[發明專利]柔性下肢外骨骼及其控制方法

有效

• 申請號: 202010977070.8
• 申請日: 2020-09-17
• 公開（公告）號: CN112076070B
• 公開（公告）日: 2023-03-21
• 發明（設計）人: 趙國如;王永奉;寧運琨;鄭凱;劉利利
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 魏毅宏

1.一種柔性下肢外骨骼，其特征在于，包括：

穿戴組件，包括腰部穿戴件、膝關節穿戴件及鞋底穿戴件，所述腰部穿戴件用于穿戴于腰部，所述膝關節穿戴件用于穿戴于膝關節上，所述鞋底穿戴件用于穿戴于腳底；

彈性儲能組件，包括第一彈性儲能元件及第二彈性儲能元件，所述第一彈性儲能元件的兩端分別連接所述鞋底穿戴件及所述膝關節穿戴件，所述第二彈性儲能元件的兩端分別連接所述膝關節穿戴件及所述腰部穿戴件；及

離合裝置，包括第一離合裝置及第二離合裝置，所述第一離合裝置安裝于所述膝關節穿戴件上，所述第一離合裝置可選擇地鎖定或松開所述第一彈性儲能元件，所述第二離合裝置安裝于所述腰部穿戴件上，所述第二離合裝置可選擇地鎖定或者松開所述第二彈性儲能元件；

所述第一彈性儲能元件和所述第二彈性儲能元件上均設有倒刺，所述第一離合裝置和所述第二離合裝置均包括擺桿及擺動組件，所述擺動組件安裝于所述膝關節穿戴件和所述腰部穿戴件上，所述擺動組件與所述擺桿連接以驅動所述擺桿擺動，以使所述擺桿與所述倒刺嚙合或者分離；

所述柔性下肢外骨骼的控制方法包括以下步驟：

判定足跟是否著地，若足跟著地，則第一離合裝置將第一彈性儲能元件鎖定，所述第一彈性儲能元件被拉伸，存儲步態能量；

判斷足跟是否離地，若足跟離地，則所述第一離合裝置將所述第一彈性儲能元件松開，所述第一彈性儲能元件回縮，釋放步態能量進行肌力補償；

判斷足撐或足尖是否著地，若足撐或足尖著地，則第二離合裝置將第二彈性儲能元件鎖定，第二彈性儲能元件被拉伸，存儲步態能量；

判斷足尖是否離地，若足尖離地，則所述第二離合裝置將所述第二彈性儲能元件松開，所述第二彈性儲能元件回縮，釋放步態能量進行肌力補償。

2.根據權利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述擺動組件包括安裝架、動力源、傳動帶及齒輪，所述動力源安裝于所述安裝架上，所述齒輪轉動地設置于所述膝關節穿戴件和所述腰部穿戴件上，所述動力源通過所述傳動帶驅動所述齒輪往復旋轉，所述擺桿與所述齒輪連接。

3.根據權利要求2所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述傳動帶包括鋼絲繩及齒輪帶，鋼絲繩包括兩段，一段鋼絲繩的一端與所述動力源的輸出端連接，另一段鋼絲繩的一端與所述安裝架滑動連接，所述齒輪帶連接在兩段鋼絲繩之間，所述齒輪帶與所述齒輪相嚙合，所述動力源驅動所述鋼絲繩往復移動，使所述齒輪帶帶動所述齒輪往復旋轉。

4.根據權利要求2所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述安裝架上設有擋板，所述擋板能夠與所述擺桿抵接，以保持所述擺桿與所述倒刺的嚙合。

5.根據權利要求1-4任意一項所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述膝關節穿戴件上設有第一調節機構，所述第一調節機構用于調節所述第一彈性儲能元件的起始長度；和/或

所述腰部穿戴件上設有第二調節機構，所述第二調節機構用于調節所述第二彈性儲能元件的起始長度。

6.根據權利要求1-4任意一項所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，還包括信息采集模塊，所述信息采集模塊包括壓力傳感器、關節角度傳感器和肌電傳感器，所述壓力傳感器布置于所述鞋底穿戴件內，所述關節角度傳感器用于設置于下肢關節處，所述肌電傳感器用于安裝于下肢肌肉上。

7.根據權利要求6所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述信息采集模塊還包括第一拉力傳感器和第二拉力傳感器，所述第一拉力傳感器安裝于所述第一彈性儲能元件與所述膝關節穿戴件的連接處，所述第二拉力傳感器安裝于所述第二彈性儲能元件與所述腰部穿戴件的連接處。

8.根據權利要求7所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述控制方法還包括以下步驟：

獲取所述第一彈性儲能元件和所述第二彈性儲能元件的拉伸力和伸長量，計算出所述第一彈性儲能元件和所述第二彈性儲能元件產生的功，并進一步計算獲得存儲步態能量的效率。