一种液压驱动的踝关节助力装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种液压驱动的踝关节助力装置，属于踝关节助力装置技术领域，解决了现有踝关节助力装置结构复杂、人体能量消耗大、长时间使用有疲劳感、助力效果差的问题。该助力装置，包括鞋底、踝支架、小腿靠板和储能结构，储能结构设置在小腿靠板上并与踝支架通过钢丝绳连接，储能结构包括活塞筒和内置于活塞筒内的活塞，活塞的下端连接有弹簧，弹簧的另一端抵住活塞筒底部；活塞筒密封连接有接头，接头与两位两通电磁阀通过油管连接，接头与P油源油管连接形成主油路，接头与T油箱油管连接形成回油路，通过控制活塞筒容腔内油压以完成储能结构的能量储存与释放。实现了简化助力装置结构、提升了助力效果。

【技术实现步骤摘要】
一种液压驱动的踝关节助力装置
本专利技术涉及踝关节助力装置
，尤其涉及一种液压驱动的踝关节助力装置。
技术介绍
踝关节是人体运动中一个十分重要的关节，在行走过程中踝关节输出扭矩可达250Nm，功率可达200W，因此在外骨骼、康复医疗、助残器械领域，踝关节助力装置已成为研究热点。当前踝关节助力装置主要分为主动式和被动式两种，主动式采用电机或液压缸为执行器，直接驱动踝关节，在行走蹬地时为踝关节助力，这种助力形式有良好的可控性，通过控制电机扭矩及液压缸压力可直接控制助力装置的助力大小，但存在着助力时机难以把握，电机及液压系统响应不及时的问题；被动式采用弹簧储能的形式，通过固定在小腿和脚底的弹簧，依靠人体行走踝关节角度的变化，在脚着地时拉伸弹簧储能，在蹬地时弹簧释放能量为踝关节助力，这种助力形式简单，弹簧的响应时间快，但弹簧拉伸所需的能量由人体提供，会消耗人体相当一部分能量，助力效果相对差，长时间穿戴疲劳感显著。目前，已有国内学者综合主动式和被动式助力装置的优势和特点，研发出了准被动式踝关节助力装置，此类助力装置采用驱动电机或气压压缩弹簧储能，助力效果较主动式和被动式有一定提升，但是此类型助力装置结构复杂，体积大且笨重，给穿戴者增加了负担，而且助力效果不稳定，同一台助力装置型号尺寸固定，不能满足不同腿长人群的需求。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种液压驱动的踝关节助力装置，用以解决现有踝关节助力装置结构复杂、人体能量消耗大、长时间使用有疲劳感、助力效果差的技术问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种液压驱动的踝关节助力装置，包括脚支撑板、踝支架、小腿靠板和储能结构，脚支撑板用于支撑和承载穿戴者足部力量；踝支架设置于脚支撑板的后端部，并通过转动关节与小腿靠板连接；储能结构设置于小腿靠板上并与踝支架通过钢丝绳连接，其特征在于，储能结构包括活塞筒和内置于活塞筒的活塞，活塞的下端连接有弹簧，弹簧的另一端抵靠于活塞筒底部；活塞筒密封连接有接头，接头与两位两通电磁阀的两个接通口通过油管连接，接头与P油源连接形成主油路，接头与T油箱连接形成回油路；两位两通电磁阀包括主油路电磁铁和回油路电磁铁，主油路电磁铁和回油路电磁铁控制主油路与回油路的开闭，进而控制活塞筒容腔内的油压，以完成储能结构的能量储存与释放。本专利技术有益效果如下：a)本专利技术的液压驱动的踝关节助力装置，采用液压力代替人体发力压缩弹簧储能，设置两位两通电磁阀，通过油路切换，完成储能结构的能量储存和释放，以实现踝关节的助力，能够减少行走中人体的能量消耗，降低疲劳感。活塞与弹簧直接连接的结构，设计巧妙，结构简单，减少材料的使用，降低助力装置的重量，减轻穿戴者的负担，并降低了生产成本，同时液压储能释能过程更加平稳，提升了助力装置的稳定性和助力效果。b)本专利技术的液压驱动的踝关节助力装置，钢丝绳通过转轴与踝支架连接，在运动过程中钢丝绳与小腿的夹角可随着人的步伐动态调整至最佳角度，能够以最省力的方式进行力的传递，力的传递效率大幅提升，助力效果更好，并且提高了能量利用率。c)本专利技术的液压驱动的踝关节助力装置，储能结构在小腿靠板的位置可调，同时钢丝绳与活塞和踝支架均为可拆卸连接结构，便于维护和更换不同长度的钢丝绳，能够满足不同腿长的人群，克服了传统助力装置不能满足不同腿长人群需求的缺陷，本专利技术的踝关节助力装置应用广泛，市场前景广阔。在上述方案的基础上，本专利技术还做了如下改进：进一步地，小腿靠板后侧固定设置有L形限位件，L形限位件设有供钢丝绳通过的通孔，L形限位件与小腿靠板形成容纳储能结构的限位槽。进一步地，L形限位件与小腿靠板一体成型或L形限位件与小腿靠板可拆卸连接。进一步地，踝支架设置有连接件，钢丝绳通过转轴与连接件连接。进一步地，钢丝绳分别与活塞和连接件可拆卸连接。进一步地，接头与活塞筒通过螺纹连接。进一步地，活塞设置有环槽，环槽内安装有格莱圈和导向带。进一步地，弹簧的直径小于活塞筒内径，弹簧的自由长度与活塞的高度之和不小于活塞筒的长度。进一步地，脚支撑板包括前支撑板和后支撑板，前支撑板与后支撑板可转动连接。进一步地，脚支撑板的下表面设置有防滑凸起。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术实施例中的液压驱动的踝关节助力装置结构示意图；图2为本专利技术实施例中的脚跟着地时助力装置工作状态图；图3为本专利技术实施例中的脚蹬地前助力装置工作状态图；图4为本专利技术实施例中的脚蹬地时助力装置工作状态图。附图标记：1、脚支撑板；2、踝支架；21、连接件；3、小腿靠板；31、限位件；4、储能结构；5、活塞筒；6、两位两通电磁阀；61、主油路电磁铁；62、回油路电磁铁；7、活塞；71、格莱圈；72、导向带；8、弹簧；9、接头；10、钢丝绳。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术的一个具体实施例，如图1至图4所示，公开了一种液压驱动的踝关节助力装置，包括脚支撑板1、踝支架2、小腿靠板3和储能结构4，脚支撑板1用于支撑和承载穿戴者足部力量；踝支架2设置于脚支撑板1的后端部，并通过转动关节与小腿靠板3连接，小腿靠板3由硬质轻质材料制成，优选铝合金材料，该材质的密度小、比强度高、耐蚀性好，降低助力装置的重量，降低生产成本，延长使用寿命；储能结构4设置于小腿靠板3上并与踝支架2通过钢丝绳10连接，储能结构4包括活塞筒5和内置于活塞筒5的活塞7，活塞7的下端连接有弹簧8，弹簧8的另一端抵靠于活塞筒5底部，此储能结构4的结构紧凑，占用体积小，减少了材料的使用量，从而降低了助力装置的整体体积和重量；活塞筒5密封连接有接头9，接头9与两位两通电磁阀6的两个接通口通过油管连接，接头9与P油源连接形成主油路，接头9与T油箱连接形成回油路；两位两通电磁阀6包括主油路电磁铁61和回油路电磁铁62，电磁铁61、62是两位两通电磁阀的控制部分，通过控制主油路电磁铁61和回油路电磁铁62的通电或断电可以控制两位两通电磁阀6的通断，即控制主油路与回油路的开闭，进而控制活塞筒容腔内的油压，以完成储能结构4的能量储存与释放。该助力装置还可以包括其他辅助元件如脚底压力传感器、踝关节角度编码器和控制器，脚底压力传感器、踝关节角度编码器用以采集穿戴者脚底压力信息、检测人体运动姿态，当脚底压力传感器、踝关节角度编码器采集的信息传输至控制器，控制器能够判断穿戴者的步态，进而控制油路的开闭。具体的，当穿戴者行走步态处于小腿前摆至脚蹬地过程时，通过其他辅助元件如脚底压力传感器、踝关节角度编码器等检测人体运动姿态，再由控制器控制主油路电磁铁61通电，回油路电磁铁62断电，活塞筒容腔与P油源接通，压力油经油管进入活塞筒容腔，压力油作用在活塞7上，进而活塞7压本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种液压驱动的踝关节助力装置，包括脚支撑板、踝支架、小腿靠板和储能结构，所述脚支撑板用于支撑和承载穿戴者的足部力量；所述踝支架设置于脚支撑板的后端部，并通过转动关节与小腿靠板连接；所述储能结构设置于小腿靠板上并与踝支架通过钢丝绳连接，其特征在于，所述储能结构包括活塞筒和内置于活塞筒的活塞，所述活塞的下端连接有弹簧，所述弹簧的另一端抵靠于活塞筒底部；所述活塞筒密封连接有接头，所述接头与两位两通电磁阀的两个接通口通过油管连接，所述接头与P油源连接形成主油路，所述接头与T油箱连接形成回油路；所述两位两通电磁阀包括主油路电磁铁和回油路电磁铁，所述主油路电磁铁和回油路电磁铁分别控制主油路与回油路的开闭，进而控制活塞筒容腔内的油压，以完成储能结构的能量储存与释放。

【技术特征摘要】
1.一种液压驱动的踝关节助力装置，包括脚支撑板、踝支架、小腿靠板和储能结构，所述脚支撑板用于支撑和承载穿戴者的足部力量；所述踝支架设置于脚支撑板的后端部，并通过转动关节与小腿靠板连接；所述储能结构设置于小腿靠板上并与踝支架通过钢丝绳连接，其特征在于，所述储能结构包括活塞筒和内置于活塞筒的活塞，所述活塞的下端连接有弹簧，所述弹簧的另一端抵靠于活塞筒底部；所述活塞筒密封连接有接头，所述接头与两位两通电磁阀的两个接通口通过油管连接，所述接头与P油源连接形成主油路，所述接头与T油箱连接形成回油路；所述两位两通电磁阀包括主油路电磁铁和回油路电磁铁，所述主油路电磁铁和回油路电磁铁分别控制主油路与回油路的开闭，进而控制活塞筒容腔内的油压，以完成储能结构的能量储存与释放。2.根据权利要求1所述的液压驱动的踝关节助力装置，其特征在于，所述小腿靠板后侧固定设置有L形限位件，所述L形限位件设有供所述钢丝绳通过的通孔，所述L形限位件与小腿靠板形成容纳所述储能结构的限位槽。3.根据权利要求2所述的液压驱动的踝关节助力装置，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜晓东，王道臣，何其佳，崔翔，贾正伟，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11