[发明专利]一种仿生三自由度外骨骼踝关节

摘要

本发明公开了一种仿生三自由度外骨骼踝关节，包括机构杆件和呈U字形结构的踝关节支架，机构杆件和踝关节支架的开口端部之间铰接有两根平行布置的小腿承力杆，使得机构杆件、踝关节支架、两根小腿承力杆形成做剪切运动时约束在同一个平面活动的平行四边形结构，踝关节支架的开口端部设有踝关节绑带，踝关节支架的底部上侧装设有可转动的鞋垫，踝关节支架和一根小腿承力杆之间铰接有驱动元件，平行四边形结构的中心线L1、鞋垫的转动中心线L2、踝关节支架和两根小腿承力杆的铰接点中心连线L3三者相交于踝关节支架的开口端部的踝关节中心点O。本发明穿戴舒适性更高，与人体运动更为协调，能够真正实现增强人体机动能力。

主权项

1.一种仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：包括机构杆件（1）和呈U字形结构的踝关节支架（2），所述机构杆件（1）和踝关节支架（2）的开口端部之间铰接有两根平行布置的小腿承力杆（3），使得机构杆件（1）、踝关节支架（2）、两根小腿承力杆（3）形成做剪切运动时约束在同一个平面活动的平行四边形结构，所述踝关节支架（2）的开口端部设有踝关节绑带（21），所述踝关节支架（2）的底部上侧装设有可转动的鞋垫（4），所述踝关节支架（2）和一根小腿承力杆（3）之间铰接有驱动元件（5），所述平行四边形结构的中心线L1、所述鞋垫（4）的转动中心线L2、踝关节支架（2）和两根小腿承力杆（3）的铰接点中心连线L3三者相交于踝关节支架（2）的开口端部的踝关节中心点O。

2.根据权利要求1所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述机构杆件（1）包括两根相互平行布置的连杆（11），所述连杆（11）的两端分别与小腿承力杆（3）的上部铰接连接。

3.根据权利要求2所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述机构杆件（1）还包括护膝（12），所述护膝（12）安装在两根连杆（11）的内侧。

4.根据权利要求2所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述连杆（11）的两端分别与小腿承力杆（3）的上部通过上转动轴（31）连接，所述踝关节支架（2）的开口端部与小腿承力杆（3）的下部通过下转动轴（32）连接，所述上转动轴（31）、下转动轴（32）均沿着鞋垫（4）的长度方向平行布置；所述驱动元件（5）一端铰接安装在小腿承力杆（3）上、另一端通过驱动转动轴（51）与踝关节支架（2）的中部相连，所述驱动转动轴（51）沿着鞋垫（4）的宽度方向平行布置。

5.根据权利要求1所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述鞋垫（4）包括前掌（41）和后座（42），所述前掌（41）和后座（42）之间通过连接轴相连，所述后座（42）安装在踝关节支架（2）的底部上侧。

6.根据权利要求5所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述后座（42）的底部设于凹入部（421），所述踝关节支架（2）的底部位于凹入部（421）中。

7.根据权利要求6所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述前掌（41）上设有用于固定脚部的脚部绑带（43）。

8.根据权利要求7所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述踝关节绑带（21）、脚部绑带（43）均采用柔性材料制成，所述小腿承力杆（3）采用碳纤维制成。

9.根据权利要求1所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述驱动元件（5）为液压缸、或气缸、或直线驱动电机。

10.根据权利要求1～9中任意一项所述的仿生三自由度外骨骼踝关节，其特征在于：所述踝关节支架（2）和另一根小腿承力杆（3）之间铰接有被动蓄能元件（6）。