[发明专利]被动式负重助力下肢外骨骼

说明书

本发明公开了被动式负重助力下肢外骨骼，包括臀部组件和腿部组件，腿部组件与对应位置的臀部组件通过第一轴向转动件转动连接；腿部组件包括大腿杆件和小腿杆件，大腿杆件和小腿杆件通过第二轴向转动件转动连接，在小腿杆件的上端开设有凹槽，在凹槽轴向两侧壁上对称设有条形孔，大腿杆件伸入凹槽内，第二轴向转动件能够带动大腿杆件沿所述条形孔滑动，当第二轴向转动件位于条形孔的最上端时，大腿杆件与凹槽的底部之间具有间隙，可以摆动，当第二轴向转动件位于条形孔的最下端时，大腿杆件与凹槽的底部相抵，传递重力。本方案能有效进行人体支撑相重力支撑和摆动相适时的被动助力，人机协同运动一致性好，纯被动使得成本低，使用可靠。

技术领域

本发明涉及可穿戴装备技术领域，具体涉及一种被动式负重助力下肢外骨骼。

背景技术

人们在背负重物时，下肢和脊柱会受到巨大压力，而且背负重物重量的极限较小。特别是在道路崎岖的地域，这些地方不能通过车辆，只能靠人来背负重物，而且行走路途较远，自然就需要一种能减轻人体压力，并且可增加背负重量的装置。

由于人体结构复杂，通常将人体步行时单条腿运动分为摆动相与支撑相，摆动相为脚底与地面无接触阶段，支撑相为脚部与地面接触阶段，当人体在负重行走时，人体腿部的运动状态是在支撑相与摆动相之间不断转变。

负重助力下肢外骨骼就是一种能穿戴在人体的下肢，并在人体负重时能为人体提供重力支撑，以减轻人体下肢受到的压力，提高背负重量的装置。

现有技术中的负重助力外骨骼如公开号为CN111096876A中提到一种下肢负重移动外骨骼，包括：背板部件，所述背板部件用于适配地佩戴在人体背部；髋关节驱动器部件，所述髋关节驱动器部件有两个，两个所述髋关节驱动器部件分别与所述背板部件的两端连接，以使两个所述髋关节驱动器部件适配地对应于人体两侧的髋关节处；大腿连接部件，所述大腿连接部件有两个，两个所述大腿连接部件分别与两个所述髋关节驱动器部件相连，两个所述大腿连接部件分别用于佩戴在人体两条大腿上；当人体髋关节处于摆动期时，屈曲的髋关节对应的所述髋关节驱动器部件处于储能状态；当人体髋关节处于支撑期时，伸展的髋关节对应的所述髋关节驱动器部件处于能量释放状态，以辅助人体负重移动。当人体髋关节处于摆动期时，即人体大腿屈曲抬升向前迈进时，屈曲的髋关节对应的髋关节驱动器部件处于储能状态；当人体髋关节处于支撑期时，即大腿从抬升的最高点落地向后伸展的过程，伸展的髋关节对应的髋关节驱动器部件释放能量来驱动大腿伸展，抬升重心，由此，可以辅助人体负重向前移动，为用户尤其是负重移动的用户平地行走、爬坡或上楼梯时提供助力，大幅增加了普适性，并且增加了最大负重。

又如公开号为CN110900583A中提到了一种下肢外骨骼助力负重机构，其包括载重件、相互对称的两条负重支链和控制装置，每条负重支链包括调节件、髋关节伺服电机、大腿支撑件、载重支撑件、膝关节伺服电机、小腿支撑件、踝关节脚部件、大腿穿戴环和小腿穿戴环，其中：所述载重件的两端分别与两条负重支链上的调节件的上部铰接，控制装置安装于载重件中；每条负重支链上，调节件的底部两端分别与大腿支撑件的上端和载重支撑件的上端铰接，髋关节伺服电机的输出轴与大腿支撑件的上端连接，膝关节伺服电机的输出轴与小腿支撑件的上端连接，大腿支撑件的下端与小腿支撑件的上端铰接，载重支撑件的下端与小腿支撑件的上端铰接，小腿支撑件的下端与踝关节脚部件铰接，大腿穿戴环与大腿支撑件的中部固定连接，小腿穿戴环与小腿支撑件的上部固定连接，髋关节伺服电机和膝关节伺服电机均与控制装置连接。通过设置载重件和相互对称的两条负重支链，并设置每条负重支链包括调节件、髋关节伺服电机、大腿支撑件、载重支撑件、膝关节伺服电机、小腿支撑件、踝关节脚部件、大腿穿戴环和小腿穿戴环，提供了一种可以在行进过程中根据行进状态自动调节负重重心的装置，使得行进过程中的负重重心偏向作为支撑的负重支链，因而可以减少行进中的负重支链的负重，从而不仅可以减少能量损耗，而且使得本发明的负重比较大。