CN113230095A - 下肢外骨骼的脚部机构以及下肢外骨骼 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种下肢外骨骼的脚部机构，包括：脚底座，具有滑轨的第一条形孔和第二条形孔；第一滑块和第二滑块，滑动设置在脚底座的的滑轨上，第二滑块上具有通过口；连接杆，连接两块滑块；驱动齿轮，转动安装在连接杆上；驱动电机，用于驱动驱动齿轮转动；脚背绑带，脚背绑带的第一端与第一滑块固定，脚背绑带的第二端依次穿过通过口和第二条形孔后伸入安装腔，脚背绑带的第二端间隔设置有多个凹槽，驱动齿轮与凹槽啮合。本申请的脚步机构可以根据需要调节脚背绑带的位置，从而更好的适配不同长度的脚；通过驱动齿轮与脚背绑带凹槽的啮合配合，能够通过驱动电机自动调节脚背绑带的松紧，无需手动调节，穿戴更方便。

Description

下肢外骨骼的脚部机构以及下肢外骨骼
技术领域
本发明涉及外骨骼领域，具体涉及下肢外骨骼的脚部机构以及下肢外骨骼。
背景技术
在日常生活中，常有人因为各种原因无法行走。如由于中风导致腿部麻痹，或者由于年龄增长导致腿部力量不足，无法长时间行走。多个现有技术表明，下肢外骨骼在辅助下肢行走和医学康复领域得到了越来越广泛的应用。
现有外骨骼的脚部机构通过人工穿戴，且不能调节固定点的前后位置，使用舒适性较差。
发明内容
本发明针对上述问题，提出了下肢外骨骼的脚部机构以及下肢外骨骼。
本发明采取的技术方案如下：
一种下肢外骨骼的脚部机构，包括：
脚底座，内部具有安装腔，脚底座的两侧均设置有滑轨，脚底座的两侧还具有与滑轨平行的第一条形孔，所述条形孔与安装腔连通，脚底座其中一侧还具有与安装腔连通的第二条形孔，所述第二条形孔与第一条形孔平行；
脚跟挡板，固定在脚底座上端面的后端；
第一滑块，滑动设置在脚底座一侧的滑轨上；
第二滑块，滑动设置在脚底座另一侧的滑轨上，第二滑块上具有通过口，所述第二滑块和第二条形孔位于脚底座的同一侧；
连接杆，设置在安装腔内，且两端穿过对应的第一条形孔后与对应的滑块固定；
驱动齿轮，位于安装腔内，转动安装在连接杆上；
驱动电机，与连接杆固定，用于驱动所述驱动齿轮转动；
脚背绑带，脚背绑带的第一端与所述第一滑块固定，脚背绑带的第二端依次穿过所述通过口和所述第二条形孔后伸入所述安装腔，脚背绑带的第二端间隔设置有多个凹槽，所述驱动齿轮与凹槽啮合，通过驱动齿轮的转动能够调节脚背绑带的松紧。
本申请的脚步机构，通过连接杆连接第一滑块和第二滑块，使得两个滑块能够同步的在滑轨上移动，即可以根据需要调节脚背绑带的位置，从而更好的适配不同长度的脚；通过驱动齿轮与脚背绑带凹槽的啮合配合，能够通过驱动电机自动调节脚背绑带的松紧，无需手动调节，穿戴更方便。
于本发明其中一实施例中，还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动两个滑块同步移动。
于本发明其中一实施例中，所述连接杆上具有螺纹孔，所述驱动组件包括：
丝杆，转动安装在安装腔内，丝杆穿过所述螺纹孔且与螺纹孔啮合；
调节电机，安装在安装腔内，用于驱动所述丝杆转动。
通过调节电机的转动能够带动连接杆移动，即带动两个滑块和脚背绑带移动。
于本发明其中一实施例中，所述滑轨包括梯形防脱槽，脚底座两侧均设置两个平行设置的滑轨，所述滑块具有嵌入对应梯形防脱槽的梯形部。
于本发明其中一实施例中，所述第二滑块具有与通过口连通的安装槽，所述安装槽内安装有防脱件、扭簧以及解锁元件；
所述防脱件转动安装在所述安装槽内，防脱件具有用于伸入凹槽的弯折部，所述扭簧外套在防脱件上，用于使所述弯折部具有向脚背绑带一侧转动的转动趋势；脚背绑带位于通过口的部分受到向下的力时，能够带动弯折部克服扭簧的弹性力转动，脚背绑带能够相对第二滑块相下移动；脚背绑带位于通过口的部分受到向上的力时，通过弯折部与凹槽的配合，能够阻止脚背绑带相对第二滑块上移；
所述解锁元件通过连接件与防脱件配合，用于使弯折部脱离脚背绑带的凹槽。
实际运用时，所述解锁元件为电磁铁或舵机等结构，连接件可以为细绳等结构。
于本发明其中一实施例中，所述脚背绑带面向脚底板的侧壁上安装有第一压力传感器，所述第一压力传感器用于探测脚背绑带与脚背之间的压力。
实际运用时，可以设定多档松紧程度，比如紧、较紧以及松三个档位，每个档位的压力范围不同，紧档位的最小压力大于较紧档位的最大压力，较紧档位的最小压力大于松档位的最大压力，用户可以根据需要选定档位，通过驱动电机配合第一压力传感器能够自动调节至设定档位。
于本发明其中一实施例中，所述脚底座的上表面安装或嵌装有多组第二压力传感器，各组第二压力传感器沿脚底座的长度方向间隔设置。
设置多组第二压力传感器能够大致判断出较长，即脚长可以简单等价于：测得压力信号的最远离脚跟挡板的一组第二压力传感器距脚跟挡板的距离。
每组第二压力传感器包括多个间隔设置的第二压力传感器，实际运用时，通过第二压力传感器的测得的压力分布可以判断脚底位置是否准确，脚部受力是否正常。
于本发明其中一实施例中，脚部机构进行自动调节和绑紧的步骤为：
脚伸入脚背绑带内，且使脚后跟与脚跟挡板相抵；
多个第二压力传感器测得压力信号，确定测得压力信号的最远离脚跟挡板的一组第二压力传感器，该组第二压力传感器距脚跟挡板的距离为X；
驱动组件工作，带动第一滑块和第二滑块滑动，使脚背绑带距脚跟挡板的距离为0.5X～0.7X；
驱动电机工作，使脚背绑带收紧，直至第一压力传感器测得的压力在设定范围内。
于本发明其中一实施例中，所述脚底座内固定有限位板，所述限位板与驱动齿轮位于第二条形孔的上下两侧，脚背绑带伸入安装腔的部分与所述限位板滑动配合。
通过限位板能够配合驱动齿轮可靠的驱动脚背绑带向安装腔内移动或向安装腔外移动。
于本发明其中一实施例中，所述脚跟挡板为弧形，脚部机构还包括可拆卸安装在脚跟挡板上的弧形套，所述弧形套有多个，不同弧形套的弧度不同。
本申请还公开了一种下肢外骨骼，包括上文所述的脚部机构。
本发明的有益效果是：本申请的脚步机构，通过连接杆连接第一滑块和第二滑块，使得两个滑块能够同步的在滑轨上移动，即可以根据需要调节脚背绑带的位置，从而更好的适配不同长度的脚；通过驱动齿轮与脚背绑带凹槽的啮合配合，能够通过驱动电机自动调节脚背绑带的松紧，无需手动调节，穿戴更方便。
附图说明：
图1是本申请下肢外骨骼的脚部机构的结构示意图；
图2是本申请下肢外骨骼的脚部机构另一角度的结构示意图；
图3是本申请下肢外骨骼的脚部机构的俯视图；
图4是图3的A-A剖视图；
图5是图4中B处的放大图；
图6是滑块、连接杆、脚背绑带、驱动齿轮、驱动电机以及驱动组件的示意图；
图7是脚底座的局部示意图；
图8是图7省略限位板后的示意图。
图中各附图标记为：
1、脚底座；2、安装腔；3、滑轨；4、第一条形孔；5、第二条形孔；6、脚跟挡板；7、第一滑块；8、第二滑块；9、通过口；10、连接杆；11、驱动齿轮；12、驱动电机；13、脚背绑带；14、第一端；15、第二端；16、凹槽；17、驱动组件；18、螺纹孔；19、丝杆；20、调节电机；21、梯形部；22、安装槽；23、防脱件；24、解锁元件；25、弯折部；26、连接件；27、第一压力传感器；28、第二压力传感器；29、限位板。
具体实施方式：
下面结合各附图，对本发明做详细描述。
如图1、2、3、4、5和6所示，一种下肢外骨骼的脚部机构，包括：
脚底座1，内部具有安装腔2，脚底座1的两侧均设置有滑轨3，脚底座1的两侧还具有与滑轨3平行的第一条形孔4，条形孔与安装腔2连通，脚底座1其中一侧还具有与安装腔2连通的第二条形孔5，第二条形孔5与第一条形孔4平行；
脚跟挡板6，固定在脚底座1上端面的后端；
第一滑块7，滑动设置在脚底座1一侧的滑轨3上；
第二滑块8，滑动设置在脚底座1另一侧的滑轨3上，第二滑块8上具有通过口9，第二滑块8和第二条形孔5位于脚底座1的同一侧；
连接杆10，设置在安装腔2内，且两端穿过对应的第一条形孔4后与对应的滑块固定；
驱动齿轮11，位于安装腔2内，转动安装在连接杆10上；
驱动电机12，与连接杆10固定，用于驱动驱动齿轮11转动；
脚背绑带13，脚背绑带13的第一端14与第一滑块7固定，脚背绑带13的第二端15依次穿过通过口9和第二条形孔5后伸入安装腔2，脚背绑带13的第二端15间隔设置有多个凹槽16，驱动齿轮11与凹槽16啮合，通过驱动齿轮11的转动能够调节脚背绑带13的松紧。
本申请的脚步机构，通过连接杆10连接第一滑块7和第二滑块8，使得两个滑块能够同步的在滑轨3上移动，即可以根据需要调节脚背绑带13的位置，从而更好的适配不同长度的脚；通过驱动齿轮11与脚背绑带13凹槽16的啮合配合，能够通过驱动电机12自动调节脚背绑带13的松紧，无需手动调节，穿戴更方便。
如图4、5和8所示，脚部机构还包括驱动组件17，驱动组件17用于驱动两个滑块同步移动。于本实施例中，连接杆10上具有螺纹孔18，驱动组件17包括：
丝杆19，转动安装在安装腔2内，丝杆19穿过螺纹孔18且与螺纹孔18啮合；
调节电机20，安装在安装腔2内，用于驱动丝杆19转动。
通过调节电机20的转动能够带动连接杆10移动，即带动两个滑块和脚背绑带13移动。
如图4所示，于本实施例中，滑轨3包括梯形防脱槽，脚底座1两侧均设置两个平行设置的滑轨3，滑块具有嵌入对应梯形防脱槽的梯形部21。
如图4和5所示，于本实施例中，第二滑块8具有与通过口9连通的安装槽22，安装槽22内安装有防脱件23、扭簧(图中省略未画出)以及解锁元件24；
防脱件23转动安装在安装槽22内，防脱件23具有用于伸入凹槽16的弯折部25，扭簧外套在防脱件23上，用于使弯折部25具有向脚背绑带13一侧转动的转动趋势；脚背绑带13位于通过口9的部分受到向下的力时，能够带动弯折部25克服扭簧的弹性力转动，脚背绑带13能够相对第二滑块8相下移动；脚背绑带13位于通过口9的部分受到向上的力时，通过弯折部25与凹槽16的配合，能够阻止脚背绑带13相对第二滑块8上移；
解锁元件24通过连接件26与防脱件23配合，用于使弯折部25脱离脚背绑带13的凹槽16。
实际运用时，解锁元件24为电磁铁或舵机等结构，连接件26可以为细绳等结构。
如图2所示，于本实施例中，脚背绑带13面向脚底板的侧壁上安装有第一压力传感器27，第一压力传感器27用于探测脚背绑带13与脚背之间的压力。
实际运用时，可以设定多档松紧程度，比如紧、较紧以及松三个档位，每个档位的压力范围不同，紧档位的最小压力大于较紧档位的最大压力，较紧档位的最小压力大于松档位的最大压力，用户可以根据需要选定档位，通过驱动电机12配合第一压力传感器27能够自动调节至设定档位。
如图1和3所示，于本实施例中，脚底座1的上表面安装或嵌装有多组第二压力传感器28，各组第二压力传感器28沿脚底座1的长度方向间隔设置。
设置多组第二压力传感器28能够大致判断出较长，即脚长可以简单等价于：测得压力信号的最远离脚跟挡板6的一组第二压力传感器28距脚跟挡板6的距离。
每组第二压力传感器28包括多个间隔设置的第二压力传感器28，实际运用时，通过第二压力传感器28的测得的压力分布可以判断脚底位置是否准确，脚部受力是否正常。
于本实施例中，脚部机构进行自动调节和绑紧的步骤为：
脚伸入脚背绑带13内，且使脚后跟与脚跟挡板6相抵；
多个第二压力传感器28测得压力信号，确定测得压力信号的最远离脚跟挡板6的一组第二压力传感器28，该组第二压力传感器28距脚跟挡板6的距离为X；
驱动组件17工作，带动第一滑块7和第二滑块8滑动，使脚背绑带13距脚跟挡板6的距离为0.5X～0.7X；
驱动电机12工作，使脚背绑带13收紧，直至第一压力传感器27测得的压力在设定范围内。
如图4和7所示，于本实施例中，脚底座1内固定有限位板29，限位板29与驱动齿轮11位于第二条形孔5的上下两侧，脚背绑带13伸入安装腔2的部分与限位板29滑动配合。
通过限位板29能够配合驱动齿轮11可靠的驱动脚背绑带13向安装腔2内移动或向安装腔2外移动。
于本实施例中，脚跟挡板6为弧形。实际运用时，脚部机构还包括可拆卸安装在脚跟挡板6上的弧形套，弧形套有多个，不同弧形套的弧度不同。
本实施例还公开了一种下肢外骨骼，包括本实施例的脚部机构。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，包括：
脚底座，内部具有安装腔，脚底座的两侧均设置有滑轨，脚底座的两侧还具有与滑轨平行的第一条形孔，所述条形孔与安装腔连通，脚底座其中一侧还具有与安装腔连通的第二条形孔，所述第二条形孔与第一条形孔平行；
脚跟挡板，固定在脚底座上端面的后端；
第一滑块，滑动设置在脚底座一侧的滑轨上；
第二滑块，滑动设置在脚底座另一侧的滑轨上，第二滑块上具有通过口，所述第二滑块和第二条形孔位于脚底座的同一侧；
连接杆，设置在安装腔内，且两端穿过对应的第一条形孔后与对应的滑块固定；
驱动齿轮，位于安装腔内，转动安装在连接杆上；
驱动电机，与连接杆固定，用于驱动所述驱动齿轮转动；
脚背绑带，脚背绑带的第一端与所述第一滑块固定，脚背绑带的第二端依次穿过所述通过口和所述第二条形孔后伸入所述安装腔，脚背绑带的第二端间隔设置有多个凹槽，所述驱动齿轮与凹槽啮合，通过驱动齿轮的转动能够调节脚背绑带的松紧。
2.如权利要求1所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，还包括驱动组件，所述驱动组件用于驱动两个滑块同步移动。
3.如权利要求2所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，所述连接杆上具有螺纹孔，所述驱动组件包括：
丝杆，转动安装在安装腔内，丝杆穿过所述螺纹孔且与螺纹孔啮合；
调节电机，安装在安装腔内，用于驱动所述丝杆转动。
4.如权利要求1所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，所述滑轨包括梯形防脱槽，脚底座两侧均设置两个平行设置的滑轨，所述滑块具有嵌入对应梯形防脱槽的梯形部。
5.如权利要求1所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，所述第二滑块具有与通过口连通的安装槽，所述安装槽内安装有防脱件、扭簧以及解锁元件；
所述防脱件转动安装在所述安装槽内，防脱件具有用于伸入凹槽的弯折部，所述扭簧外套在防脱件上，用于使所述弯折部具有向脚背绑带一侧转动的转动趋势；脚背绑带位于通过口的部分受到向下的力时，能够带动弯折部克服扭簧的弹性力转动，脚背绑带能够相对第二滑块相下移动；脚背绑带位于通过口的部分受到向上的力时，通过弯折部与凹槽的配合，能够阻止脚背绑带相对第二滑块上移；
所述解锁元件通过连接件与防脱件配合，用于使弯折部脱离脚背绑带的凹槽。
6.如权利要求2所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，所述脚背绑带面向脚底板的侧壁上安装有第一压力传感器，所述第一压力传感器用于探测脚背绑带与脚背之间的压力。
7.如权利要求6所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，所述脚底座的上表面安装或嵌装有多组第二压力传感器，各组第二压力传感器沿脚底座的长度方向间隔设置。
8.如权利要求7所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，脚部机构进行自动调节和绑紧的步骤为：
脚伸入脚背绑带内，且使脚后跟与脚跟挡板相抵；
多个第二压力传感器测得压力信号，确定测得压力信号的最远离脚跟挡板的一组第二压力传感器，该组第二压力传感器距脚跟挡板的距离为X；
驱动组件工作，带动第一滑块和第二滑块滑动，使脚背绑带距脚跟挡板的距离为0.5X～0.7X；
驱动电机工作，使脚背绑带收紧，直至第一压力传感器测得的压力在设定范围内。
9.如权利要求1所述的下肢外骨骼的脚部机构，其特征在于，所述脚底座内固定有限位板，所述限位板与驱动齿轮位于第二条形孔的上下两侧，脚背绑带伸入安装腔的部分与所述限位板滑动配合；所述脚跟挡板为弧形，脚部机构还包括可拆卸安装在脚跟挡板上的弧形套，所述弧形套有多个，不同弧形套的弧度不同。
10.一种下肢外骨骼，其特征在于，包括权利要求1～9任意一项所述的脚部机构。
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