[發明專利]一種新型無源人體負重外骨骼

在審

• 申請號: 201910859622.2
• 申請日: 2019-11-22
• 公開（公告）號: CN110640721A
• 公開（公告）日: 2020-01-03
• 發明（設計）人: 管小榮;蔡可書;鄒鎧帆
• 申請（專利權）人: 江蘇凌步智能科技有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 32231 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 陳麗萍

本發明公開了一種新型無源人體負重外骨骼，可有效卸載人體所背負重量，輔助人體進行負重行走，增強人體負重能力和負重行走續航能力。相較于傳統下肢外骨骼而言，本發明采用無膝關節設計，可以在下肢運動支撐相產生更好的負重支撐和卸載作用，在擺動相實現自由擺動，在保證負重外骨骼功能的同時簡化設計。本外骨骼功能通過純機械設計來實現，無需傳感、控制和動力裝置，可避免布線、噪聲等問題，能夠有效降低自重、提高負載自重比、延長續航能力、增強環境適應性和工作可靠性。

技術領域

本發明涉及穿戴式裝備技術領域，具體涉及一種新型無源人體負重外骨骼。

背景技術

人體外骨骼作為現代化穿戴式裝備，主要用于增強人體負重和機動能力，同時為穿戴者提供保護。近年來，伴隨社會進步和老齡化發展加快，人體外骨骼得到了迅速的發展。傳統外骨骼與人體同構，運動過程中與人體保持同步。目前，對外骨骼系統的設計與研究已初具形態，但在技術和用戶體驗上仍擁有很大提升空間。

由于人體結構復雜，很難通過機械結構模擬實現，通常將人體步行時單條腿運動分為擺動相與支撐相，擺動相為足底與地面無接觸階段，支撐相為足部與地面接觸階段。目前，各類同構外骨骼在支撐相條件下要求外骨骼膝關節保持很大剛度，而在擺動相條件下要求能實現自由彎曲，這就要求同構外骨骼需要十分復雜的傳感系統、動力系統、控制系統以及十分高效的人體運動意圖預測算法和控制策略來實現人體步態的靈活轉換，否則會嚴重削弱外骨骼綜合效能。與此同時，傳感系統、動力系統和控制系統的存在，必然會帶來布線復雜、續航能力受限、環境適應性和工作可靠性下降等問題，還會顯著增加外骨骼自重。

例如專利號為CN201120010944.9專利名稱為一種有四只外骨骼下肢的人體外骨骼助行裝置的發明，其使用了電源、控制裝置、傳感器和驅動裝置，使得其結構布線復雜、續航能力受限。如專利CN201721139616.2下肢外骨骼機器人及康復機器人作為康復醫療結構，同樣包含了驅動系統及控制系統，且如現有大部分外骨骼，該結構膝關選用單轉軸結構完成下肢小腿伴隨人體運動，該設計方法不利于上身重力傳遞至地面，且外骨骼下肢彎曲后，需要人與電機共同作用使其恢復伸直狀態，對穿戴者的舒適度產生影響。CN201810622484.1一種實現人體能量遷移的無源下肢外骨骼裝置提供了一種能量遷移方法，有助于提高人體舒適性，但介于彈簧能量有限，在背負較大重物的情況下作用會被削弱，負重行走情況下輔助效果有限。

發明內容

本發明所要解決的問題是，針對上述現有技術中的缺點，提出創新方案，尤其是一種能夠有效解決因傳感系統、動力系統和控制系統的存在，帶來的布線復雜、續航能力受限、環境適應性和工作可靠性下降等問題的方案。

為解決上述問題，本發明采用的方案如下：一種新型無源人體負重外骨骼，其特征在于，包括背髖膝結構、踝部結構，兩部分于人體膝關節位置處上下相連，通過螺母控制整體長度。

所述背髖膝結構包括背板、腰部軸、背架底座、腰部連桿、髖關節連桿、髖關節軸、大腿部連接件。背板通過軸銷與背架底座相連，通過腰部軸連接背架底座與腰部連桿和腰部連桿與髖關節連桿，髖關節連桿通過髖關節軸與大腿部連接件相連，大腿部連接件與踝部結構直接相連，可調節結構。