一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼制造技术

本发明专利技术要解决的技术问题是采用完全被动的，基于机械式步态判断的助力踝足外骨骼以提高人体行走的能量的利用率，并降低行走的代谢消耗。它无需外部能源，避免了复杂传感和执行元件，而是采用灵巧的纯机械离合器实现了在特定步态阶段的助力功能。通过调整离合器开和闭的状态，从而间接改变储能元件的储能状态，提高能量的利用效率，从而降低人体行走的代谢消耗，在行走的摆动态中也保证了踝关节的自由度，不会对人的运动造成限制。具有较好的穿戴舒适性、可靠性，对于提升人体行走的持续性和长途跋涉能力具有重要意义。

An adaptive ankle-foot exoskeleton that can reduce walking metabolism

The technical problem to be solved by the present invention is to use fully passive ankle-foot exoskeleton based on mechanical gait judgment to improve the energy utilization rate of human walking and reduce the metabolic consumption of walking. It does not need external energy and avoids complex sensors and actuators. Instead, it uses a dexterous pure mechanical clutch to realize the boost function in a specific gait stage. By adjusting the state of clutch opening and closing, the energy storage state of energy storage elements can be changed indirectly, and the energy utilization efficiency can be improved, so as to reduce the metabolic consumption of human walking. In the swing motion of walking, the degree of freedom of ankle joint can be guaranteed without restriction on human motion. It has good wearing comfort and reliability, which is of great significance to improve the sustainability of human walking and long-distance travel ability.

【技术实现步骤摘要】
一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼
本专利技术涉及机构学领域，特别涉及一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼。
技术介绍
我国已步入老龄化社会，降低人体行走代谢和消耗对于增大人的移动距离，提升行走的持续能力具有重要意义。同时，在军事层面，行走能量利用效率的提升有利于提高士兵的长途跋涉的能力。目前的踝足外骨骼多需要外部能量输入，采用含有电池和电机的执行系统实现助力功能；同时，助力功能的实现还依赖于多传感器对行走时各个步态阶段进行准确的检测。庞大的能源、驱动和检测系统降低了踝足外骨骼的穿戴舒适性和实用性，也增加了外骨骼本身的重量。因此采用纯机械方式判断人体步态阶段并结合柔性元件实现行走时能量的存储和释放，将有利于优化行走的能量利用效率。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是克服
技术介绍
存在的不足，基于对人体行走步态数据和肌肉做功阶段的判断，提出了一种完全被动的，采用机械结构自主判断人体步态并执行被动式助力的踝足外骨骼，能提高人体行走能量的利用率，降低行走代谢消耗。本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼，它的整体由离合器组件、鞋边第一侧杆、鞋边第二侧杆、第一扭簧、第二扭簧、鞋底橡胶、塑料支架、尼龙带、足后弹簧、小腿护套以及第一、第二、第三定滑轮组成。其中，塑料支架两侧与鞋底橡胶两侧通过调节柱铰接，可调节尼龙带改变松紧；鞋边第一侧杆的B孔与鞋底橡胶的固定杆的一端形成转动连接，鞋边第二侧杆的A孔与鞋底橡胶的固定杆的另一侧形成转动连接，鞋边第一侧杆的C螺纹孔与鞋边第二侧杆的B螺纹孔分别与底压杆的两端形成螺纹连接，离合器组件的第二短杆穿过鞋边第一侧杆的A孔后采用螺母固定；离合器组件位于人脚的外侧面，并固定在鞋底橡胶的橡胶基座上，尼龙细绳从离合器组件引出，并依次绕过第一、第二、第三定滑轮，足后弹簧的另一端与小腿护套的A孔通过尼龙绳连接。离合器组件的组成部件为：壳，一号轴承，中心轴，二号轴承，第一连杆，第二连杆，闸瓦，止动片，止动盘，侧凹定滑轮，尼龙细绳，弯曲弹簧，内管，第一内置弹簧，外六角螺纹柱，第一、第二、第三短杆，法兰，第二内置弹簧，回复弹簧，推拉杆。其中，壳的B、C、D孔通过螺栓螺母固定在橡胶基座上，一号轴承的卷边位于壳的外侧，轴承嵌入在壳的A孔内；中心轴的M端穿过一号轴承，轴肩A与轴承的内圈接触，M端有外螺纹，采用螺母与其配合进行固定；中心轴的N端依次穿过二号轴承、第一连杆、止动盘、侧凹定滑轮，并从壳穿出，末端安装轴用挡圈；二号轴承嵌入在第一连杆的沉头孔A内，其内圈与中心轴的轴肩C接触；第一连杆与闸瓦之间采用轴套保持固定距离，止动盘的A、B孔分别和侧凹定滑轮的A、B孔通过螺栓螺母连接；弯曲弹簧嵌入在侧凹定滑轮一侧的凹槽内，其一端系在侧凹定滑轮上固定，另一端固定在壳上；第一短杆依次穿过第一连杆的B孔与第二连杆的一端通孔，末端拧上螺母，形成转动连接；第二连杆的另一端通孔与闸瓦的A孔通过螺栓螺母形成转动连接；止动片安装在闸瓦的方形凹槽内，用螺钉穿过闸瓦的D孔固定；闸瓦的B孔与壳的E孔采用螺栓螺母形成活动连接；第三短杆的圆柱表面攻有螺纹，旋入闸瓦的C螺纹孔中。第一内置弹簧放入外六角螺纹柱的中部滑道内，内管的一端与内置弹簧接触，并可在外六角螺纹柱的滑道内滑动，形成移动副；内管的另一端有外螺纹，穿过第一短杆的通孔并在另一端用螺母固定；外六角螺纹柱的圆柱端穿过第二短杆的孔并在另一侧用螺母固定，第二短杆的圆柱端有外螺纹，其穿过第一侧杆的A孔并用螺母从另一侧固定。第二内置弹簧位于推拉杆的A孔内，回复弹簧套在推拉杆的有孔端圆柱体外；推拉杆无孔端圆柱体穿过橡胶基座，有孔端圆柱体穿过法兰的中心通孔，法兰通过螺钉穿过孔A、B、C、D固定在橡胶基座上。本专利技术和已有技术相比所具有的有益效果：本专利技术提出的自适应踝足外骨骼采用纯机械结构判断人体行走所处的步态阶段，调整离合器开和闭的状态，以间接改变储能元件的储能状态，提高能量的利用效率，从而降低人体行走的代谢消耗。附图说明图1踝足外骨骼穿戴示意图；图2外骨骼等轴侧示意图；图3外骨骼侧视图；图4离合器组件正视图；图5离合器组件爆炸示意图；图6鞋边第一侧杆示意图；图7鞋边第二侧杆示意图；图8底压杆示意图；图9鞋底橡胶示意图；图10小腿护套示意图；图11壳示意图；图12中心轴示意图；图13第一连杆示意图；图14第二连杆示意图；图15闸瓦示意图；图16第一、第二、第三短杆示意图；图17外六角螺纹柱示意图；图18推拉杆示意图；图19法兰示意图；图20止动盘示意图；图21侧凹定滑轮示意图图22工作原理示意图图中：离合器组件(1)，鞋边第一、第二侧杆(2-1、2-2)，第一、第二扭簧(3-1、3-2)，鞋底橡胶(4)，塑料支架(5)，尼龙带(6)，足后弹簧(7)，第一、第二、第三定滑轮(8-1、8-2、8-3)，小腿护套(9)，壳(10)，一号轴承(11)，中心轴(12)，二号轴承(13)，第一连杆(14)，第二连杆(15)，闸瓦(16)，止动片(17)，止动盘(18)，侧凹定滑轮(19)，尼龙细绳(20)，弯曲弹簧(21)，内管(22)，第一内置弹簧(23)，外六角螺纹柱(24)，第一、第二、第三短杆(25-1、25-2、25-3)，法兰(26)，第二内置弹簧(27)，回复弹簧(28)，推拉杆(29)，橡胶基座(30)，底压杆(31),调节柱(32)，固定杆(33)。具体实施方式以下是本专利技术的具体实施例并结合附图，对本专利技术的方案做进一步说明。一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼，它的整体穿戴示意图如图1所示。其由离合器组件(1)、鞋边第一侧杆(2-1)、鞋边第二侧杆(2-2)、第一扭簧(3-1)、第二扭簧(3-2)、鞋底橡胶(4)、塑料支架(5)、尼龙带(6)、足后弹簧(7)、小腿护套(9)以及第一、第二、第三定滑轮(8-1、8-2、8-3)组成。其中，如图2和图3所示，塑料支架(5)两侧与鞋底橡胶(4)两侧通过调节柱(32)铰接，可调节尼龙带(6)改变松紧；鞋边第一侧杆(2-1)的B孔与鞋底橡胶(4)的固定杆(33)的一端形成转动连接，鞋边第二侧杆(2-2)的A孔与鞋底橡胶(4)的固定杆(33)的另一侧形成转动连接，鞋边第一侧杆(2-1)的C螺纹孔与鞋边第二侧杆(2-2)的B螺纹孔分别与底压杆(31)的两端形成螺纹连接，离合器组件(1)的第二短杆(25-2)穿过鞋边第一侧杆(2-1)的A孔后采用螺母固定；离合器组件(1)位于人脚的外侧面，并固定在鞋底橡胶(4)的橡胶基座(30)上，尼龙细绳(20)从离合器组件(1)引出，并依次绕过第一、第二、第三定滑轮(8-1、8-2、8-3)，足后弹簧(7)的另一端与小腿护套(9)的A孔通过尼龙绳连接。离合器组件(1)的组成如图4和图5所示所示：壳(10)，一号轴承(11)，中心轴(12)，二号轴承(13)，第一连杆(14)，第二连杆(15)，闸瓦(16)，止动片(17)，止动盘(18)，侧凹定滑轮(19)，尼龙细绳(20)，弯曲弹簧(21)，内管(22)，第一内置弹簧(23)，外六角螺纹柱(24)，第一、第二、第三短杆(25-1、25-2、25-3)，法兰(26)，第二内置弹簧(27)，回复弹簧(28)，推拉杆(29)。壳本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼，它的整体由离合器组件(1)、鞋边第一侧杆(2‑1)、鞋边第二侧杆(2‑2)、第一扭簧(3‑1)、第二扭簧(3‑2)、鞋底橡胶(4)、塑料支架(5)、尼龙带(6)、足后弹簧(7)、小腿护套(9)以及第一、第二、第三定滑轮(8‑1、8‑2、8‑3)组成；其中，塑料支架(5)两侧与鞋底橡胶(4)两侧通过调节柱(32)铰接，可调节尼龙带(6)改变松紧；鞋边第一侧杆(2‑1)的B孔与鞋底橡胶(4)的固定杆(33)的一端形成转动连接，鞋边第二侧杆(2‑2)的A孔与鞋底橡胶(4)的固定杆(33)的另一侧形成转动连接，鞋边第一侧杆(2‑1)的C螺纹孔与鞋边第二侧杆(2‑2)的B螺纹孔分别与底压杆(31)的两端形成螺纹连接，离合器组件(1)的第二短杆(25‑2)穿过鞋边第一侧杆(2‑1)的A孔后采用螺母固定；离合器组件(1)位于人脚的外侧面，并固定在鞋底橡胶(4)的橡胶基座(30)上，尼龙细绳(20)从离合器组件(1)引出，并依次绕过第一、第二、第三定滑轮(8‑1、8‑2、8‑3)，足后弹簧(7)的另一端与小腿护套(9)的A孔通过尼龙绳连接。

【技术特征摘要】
1.一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼，它的整体由离合器组件(1)、鞋边第一侧杆(2-1)、鞋边第二侧杆(2-2)、第一扭簧(3-1)、第二扭簧(3-2)、鞋底橡胶(4)、塑料支架(5)、尼龙带(6)、足后弹簧(7)、小腿护套(9)以及第一、第二、第三定滑轮(8-1、8-2、8-3)组成；其中，塑料支架(5)两侧与鞋底橡胶(4)两侧通过调节柱(32)铰接，可调节尼龙带(6)改变松紧；鞋边第一侧杆(2-1)的B孔与鞋底橡胶(4)的固定杆(33)的一端形成转动连接，鞋边第二侧杆(2-2)的A孔与鞋底橡胶(4)的固定杆(33)的另一侧形成转动连接，鞋边第一侧杆(2-1)的C螺纹孔与鞋边第二侧杆(2-2)的B螺纹孔分别与底压杆(31)的两端形成螺纹连接，离合器组件(1)的第二短杆(25-2)穿过鞋边第一侧杆(2-1)的A孔后采用螺母固定；离合器组件(1)位于人脚的外侧面，并固定在鞋底橡胶(4)的橡胶基座(30)上，尼龙细绳(20)从离合器组件(1)引出，并依次绕过第一、第二、第三定滑轮(8-1、8-2、8-3)，足后弹簧(7)的另一端与小腿护套(9)的A孔通过尼龙绳连接。2.一种能降低行走代谢的自适应踝足外骨骼，其特征在于，离合器组件(1)的组成部件为：壳(10)，一号轴承(11)，中心轴(12)，二号轴承(13)，第一连杆(14)，第二连杆(15)，闸瓦(16)，止动片(17)，止动盘(18)，侧凹定滑轮(19)，尼龙细绳(20)，弯曲弹簧(21)，内管(22)，第一内置弹簧(23)，外六角螺纹柱(24)，第一、第二、第三短杆(25-1、25-2、25-3)，法兰(26)，第二内置弹簧(27)，回复弹簧(28)，推拉杆(29)；其中，壳(10)的B、C、D孔通过螺栓螺母固定在橡胶基座(30)上，一号轴承(11)的卷边位于壳(10)的外侧，轴承嵌入在壳(10)的A孔内；中心轴(12)的M端...

【专利技术属性】
技术研发人员：王向阳，郭盛，曲海波，陈光荣，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：北京,11