固定件固定相连。

进一步地，所述腿部固定件包括用于穿戴并支撑于人体小腿上的刚性支撑架和用于将所述刚性支撑架绑定于用户小腿上的绑带。