[发明专利]一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备

说明书

本发明提供一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备，包括脚部支撑板、利用软体材料和刚性原件制成的柔性关节、与柔性关节相连的脚踝穿戴组件、驱动踝关节运动的绞线驱动部分，柔性关节由全部封装在软体材料内的限位杆和部分封装在软体材料内的刚性连接件组成，而绞线驱动部分由电机、齿轮传动系统、双绞线组成，本踝关节助力机构通过电机带动两根细线相互扭转，预先绞制成双螺旋结构，通过所绞的松紧程度实现类似于肌肉的拉伸和舒张运动，进而辅助穿戴者进行行走，本发明通过特制的柔性关节能实现背屈跖屈和内旋外旋方向上的自由运动，通过一个电机驱动两侧的双绞线结构同时实现双侧的拉伸和舒张功能，并且能提供踝关节的安全保护功能。

技术领域

本发明涉及辅助行走领域，具体是指一种基于双绞线驱动的张拉柔性穿戴助力设备。

背景技术

踝关节是连接腿部和脚部的重要关节，也是人行走过程中为身体提供支撑和移动的关键部位，由于踝关节是日常活动中使用频率最高的关节，因此对比其他关节更容易发生损伤，现有的可穿戴式辅助行走设备可以分为有源助力设备和无源助力设备两大类，其中无源助力设备主要由各种弹性元件组成，质量轻，但是只能适应固定几种步态，并且助力效果不如有源式效果明显，而有源式助力设备由于引入了驱动器导致整体结构重量上升，增加使用者负担。由于大部分有源式助力设备采用电机作为动力设备，同时需要大减速比的减速装置进行驱动力的放大，导致可穿戴的设备尺寸较大，也不利于使用者移动，虽然一部分助力设备将驱动器与使用者分离，外置于地面上，但这种分离式的有源助力设备限制了使用者的活动范围。

并且无论是有源式设备还是无源式设备，大多数可穿戴设备都只实现了踝关节的背屈方向上的自由度，限制了其他方向上的运动，一方面人体踝关节具有十分复杂的运动形式，在行走时也伴随有其他方向上的运动，绝不是单一自由度运动的形式；另一方面，由于穿戴设备的关节运动瞬心与人体踝关节的运动瞬心无法完全重合，存在一定的偏差，这就导致使用者在行走时具有一定的不适感，无法达到更好的助力效果。

由上述现有的各类踝关节助力设备可知，如何提供更大的单位质量的驱动力的同时减轻使用者的不适感渐渐成为辅助行走领域中亟待解决的问题之一。

发明内容

本发明提供一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备，该助力设备将双绞线引入踝关节助力机构，以解决采用电机驱动时需要搭配大减速比系统引起的质量和尺寸偏大的问题，搭配特制的柔性关节，能减轻由对心不齐所带来的不适感，以解决上述背景技术中所提到的问题

一种基于双绞线驱动的张拉柔性踝关节穿戴助力设备，包括脚部支撑板、柔性关节、脚踝穿戴组件，所述柔性关节下端与脚踝穿戴组件相连，所述柔性关节上端与绞线驱动部分相连，所述脚部支撑板与穿戴者的足部通过绑带固定连接，所述脚部支撑板和万向铰轴承连接。

进一步地，所述绞线驱动部分包括电机固定板，所述电机固定板上安装电机，所述电机下端连接联轴器，所述联轴器与主动轴相连，所述主动轴上固定连接有齿轮II，所述主动轴固连有绞线环II，所述齿轮II与齿轮I啮合连接，所述齿轮I通过小轴承座与从动轴连接，所述齿轮I下端固定有大轴承座一端，所述大轴承座另一端连接绞线环I。

进一步地，所述柔性关节包括足部连接板，所述足部连接板与小腿连接板通过软体材料连接，所述软体材料中设置有弹性限位杆I和弹性限位杆II，所述小腿连接板通过两颗螺栓与小腿固定板固连。

进一步地，所述小腿固定板上两侧设置有绑带IV和绑带V。

进一步地，所述绞线驱动部分末端与双绞线一端连接，所述双绞线另一端固定于脚部支撑板上的勾环之中。

进一步地，所述脚部支撑板在脚背部分设置有绑带II和绑带III，所述脚部支撑板在脚后跟部位设置有绑带I。