[发明专利]一种下肢助力外骨骼机器人承载鞋

说明书

一种下肢助力外骨骼机器人承载鞋，包括足跟结构(1)、趾结构(4)、鞋底、弓弹体结构；足跟结构(1)、趾结构(4)分别安装在鞋底上，当脚踩在鞋底上时，足跟结构(1)、趾结构(4)分别位于脚的外侧；弓弹体结构的一端与足跟结构(1)固连，另一端与趾结构(4)铰接，通过弓弹体结构传递外骨骼和负重在行走过程中由于重心变化产生的重力。

技术领域

本发明属于鞋制造领域，尤其涉及外骨骼机器人实现运动承载的鞋体。

背景技术

外骨骼机器人穿戴或绑缚于人体，作用于人体与负重之间，帮助人承担需要背负的负重，并按照人的意图，与人携行运动。从而提高人体的负重能力或运动能力。

对于外骨骼结构而言，其主要功能在代替人体承受负重载荷，重力会沿着背架、髋部结构、下肢结构的顺序向下传递，并最终通过鞋体传递至地面。因此鞋体是整个外骨骼结构中承载的末端环节，直接与地面接触。外骨骼及负重的重力最终都会集中作用于鞋体，可见鞋体是外骨骼及负重重力承载传递的重要部件之一。与此同时，为了实现人机运动一致，鞋体需要与人的脚部紧紧绑缚在一起，在前后脚掌之间既要有一定的柔韧性和自由度，也要有一定的刚度。柔韧性和自由度是为了配合人体脚掌的运动自由度，外骨骼鞋体与人体运动时不发生干涉问题。刚度是为了承载传递外骨骼及负重的重力。

在目前的外骨骼承载鞋的机械结构研究中，多为外骨骼静止站立时的承载鞋结构设计，而在外骨骼与人协同运动过程中，承载鞋的力传递是在由脚跟向脚掌交替变换的。如果不考虑运动时力传递，很难达到外骨骼与人体协同运动。

目前对外骨骼鞋体研究中，多为承载式鞋体。其主要功能是将外骨骼的垂向载荷，通过背架、髋部结构、下肢承载结构的顺序向下传递，并最终通过鞋体承载并传递至地面。其研究的承载效果多为静止站立状态的效果，由外骨骼脚跟部结构件承载传力的方式。而在运动时，外骨骼及负重重心是会前后变换的，鞋体承受的重力也会在前脚掌和后脚掌之间交替变化。也就是说，在外骨骼运动过程中，除脚跟需要承载传力以外，脚掌也需要承载传力。如果没有脚掌承载传力结构部分，在某些步态下，外骨骼重力、负重重力、人自身重力，都将通过人体跖、趾骨骼传力至地面，这样不仅会使行走步态失真，还容易造成人体损伤，最终也会影响外骨骼的承载能力和协同运动效果。

发明内容

本发明的技术解决问题是：鉴于现有设计的不足本发明提供一种下肢助力外骨骼机器人承载鞋。

本发明的技术解决方案是：一种下肢助力外骨骼机器人承载鞋，包括足跟结构、趾结构、鞋底、弓弹体结构；足跟结构、趾结构分别安装在鞋底上，当脚踩在鞋底上时，足跟结构、趾结构分别位于脚的外侧；弓弹体结构的一端与足跟结构固连，另一端与趾结构铰接，通过弓弹体结构传递外骨骼和负重在行走过程中由于重心变化产生的重力。

进一步的，所述的鞋底为至少三层结构，跟脚踏板、掌脚踏板主体作为中间层分别位于鞋底的脚跟和脚掌部位，跟脚踏板、掌脚踏板在鞋底的两侧分别伸出两个支耳；鞋底最上层上安装压力传感器，最上层材料采用发泡弹性材料。

进一步的，跟脚踏板、掌脚踏板选用邵氏硬度至少80A的材料。

进一步的，所述的压力传感器的分布位置至少包括脚跟、脚掌内侧、脚掌外侧和至少一个脚趾的位置。

进一步的，鞋底的底层采用弹性耐磨材料。

进一步的，所述的弓弹体结构包括弹性片，跖结构；弹性片的一端固连足跟结构，另一端固连跖结构的一端，跖结构的另一端通过销轴与趾结构连接，销轴的轴线平行于人体的横截面且垂直于人体的失状面。

进一步的，所述的弓弹体结构与鞋底平面之间的角度15-45°。

进一步的，弹性片具有一定的形变量，承受0-90kg压力。