專利名稱：一種助力型外骨骼用復(fù)合式承載鞋的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及鞋，尤其涉及一種用于與助力型外骨骼聯(lián)接的實(shí)現(xiàn)承載的鞋體。
背景技術(shù)：
將外骨骼穿戴于人體，組成助力型外骨骼攜行系統(tǒng)，可代替人體承受垂向載荷，提高人體運(yùn)動(dòng)的負(fù)重能力，增強(qiáng)運(yùn)動(dòng)的耐力。為達(dá)到這一目標(biāo)，需要使外骨骼的結(jié)構(gòu)能與人體的骨骼、關(guān)節(jié)和肌肉系統(tǒng)相適應(yīng)，即運(yùn)動(dòng)自由度應(yīng)與人體一致，能在人機(jī)之間能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，達(dá)到可靠承載的目標(biāo)。對于人機(jī)攜行系統(tǒng)中的外骨骼結(jié)構(gòu)而言，其主要功能在代替人體承受垂向載荷，即載荷沿著背架、髖部結(jié)構(gòu)、下肢承載結(jié)構(gòu)的順序向下傳遞，并最終通過鞋體傳遞至地面。因此鞋體是整個(gè)外骨骼結(jié)構(gòu)中承載的末端環(huán)節(jié)，直接與地面接觸，外骨骼所有的負(fù)重以及人機(jī)攜行運(yùn)動(dòng)過程中產(chǎn)生的沖擊載荷都會(huì)集中作用于鞋體，可見鞋的承載能力是決定外骨骼承載效率的關(guān)鍵部件之一。與此同時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)運(yùn)動(dòng)一致，鞋體需要與人的腳部緊緊束縛在一起，而人體的腳掌有關(guān)節(jié)存在，因此為了配合人體腳掌的運(yùn)動(dòng)自由度，外骨骼鞋體不能為剛體，在前后腳掌之間需要一定的柔韌性，才能避免人機(jī)間的運(yùn)動(dòng)障礙。而且由于鞋體自身的重量需要人體克服，因此鞋體的重量不能過大，否則會(huì)導(dǎo)致人體的負(fù)擔(dān)過重。在目前的外骨骼機(jī)械結(jié)構(gòu)的研究中，重點(diǎn)集中在外骨骼整體結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和強(qiáng)度、剛度分析等方面，力的傳遞過程的研究也往往止步于踝關(guān)節(jié)，而忽略了外骨骼結(jié)構(gòu)中的末端環(huán)節(jié)，即承載鞋。從公布的外骨骼研究成果來看，復(fù)合式外骨骼鞋的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和分析還沒有涉及，通常將鞋作為剛體進(jìn)行模擬，導(dǎo)致鞋體的剛度和重量過大，嚴(yán)重影響人機(jī)間的運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)；還有或是將鞋整體作為橡膠件，結(jié)果是鞋的強(qiáng)度達(dá)不到承載要求，鞋體的使用壽命很短。

實(shí)用新型內(nèi)容鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的是提供一種外套在采用外骨骼機(jī)械機(jī)構(gòu)負(fù)重行走的承載鞋，以解決現(xiàn)有技術(shù)的如上缺點(diǎn)。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種助力型外骨骼用復(fù)合式承載鞋，用于外骨骼下肢結(jié)構(gòu)的末端承載，承載鞋包括金屬鞋骨架和填充層，所述金屬鞋骨架由上板I和與之用連接銷3相連接的底板2構(gòu)成；底板2具有的延伸外緣；延伸外緣上設(shè)置有用于與踝關(guān)節(jié)支撐座的連接的螺栓孔4。本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案應(yīng)用于外骨骼的復(fù)合式承載鞋，為保證鞋體的強(qiáng)度和剛度，通過金屬材料構(gòu)建鏤空的金屬骨架，可減輕自重，并通過連接銷將骨架的上板和下板進(jìn)行可靠連接，人體的重量通過上板和連接銷傳遞給下板，下板的后部邊緣外伸，通過螺栓與踝關(guān)節(jié)支撐座連接，外骨骼的負(fù)重和運(yùn)動(dòng)中的沖擊載荷通過踝關(guān)節(jié)作用于下板，最終傳遞至地面；為使鞋體具備一定的柔韌性能與人體腳掌的運(yùn)動(dòng)匹配，金屬骨架的長度與腳掌的中后部長度一致，骨架的前部為填充橡膠，是整個(gè)鞋體具備人體矢狀面內(nèi)的彎曲自由度；通過硫化工藝將金屬骨架的鏤空部分填滿，并使得整個(gè)鞋體的形狀與人體腳掌一致，既能減輕鞋體的自重，又能保證人機(jī)運(yùn)動(dòng)的協(xié)調(diào)；填充橡膠將金屬骨架的下板完全包含在內(nèi)部，使得直接與地面接觸的是橡膠層，通過在橡膠表面設(shè)置紋路，使得鞋體能夠適應(yīng)多種使用環(huán)境。通過鑲嵌在橡膠內(nèi)部的金屬骨架承受外骨骼的負(fù)重和運(yùn)動(dòng)中的沖擊載荷，以及為人體自身的重量提供支撐，實(shí)現(xiàn)外骨骼的穩(wěn)定承載；且通過橡膠填充的方式可減小鞋體的重量，減少人體的負(fù)擔(dān)；通過橡膠與金屬骨架復(fù)合的方式可保證鞋體具有一定的柔韌性，滿足人機(jī)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的要求。

圖1是外骨骼復(fù)合式承載鞋的外觀圖。圖2是外骨骼復(fù)合式承載鞋金屬骨架外視圖。
具體實(shí)施方式
結(jié)合圖1和圖2可以看到，承載鞋包括金屬鞋骨架和填充層，所述金屬鞋骨架由上板I和與之用連接銷3相連接的底板2構(gòu)成。底板2具有的延伸外緣，延伸外緣上設(shè)置有用于與踝關(guān)節(jié)支撐座的連接的螺栓孔4。金屬骨架為嵌入式結(jié)構(gòu)，周圍為填充橡膠，可有效減輕鞋體自重；骨架上板的下表面與填充橡膠的上表面齊平，使得人體的重量主要作用于金屬骨架，并能傳遞至地面；填充層5覆蓋在底板2的上下，骨架的下板完全嵌入填充橡膠內(nèi)部，并不直接與地面接觸，與地面接觸的是填充橡膠的下表面，起到防滑和保護(hù)金屬骨架的作用；金屬骨架的長度與人體腳掌的中后部長度一致，位于填充橡膠的中后部，鞋體的前部為填充橡膠，使得鞋體能夠彎曲一定角度且具備柔韌性，能夠與腳掌的運(yùn)動(dòng)匹配；在填充橡膠的內(nèi)部可設(shè)置沉孔，用于安裝鞋體內(nèi)置的傳感器。結(jié)合圖2可以看到，金屬骨架分為上板和下板兩層鏤空結(jié)構(gòu)，兩層之間通過連接銷進(jìn)行可靠連接，既能保證鞋體的強(qiáng)度和剛度，使得鞋體能夠可靠承載，又能減輕鞋體的自重；人體自重作用于上板，通 過連接銷和下板傳遞至地面；下板尺寸寬于上板，側(cè)外緣超出上板之外的部分用于與踝關(guān)節(jié)支撐座的連接，因此外骨骼的載荷作用于下板，并傳遞至地面。通過這種應(yīng)用于助力型外骨骼的復(fù)合式承載鞋，可以降低鞋體的自重和人體的負(fù)擔(dān)，并能與人體腳掌的運(yùn)動(dòng)相適應(yīng)，達(dá)到人機(jī)運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)的目的；通過在鞋體中設(shè)置金屬骨架，使鞋體具備足夠的強(qiáng)度和剛度，能夠滿足外骨骼的承載要求；鞋體與地面接觸的部分為填充橡膠，使外骨骼能夠適應(yīng)多種運(yùn)用環(huán)境。實(shí)施例一采用圖1和圖2的方案，在外骨骼承載鞋的金屬骨架的周圍通過硫化工藝填充聚氨酯橡膠，人體的自重和外骨骼的載荷主要由金屬骨架承受，并傳遞至地面；金屬骨架位于鞋體的中后部，鞋體的前端為填充橡膠，兩者間可實(shí)現(xiàn)一定程度的彎曲，保證鞋體具備一定的柔韌性；填充橡膠的下表面完全包裹住骨架下板，使得與地面接觸的為橡膠，可起到保護(hù)金屬骨架、防滑等作用。
權(quán)利要求1.一種助力型外骨骼用復(fù)合式承載鞋，用于外骨骼下肢結(jié)構(gòu)的末端承載，其特征在于，承載鞋包括金屬鞋骨架和填充層，所述金屬鞋骨架由上板(I)和與之用連接銷(3)相連接的底板(2)構(gòu)成；底板(2)具有的延伸外緣；延伸外緣上設(shè)置有用于與踝關(guān)節(jié)支撐座的連接的螺栓孔⑷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的助力型外骨骼用復(fù)合式承載鞋，其特征在于，所述填充層(5)覆蓋在底板(2)的上下。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的助力型外骨骼用復(fù)合式承載鞋，其特征在于，所述填充層為聚氨酯橡膠。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的助力型外骨骼用復(fù)合式承載鞋，其特征在于，所述填充層內(nèi)部設(shè)置有用于安裝 鞋體內(nèi)置的傳感器沉孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種應(yīng)用于外骨骼的復(fù)合式承載鞋，通過硫化工藝將金屬骨架和填充橡膠硫化為整體，外形與人體腳掌形狀一致；金屬骨架為鏤空結(jié)構(gòu)，具備足夠的強(qiáng)度和剛度，人體自重和外骨骼的載荷主要作用于金屬骨架，既能減輕鞋體的自重，又能實(shí)現(xiàn)外骨骼載荷的傳遞；鞋體其余部分為填充橡膠，使鞋體具備一定的柔韌性，能夠滿足人體腳掌運(yùn)動(dòng)的需求。
文檔編號(hào)A61F2/60GK203122686SQ201320085868
公開日2013年8月14日 申請日期2013年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月25日
發(fā)明者劉放, 程文明, 周宏 , 張則強(qiáng), 朱家元, 吳曉 申請人:西南交通大學(xué)