一种足部平衡机构及助力支架和轻便助力设备制造技术

本发明专利技术涉及一种足部平衡机构及助力支架和轻便助力设备，包括下支架，上支架及鞋底；下支架包括左立板、右立板以及足底板；左立板、右立板均竖立设置于鞋底两侧，并且上端均延伸至穿戴者脚踝附近，下端通过足底板固定连接；足底板设置于鞋底的脚腰处，并且与鞋底固定联接。采用拉索驱动方式为穿戴者下肢提供助力，能够实现重量较大的动力系统转移至穿戴者腰背部，大大减小了下肢重量及惯量，使得穿戴者下肢更加灵活轻便，从而可以支持穿戴者在使用本发明专利技术装置时动作更为灵活、敏捷、舒适。采用本发明专利技术足部平衡机构穿戴者在背负重物行走时，平衡性好、抓地性能佳，穿戴体验好。

A foot balance mechanism, a power support and a light power assist device

【技术实现步骤摘要】
一种足部平衡机构及助力支架和轻便助力设备
本专利技术涉及可穿戴设备及外骨骼，更具体地说是指一种足部平衡机构及助力支架和轻便助力设备。
技术介绍
人类在日常工作生活中常常遇到希望增强人体腿部力量的情况，可穿戴外骨骼机器人是满足这一类应用的装置，尤其是带有动力的下肢助力外骨骼机器人；但现有技术中这类装置通常比较笨重，如专利200680006514.1、专利200780027195.7均披露了这类技术，采用该技术的装置用户穿戴体验不佳。现有技术中，有专门针对膝关节进行助力的装置，这类装置针对上述笨重设备进行大幅度裁剪，从而可以大大减轻设备重量，专利US9532894B2披露了一种膝关节助力的技术，其采用较为轻便的助力设备实现对穿戴者下肢的助力，用户穿戴体验有较大改善；但这类技术也存在较为明显的缺陷：其动力装置放置在膝关节处，动力装置包含的电机、减速机及相关传动机构会带来重量，动力装置的重量增加穿戴者腿部重量和惯量，此类装置髋关节不带有助力，穿戴者在抬腿时或上楼时会感觉不适，造成长时间穿戴体验不佳；此外，此类装置自身重量全部需要穿戴者来承担，长时间穿戴会增加穿戴者负担，体验不好。现有技术中，足部机构多采用单侧支撑的方式，如专利200680006514.1就披露在外侧支撑外骨骼及其负重的足部机构，这种实现方式在穿戴者运动时难以把握平衡，体验不好；此外，足底压力传感实现方式也是一个难题，现有方案中采用的实现方案不简便、重量较大，影响穿戴体验，如专利200680006514.1采用油压管的方式来实现足底压力检测，这种方式难以覆盖穿戴者全部足底，容易测量不稳定，使得足底结构复杂、重量大，穿戴体验不佳。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种足部平衡机构及助力支架和轻便助力设备。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种足部平衡机构，包括下支架，上支架及鞋底；所述下支架包括左立板、右立板以及足底板；所述左立板、右立板均竖立设置于鞋底两侧，并且上端均延伸至穿戴者脚踝附近，下端通过足底板固定连接；所述足底板设置于鞋底的脚腰处，并且与鞋底固定联接；所述上支架设置于穿戴者脚踝附近，并且一端与左立板旋转联接，另一端与右立板旋转联接。进一步技术方案：所述左立板与右立板均从穿戴者脚腰向前延伸至穿戴者脚掌前部，并在穿戴者脚掌弯曲处向上翘曲，形成翘曲船头结构，以使穿戴者踮起脚尖时，左立板、右立板与触地接触。进一步技术方案：所述上支架与下支架的旋转联接处设有旋转限位部；所述下支架于上支架旋转的方向上设有下支架限位块；所述支架限位块用于止抵旋转限位部，以限制上支架的转动。进一步技术方案：所述旋转限位部包括逆时针限位部和顺时针限位部；所述逆时针限位部和顺时针限位部形成V型结构；所述下支架限位块位于V型结构内。进一步技术方案：还包括设置于穿戴者鞋底上表面的足底压力传感器；所述足底压力传感器包括气鞋垫及气压传感器；所述气鞋垫设于鞋底上表面；所述气压传感器设置于气鞋垫内；所述气鞋垫受到穿戴者的足部挤压，其内部气压产生变化，所述气压传感器感知气压变化，进而检测穿戴者足底对鞋底的压力。进一步技术方案：还包括与气鞋垫相互联通的气囊；所述气囊通过设有的导气管与气鞋垫密封联通。一种助力支架，包括腰背机构、髋关节机构、膝关节机构、大腿杆、小腿杆及足部机构，所述腰背结构包括背板和腰板，所述背板和腰板固定连接；所述腰板环绕于穿戴者腰部，所述髋关节机构上端与所述腰板固连，下端旋转联接于大腿杆；所述膝关节机构设有膝关节转轮，其与所述大腿杆下端旋转联接；所述小腿杆上端传动联接所述膝关节转轮，下端联接所述足部机构；所述足部机构采用上述的足部平衡机构。进一步技术方案：所述小腿杆主体部分设置于穿戴者小腿前部，其上端为弧形结构，且弧形结构绕过穿戴者小腿以使与膝关节转轮外侧联接。进一步技术方案：所述上支架与小腿杆之间设有小腿杆联接块；所述上支架与小腿杆联接块旋转联接，且旋转轴与穿戴者的冠状面垂直；所述小腿杆与小腿杆联接块于竖直方向上旋转联接；或，所述上支架与小腿杆联接块于竖直方向上旋转联接；所述小腿杆与小腿杆联接块旋转联接，且旋转轴与穿戴者的冠状面垂直。一种轻便助力设备，包括动力系统及人机连接系统；还包上述助力支架；所述动力系统包括拉索驱动动力装置及设于拉索驱动动力装置动力输出端的拉索；所述拉索驱动动力装置通过拉索与助力支架传动联接。进一步技术方案：所述人机连接系统包括背部绑带、腰部绑带、大腿绑带、小腿绑带、足部绑带；所述背部绑带、腰部绑带与所述腰背机构固定；所述大腿绑带、小腿绑带、足部绑带分别与所述大腿杆、小腿杆、足部机构固定；所述拉索驱动动力装置固定于所述腰背机构；所述髋关节机构设有髋关节惰轮；所述拉索绕过所述髋关节惰轮，延伸至膝关节转轮并与其固定联接。进一步技术方案：还包括传感控制系统和能源系统；所述能源系统为电池，其为所述传感控制系统和动力系统供电；所述传感控制系统包括拉索张力传感器和/或膝关节角度传感器和/或髋关节角度传感器、所述的足底压力传感器及主控单元；所述拉索张力传感器设置于所述拉索驱动动力装置或其延伸结构上，用以测量所述拉索的张力大小；所述膝关节角度传感器置于所述膝关节机构，用于测量大腿杆与小腿杆相对角度；所述髋关节角度传感器设置于髋关节机构内，用于测量腰部连接段与大腿杆的相对角度。进一步技术方案：所述控制单元不断采集所述传感控制系统的数据，根据所述足底压力传感器压力值是否达到设定门限、以及所述惯性传感器相关传感值是否达到设定门限，以判断穿戴者下肢是处于触地支撑状态或是处于摆动状态；当判断穿戴者下肢处于触地支撑状态，则根据传感控制系统所感知穿戴者姿态并设定给力目标值，驱动所述动力系统收紧拉索以提供扭矩，以使拉索张力传感器测量值达到设定值，从而使穿戴者缓冲关节冲击力或支撑身体重量；当判断穿戴者下肢处于摆动状态时，则根据所述膝关节角度传感器及髋关节角度传感器的测量值计算拉索放出长度设定值，驱动所述动力系统根据放出拉索，使得所述编码器机构测量值达到设定值。本专利技术与现有技术相比的有益效果是：本专利技术基于拉索驱动动力装置的动力系统，采用拉索传动的方式输出动力，从而可以将动力装置上移至穿戴者腰背部，减轻腿部重量及惯量，达到提高穿戴灵活性、机动性的目的。本专利技术足部平衡机构承力平衡稳定，在穿戴者抬起脚跟时仍然可以提供支撑力。其上带有的基于气压鞋垫的足底压力传感器轻薄舒适，穿戴体验好。基于上述足部平衡机构的拉索驱动轻便助力设备，集成传感器多，能同时感知穿戴者运动姿态和动力系统状况，从而可以智能地针对穿戴者运动姿态控制所述动力系统拉紧或放松拉索，拉紧拉索时为穿戴者提供助力支持，放松拉索时允许穿戴者下肢自由摆动，本专利技术简化助力设备控制、提升穿戴者体验、降低成本并提高系统可靠性。本专利技术的拉索驱动轻便助力设备结构轻便、紧凑贴身、集成度高。采用拉索驱动方式为穿戴者下肢提供助力，能够实现重量较大的动力系统转本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种足部平衡机构，包括下支架，上支架及鞋底；其特征在于，所述下支架包括左立板、右立板以及足底板；所述左立板、右立板均竖立设置于鞋底两侧，并且上端均延伸至穿戴者脚踝附近，下端通过足底板固定连接；所述足底板设置于鞋底的脚腰处，并且与鞋底固定联接；所述上支架设置于穿戴者脚踝附近，并且一端与左立板旋转联接，另一端与右立板旋转联接。/n

【技术特征摘要】
1.一种足部平衡机构，包括下支架，上支架及鞋底；其特征在于，所述下支架包括左立板、右立板以及足底板；所述左立板、右立板均竖立设置于鞋底两侧，并且上端均延伸至穿戴者脚踝附近，下端通过足底板固定连接；所述足底板设置于鞋底的脚腰处，并且与鞋底固定联接；所述上支架设置于穿戴者脚踝附近，并且一端与左立板旋转联接，另一端与右立板旋转联接。


2.根据权利要求1所述的一种足部平衡机构，其特征在于，所述左立板与右立板均从穿戴者脚腰向前延伸至脚掌前部，并于穿戴者脚掌弯曲处向上翘曲，形成翘曲船头结构，以使穿戴者踮起脚尖时，左立板、右立板与触地接触。


3.根据权利要求1所述的一种足部平衡机构，其特征在于，所述上支架与下支架的旋转联接处设有旋转限位部；所述下支架于上支架旋转的方向上设有下支架限位块；所述下支架限位块用于止抵旋转限位部，以限制上支架的转动。


4.根据权利要求3所述的一种足部平衡机构，其特征在于，所述旋转限位部包括逆时针限位部和顺时针限位部；所述逆时针限位部和顺时针限位部形成V型结构；所述下支架限位块位于V型结构内。


5.根据权利要求1至4任一项所述的一种足部平衡机构，其特征在于，还包括设置于穿戴者鞋底上表面的足底压力传感器；所述足底压力传感器包括气鞋垫及气压传感器；
所述气鞋垫设于鞋底上表面；所述气压传感器设置于气鞋垫内；所述气鞋垫受到穿戴者的足部挤压，其内部气压产生变化，所述气压传感器感知气压变化，进而检测穿戴者足底对鞋底的压力。


6.根据权利要求5所述的一种足部平衡机构，其特征在于，还包括与气鞋垫相互联通的气囊；所述气囊通过设有的导气管与气鞋垫密封联通。


7.一种助力支架，包括腰背机构、髋关节机构、膝关节机构、大腿杆、小腿杆及足部机构，其特征在于，所述腰背结构包括背板和腰板，所述背板和腰板固定联接；所述腰板环绕于穿戴者腰部；所述髋关节机构上端与所述腰板固定联接，下端旋转联接于大腿杆；所述膝关节机构设有膝关节转轮，且与所述大腿杆下端旋转联接；所述小腿杆上端传动联接于所述膝关节转轮，下端联接于所述足部机构；所述足部机构采用如权利要求1-6任一项所述的足部平衡机构。


8.根据权利要求7所述的助力支架，其特征在于，所述小腿杆设置于穿戴者小腿前侧，其上端为弧形结构，且弧形结构绕过穿戴者小腿，以使与膝关节转轮于穿戴者膝盖的外侧联接。


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【专利技术属性】
技术研发人员：不公告发明人，
申请(专利权)人：深圳市肯綮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44