CN107127739B - 一种外骨骼使用的踝关节助力结构 - Google Patents
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Abstract
一种外骨骼使用的踝关节助力结构，包括电机(1)、减速器(2)、传动力臂组件(3)、传动固定结构(4)、踝关节传动组件(5)、丝杆升降组件(6)、鞋底(7),其特征在于，所述电机(1)输出的扭矩通过减速器(2)、传动力臂组件(3)驱动踝关节传动组件(5)转动，并可通过具有伸缩功能的丝杆升降组件(6)调节踝关节传动组件(5)与鞋底（7）的距离，以适应不同穿戴者的脚踝高度。
Description
技术领域
本发明涉及一种外骨骼使用的踝关节助力结构，属于可穿戴机械装置领域。
背景技术
外骨骼作为一种穿戴式下肢外骨骼装置，已广泛使用在康复训练、助残行走、辅助医护等领域。然而，目前大部分外骨骼装置的踝关节在结构上只是简单的与外骨骼直接固定，并不提供动力驱动，属于欠驱动模式，其踝关节角度不能自主控制，这不仅降低了穿戴者的舒适度，而且造成外骨骼落地时冲击较大，降低了外骨骼在行走过程中的稳定性；另一方面，由于穿戴者身高的不同，其踝关节距离脚底板的高度也不同，为获得更好的控制性能与舒适性，外骨骼装置的踝关节转动轴应与人体踝关节保持在同样高度，因此如何通过改进外骨骼的踝关节结构以改善外骨骼行走的稳定性以及舒适性，是目前外骨骼装备制造领域亟需的一个重要问题。
发明内容
本发明提供了一种外骨骼使用的踝关节助力结构的设计方案，该方案全新设计了一种踝关节助力结构，通过电机驱动外骨骼踝关节的转动，并且能调整外骨骼踝关节高度，以适应不同穿戴者的脚踝高度。
本发明采用的技术方案是一种外骨骼使用的踝关节助力结构，包括电机(1)、减速器(2)、传动力臂组件(3)、传动固定结构(4)、踝关节传动组件(5)、丝杆升降组件(6)、鞋底(7)。其中，电机(1)输出的扭矩通过减速器(2)、传动力臂组件(3)驱动踝关节传动组件(5)转动，并可通过具有伸缩功能的丝杆升降组件(6)调节踝关节传动组件(5)与鞋底（7）的距离，以适应不同穿戴者的脚踝高度。
传动力臂组件(3)包括传动力臂外壳（31）、联轴器 (32)、传动力臂 (33)、转动轴基座(34)、传动力臂转动轴(35)；其中，转动轴基座(34)通过螺钉固定在外壳（31）上，且支撑嵌入其凹槽的传动力臂转动轴(35)；传动力臂转动轴(35)通过外壳（31）上的安装孔与减速器(2)同轴连接；传动力臂转动轴（35）设有月牙型缺口，能够与联轴器 (32)相啮合，而联轴器（32）与传动力臂 (33)相固定，因此传动力臂转动轴(35)转动将带动传动力臂 (33)转动。
为将电机的驱动力传递给踝关节，传动力臂(33)一端与传动力臂转动轴(35）连接，另一端与踝关节传动组件(5)连接，电机(1)通过减速器(2)驱动传动力臂转动轴(35)转动，并将动力传递给传动力臂 (33)，从而带动踝关节传动组件(5)的转动；如图1所示，外壳（31）通过螺钉与减速器（2）和传动固定结构(4)相固定。
踝关节传动组件(5)包括踝关节传动转轴（51）、踝关节上连杆（52）、踝关节下连杆（53）、踝关节轴承（54）；其中，传动力臂(33)将动力通过踝关节传动转轴（51）输出，并带动踝关节下连杆（53）转动；踝关节下连杆（53）通过踝关节传动转轴（51）及踝关节轴承（54）与踝关节上连杆（52）连接。踝关节传动转轴（51）设有轴键，且与踝关节下连杆（53）的键槽相啮合，因此踝关节传动转轴（51）可以带动关节下连杆（53）的转动；踝关节传动转轴（51）轴设有月牙型缺口，能够与联轴器 (32)相啮合。
具有升降功能的丝杆升降组件(6)，包括丝杆（61）、丝杆升降组件盖（62）、齿轮（63）、丝杆升降组件固定壳（64）、蜗杆（65）；其中，丝杆（61）通过焊接方式与关节下连杆（53）连接；丝杆（61）与齿轮（63）、丝杆升降组件固定壳（64）的孔螺纹相啮合；丝杆升降组件固定壳（64）对齿轮（63）起支撑作用，其底面与鞋底（7）的底面保持在同一平面；蜗杆（65）与齿轮（63）传动连接，蜗杆（65）转动可以带动齿轮（63）转动，进而对丝杆（61）进行上下移动；并在蜗杆（65）上设计了手把，方便使用者对蜗杆（65）进行转动。
附图说明
图1为一种外骨骼使用的踝关节助力结构整体示意图。
图2为图1中所示踝关节助力结构的爆炸结构示意图。
图3为图2中所示踝关节助力结构的具有传递动能的动力臂组件的结构细节图。
图4为图2中踝关节助力结构的踝关节传动组件构细节图。
图5为图2中踝关节助力结构的丝杆升降组件结构细节图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例进一步说明本发明的实施过程。
如图1和图2所示，本发明实施例中的一种外骨骼使用的踝关节助力结构，包括电机(1)、减速器(2)、传动力臂组件(3)、传动固定结构(4)、踝关节传动组件(5)、丝杆升降组件(6)、鞋底(7)。
如图3所示，本发明实施例中的具有传递动能功能的传动力臂组件(3)包括传动力臂外壳（31）、联轴器 (32)、传动力臂 (33)、转动轴基座 (34)、传动力臂转动轴(35)；转动轴基座(34)通过螺钉固定在外壳（31）上，能够支撑并固定嵌入其凹槽的传动力臂转动轴(35)，传动力臂转动轴(35)透过外壳(31)上的安装孔直接与减速器(2) 同轴连接；传动力臂转动轴(35)设有月牙型缺口，能够与联轴器 (32)相啮合，而联轴器（32）与传动力臂(33)相固定，因此传动力臂转动轴(34)转动将带动传动力臂 (33)转动，借助传动力臂组件（3）的传动功能，有效的将电机的驱动力传递到了踝关节传动组件(5)。外壳（31）通过螺钉与传动固定结构(4)相固定，可以起到美观及防尘的作用。
如图4所示，本发明实施例中的踝关节传动组件(5)，包括踝关节传动转轴（51）、踝关节上连杆（52）、踝关节下连杆（53）、踝关节轴承（54）；传动力臂(33)将动力通过踝关节传动转轴(51)输出，并带动踝关节下连杆(53)转动，踝关节下连杆(53)通过踝关节传动转轴(51)及踝关节轴承(54)与踝关节上连杆(52)连接；为实现动能传递的目的，踝关节传动转轴（51）一端通过月牙型缺口与联轴器（32）啮合，另一端通过轴键与踝关节下连杆（53）的键槽相啮合;这种设计使得传动力臂(33)将电机的输出力矩传递到了踝关节传动转轴（51）上，从而带动踝关节下连杆（53）转动。
如图5所示，本发明实施例中的具有升降功能的丝杆升降组件(6)，包括丝杆（61）、丝杆升降组件盖（62）、齿轮（63）、丝杆升降组件固定壳（64）、蜗杆（65）；丝杆（61）通过焊接方式与关节下连杆（53）连接；丝杆（61）与齿轮（63）、丝杆升降组件固定壳（64）的孔螺纹相啮合；为了对齿轮（63）提供更好的支撑作用，将丝杆升降组件固定壳（64）的底面与地面接触，使其底面成为支撑面；蜗杆（65）与齿轮（63）传动连接，蜗杆（65）转动可以带动齿轮（63）转动，进而对丝杆（61）进行上下移动，起到调节踝关节高度的作用；为方便操作，在蜗杆（65）设有手把，使用者通过手把即可对蜗杆（65）完成转动动作；为提高丝杆升降组件（6）的稳固性，采用焊接的方式将丝杆升降组件固定壳（64）与鞋底(7)固定在一起。
Claims (3)
1.一种外骨骼使用的踝关节助力结构，包括电机(1)、减速器(2)、传动力臂组件(3)、传动固定结构(4)、踝关节传动组件(5)、丝杆升降组件(6)、鞋底(7)，其特征在于，所述电机(1)输出的扭矩通过减速器(2)、传动力臂组件(3)驱动踝关节传动组件(5)转动，并可通过具有伸缩功能的丝杆升降组件(6)调节踝关节传动组件(5)与鞋底(7)的距离，以适应不同穿戴者的脚踝高度；
所述具有传递动能功能的传动力臂组件(3)包括传动力臂外壳(31)、联轴器(32)、传动力臂(33)、转动轴基座(34)、传动力臂转动轴(35)；所述转动轴基座(34)通过螺钉固定在外壳(31)上，且支撑嵌入其凹槽的传动力臂转动轴(35)；所述传动力臂转动轴(35)通过外壳(31)上的安装孔与减速器(2)同轴连接；传动力臂转动轴(35)设有月牙型缺口，能够与联轴器(32)相啮合，而联轴器(32)与传动力臂(33)相固定，因此传动力臂转动轴(35)转动将带动传动力臂(33)转动；
所述传动力臂(33)一端与传动力臂转动轴(35)连接，另一端与踝关节传动组件(5)连接，电机(1)通过减速器(2)驱动传动力臂转动轴(35)转动，并将动力传递给传动力臂(33)，带动踝关节传动组件(5)的转动；所述外壳(31)通过螺钉与传动固定结构(4)相固定。
2.根据权利要求1所述的一种外骨骼使用的踝关节助力结构，其特征在于，所述踝关节传动组件(5)包括踝关节传动转轴(51)、踝关节上连杆(52)、踝关节下连杆(53)、踝关节轴承(54)；所述传动力臂(33)将动力通过踝关节传动转轴(51)输出，并带动踝关节下连杆(53)转动；所述踝关节下连杆(53)通过踝关节传动转轴(51)及踝关节轴承(54)与踝关节上连杆(52)连接；所述踝关节传动转轴(51)上设有轴键，且与踝关节下连杆(53)的键槽相啮合，因此踝关节传动转轴(51)可以带动踝关节下连杆(53)的转动；所述踝关节传动转轴(51)轴设有月牙型缺口，能够与联轴器(32)相啮合。
3.根据权利要求1所述的外骨骼使用的踝关节助力结构，其特征在于，具有升降功能的丝杆升降组件(6)包括丝杆(61)、丝杆升降组件盖(62)、齿轮(63)、丝杆升降组件固定壳(64)、蜗杆(65)；所述丝杆(61)通过焊接方式与踝关节下连杆(53)连接；所述丝杆(61)与齿轮(63)、丝杆升降组件固定壳(64)的孔螺纹相啮合；所述丝杆升降组件固定壳(64)对齿轮(63)起支撑作用，其底面与鞋底(7)的底面保持在同一平面；所述蜗杆(65)与齿轮(63)传动连接，蜗杆(65)转动可以带动齿轮(63)转动，进而使丝杆(61)上下移动；所述蜗杆(65)设有手把，方便使用者对蜗杆(65)进行转动。
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