[发明专利]一种穿戴式下肢柔性助力外衣

说明书

本发明涉及一种穿戴式下肢柔性助力外衣，该柔性助力外衣包括外衣本体、鲍登线单元、2个直线牵引单元、步态检测单元，人体通过穿戴下肢柔性助力外衣，实现对正常行走运动的助力。外衣本体贴合在下肢皮肤或衣服表面，鲍登线单元沿外衣本体分布，根据步态检测单元的信号，直线牵引单元驱动鲍登线，在合适的时刻对人体踝关节和髋关节进行牵引助力。2个直线牵引单元重叠在一起放置在背包中，每个直线牵引单元牵引两套鲍登线单元，分别对人体下肢的髋关节和踝关节进行牵引，辅助髋关节的前屈运动和踝关节的趾屈运动，以减小大腿做抬腿动作和脚部跟腱所需要的作用力，进而缓解人体下肢相应肌肉的能量消耗，实现对下肢行走运动的助力。

技术领域

本发明涉及一种助力外衣，具体说，涉及一种可穿戴且具有柔性的助力外衣。

背景技术

下肢柔性助力外衣可长时间穿戴，用于健康人群尤其是士兵的远距离负重行走、连续负重搬运等，助力外衣可降低人体负重软组织(肌肉、肌腱、韧带等)的承受载荷，进而减少身体的代谢消耗和延缓身体疲劳，降低长时间、高负荷行走引起的受伤风险。对于运动功能障碍患者，柔性助力外衣可提供适量外部助力，有利于激发和修复肢体与损伤中枢神经间的联系；同时，有助于提高人体生理关节的力量再生能力，从而改善患者行走步态和效率。柔性助力外衣系统难点在于如何通过基于纺织布料的连接布带将足够的作用力传递至人体髋、踝关节，在抵消助力外衣系统重力的前提下，降低人体净代谢消耗。在美国国防部高级研究计划局(DARPA)资助下，哈弗大学的Asbeck等提出新型助力装置的设计理念，一种类似于柔性服装的Exosuit，Exosuit作为可穿戴机器人不含任何用于支撑关节的刚体连杆，相反，穿戴者的下肢骨骼支撑所有身体和助力外衣产生的作用力/矩。Park等设计了基于气动肌肉的主动柔性踝足矫形装置，受力结构采用软塑料和复合材料，能够给予踝足部位提供慢变作用力，改善踝关节和脚掌的灵活性，提高下肢行走时的安全性和稳定性。Stirling等针对膝关节开发了主动柔性矫形器(ASO)，采用四组含弹簧的驱动单元，弹簧采用NiTi形状记忆合金(SMA)，学习并记忆下肢摆动阶段中膝关节运动学信息。Kawamura等针对腿部肌肉老化的问题，研制一种行走辅助系统，在下肢向前摆动阶段给予力量补偿，以提高行走的步长，但辅助系统无法提供足够的作用力，行走辅助效果不明显。Imamura等设计了智能布带，利用弹性布带的弹力，降低护理人员在弯腰操作时背部负载。

综上所述，柔性助力系统具有以下优点：①柔性助力系统主要采用复合纤维材料，总体质量轻且弹性好，穿戴之后在身体上的附加质量小，进而降低由于附加质量引起的代谢消耗；②助力系统具有一定柔弹性且仅能在人体生理关节上施加牵引力，因此，对穿戴者的自然步态、关节活动范围影响较小；③柔性助力系统体积小且包覆在人体相应部位，能够穿戴在正常衣服之下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿戴式下肢柔性助力外衣，以实现对下肢的柔性助力。

本发明的实施例提供了一种穿戴式下肢柔性助力外衣，其特征在于，该柔性助力外衣包括外衣本体、鲍登线单元、2个直线牵引单元、步态检测单元，人体通过穿戴柔性下肢助力外衣，实现对正常行走运动的助力，外衣本体贴合在下肢皮肤或衣服表面，鲍登线单元沿外衣本体分布，根据步态检测单元的信号，直线牵引单元驱动鲍登线，在合适的时刻对人体髋关节和踝关节进行牵引助力。

进一步，外衣本体包括腰环带、2个膝环带和12条连接布带，环带和连接布带之间采用缝合的方式连接；腰环带穿戴于人体腰部，2个膝环带分别穿戴于左、右膝关节上部，左膝环带与腰环带通过4条连接布带连接，4条连接布带沿左大腿前部表面分布，呈X形状连接，连接布带交叉处形成锚点B，锚点B位于左大腿正面偏上位置。在腰环带的正面和锚点B正上方，设计有锚点A。