[发明专利]一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼

说明书

本发明提供的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，涉及医疗器械领域，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、膝关节驱动模块、控制模块、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置；背部支撑装置、髋关节、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置构成外骨骼的主体，髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与主体可拆卸连接，用于驱动主体的髋关节和膝关节运动；膝关节驱动模块为膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块，髋关节驱动模块和膝关节主动驱动模块经控制模块控制动作；本发明能够根据外骨骼实际使用情况，自由更换髋、膝关节驱动方式以精简轻便外骨骼的结构，贴合地穿戴于不同体型的用户，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力。

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼。

背景技术

外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人用于为人体提供助力，在增强人体技能、辅助运动方面有着突出的发展前景，日益成为机器人领域的研究重点。本发明涉及一种可穿戴的下肢负重助力外骨骼，当人体负重行走时提供支持和助力，类似结构在US13139933专利里也有所提及。

当人体处于背负重物状态，尤其是在背负重物长时间行走时，其身体肌肉和骨骼容易疲劳和损伤。长期处于这样的状态下容易引肌肉骨骼疾病。

US15349602专利描述了一种用于支撑人体的无动力负重外骨骼结构，该结构由仿生脊柱、腰部、腿部和足部组成，无外部驱动或弹储能装置。仿生脊柱通过机械结构与绑缚与人体的固定，仿生脊柱背负重物，腰部用于连接仿生脊柱和腿部，腿部结构通过绑缚固定在大腿上，当身体背负重物时，有外骨骼承担负载重量，减轻重物对人体造成的伤害。

然而该外骨骼无法根据实际使用情况将髋、膝关节更换为主动助力结构。US15339293和US13639984专利中也描述了类似的结构，但两者同样无法将髋、膝关节更换为主动助力结构。

US14634403专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其通过安放在背部的电机带动钢绳来驱动三铰链结构的膝关节，实现膝关节、髋关节的屈伸和屈曲运动。但专利因膝关节结构较为复杂，无法更换为被动驱动结构。

US15604891专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其中膝关有多个片状结构铰链组成，并由电机驱动，同样的该膝关节结构较为复杂，无法更换为被动驱动结构。

CN201811252375.1公开了一种膝关节主动助力的负重外骨骼，通过背部驱动电机驱动绳索，在人体膝关节伸时提供主动助力，为人体提供额外的扭矩，辅助人体行走。但该外骨骼无法将膝关节主动助力转换为被动助力。

CN201920639613.8公开了一种髋关节、膝关节助力外骨骼，通过电机驱动滚珠丝结构实现髋关节、膝关节助力，辅助人体行走。同时该外骨骼无法将根据实际需求将髋关节及膝关节由主动助力转换为被动助力。

发明内容

本发明目的在于提供一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，该外骨骼以精简轻便的结构，可贴合地穿戴于不同体型用户的身体上，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力，并能够根据实际使用情况自由选择髋、膝关节主被动驱动方式。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、膝关节驱动模块、控制模块、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置；所述背部支撑装置、髋关节、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置自上而下依次连接，构成与用户人体绑缚连接的外骨骼主体；所述控制模块、髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与外骨骼主体可拆卸连接；所述膝关节驱动模块膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块，所述控制模块电连接于髋关节驱动模块或膝关节主动驱动模块，用于控制髋关节驱动模块或膝关节主动驱动模块启动或关闭。