一種用于穿戴式下肢外骨骼機器人的足部裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于穿戴式下肢外骨骼機器人技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于穿戴式下肢外骨骼機器人的足部裝置，具體涉及一種具有沿三個方向轉(zhuǎn)動共三個自由度的可調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)的足部裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]依據(jù)運動學(xué)的原理，人體踝關(guān)節(jié)具有三個方向的自由度，分別是圍繞運動關(guān)節(jié)的跖屈/背屈運動、外展/內(nèi)收運動和旋內(nèi)/旋外運動，目前市場上廣泛存在的踝關(guān)節(jié)的康復(fù)設(shè)備、矯形器或外骨骼都是使踝關(guān)節(jié)進行跖屈/背屈的單一運動，而這種單自由度的運動，不僅康復(fù)訓(xùn)練的功能較為狹隘，極易造成踝關(guān)節(jié)的再次損傷，而且舒適性、安全性、適應(yīng)性及康復(fù)效果都很差。
[0003]下肢外骨骼機器人無論是提高穿戴的機動能力、負(fù)重能力，還是輔助老年人行走或輔助醫(yī)療康復(fù)訓(xùn)練功能，均要求腳部的踝關(guān)節(jié)裝置具有一定的輔助支撐作用，更需要有類似人體骨骼的自由度。而現(xiàn)有的踝關(guān)節(jié)裝置大部分都是腳踝助行器裝置或輔助康復(fù)訓(xùn)練的外骨骼足部裝置。申請?zhí)枮镃N200910111110.4的發(fā)明公布了兩自由度康復(fù)器，實現(xiàn)了腳踝的內(nèi)翻/外翻運動和外展/內(nèi)收運動。該實用新型雖然實現(xiàn)了腳踝的兩個自由度的運動，但仍不能克服行走時來自地面的沖擊，其外展/內(nèi)收這一動作實施時可控性不便，控制不好更容易崴腳，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜實施不夠便捷，應(yīng)用領(lǐng)域也僅限于醫(yī)療器械。申請?zhí)枮镃N200410053695.6的發(fā)明和CN200420081797.4的實用新型公開了兩種醫(yī)療器械領(lǐng)域的下肢步行外骨骼，該實用新型可在一定程度上減輕步行者疲勞，增強人體攜帶重物運動的能力，作為下肢截肢病人或者肌肉萎縮病人的助行器。但該實用新型結(jié)構(gòu)體積龐大，步行時難以克服來自地面的沖擊，且穿戴者的腳踝的運動自由度有限，長期穿戴會給穿戴者帶來一定的不舒適感和疲勞感，同時由于它的功能單一使該實用新型應(yīng)用領(lǐng)域有限。申請?zhí)枮镃N201510082305.6的發(fā)明公開了一種外骨骼用三自由度柔性踝關(guān)節(jié)裝置，運用三個自由度的裝置實現(xiàn)了踝關(guān)節(jié)的跖屈/背屈運動、外展/內(nèi)收運動。但是該實用新型只采用了被動的自由度，僅可以作為助行器外骨骼的使用，而不能作為輔助康復(fù)型外骨骼對患者踝部關(guān)節(jié)的主動性訓(xùn)練，同時，該裝置采用柔性材料對腳踝的外展/內(nèi)收進行控制，長期使用會造成柔性材料的強度疲勞，容易造成使用者在行走過程中崴腳。申情號為CN201410208291.3的中國專利公開了一種用于康復(fù)訓(xùn)練用的多自由度的踝關(guān)節(jié)動力外骨骼，可以自適應(yīng)踝關(guān)節(jié)的內(nèi)/外翻、內(nèi)/外旋和沿矢狀軸前后移動的三類耦合運動。但該技術(shù)方案僅適合于康復(fù)訓(xùn)練中的被動訓(xùn)練用，不適合與穿戴使用。
[0004]因而，設(shè)計一種能多方面適用于穿戴者不同身體需求的機動能力及負(fù)重能力高、可用于康復(fù)式訓(xùn)練的下肢外骨骼踝關(guān)節(jié)裝置顯得十分必要。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種用于穿戴式下肢外骨骼機器人的具有三自由度可調(diào)節(jié)踝關(guān)節(jié)的足部裝置，解決目前穿戴式下肢外骨骼機器人踝關(guān)節(jié)的裝置普遍存在的實用性不強，活動自由度少，被動式訓(xùn)練過多，穩(wěn)定性不高以及與人體耦合性較差等問題。
[0006]本實用新型所采用的技術(shù)方案是:一種用于穿戴式下肢外骨骼機器人的足部裝置，其特征在于:包括控制踝關(guān)節(jié)旋內(nèi)/旋外的第一執(zhí)行機構(gòu)、驅(qū)動齒輪機構(gòu)、從動齒輪機構(gòu)、小腿連桿、球籠式萬向節(jié)、轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置、控制踝關(guān)節(jié)跖屈/背屈的第二執(zhí)行機構(gòu)、電機固定托板、第一復(fù)位彈簧、踝關(guān)節(jié)控制板、足履、圓桿和第二復(fù)位彈簧；所述的小腿連桿為內(nèi)空型柱體，其外壁上設(shè)置有槽孔、底面設(shè)置有突出固定板和第一軸承；所述的球籠式萬向節(jié)包括驅(qū)動端、上固定板、下固定板和從動端；所述的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置為U型，其兩壁分別設(shè)置有左側(cè)通孔和右側(cè)花鍵孔、底面上設(shè)置有第二軸承；所述的電機固定托板為L型、由包括電機固定端和托板固定端固定連接而成，其中電機固定端為L型、由突出固定板和第二執(zhí)行機構(gòu)承載端固定連接而成；
[0007]所述轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置通過左側(cè)通孔鉸鏈連接到所述的踝關(guān)節(jié)控制板的一側(cè)，所述轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置通過右側(cè)花鍵孔和花鍵與所述的第二執(zhí)行機構(gòu)連接，所述的第二執(zhí)行機構(gòu)通過所述的電機固定端固定安裝在所述的電機固定托板上；所述的電機固定托板通過所述的托板固定端固定安裝在所述的踝關(guān)節(jié)控制板上；
[0008]所述的第一執(zhí)行機構(gòu)固定安裝在所述的小腿連桿外壁上，通過花鍵與所述的驅(qū)動齒輪機構(gòu)進行連接，所述的驅(qū)動齒輪機構(gòu)通過所述的槽孔與設(shè)置在小腿連桿內(nèi)的從動齒輪機構(gòu)嚙合連接；
[0009]所述的球籠式萬向節(jié)的驅(qū)動端依次穿過所述的第二軸承、第一軸承后與所述的從動齒輪機構(gòu)固定連接；所述的球籠式萬向節(jié)的上固定板與所述的第一軸承固定連接、從動端通過所述的下固定板固定安裝在所述的踝關(guān)節(jié)控制板上；
[0010]所述的第一復(fù)位彈簧為兩根，分別前后對稱地連接在所述的轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置和踝關(guān)節(jié)控制板上；
[0011]所述得踝關(guān)節(jié)控制板設(shè)置有凸出部，所述的足履設(shè)置有凹進部，所述的踝關(guān)節(jié)控制板的凸出部與所述的足履的凹進部通過所述的圓桿與足履鉸接連接在一起，其鉸接部分的前后兩側(cè)均設(shè)置有兩根所述的第二復(fù)位彈簧。
[0012]作為優(yōu)選，所述的第一執(zhí)行機構(gòu)和第二執(zhí)行機構(gòu)均由依次連接的盤式電機、諧波減速器連接箱、執(zhí)行機構(gòu)輸出軸和關(guān)節(jié)連接支架組成。
[0013]作為優(yōu)選，所述的第一執(zhí)行機構(gòu)分別通過所述的關(guān)節(jié)連接支架和突出固定板與所述的小腿連桿固定連接在一起，所述的第二執(zhí)行機構(gòu)分別通過所述的關(guān)節(jié)連接支架和突出固定板與所述的電機固定托板固定連接在一起。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是:實現(xiàn)了踝關(guān)節(jié)三個自由度可調(diào)節(jié)的轉(zhuǎn)動，其中踝關(guān)節(jié)跖屈/背屈運動、旋內(nèi)/旋外運動即可采用電機驅(qū)動的方式也可以采用從動方式，踝關(guān)節(jié)的外展/內(nèi)收運動只采用從動方式，從而實現(xiàn)了對踝關(guān)節(jié)三個從動、一個驅(qū)動兩個從動和兩個驅(qū)動一個從動的不同方式控制，能夠?qū)崿F(xiàn)對不同患者或者同一患者不同時期的踝部關(guān)節(jié)的主動性訓(xùn)練，活動自由度多而且實用性較強；采用球籠式萬向節(jié)既能實現(xiàn)在跖屈/背屈運動到不同角度中均能實現(xiàn)踝關(guān)節(jié)的旋內(nèi)/旋外運動，也能保證電機轉(zhuǎn)速與踝關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)速始終保持一致；設(shè)置的復(fù)位彈簧提高了關(guān)節(jié)運動的穩(wěn)定性；采用諧波減速器實現(xiàn)了對關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動速度的有效調(diào)節(jié)，提高了人機耦合性。
【附圖說明】
[0015]圖1:為本實用新型實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2:為本實用新型實施例的第一執(zhí)行機構(gòu)和第二執(zhí)行機構(gòu)分解示意圖。
[0017]圖3:為本實用新型實施例的球籠式萬向節(jié)與小腿連桿、轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置軸承連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖4:為本實用新型實施例的電機固定托板與第二執(zhí)行機構(gòu)、踝關(guān)節(jié)控制板連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖5:為本實用新型實施例的踝關(guān)節(jié)控制板與足履連接的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0020]為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實施本實用新型，下面結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實施示例僅用于說明和解釋本實用新型，并不用于限定本實用新型。
[0021]請見圖1、圖2、圖3、圖4和圖5，本實用新型提供的一種用于穿戴式下肢外骨骼機器人的足部裝置，包括控制踝關(guān)節(jié)旋內(nèi)/旋外的第一執(zhí)行機構(gòu)1、驅(qū)動齒輪機構(gòu)2、從動齒輪機構(gòu)3、小腿連桿4、球籠式萬向節(jié)5、轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置6、控制踝關(guān)節(jié)跖屈/背屈的第二執(zhí)行機構(gòu)7、電機固定托板8、第一復(fù)位彈簧9、踝關(guān)節(jié)控制板10、足履11、圓桿12和第二復(fù)位彈簧13 ;第一執(zhí)行機構(gòu)1和第二執(zhí)行機構(gòu)7均由依次連接的盤式電機A、諧波減速器連接箱B、執(zhí)行機構(gòu)輸出軸C和關(guān)節(jié)連接支架D組成；小腿連桿4為內(nèi)空型柱體，其外壁上設(shè)置有槽孔4.1、底面設(shè)置有突出固定板4.2和第一軸承4.3 ;球籠式萬向節(jié)5包括驅(qū)動端5.1、上固定板5.2、下固定板5.3和從動端5.4 ;轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置6為U型，其兩壁分別設(shè)置有左側(cè)通孔6.1和右側(cè)花鍵孔6.2、底面上設(shè)置有第二軸承6.3 ;電機固定托板8為L型、由包括電機固定端8.1和托板固定端8.2固定連接而成，其中電機固定端8.1為L型、由突出固定板8.11和第二執(zhí)行機構(gòu)承載端8.12固定連接而成；轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置6通過左側(cè)通孔6.1鉸鏈連接到踝關(guān)節(jié)控制板10的一側(cè)，轉(zhuǎn)動調(diào)節(jié)裝置6通過右側(cè)花鍵孔6.2和花鍵與第二執(zhí)行機構(gòu)7連接，第二執(zhí)行機構(gòu)7通過電機固定端8.1固定安裝在電機固定托板8上；電機固定托板8通過托板固