足底蓄能助力器与足底助推器的制作方法

本发明涉及一种蓄能助力机构，特别涉及一种能够帮助运动者减轻运动负荷的足底蓄能助力器。

背景技术：

在人们做走路、跑步运动时，每当脚跟着地都会产生很大的触地冲击力，该触地冲击力需要依靠人体的骨骼、关节和肌肉来承受和吸收，触地冲击力过大或长久的冲击，会对人体的部分关节和骨骼造成损伤，同时人体对冲击力的缓冲和吸收也浪费了相当一部分为走路、跑步所支出的能量，降低了人体走跑的效率和速度。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够将运动者走跑时脚跟着地产生的冲击能量加以储存并有效利用的足底蓄能助力器与足底助推器，其能减小脚跟着地产生的反冲击力对踝关节、膝关节和相关骨骼造成的损害。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

本发明的足底蓄能助力器，其特征在于：其由固定板和弹力板构成，其中，固定板，置于脚底并与脚部固定连接，固定板的后端延伸至脚跟之后；

弹力板，由高弹性变形材料制作，其纵向垂直断面形状为圆弧形，弹力板位于固定板下方，其前端与固定板的前端固接，其后端在自然初始状态下与固定板的后端在垂直方向上留有设定距离的蓄能间隙；

所述蓄能间隙，在脚跟以所述弹力板的后端为支点对所述固定板施以垂直压力时逐渐缩小，同时迫使弹力板以弹性变形的方式将脚跟对固定板施加的压力所产生的部分动能存储于弹力板上。

所述蓄能间隙在30mm-150mm。

在所述弹力板的前端和后端分别设有圆弧状且用于着地的支脚。

在所述固定板与弹力板之间还设有在脚跟抬起后将弹力板所蓄动能转换成对所述固定板施加向上向前作用力的助推机构。

所述助推机构由设置在固定板与弹力板中部位置的推力组件和设置在固定板与弹力板后端的启动组件构成，其中，

启动组件，在所述脚跟抬起后，触发所述推力组件开始工作；

推力组件，在启动组件的驱动下向固定板产生向上向前的推力。

所述启动组件由设置在固定板后端的导向件、设置在弹力板后端且向上延伸的驱动杆和中部铰接在固定板上的摆动杠杆组成，其中，

导向件，前端固接在固定板上，在其后端设有向上延伸的导向槽；

驱动杆，上端设有棘齿，下端连接在弹力板上，驱动杆携棘齿可在所述导向槽内上下移动；

摆动杠杆，为由后至前逐渐变宽的弧形部件，其后端为设有至少一个挂齿的自由端，其前端为由右上方至左下方的倾斜面，在该倾斜面上设有滑动槽，该滑动槽通过可在该滑动槽中上下滑动的移动件与所述的推力组件相接；

所述棘齿由所述挂齿的下方朝上移动可自由滑过该挂齿，棘齿由挂齿的上方朝下移动可卡置在挂齿上，在驱动杆持续的下移过程中，棘齿驱动摆动杠杆摆动并使所述倾斜面的下端向前推送。

所述推力组件由复位拉簧、上连杆、下连杆和助推臂组成，其中，

上连杆，其上端铰接在固定板的中部位置，其下端与下连杆的上端铰接在一起构成介于固定板与弹力板之间的悬空枢铰件；

下连杆，其下端铰接在所述助推臂的中部；

助推臂，为圆弧形，其前端为自由端，其后端铰接在弹力板的中后部；

复位拉簧，上端固接在固定板的后端，其前端连接在所述的悬空枢铰件上；

悬空枢铰件通过短臂支轴连接在设置于摆动杠杆上的所述滑动槽内。

在所述固定板与弹力板之间设有上连杆、下连杆、助推臂和摆动杠杆，其中，

上连杆，其上端铰接在固定板的中部位置，其下端与下连杆的上端铰接在一起构成介于固定板与弹力板之间的悬空枢铰件；

下连杆，其下端铰接在所述助推臂的中部；

助推臂，为圆弧形，其前端为可着地的自由端，其后端铰接在弹力板的中后部；

摆动杠杆，中部铰接在固定板上，其前端的滑动槽与所述悬空枢铰件连接，其后端置于固定板之上的后端；

驱动所述摆动杠杆使悬空枢铰件向前移动并推动上连杆与下连杆之间的夹角变大。

本发明的足底助推器，其特征在于：由上连杆、下连杆、助推臂和摆动杠杆构成，其中，

上连杆的下端、下连杆的上端和摆动杠杆的前端连接在一起；

下连杆的下端与助推臂的中部铰接在一起；

将上连杆的上端、助推臂的后端分别固定铰接在不同高度的支撑件上，以助推臂的前端为支点并向前驱动所述摆动杠杆，可使上连杆的上端对所铰接的支撑件施加向上向前的推力。

所述上连杆、下连杆和摆动杠杆均为刚性且强度较高的材料所制。

本发明的足底蓄能助力器可在脚部触地冲击力和人体重力的作用下变形缓冲蓄能，随着使用者脚步的前移，即脚底板а角度的变化，存蓄在弹力板内的变形能释放产生对使用者脚底的固定板向上向前的助推力，并驱动助推机构继续产生对固定板向上向前的助推力。其可有效避免运动者在脚跟着地时产生的冲击力对脚部和腿部骨骼以及相关骨关节的损伤，可有效将所述冲击力中的大部分冲击能量转化为机械能并蓄存在弹力板中，并且在运动者脚跟上抬过程中其可将所蓄能量转化为对运动者脚底的向上向前的推力，有效降低运动者在行走过程中因提升脚部所做的功，减轻运动疲劳感，提升移动速度和运动的乐趣。

附图说明

图1是本发明的足底蓄能助力器置于自然初始状态下的结构示意图。

图2是图1中的弹力板在脚跟向下施压时准备变形蓄能的示意图。

图3是图2中的弹力板在脚跟着地冲击力最大时对应的变形蓄能示意图。

图4是图3中的弹力板在脚跟开始抬起并准备释放能量驱动推力组件时的示意图。

图5是图4中的弹力板在脚尖准备着地时将所蓄能量转化为对脚底向上向前推力的示意图。

图6是的弹力板在运动者脚部腾空时恢复到自然初始状态、准备再次触地蓄能的示意图。

图7是图1中的启动组件驱动不同高度的挂齿的放大示意图。

附图标记如下：

固定板1、弹力板2、前支脚21、后支脚22、蓄能间隙3、推力组件4、上连杆41、下连杆42、助推臂43、复位拉簧44、启动组件5、导向件51、导向槽52、驱动杆53、棘齿54、复位弹簧55、拉簧56、摆动杠杆6、挂齿61、滑动槽62、悬空枢铰件7、足底蓄能助力器8、脚部9。

具体实施方式

一、足底蓄能助力器8

本发明的足底蓄能助力器8穿戴在运动者的脚上，可将运动者在运动过程中脚跟着地产生的部分对地冲击能量蓄存起来，该蓄存起来的能量在脚跟上抬离地的瞬间再反馈给脚底以帮助脚部9快速离地。

1、本发明的基本结构

如图1-6所示，所述足底蓄能助力器8由固定板1和弹力板2构成。

固定板1，可为金属材质、塑胶材质、复合材料等刚性较好的平板，其可通过穿戴方式固定在脚底。

弹力板2，由高弹性变形材料制作，本发明优选重量轻、弹性蓄能好的复合材料的材质构件。弹力板2的纵向(纵向是指由脚指至脚跟方向为纵向，下同)垂直断面形状为圆弧形，弹力板2位于固定板1的下方，其前端与固定板1的前端固接，其间可通过连接件固定连接，将弹力板2与固定板1合为一体结构，弹力板2的后端在自然初始状态(自然初始状态是指该足底蓄能助力器8未使用并处于自然放置的状态)下与固定板1的后端之间，在垂直方向上留有设定距离的蓄能间隙3。

蓄能的过程为：弹力板2支撑在地上，当运动者的脚跟开始着地，即脚跟以弹力板2的后端为支点对所述固定板1施以垂直压力时，固定板1与弹力板2之间的蓄能间隙3的距离会逐渐缩小，此时，脚跟对固定板1的部分冲击力和人体重力转换为弹性储能存蓄在弹力板2内。

放能的过程为：当运动者的脚部9向下施加压力的着力点由脚跟上抬逐渐转移至脚底和脚前掌，即角度а变化时，施加在固定板1后端的力得以释放，存蓄在弹力板2内的弹簧能量迫使弹力板2恢复原状，从而，对固定板1产生一个向上的作用力。

通过上述蓄能和放能的过程，可使运动者在运动过程中感觉到一种轻松感，即脚跟着地不会有硬着地带给其反冲击力的感觉，上抬脚跟时又会让其感到有一种促使脚部9快速向上抬起的助推力。

为了适用不同年龄和体重的群体使用，所述蓄能间隙3可设置在30mm-150mm范围内。

为了便于弹力板2着地和离地、以及提高弹力板2的使用寿命，避免其长期直接着地给其带来磨损，在所述弹力板2的前端和后端分别设有圆弧状且用于离地的前支脚21和着地的后支脚22，前支脚21和后支脚22最好与弹力板2为一体结构。

2、本发明的优选结构

为了更有效的将弹力板2蓄存的能量释放给固定板1，在所述固定板1与弹力板2之间设有助推机构，该助推机构可在脚跟抬起后将弹力板2所蓄动能转换成对该固定板1施加的向上、向前的推作用力。

助推机构由推力组件4和启动组件5构成。启动组件5，在所述脚跟抬起后，触发所述推力组件4开始工作；推力组件4，在启动组件5的驱动下向固定板1产生向上、向前的推力。

1)启动组件5

将固定板1的后端制作的长些，即固定板1的后端向后伸出脚跟。

在固定板1后端设置导向件51，该导向件51的前端固接在固定板1上，其后端设有向上延伸的导向槽52。

在弹力板2的后端设置驱动杆53，该驱动杆53可沿所述导向槽52上下移动。

在驱动杆53的上端设有棘齿54，该棘齿54的上端面为斜面，其下端面为平直面，在棘齿54的下端面处设有可使棘齿54挺立的复位弹簧55，以图1纸面方向为例，允许棘齿54可逆时针下压复位弹簧55回转一定角度(也可由棘轮代替棘齿54，即驱动杆53向上移动时，棘轮碰触到障碍物时，其可逆时针自由旋转，驱动杆53向下移动，棘轮碰触到障碍物时，棘轮卡置在该障碍物上)。

驱动杆53的下端铰接或弹性连接在弹力板2的后端上，驱动杆53携棘齿54可在所述导向槽52内上下移动。

在固定板1的中部铰接有摆动杠杆6，该摆动杠杆6为由后至前(脚指方向为前，脚跟方向为后，下同)逐渐变宽的弧形部件，其后端为自由端，而且在该自由端的端面上设有至少一个挂齿61，所述挂齿61即为向后延伸的齿牙，本发明设为两个上下排列的齿牙，从高度角度看，每个齿牙代表一个高度位，齿牙的上端面为平直面，下端面为由前至后向上倾斜的斜面。

摆动杠杆6的前端为由后上方至前下方延伸的倾斜面，在该倾斜面上设有滑动槽62，该滑动槽62通过可在该滑动槽62中上下滑动的移动件与所述的推力组件4相接。

当所述驱动杆53在导向槽52内由齿牙的下方朝上移动时，所述棘齿54可顺着所述齿牙的下端面滑过，不会触动摆动杠杆6摆动；当驱动杆53在导向槽52内由齿牙的上方朝下移动时，所述棘齿54可卡在所述齿牙的上端面上迫使所述摆动杠杆6的后端向下摆动，同时，摆动杠杆6的前端向上、向前摆动，而摆动杠杆6前端倾斜面的下端点则向前推送。

2)推力组件4

推力组件4由复位拉簧44、上连杆41、下连杆42和助推臂43组成。复位拉簧44、上连杆41、下连杆42置于固定板1与弹力板2之间，助推臂43置于弹力板2的下方。所述上连杆41、下连杆42和摆动杠杆6均为刚性且强度较高的材料所制，助推臂43为强度高、韧性好的材料所制。

上连杆41的上端铰接在固定板1的中部位置，其下端与下连杆42的上端铰接在一起构成介于固定板1与弹力板2之间的悬空枢铰件7。

下连杆42的下端铰接在所述助推臂43的中部。

助推臂43为圆弧形板，其前端为自由端，其后端铰接在弹力板2的中后部。

复位拉簧44的上端固接在固定板1的后端，其前端连接在所述的悬空枢铰件7上。

悬空枢铰件7通过短臂支轴与设置在摆动杠杆6前端面上的滑动槽62可移动连接。

当驱动杆53上的棘齿54由上至下挂在所述齿牙上向下驱动摆动杠杆6时，摆动杠杆6的前端滑动槽62使悬空枢铰件7向前移动推动上连杆41与下连杆42之间的夹角变大，由于下连杆42的下端铰接在助推臂43上，在悬空枢铰件7向前移动的情况下，助推臂43的自由端向地面施力，同时产生反作用力通过下连杆42、上连杆41推动固定板1向上、向前。

所述启动组件5设置为一组，其设置在固定板1的后中部。

所述推力组件4最好设置两组，分别设置在固定板1的两侧，其中，两组推力组件4中的的下连杆42的下端分别铰支在对应的助推臂43的两侧，两组推力组件4中的摆动杠杆6在挂齿61处结为一体，由此实现由一组启动组件5中的驱动杆53上的棘齿54驱动两组推力组件4中的摆动杠杆6同步运动。

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图2、3所示，在脚跟在以弹力板2的后支脚22为着地点着地时，在着地冲击力和人体重力的共同作用下，弹力板2开始受压变形使所述蓄能间隙3缩小，此时弹力板2吸收冲击能量并储存变形能，在弹力板2相对于固定板1向上运动的变形蓄能过程中，与弹力板2连接的驱动杆53在所述导向槽52中向上移动，驱动杆53向上运动时，在拉簧56或与弹力板2连接的向前的弹力的作用下，驱动杆53能够沿导向槽52的直线前沿上行，由于驱动杆53的下端铰接或弹性连接在弹力板2上，使得该驱动杆53上部能够顺畅的在导向槽52中上下移动。随着驱动杆53的上移，其上的棘齿54也向上移动并顺利滑过设置在所述摆动杠杆6后端的挂齿61。

在所述蓄能间隙3被压缩的过程中，置于弹力板2与固定板1之间的复位拉簧44拉动所述悬空枢铰件7向后移动并使所述助推臂43的自由端贴附在弹力板2的底面上。

当所述蓄能间隙3被压缩到最小极限位置时，所述棘齿54在所述导向槽52内上升至高位。

如图4、5所示，当运动者的脚跟上抬即а角度变化并开始释放脚跟对固定板1的压力时，存蓄在弹力板2内的能量也开始释放，释放该能量通过蓄能间隙3试图恢复自然初始状态来实现，同时，驱动杆53携棘齿54由上向下移动，起初，棘齿54位于高位不能触及摆动杠杆6上的挂齿61，但在弹力板2恢复原状的过程中，其会对运动者的脚部9产生向上向前的助推力。

之后，随着弹力板2拉动驱动杆53的继续下移，棘齿54触及并卡置在挂齿61上迫使摆动杠杆6的后端向下摆动。摆动杠杆6的前端上移，设置在摆动杠杆6前端的滑动槽62驱动与其移动连接的所述悬空枢铰件7向前运动，令所述的上连杆41和下连杆42的夹角张开，从而使连接在上连杆41的上端与下连杆42的下端之间的固定板1与助推臂43之间的距离加大，由于助推臂43前端的自由端着地，因此，增大的距离对固定板1产生向上、向前的推力。

如图5所示，随着脚部9继续上抬即а角度变化，脚底的支点由助推臂43的自由端逐渐转移至设置在弹力板2前端的前支脚21时，弹力板2也基本恢复到自然初始状态，摆动杠杆6的后端下摆接近至下限位置，此时，驱动杆53上的棘齿54开始沿导向槽52的曲线的后沿下行、后移、逐渐脱离与摆动杠杆6后端的挂齿61的咬合状态并随该驱动杆53下移至原始位置，至此，整个弹力板2完成放能助推任务。

如图6所示，随着脚部9腾空准备进入下一个落地动作前，悬空枢铰件7在复位拉簧44的拉动下后移并使助推臂43收回并贴附在弹力板2的底面上。

如图7所示，当弹力板2的蓄能变形未达到最大时，驱动杆53上的棘齿54可以与摆动杠杆6后端上的不同高度的挂齿61接触，形成对助推臂43不同层级的驱动力。

二、足底助推器

所述的上连杆41、下连杆42、助推臂43和摆动杠杆6可单独做为一种足底助推器应用于不同形状的足底支撑件与弹力蓄能板之间，其连接方式可如下：

上连杆41的下端、下连杆42的上端铰接，并与摆动杠杆6的前端连接在一起；

下连杆42的下端与助推臂43的中部铰接在一起；

将上连杆41的上端、助推臂43的后端分别固定铰接在不同高度的足底支撑件和弹力蓄能板上，以助推臂43的前端为支点并向前驱动所述摆动杠杆6，可使上连杆41的上端对所铰接的支撑件施加向上的推力。