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一种下肢助力外骨骼分段式足部结构

基本信息

  • 申请号 CN201811377483.1 
  • 公开号 CN109262595A 
  • 申请日 2018/11/19 
  • 公开日 2019/01/25 
  • 申请人 西安交通大学  
  • 优先权日期  
  • 发明人 朱爱斌 宋纪元 屠尧 沈皇 申志涛 郑威豪  
  • 主分类号 B25J9/00 
  • 申请人地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 
  • 分类号 B25J9/00 
  • 专利代理机构 西安通大专利代理有限责任公司 61200 
  • 当前专利状态 发明专利申请公布 
  • 代理人 徐文权 
  • 有效性 审查中-实审 
  • 法律状态 审查中-实审
  •  

摘要

本发明公开了一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,在足部的踝关节部分采用扭转可回正的弹性盘式机构,使得人体踝关节运动时外骨骼足部的踝关节部位可跟随运动,弹簧的形变使得外骨骼系统的动态性增加,柔顺性增强,在外骨骼足部的趾关节进行分离式铰连设计,将外骨骼足部的前脚掌部位与后脚掌分开,且前脚掌分为左右两部分,使得外骨骼足部趾关节部位能够在人体步态中随动运动,减小外骨骼对人体足部运动的约束,在穿戴外骨骼时能够适应不平整路面,增大外骨骼足部与地面的最大接触面积,使外骨骼在支撑相时能够稳定支撑。
采用多段式刚柔复合型足部,更高程度上拟合人体足部的运动姿态,满足人体穿戴助力外骨骼在运动时的灵活性与随动性。
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权利要求书


1.一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,包括小腿连接套管(1)、踝关节弹性扭转结构和分层式足底结构;小腿连接套管(1)上端与小腿部件连接;踝关节弹性扭转结构包括踝关节支撑结构块(4)和盘式扭转壳体(2),盘式扭转壳体(2)上端与小腿连接套管(1)下端固定连接;踝关节支撑结构块(4)和盘式扭转壳体(2)两侧通过踝关节侧固定板连接,踝关节侧固定板下端与踝关节支撑结构块(4)通过固定螺栓连接,盘式扭转壳体(2)上设有回转通孔,盘式扭转壳体(2)沿回转通孔为圆心圆周设有弹簧安装槽,弹簧安装槽内设有扭转块(26)和设置于扭转块(26)两侧的弹簧(27),弹簧(27)的一端与扭转块(26)接触,另一端与设置于弹簧安装槽内的槽壁挡块接触;盘式扭转壳体(2)与踝关节侧固定板通过踝关节螺栓(20)转动连接;分层式足底结构包括前脚掌左部主体层(31)、前脚掌右部主体层(14)和后脚掌主体层(9),踝关节支撑结构块(4)下端通过踝关节转接板(5)与后脚掌主体层(9)固定连接;前脚掌左部主体层(31)和前脚掌右部主体层(14)分别与后脚掌主体层(9)之间采用铰接合页(18)铰接。
2.根据权利要求1所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,踝关节支撑结构块(4)上端设有弧形槽,盘式扭转壳体(2)下端设有与踝关节支撑结构块(4)上端弧形槽配合转动的回转体;小腿连接套管(1)下端设有安装槽,盘式扭转壳体(2)上端设有与小腿连接套管(1)下端安装槽配合的安装凸块,盘式扭转壳体(2)的安装凸块置于小腿连接套管(1)下端的安装槽内固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,前脚掌左部主体层(31)和前脚掌右部主体层(14)与后脚掌主体层(9)形成的两个趾关节之间的运动独立,且单个趾关节的运动范围为0°—50°。
4.根据权利要求1所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,后脚掌主体层(9)、前脚掌左部主体层(31)和前脚掌右部主体层(14)的上表面分别固定有足部后掌框(11)、前脚掌左部框(16)和前脚掌右部框(30);足部后掌框(11)、前脚掌左部框(16)和前脚掌右部框(30)中间均设有凹槽,在足部后掌框(11)、前脚掌左部框(16)和前脚掌右部框(30)的凹槽内设有压力薄膜传感器(28)。
5.根据权利要求4所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,压力薄膜传感器(28)采用七点式压力薄膜传感器。
6.根据权利要求4所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,足部后掌框(11)、前脚掌左部框(16)和前脚掌右部框(30)的凹槽内分别设有位于压力薄膜传感器上的后脚掌填充橡胶层(8)、前脚掌左部填充橡胶层(32)和前脚掌右部填充橡胶层(15);后脚掌主体层(9)、前脚掌左部主体层(31)和前脚掌右部主体层(14)的底面分别粘合有后脚掌底层橡胶(10)、前脚掌左部底层橡胶(29)和前脚掌右部底层橡胶(13)。
7.根据权利要求1所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,后脚掌主体层(9)、前脚掌左部主体层(31)和前脚掌右部主体层(14)的上表面通过螺栓连接的分别是足部后掌框(11)、前脚掌左部框(16)和前脚掌右部框(30)。
8.根据权利要求7所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,足部后掌框(11)、前脚掌左部框(16)和前脚掌右部框(30)上均通过扣件螺栓(12)固定有多个足部绑带扣件(7)。
9.根据权利要求1所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,踝关节支撑结构块(4)回转通孔中心设有轴承安装槽,踝关节支撑结构块(4)与踝关节螺栓(20)之间设有轴承(25);踝关节支撑结构块(4)中间设有中空结构,踝关节支撑结构块(4)的中空结构内固定有压力薄膜采集板(23)和陀螺仪模块(24)。
10.根据权利要求1所述的一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,其特征在于,弹簧安装槽内设有两个相对设置的扭转块(26),扭转块(26)为扇形扭转块,两个扭转块(26)之间垂直于两个扭转块(26)沿线上设有两个槽壁挡块,两个扭转块(26)之间设有四个弹簧,扭转块(26)上设有固定孔,扭转块(26)与踝关节侧固定板通过扭转块螺栓(19)固定。
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说明书

技术领域
本发明属于运动肢体结构领域,具体涉及一种下肢助力外骨骼分段式足部结构。
背景技术
外骨骼的足部作为助力外骨骼的一部分,主要的作用是传导负载重物的重力,包括外骨骼腿部以上部分、背负重物和人体。
传统的外骨骼足部多数设计为简单的一体式刚性平板结构,对足部的踝关节和趾关节部位缺少针对性设计,只考虑了大负载的能力而忽略了人体穿戴外骨骼运动时的灵活性和舒适度,同时对未知环境的适应性差。
且对于交互传感器的集成度不高,机电结构不紧凑,使得体积庞大。
现有的外骨骼足部结构与外界力的交互不柔顺、力的交互舒适性差、不能抗击规划以外的冲击力、限制了穿戴者踝关节和趾关节部位自由度的运动。
发明内容
本发明的目的在于提供一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,以克服现有技术的不足。
为达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,包括小腿连接套管、踝关节弹性扭转结构和分层式足底结构;小腿连接套管上端与小腿部件连接;踝关节弹性扭转结构包括踝关节支撑结构块和盘式扭转壳体,盘式扭转壳体上端与小腿连接套管下端固定连接;踝关节支撑结构块和盘式扭转壳体两侧通过踝关节侧固定板连接,踝关节侧固定板下端与踝关节支撑结构块通过固定螺栓连接,盘式扭转壳体上设有回转通孔,盘式扭转壳体沿回转通孔为圆心圆周设有弹簧安装槽,弹簧安装槽内设有扭转块和设置于扭转块两侧的弹簧,弹簧的一端与扭转块接触,另一端与设置于弹簧安装槽内的槽壁挡块接触;盘式扭转壳体与踝关节侧固定板通过踝关节螺栓转动连接;分层式足底结构包括前脚掌左部主体层、前脚掌右部主体层和后脚掌主体层,踝关节支撑结构块下端通过踝关节转接板与后脚掌主体层固定连接;前脚掌左部主体层和前脚掌右部主体层分别与后脚掌主体层之间采用铰接合页铰接。
进一步的,踝关节支撑结构块上端设有弧形槽,盘式扭转壳体下端设有与踝关节支撑结构块上端弧形槽配合转动的回转体。
小腿连接套管下端设有安装槽,盘式扭转壳体上端设有与小腿连接套管下端安装槽配合的安装凸块,盘式扭转壳体的安装凸块置于小腿连接套管下端的安装槽内,通过螺栓或者螺钉固定连接。
进一步的,前脚掌左部主体层和前脚掌右部主体层与后脚掌主体层形成的两个趾关节之间的运动独立,且单个趾关节的运动范围为0°—50°。
进一步的,后脚掌主体层、前脚掌左部主体层和前脚掌右部主体层的上表面分别固定有足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框;足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框中间均设有凹槽,在足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框的凹槽内设有压力薄膜传感器。
进一步的,压力薄膜传感器采用七点式压力薄膜传感器。
进一步的,足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框的凹槽内分别设有位于压力薄膜传感器上的后脚掌填充橡胶层、前脚掌左部填充橡胶层和前脚掌右部填充橡胶层;后脚掌主体层、前脚掌左部主体层和前脚掌右部主体层的底面分别粘合有后脚掌底层橡胶、前脚掌左部底层橡胶和前脚掌右部底层橡胶。
进一步的,后脚掌主体层、前脚掌左部主体层和前脚掌右部主体层的上表面通过螺栓连接的分别是足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框。
进一步的,足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框上均通过扣件螺栓固定有足部绑带扣件,足部绑带扣件在足部前脚掌分布两个,在后脚掌分布五个。
进一步的,踝关节支撑结构块回转通孔中心设有轴承安装槽,踝关节支撑结构块与踝关节螺栓之间设有轴承;踝关节支撑结构块中间设有中空结构,踝关节支撑结构块的中空结构内固定有压力薄膜采集板和陀螺仪模块。
进一步的,弹簧安装槽内设有两个相对设置的扭转块,扭转块为扇形扭转块,两个扭转块之间垂直于两个扭转块沿线上设有两个槽壁挡块,两个扭转块之间设有四个弹簧,扭转块上设有固定孔,扭转块与踝关节侧固定板通过扭转块螺栓固定。
与现有技术相比,本发明具有以下有益的技术效果:本发明一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,包括小腿连接套管、踝关节弹性扭转结构和分层式足底结构,小腿连接套管上端与小腿部件连接,将现有平板式的刚性铰连的外骨骼足部改进为多段式刚柔复合型足部,更高程度上拟合人体足部的运动姿态,满足人体穿戴助力外骨骼在运动时的灵活性与随动性,而在支撑相能够传递负载的重力;在足部的踝关节部分,采用扭转可回正的弹性盘式机构,弹性盘式扭转机构包含两个相互作用的扭转块,之间采用圆周阵列的直线弹簧连接,使得人体踝关节运动时外骨骼足部的踝关节部位可跟随运动,而在人体站立支撑时,踝关节能够回到初始位置,进行大负载重力传导,在足部每次落地与离开地面时,弹簧的形变使得外骨骼系统的动态性增加,柔顺性增强。
而在外骨骼足部的趾关节部位,进行分离式铰连设计,将外骨骼足部的前脚掌部位与后脚掌分开,且前脚掌分为左右两部分,左前脚掌和又前脚掌分别与后脚掌之间铰连。
此设计使得外骨骼足部趾关节部位能够在人体步态中随动运动,减小外骨骼对人体足部运动的约束;而对前脚掌进行左右两部分分离设计,使得人体在穿戴外骨骼时能够适应不平整路面,增大外骨骼足部与地面的最大接触面积,使得外骨骼在支撑相时能够稳定支撑。
在人体步态运动中,外骨骼足部与人体足底之间贴合程度更高,适应复杂地形,提高了外骨骼足部和人体足部之间的随动性。
增加了与复杂路面之间的最大贴合面积,提高足部支撑的稳定性。
进一步的,采用凹槽配合回转体转动,减小盘式扭转壳体与踝关节支撑结构块的连接体积。
进一步的,在足部后掌框、前脚掌左部框和前脚掌右部框的凹槽内设有压力薄膜传感器,踝关节支撑结构块的中空结构内固定有压力薄膜采集板和陀螺仪模块,在紧凑的空间内嵌入了多种交互传感器,可获取穿戴者与外骨骼之间的交互信息,从而感知与识别人体的运动意图,为外骨骼的柔顺性控制打下基础,使得助力外骨骼适应更多的复杂场景,增加穿戴者的舒适性。
进一步的,在刚性足部结构的基础上,足底加入弹性橡胶层。
在足部的金属骨架上下表面分别贴合光滑表面橡胶层和粗糙表面橡胶层,当人体穿戴配有该足部结构的外骨骼时,在足部每次支撑相落地时能够起到缓冲的作用,减缓助力外骨骼整体腿部机构受到地面对其的刚性冲击;同时,带有纹理的橡胶底层,使得外骨骼与地面之间的接触面积增加,行走稳定。
附图说明
图1是本发明外骨骼足部的整体结构;图2是外骨骼足部的运动状态展示;图3是外骨骼足部与外骨骼腿部之间的安装关系示意;图4是外骨骼足部踝关节结构爆炸图;图5是足部踝关节内部装配结构;图6是外骨骼足部的主体爆炸图;图7是外骨骼足底结构的布置关系图。
其中,1小腿连接套管,2盘式扭转壳体,3踝关节外侧固定板,4踝关节支撑结构块,5踝关节转接板,6转接板螺栓,7足部绑带扣件,8后脚掌填充橡胶层,9后脚掌主体层,10后脚掌底层橡胶,11足部后掌框,12扣件螺栓,13前脚掌右部底层橡胶,14前脚掌右部主体层,15前脚掌右部填充橡胶层,16前脚掌左部框,17脚掌螺栓,18铰接合页,19扭转块螺栓,20踝关节螺栓,21踝关节内侧固定板,23压力薄膜采集板,24陀螺仪模块,25轴承,26扭转块,27弹簧,28压力薄膜传感器,29前脚掌左部底层橡胶,30前脚掌右框,31前脚掌左部主体层,32前脚掌左部填充橡胶层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:本发明一种下肢助力外骨骼分段式足部结构,包括小腿连接套管1、踝关节弹性扭转结构和分层式足底结构;小腿连接套管1上端与小腿部件连接;踝关节弹性扭转结构包括踝关节支撑结构块4和盘式扭转壳体2,盘式扭转壳体2上端与小腿连接套管1下端固定连接;踝关节支撑结构块4上端设有弧形槽,盘式扭转壳体2下端设有与踝关节支撑结构块4上端弧形槽配合转动的回转体,踝关节支撑结构块4和盘式扭转壳体2两侧通过踝关节侧固定板连接,踝关节侧固定板下端与踝关节支撑结构块4通过固定螺栓连接,盘式扭转壳体2上设有回转通孔,盘式扭转壳体2沿回转通孔为圆心圆周设有弹簧安装槽,弹簧安装槽内设有扭转块26和设置于扭转块26两侧的弹簧27,弹簧27的一端与扭转块26接触,另一端与设置于弹簧安装槽内的槽壁挡块接触;盘式扭转壳体2与踝关节侧固定板通过踝关节螺栓20转动连接;当小腿连接套管1与踝关节支撑结构块4均处于竖直状态时,弹簧27处于自然状态;踝关节支撑结构块4下端通过踝关节转接板5与分层式足底结构固定连接;如图6、图7所示,分层式足底结构包括前脚掌左部主体层31、前脚掌右部主体层14和后脚掌主体层9,前脚掌左部主体层31和前脚掌右部主体层14分别与后脚掌主体层9之间采用铰接合页18铰接,形成左右分离的趾关节运动自由度,由前脚掌左部主体层31和前脚掌右部主体层14与后脚掌主体层9形成的两个趾关节之间的运动独立,且单个趾关节的运动范围为0°—50°,满足人体趾关节在步态运动中的运动范围;当人体足部站立时,外骨骼足部趾关节为初始角度,此时外骨骼足部前脚掌与后脚掌为同一平面,当人体进行步态运动时,外骨骼足部的趾关节角度跟随人体足部趾关节的运动而变化,后脚掌主体层9、前脚掌左部主体层31和前脚掌右部主体层14的上表面分别固定有足部后掌框11、前脚掌左部框16和前脚掌右部框30;足部后掌框11、前脚掌左部框16和前脚掌右部框30中间均设有凹槽,在足部后掌框11、前脚掌左部框16和前脚掌右部框30的凹槽内设有压力薄膜传感器28,压力薄膜传感器28采用七点式压力薄膜传感器,压力薄膜传感器在足部中的布置位置如图7所示。
并且在七点式压力薄膜传感器的上方分别填充着后脚掌填充橡胶层8、前脚掌左部填充橡胶层32和前脚掌右部填充橡胶层15,用于压力薄膜传感器的固定,同时增加人体足部底部与外骨骼足部上表面接触的舒适度,在人体步态运动过程中,七点式足底压力薄膜传感器能够捕捉到人体足部底部对外骨骼足部的压力值的数据,方便用于步态分析以及对外骨骼动力机构的柔顺运动控制。
在足部后掌框11、前脚掌左部框16和前脚掌右部框30的边缘通过扣件螺栓12固定着七个足部绑带扣件7,足部绑带扣件7在足部前脚掌分布两个,在后脚掌分布五个,在用户穿戴外骨骼足部时,可将绑带穿过足部绑带扣件7,将人体足部与外骨骼足部系在一起,进行随动运动。
后脚掌主体层9、前脚掌左部主体层31和前脚掌右部主体层14的上表面通过螺栓连接的分别是足部后掌框11、前脚掌左部框16和前脚掌右部框30;后脚掌主体层9、前脚掌左部主体层31和前脚掌右部主体层14的底面分别粘合有后脚掌底层橡胶10、前脚掌左部底层橡胶29和前脚掌右部底层橡胶13,用于缓冲外骨骼足部与地面之间的刚性冲击,在足部每次落地时起到保护外骨骼刚性结构的作用,同时弹性的底层橡胶增大了外骨骼足底与地面间的接触面积,增大外骨骼足部与地面之间的摩擦,适用于多种地形地面的平稳行走。
如图4所示,踝关节支撑结构块4和盘式扭转壳体2左右两侧分别设有踝关节外侧固定板3和踝关节内侧固定板21;如图4所示,踝关节支撑结构块4回转通孔中心设有轴承安装槽,踝关节支撑结构块4与踝关节螺栓20之间设有轴承25,轴承25为深沟球滚动轴承;如图5所示,踝关节支撑结构块4中间设有中空结构,踝关节支撑结构块4的中空结构内固定有压力薄膜采集板23和陀螺仪模块24,用于采集外骨骼足部在人体步态过程中的交互力信息和空间运动姿态信息。
弹簧安装槽内设有两个相对设置的扭转块26,扭转块26为扇形扭转块,两个扭转块26之间垂直于两个扭转块26沿线上设有两个槽壁挡块,两个扭转块26之间设有四个弹簧,从而形成稳定的回转体结构;扭转块26上设有固定孔,扭转块26与踝关节侧固定板通过扭转块螺栓19固定;在扭转块26和盘式扭转壳体2组成的四个独立空间内存在四个弹簧27,使得扭转块26和盘式扭转壳体2之间弹性耦合,因此踝关节在不受外界交互力的情况下,小腿连接套管1和踝关节支撑结构块4之间保持同一条直线,即在支撑相进行力的传导;在人体步态运动过程中,外骨骼的足部踝关节跟随人体足部踝关节运动,弹性元件的存在,使得人体足部踝关节和外骨骼足部踝关节之间的运动耦合更加柔顺。
踝关节支撑结构块4空腔内嵌入的陀螺仪能够获取人体的步态空间运动数据,为外骨骼动力机构的柔顺运动控制打下基础。
同时,将足底压力薄膜传感器的采集模块置于踝关节支撑结构块中,提升机电一体化程度。
小腿连接套管1下端设有安装槽,盘式扭转壳体2上端设有与小腿连接套管1下端安装槽配合的安装凸块,盘式扭转壳体2的安装凸块置于小腿连接套管1下端的安装槽内,通过螺栓或者螺钉固定连接;采用复合材料刚柔结合的方式,对助力外骨骼足部的踝关节和趾关节的运动进行针对性设计,并在足部结构的内部集成了多种交互传感器。
在足部的踝关节部分,设计了一个在一定角度范围内扭转可回正的弹性盘式机构,弹性盘式扭转机构包含两个相互作用的扭转块,之间采用圆周阵列的直线弹簧连接。
使得人体踝关节运动时外骨骼足部的踝关节部位可跟随运动,而在人体站立支撑时,踝关节能够回到初始位置,进行大负载重力传导。
在足部每次落地与离开地面时,弹簧的形变使得外骨骼系统的动态性增加,柔顺性增强。
而在外骨骼足部的趾关节部位,进行分离式铰连设计,将外骨骼足部的前脚掌部位与后脚掌分开,且前脚掌分为左右两部分,左前脚掌和又前脚掌分别与后脚掌之间铰连。
此设计使得外骨骼足部趾关节部位能够在人体步态中随动运动,减小外骨骼对人体足部运动的约束。
而对前脚掌进行左右两部分分离设计,使得人体在穿戴外骨骼时能够适应不平整路面,增大外骨骼足部与地面的最大接触面积,使得外骨骼在支撑相时能够稳定支撑。
由于助力外骨骼主要的用途是负重移动,外骨骼背负的重物在足部每次落地支撑时易造成较大到的刚性冲击,使得穿戴者舒适感很差,因此采用的方案是:在刚性足部结构的基础上,足底加入弹性橡胶层。
在足部的金属骨架上下表面分别贴合光滑表面橡胶层和粗糙表面橡胶层,当人体穿戴配有该足部结构的外骨骼时,在足部每次支撑相落地时能够起到缓冲的作用,减缓助力外骨骼整体腿部机构受到地面对其的刚性冲击;同时,带有纹理的橡胶底层,使得外骨骼与地面之间的接触面积增加,行走稳定。
为了获取人体在步态行走过程中的运动信息,从而进行意图识别判断,对外骨骼的动力装置进行合理地响应控制,在足底的橡胶层和刚性体之间加入了多点式压电薄膜传感器用于采集人体足底压力信息;在踝关节下部加入了姿态传感器,用于获取足部在空间中的运动信息。
该设计将传感器和外骨骼的足部进行内嵌,机电系统高度集成。
设计了一个紧凑精巧的助力外骨骼足部结构,采用多材料复合刚柔结合方式:踝关节的旋转运动链中阵列的直线弹簧和足部上下表面的弹性橡胶层使得人体和机构之间的力能够柔性交互,使得负重的外骨骼在人体步态中每次足部落地时减缓因重物惯性造成的外骨骼腿部与地面之间的刚性冲击,动态保护助力外骨骼整体机构。
在人机交互中和外骨骼在未知环境中运动过程中抵抗力的冲击,增加穿戴者的舒适性。
而将外骨骼足部前脚掌处分离为左右两个独立的结构,与后脚掌分别铰连,在人体步态运动中,外骨骼足部与人体足底之间贴合程度更高,适应复杂地形,提高了外骨骼足部和人体足部之间的随动性。
增加了与复杂路面之间的最大贴合面积,提高足部支撑的稳定性。
在足部橡胶层和刚性结构之间嵌入了压力薄膜传感器,以方便获取穿戴者在步态行走过程中与外骨骼足部之间的交互力信息;同时,在踝关节的下部,内嵌了姿态传感器,以方便获取穿戴者在步态过程中足部在空间中的运动信息;整合足底压力信息和足部运动信息可进行人体意图的识别和判断,从而对外骨骼的驱动部分合理控制,为实现柔顺化控制打下基础。
该发明专利针对助力外骨骼的足部结构进行设计,外骨骼的足部做为助力外骨骼机器人的腿部向地面延伸的一个部分,进行负载重物(包括外骨骼腿部以上部分、背负重物和人体)的重力传导。
足部单元的整体结构如图1所示,包含小腿连接端、踝关节弹性扭转结构和分层式足底结构。
助力外骨骼足部的踝关节和趾关节运动状态展示如图2所示,支撑相时小腿部分与踝关节支撑部分处于同一条直线,踝关节的运动范围是-30°—40°。
该足部结构与外骨骼腿部之间结合的方式如图3所示,小腿连接套管1与小腿进行连接。
该装置对外骨骼和负重重物的整体起到支撑和传导的作用,同时在踝关节和趾关节部位拥有屈伸运动的被动运动自由度,并且足底的压力薄膜可采集人体步态过程的交互信息。
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