一种足部助力外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种足部助力外骨骼装置，包括储能扭簧、足底支撑部件、脚掌能量锁放部件、脚跟能量锁放部件、复位弹簧、脚跟脚掌支撑部件；复位弹簧设置于脚跟脚掌支撑部件和足底支撑部件之间；储能扭簧套设于足底支撑部件上固定的扭簧安装轴上，储能扭簧与脚掌相对端第一扭簧臂，储能扭簧与脚跟相对端为第二扭簧臂；脚掌能量锁放部件设置于足底支撑部件的首端，脚跟能量锁放部件设置于足底支撑部件的尾端；在步态周期中扭簧实现脚跟着地的碰撞能量吸收，通过足底压力的变化控制能量在脚蹬地时于前脚掌释放，实现步行助力，装置结构简单，制造和使用方便，在前脚掌蹬地时提供助力更加符合人体步行的受力感受，助力效果显著，人机协调性好。

【技术实现步骤摘要】
一种足部助力外骨骼装置
本专利技术涉及足部助力装置
，特别是涉及一种足部助力外骨骼装置。
技术介绍
千里之行，始于足下，人类工作生活都离不开足部运动。人类平均每天行进约10000步，通过足部助力外骨骼装置减轻步行运动耗能对提升人体运动能力具有重要意义。目前的足部外骨骼系统按有无电源分为动力外骨骼与被动外骨骼，动力外骨骼大多繁重复杂，包含驱动电源极大的增加了系统的重量和成本，进一步限制了应用的条件，在人机协调性等共性问题上也依然存在问题。被动外骨骼结构相对简单，实用性更好，制作成本较低。人体步行时，主要能量消耗一部分在脚后跟与地面的碰撞，另一部分在小腿后肌、跟腱等肌肉组织。如何储存步行时脚后跟与地面的碰撞能量，并释放这部分能量减轻腿部肌肉的耗能是被动助力装置设计的关键。简单的在鞋底设置弹性元件获得的能量回馈有限，并不能起到很好的省力效果。现有的被动足部外骨骼助力系统大多基于踝关节角度变化控制助力的释放，在小腿后肌将要出力时释放能量为踝关节提供力矩，缓解步行时关键肌肉的疲劳。但助力释放过早，人体需提供额外的力平衡装置提供的助力，步行更加费力；助力释放过晚，起不到最好省力效果，目前尚未找到最佳的能量释放时间点。此外，踝关节角度变化复杂且监测困难，增加了这类装备的复杂程度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种足部助力外骨骼装置，以解决上述现有技术存在的问题，基于足底压力变化控制助力释放，在步行脚蹬地时为前脚掌提供助力，实现更加符合足部运动习惯的步行省力。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种足部助力外骨骼装置，包括储能扭簧、足底支撑部件、脚掌能量锁放部件、脚跟能量锁放部件、复位弹簧、脚跟脚掌支撑部件；所述脚跟脚掌支撑部件设置于所述足底支撑部件的顶部，所述脚跟脚掌支撑部件的顶部用于固定人体足部；所述复位弹簧设置于所述脚跟脚掌支撑部件和所述足底支撑部件之间；所述足底支撑部件的顶部固定有一第一扭簧安装轴，所述储能扭簧套设于所述第一扭簧安装轴上，所述储能扭簧与脚掌相对的首端为第一扭簧臂，所述储能扭簧与脚跟相对的尾端为第二扭簧臂；所述脚掌能量锁放部件设置于所述足底支撑部件的首端，所述脚跟能量锁放部件设置于所述足底支撑部件的尾端；初始状态下，所述脚掌能量锁放部件锁定所述储能扭簧的第一扭簧臂，所述脚跟能量锁放部件与所述第二扭簧臂相对，所述第二扭簧臂处于待锁定状态；足部行走时，脚跟与地面接触下压所述第二扭簧臂，所述储能扭簧储能，所述第二扭簧臂下压过程中被所述脚跟能量锁放部件锁定；全脚掌着地后，脚掌压力增加，下压所述脚掌能量锁放部件，第一扭簧臂解锁，释放所述储能扭簧储存的能量为步行提供助力；所述储能扭簧释放助力后，所述脚跟能量锁放部件受力变小，脚后跟抬起，所述第二扭簧臂解锁复位；进一步蹬地后整体足底助力外骨骼装置随脚进入悬空状态，在所述复位弹簧推动下，脚跟下的所述脚跟脚掌支撑部件与所述足底支撑部件距离增加，所述第二扭簧臂绕所述第一扭簧安装轴逆时针旋转，使得所述第一扭簧臂同样绕所述第一扭簧安装轴逆时针旋转，进而所述脚掌能量锁放部件锁定所述第一扭簧臂，装置回复初始状态，在步态周期中实现能量回馈。优选地，所述脚跟脚掌支撑部件包括分别与脚掌和脚跟相对的两块支撑板，每块支撑板的顶部均设置有足部固定部件，每块所述支撑板的底部均设置有扭簧限位框，所述扭簧限位框由两个相对设置的矩形框架构成，矩形框架的高度大于所述储能扭簧的直径。优选地，每块所述支撑块的顶部均设置有滑槽，所述足部固定部件为分别设置于所述滑槽两侧的夹板，所述夹板与所述滑槽滑动连接，所述夹板上设置有固定足部的绑带。优选地，两块所述支撑板与所述足底支撑部件之间均设置有所述复位弹簧。优选地，所述第一扭簧臂设置有两个，两个所述第一扭簧臂由所述储能扭簧内侧向首端延伸而出，两个所述第一扭簧臂的端部通过一限位杆连接，两个所述第一扭簧臂之间的所述限位杆的杆体内侧设置有第一锁定槽，所述第一锁定槽与所述脚掌能量锁放部件配合设置，位于两个所述第一扭簧臂外侧的所述限位杆的杆体部分搭接在脚掌端的所述扭簧限位框上；所述第二扭簧臂设置有两个，两个所述第二扭簧臂由所述储能扭簧外侧向尾端延伸而出，两个所述第二扭簧臂的端部分别设置有卡脚，所述卡脚由所述第二扭簧臂向内侧弯曲而成，每个所述卡脚上均设置有一与所述脚跟能量锁放部件配合设置的所述第二锁定槽，所述卡脚搭接在脚跟端的所述扭簧限位框上。优选地，所述脚掌能量锁放部件包括两个横向相对设置的第一基座、第二扭簧安装轴、第一扭簧、两个第一锁放开关和第一棘爪；两个所述第一基座与所述足底支撑部件固定连接，所述第二扭簧安装轴固定于两个所述第一基座之间，所述第一扭簧套设于所述第二扭簧安装轴上，且所述第一扭簧的起始端和终止端分别固定于其中一个所述第一基座上；两个所述第一锁放开关和所述第一棘爪的底部与所述第二扭簧安装轴转动连接，且所述第一棘爪设置于两个所述第一锁放开关之间；两个所述第一锁放开关的顶部抵接在所述脚跟脚掌支撑部件底部，所述第一棘爪的顶部设置有第一锁定部，所述第一锁定部卡接于所述第一锁定槽内；两个所述第一锁放开关的杆体上还分别竖向开设有条形的第一限位孔，所述第一棘爪的杆体上开设有条形的第二限位孔，所述第一扭簧的中部设置有朝向首端延伸出的第一U型连接部，所述第一U型连接部两侧的所述第一扭簧上设置有朝向尾端延伸出的第二U型连接部，所述第一U型连接部穿设于所述第一限位孔内，所述第二U型连接部分别穿设于其中一个所述第二限位孔内。优选地，所述脚跟能量锁放部件包括第二基座、第三扭簧安装轴、第二扭簧、两个第二锁放开关和两个第二棘爪；所述第二基座固定于所述第三扭簧安装轴的中部，所述第二基座与所述足底支撑部件固定连接；所述第二扭簧套设于所述第三扭簧安装轴上，两个所述第二棘爪的底部转动连接于所述第三扭簧轴的两端，两个所述第二棘爪与所述第二基座之间的所述第三扭簧轴上分别设置有一所述第二锁放开关，且两个所述第二锁放开关的底部与所述第三扭簧轴转动连接；两个所述第二锁放开关的顶部抵接在所述脚跟脚掌支撑部件底部，两个所述第二棘爪的顶部设置有第二锁定部，所述第二锁定部与所述第二锁定槽相对，所述第二扭簧臂受力下行时，所述第二锁定部能够与所述第二锁定槽卡接；所述第二扭簧的中部设置有朝向首端延伸出的第三U型连接部，所述第三U型连接部两侧的所述第二扭簧上设置有朝向尾端延伸出的第四U型连接部，所述第三U型连接部穿设于所述第二基座上，且所述第三U型连接部与所述第二基座固定连接；两个所述第二锁放开关的杆体上分别竖向开设有条形的第三限位孔，两所述第二棘爪的杆体上分别竖向开设有条形的第四限位孔，所述第四U型连接部分别穿设于其中一个所述第三限位孔内，所述第二扭簧两端的受力部分别穿设于其中一个所述第四限位孔内。优选地，所述第一基座与所述足底支撑部件通过螺栓固定连接。优选地，所述第二基座与所述足底支撑部件通过螺栓固定连接。本专利技术相对于现有技术取得了以下有益技术效果：1、本专利技术提供的足部助力外骨骼装置，通过扭簧储放能量，结构简单，能量储放效率高。2、本专利技术提供的足部助力外骨骼装置，通过足底压力触发助力的存储与释放，结构简单，控制有效。3、本专利技术提供的足部助力外骨骼装置，通过扭簧储存脚后跟落地的能量在前脚掌本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种足部助力外骨骼装置，其特征在于：包括储能扭簧、足底支撑部件、脚掌能量锁放部件、脚跟能量锁放部件、复位弹簧、脚跟脚掌支撑部件；所述脚跟脚掌支撑部件设置于所述足底支撑部件的顶部，所述脚跟脚掌支撑部件的顶部用于固定人体足部；所述复位弹簧设置于所述脚跟脚掌支撑部件和所述足底支撑部件之间；所述足底支撑部件的顶部固定有一第一扭簧安装轴，所述储能扭簧套设于所述第一扭簧安装轴上，所述储能扭簧与脚掌相对的首端为第一扭簧臂，所述储能扭簧与脚跟相对的尾端为第二扭簧臂；所述脚掌能量锁放部件设置于所述足底支撑部件的首端，所述脚跟能量锁放部件设置于所述足底支撑部件的尾端；初始状态下，所述脚掌能量锁放部件锁定所述储能扭簧的第一扭簧臂，所述脚跟能量锁放部件与所述第二扭簧臂相对，所述第二扭簧臂处于待锁定状态；足部行走时，脚跟与地面接触下压所述第二扭簧臂，所述储能扭簧储能，所述第二扭簧臂下压过程中被所述脚跟能量锁放部件锁定；全脚掌着地后，脚掌压力增加，下压所述脚掌能量锁放部件，第一扭簧臂解锁，释放所述储能扭簧储存的能量为步行提供助力；所述储能扭簧释放助力后，所述脚跟能量锁放部件受力变小，脚后跟抬起，所述第二扭簧臂解锁复位；进一步蹬地后整体足底助力外骨骼装置随脚进入悬空状态，在所述复位弹簧推动下，脚跟下的所述脚跟脚掌支撑部件与所述足底支撑部件距离增加，所述第二扭簧臂绕所述第一扭簧安装轴逆时针旋转，使得所述第一扭簧臂同样绕所述第一扭簧安装轴逆时针旋转，进而所述脚掌能量锁放部件锁定所述第一扭簧臂，装置回复初始状态，在步态周期中实现能量回馈。...

【技术特征摘要】
1.一种足部助力外骨骼装置，其特征在于：包括储能扭簧、足底支撑部件、脚掌能量锁放部件、脚跟能量锁放部件、复位弹簧、脚跟脚掌支撑部件；所述脚跟脚掌支撑部件设置于所述足底支撑部件的顶部，所述脚跟脚掌支撑部件的顶部用于固定人体足部；所述复位弹簧设置于所述脚跟脚掌支撑部件和所述足底支撑部件之间；所述足底支撑部件的顶部固定有一第一扭簧安装轴，所述储能扭簧套设于所述第一扭簧安装轴上，所述储能扭簧与脚掌相对的首端为第一扭簧臂，所述储能扭簧与脚跟相对的尾端为第二扭簧臂；所述脚掌能量锁放部件设置于所述足底支撑部件的首端，所述脚跟能量锁放部件设置于所述足底支撑部件的尾端；初始状态下，所述脚掌能量锁放部件锁定所述储能扭簧的第一扭簧臂，所述脚跟能量锁放部件与所述第二扭簧臂相对，所述第二扭簧臂处于待锁定状态；足部行走时，脚跟与地面接触下压所述第二扭簧臂，所述储能扭簧储能，所述第二扭簧臂下压过程中被所述脚跟能量锁放部件锁定；全脚掌着地后，脚掌压力增加，下压所述脚掌能量锁放部件，第一扭簧臂解锁，释放所述储能扭簧储存的能量为步行提供助力；所述储能扭簧释放助力后，所述脚跟能量锁放部件受力变小，脚后跟抬起，所述第二扭簧臂解锁复位；进一步蹬地后整体足底助力外骨骼装置随脚进入悬空状态，在所述复位弹簧推动下，脚跟下的所述脚跟脚掌支撑部件与所述足底支撑部件距离增加，所述第二扭簧臂绕所述第一扭簧安装轴逆时针旋转，使得所述第一扭簧臂同样绕所述第一扭簧安装轴逆时针旋转，进而所述脚掌能量锁放部件锁定所述第一扭簧臂，装置回复初始状态，在步态周期中实现能量回馈。2.根据权利要求1所述的足部助力外骨骼装置，其特征在于：所述脚跟脚掌支撑部件包括分别与脚掌和脚跟相对的两块支撑板，每块支撑板的顶部均设置有足部固定部件，每块所述支撑板的底部均设置有扭簧限位框，所述扭簧限位框由两个相对设置的矩形框架构成，矩形框架的高度大于所述储能扭簧的直径。3.根据权利要求2所述的足部助力外骨骼装置，其特征在于：每块所述支撑块的顶部均设置有滑槽，所述足部固定部件为分别设置于所述滑槽两侧的夹板，所述夹板与所述滑槽滑动连接，所述夹板上设置有固定足部的绑带。4.根据权利要求2所述的足部助力外骨骼装置，其特征在于：两块所述支撑板与所述足底支撑部件之间均设置有所述复位弹簧。5.根据权利要求2所述的足部助力外骨骼装置，其特征在于：所述第一扭簧臂设置有两个，两个所述第一扭簧臂由所述储能扭簧内侧向首端延伸而出，两个所述第一扭簧臂的端部通过一限位杆连接，两个所述第一扭簧臂之间的所述限位杆的杆体内侧设置有第一锁定槽，所述第一锁定槽与所述脚掌能量锁放部件配合设置，位于两个所述第一扭簧臂外侧的所述限位杆的杆体部分搭接在脚掌端的所述扭簧限位框上；所述第二扭簧臂设置有两个，两个所述第二扭簧臂由所述储能扭簧外侧向尾端延伸而出，两个所述第二扭簧臂的端部分别设置有卡脚，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：王坤，崔博，杲修杰，佘晓俊，杨红莲，马科锋，
申请(专利权)人：军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所，
类型：发明
国别省市：天津,12