一种踝关节装置及外骨骼系统制造方法及图纸

本申请公开一种踝关节装置及外骨骼系统，在踝关节装置应用于外骨骼系统时，其通过腿部连接构件连接腿部组件，并且腿部连接构件与第一活动构件转动连接，为穿戴者踝关节提供外展、内收的活动自由度；第二活动构件与第一活动构件转动为穿戴者踝关节提供外翻、内翻的活动自由度；第三活动构件与第二活动构件转动连接为穿戴者踝关节提供背伸、跖屈的活动自由度。从而提高穿戴者在穿戴状态下的灵活性；且通过构件与构件之间的连接，便于在构件之间设置用于限制对应运动方向范围的限位结构，有效保护穿戴者的踝关节，提高外骨骼系统的负重能力。力。力。

【技术实现步骤摘要】
一种踝关节装置及外骨骼系统


[0001]本公开涉及机械关节的
，尤其涉及一种踝关节装置及外骨骼系统。

技术介绍

[0002]机械外骨骼，是一种由较高刚性材料框架构成并且可让人体穿上的机器装置，机械外骨骼主要用于辅助穿戴者肢体进行运动，其在医学、建筑、军事等领域中已得到广泛的应用，除了能够增强人体能力以外，还具有良好的防护性，协助患者进行复健运动。
[0003]目前的机械外骨骼系统一般包括有源和无源两种形式。有源机械外骨骼是通过电机等驱动装置驱动或辅助驱动穿戴者各部位关节进行运动的外骨骼系统；而无源机械外骨骼则是不具驱动装置，仅通过机械结构辅助穿戴者关节部位进行运动的外骨骼系统。
[0004]而目前的无源负重外骨骼机器人的踝关节结构主要呈现两种形式：
[0005]1、通过构件之间依次旋转连接，达到为穿戴者提供踝关节活动自由度，但由于构件结构限制，其只能实现外展/内收、外翻/内翻、背屈/跖屈中的任意两个自由度的运动，这种机械关节结构能够对构件之间的运动范围进行限制，不至于影响外骨骼关节间力的传递，进而影响负重性能，但是，该关节结构相比人体踝关节少了至少一个活动自由度，穿戴后人机交互性较差，活动时踝关节受制约较为明显；
[0006]2、通过球轴承结构连接足部固定件，让穿戴者踝关节实现多个自由度的运动的结构，但是，该种关节结构缺少旋转构件之间运动角度的范围限制，影响外骨骼关节间力的传递，进而影响了外骨骼系统的负重性能。

技术实现思路

[0007]本公开实施例的目的在于：提供一种踝关节装置及外骨骼系统，解决外骨骼系统中，踝关节装置运动自由度受限，以及缺少运动角度范围限制的技术问题。
[0008]第一方面，提供一种踝关节装置，包括：
[0009]腿部连接构件，配置为连接外部腿部组件；
[0010]第一活动构件，与所述腿部连接构件转动连接并可围绕第一转动轴线转动，用于为穿戴者踝关节提供外展、内收的活动自由度；
[0011]第二活动构件，与所述第一活动构件转动连接并可围绕第二转动轴线转动，用于为穿戴者踝关节提供外翻、内翻的活动自由度；
[0012]第三活动构件，与所述第二活动构件转动连接并可围绕第三转动轴线转动，用于为穿戴者踝关节提供背伸、跖屈的活动自由度；
[0013]足部固定件，安装于所述第三活动构件，用于支撑穿戴者足部；
[0014]所述踝关节装置在常规状态下，所述第一转动轴线分别与所述第二转动轴线及所述第三转动轴线相交。
[0015]第二方面，提供一种外骨骼系统，包括：
[0016]如上所述的外骨骼腿关节装置。
[0017]本公开的有益效果为：该踝关节装置在应用于外骨骼系统的状态下，各活动构件对应穿戴在穿戴者的踝关节处，并让足部固定件支撑穿戴于穿戴者的足部，使踝关节装置尽可能靠近穿戴者踝关节设置，提高踝关节装置与穿戴者踝关节之间的契合度。
[0018]腿部连接构件、第一活动构件、第二活动构件与第三活动构件之间，为穿戴者踝关节提供外展/内收、外翻/内翻、背伸/跖屈的活动自由度，与人体踝关节各运动方向相契合，提高穿戴者在穿戴状态下的灵活性；且通过构件与构件之间的连接，便于在构件之间设置用于限制对应运动方向范围的限位结构，有效保护穿戴者的踝关节，提高外骨骼系统的负重能力。
[0019]踝关节装置在常规状态下，第一转动轴线依次过第二转动轴线及第三转动轴线，提高各转动轴线的集成度，契合人体踝关节的运动特性，并且，提供踝关节背伸、跖屈活动自由度的第三转动轴线设置在足部固定件与第三活动构件之间，让第三转动轴线处于最为靠近踝关节的位置上，与踝关节的背伸、跖屈活动轴线高度吻合，从而更好地适应人体踝关节在行走过程中的运动。
附图说明
[0020]下面根据附图和实施例对本公开作进一步详细说明。
[0021]图1为本公开实施例所述踝关节装置整体结构示意图；
[0022]图2为图1的A
‑
A方向剖视图；
[0023]图3为图1的B
‑
B方向剖视图；
[0024]图4为本公开实施例所述腿部连接构件结构示意图；
[0025]图5为本公开实施例所述第一构件结构示意图；
[0026]图6为图1的C
‑
C方向剖视图；
[0027]图7为本公开实施例所述第二构件结构示意图；
[0028]图8为本公开实施例所述第二构件与第二活动构件装配结构剖视图；
[0029]图9为本公开实施例所述第二活动构件结构示意图；
[0030]图10为本公开实施例所述第三活动构件结构示意图；
[0031]图11为本公开实施例所述第二活动构件与第三活动构件装配结构剖视图；
[0032]图12为本公开实施例所述外骨骼系统整体结构示意图。
[0033]图中：10、腿部连接构件；11、第一转轴；111、抵顶端；112、卡簧；12、第一限位台；121、第一限位面；122、第二限位面；123、第一限位槽；13、推力轴承；20、第一活动构件；21、第一转动轴线；22、第一轴孔；221、抵台；23、第二限位台；24、第二转轴；25、第三限位台；251、第三限位面；252、第四限位面；253、第二限位槽；26、活动槽；27、第一构件；28、第二构件；30、第二活动构件；31、第二转动轴线；32、第二轴孔；33、第四限位台；34、第三轴孔；40、第三活动构件；41、第三转动轴线；42、第三转轴；43、第五限位台；431、第五限位面；432、第六限位面；433、第三限位槽；44、开口；50、足部固定件；60、无油衬套；70、腿部组件；71、大腿杆组件；72、小腿杆组件；80、背架组件；90、髋关节组件。
具体实施方式
[0034]为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面
对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
[0035]在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
[0036]在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种踝关节装置，其特征在于，包括：腿部连接构件(10)，配置为连接外部腿部组件(70)；第一活动构件(20)，与所述腿部连接构件(10)转动连接并可围绕第一转动轴线(21)转动，用于为穿戴者踝关节提供外展、内收的活动自由度；第二活动构件(30)，与所述第一活动构件(20)转动连接并可围绕第二转动轴线(31)转动，用于为穿戴者踝关节提供外翻、内翻的活动自由度；第三活动构件(40)，与所述第二活动构件(30)转动连接并可围绕第三转动轴线(41)转动，用于为穿戴者踝关节提供背伸、跖屈的活动自由度；足部固定件(50)，安装于所述第三活动构件(40)，用于支撑穿戴者足部；所述踝关节装置在常规状态下，所述第一转动轴线(21)分别与所述第二转动轴线(31)及所述第三转动轴线(41)相交。2.根据权利要求1所述的踝关节装置，其特征在于，所述踝关节装置在常规状态下，在第一方向上，所述第一转动轴线(21)分别与所述第二转动轴线(31)、所述第三转动轴线(41)垂直且相交；在第三方向上，所述第二转动轴线(31)与所述第三转动轴线(41)相互垂直。3.根据权利要求1所述的踝关节装置，其特征在于，所述腿部连接构件(10)与所述第一活动构件(20)之间、所述第一活动构件(20)与所述第二活动构件(30)之间、所述第二活动构件(30)与所述第三活动构件(40)之间均设置有限位结构，用于限制穿戴者踝关节外展/内收、外翻/内翻、背伸/跖屈的运动范围；所述限位结构包括至少一个限位块以及至少一个活动块，所述限位块限定出两相对的限位面，所述活动块设置于两所述限位面之间并限定出分别朝向两所述限位面的抵顶面，两所述抵顶面的间距小于两所述限位面的间距，以限定出所述活动块位相对于所述限位块运动的范围。4.根据权利要求1所述的踝关节装置，其特征在于，所述腿部连接构件(10)与所述第一活动构件(20)之间设置有转动配合的第一转轴(11)以及第一轴孔(22)，所述第一转轴(11)与所述第一轴孔(22)均沿所述踝关节装置的第二方向设置，以形成所述第一转动轴线(21)；在所述第一转轴(11)设置于所述腿部连接构件(10)的情况下，所述第一轴孔(22)设置于所述第一活动构件；在所述腿部连接构件(10)开设有所述第一轴孔(22)的情况下，所述第一活动构件(20)设有所述第一转轴(11)。5.根据权利要求4所述的踝关节装置，其特征在于，所述腿部连接构件(10)与所述第一活动构件(20)之间还设有第一限位组件，用于限制穿戴者踝关节外展、内收的运动范围。6.根据权利要求5所述的踝关节装置，其特征在于，所述第一限位组件包括设置在所述第一转动轴线(21)周侧的第一限位台(12)和第二限位台(23)，所述第一限位台(12)设置于所述腿部连接构件(10)，所述第二限位台(23)设置于所述第一活动构件(20)；所述第一限位台(12)相对的两端分别限定出第一限位面(121)及第二限位面(122)，所述第一限位面(121)与所述第二限位面(122)之间形成第一限位槽(123)，所述第一限位槽(123)提供所述第二限位台(23)的运动空间；在所述第二限位台(23)抵顶所述第一限位面
(121)或所述第二限位面(122)的情况下，所述腿部连接构件(10)与所述第一活动构件(20)之间处于外展极限位置或内收极限位置。7.根据权利要求4所述的踝关节装置，其特征在于，所述第一转轴(11)与所述第一轴孔(22)之间设置有推力轴承(13)，所述推力轴承(13)的内圈固定套设所述第一转轴(11)，所述推力轴承(13)的外圈固定于所述第一轴孔(22)。8.根据权利要求7所述的踝关节装置，其特征在于，所述推力轴承(13)为两个，所述第一轴孔(22)内设置有抵台(221)，两所述推力轴承(13)分置于所述第一轴孔(22)的相对两端，且两所述推力轴承(13)相对的一侧分别抵于所述抵台(221)的相对两侧；所述第一转轴(11)的一端形成抵顶端(111)，所述抵顶端(111)大于所述推力轴承(13)的内圈且小于所述推力轴承(13)的外圈，所述第一转轴(11)依次穿接两所述推力轴承(13)，所述抵顶端(111)将其中一所述推力轴承(13)抵于所述抵台(221)的一侧；所述第一转轴(11)的另一端设置有卡簧(112)，所述卡簧(112)将另一所述推力轴承(13)抵于所述抵台(221)...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹鹏，
申请(专利权)人：广州视源电子科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：