[发明专利]一种基于弹性元件刚度切换机制的踝关节外骨骼

摘要

本发明属于下肢外骨骼机器人技术领域，并公开了一种基于弹性元件刚度切换机制的踝关节外骨骼，包括小腿支具、足托、弹簧支架、电机支架、电机、滚珠丝杠机构、拉伸弹簧、回位弹簧、贯穿式电磁铁、棘轮支架和棘轮机构；棘轮机构包括棘轮和棘爪；贯穿式电磁铁安装在棘轮支架上；回位弹簧的一端连接棘爪，另一端安装在棘轮支架上；拉伸弹簧的下端安装在弹簧支架上，上端通过绳索连接并缠绕在滑轮上，滑轮设置在棘轮轴上。本发明利用拉伸弹簧有效模拟跟腱独特的储能过程与能量释放方式，能够基于人体步态运动规律实现弹性元件刚度切换的功能，使弹性元件顺应人体运动步态内与步态间的时变特性，并能够突破人体三维几何参数限制增加弹性元件形变量。

主权项

1.一种基于弹性元件刚度切换机制的踝关节外骨骼，其特征在于，包括小腿支具、足托、弹簧支架、电机支架、电机、滚珠丝杠机构、拉伸弹簧、回位弹簧、贯穿式电磁铁、棘轮支架和棘轮机构，其中，所述足托通过水平设置的铰轴可转动安装在所述小腿支具上；所述弹簧支架和所述电机支架分别安装在所述足托和所述小腿支架上；所述电机安装在所述电机支架上，并且所述电机的输出轴与所述滚珠丝杠机构的丝杠连接，以用于驱动所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母上下运动；所述棘轮支架固定安装在所述滚珠丝杠机构的滚珠螺母上；所述棘轮机构包括相互配合的棘轮和棘爪，所述棘轮通过水平设置的棘轮轴可转动安装在所述棘轮支架上，所述棘爪通过水平设置的棘爪轴可转动安装在所述棘轮支架上；所述贯穿式电磁铁安装在所述棘轮支架上，该贯穿式电磁铁的铁芯水平设置并且与所述棘爪固定连接，以用于带动所述棘爪转动，从而让所述棘爪锁定所述棘轮或让所述棘爪解除对所述棘轮的锁定；所述回位弹簧的一端连接棘爪，另一端固定安装在所述棘轮支架上，所述棘轮轴上安装有用于带动所述棘轮回位的扭转弹簧；所述拉伸弹簧的下端安装在所述弹簧支架上，上端通过绳索连接，且所述绳索缠绕在滑轮上，所述滑轮设置在所述棘轮轴上。