[發明專利]一種無動力式全身型負重外骨骼

有效

• 申請號: 202011089254.7
• 申請日: 2020-10-13
• 公開（公告）號: CN112294604B
• 公開（公告）日: 2023-04-14
• 發明（設計）人: 宋遒志;劉亞麗;劉悅;周能兵;鄧成果;任偉志
• 申請（專利權）人: 北京理工大學前沿技術研究院
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 北京君慧知識產權代理事務所(普通合伙) 11716
• 代理人: 吳紹群

本發明涉及人體輔助設備領域，特別涉及一種無動力式全身型負重外骨骼，包括：背支架；腰支架組件；第一彈性件；兩個大腿支架組件；第二彈性件；兩個小腿支架組件，所述兩個小腿支架組件分別與一個所述大腿支架組件鉸接，所述小腿支架組件遠離所述大腿支架組件的端部具有足底支撐件，在小腿支架組件還設有第四彈性件,本發明的外骨骼無需能源消耗，減少了驅動系統、控制系統和能源系統等結構部件，提高了可靠性并降低了成本。即通過在腰椎關節、髖關節、膝關節和踝關節處設置外骨骼旋轉自由度實現人體關節的靈活轉動，還可通過設置的第一彈性件、第二彈性件和第四彈性件提高外骨骼之間縱向力的傳遞效率，降低人體的負重，有效的解決了現有技術中存在的問題。

技術領域

本發明涉及人體輔助設備領域，特別涉及一種無動力式全身型負重外骨骼。

背景技術

外骨骼能夠對人體形成支撐，以提高人體的負重能力、運動能力。目前，外骨骼主要分為兩類，一類是可提供關節助力，輔助殘疾人與下肢癱瘓病人行走的關節助力外骨骼，這類外骨骼可以為運動關節提供輔助力矩，減少運動過程中肌肉的發力；另一類是提高負重能力，減輕穿戴者背負壓力的負重助行外骨骼，這類外骨骼通過剛性結構將負載重力傳遞至地面，可以使穿戴者承受更大的重量。現有的負重助行外骨骼包括動力和無動力兩種，動力外骨骼主要通過傳感系統檢測關節角度與足底壓力信息，并采用電機驅動、液壓驅動或氣壓驅動的方式為外骨骼的運動提供動力；無動力外骨骼不包含能源系統、驅動系統和控制系統，僅依靠自身結構將負載重力轉化為穿戴者與外骨骼之間的作用力并將負載力傳遞至足底，可以減輕外骨骼的重量，提高可靠性，在外骨骼的發展中逐漸發揮著重要的作用。

雖然無動力負重助行外骨骼可以通過結構將負重傳遞至地面，減輕人體的負擔。但是由于人體的生理結構較為復雜，難以實現外骨骼與人體的良好匹配，不恰當的設計將增大人體肩部、背部、腰部、下肢的局部壓力，使穿戴者長時間負重行走時產生不適感。因此，如何能夠在負重時，通過提高外骨骼傳遞力的效率以減少負重通過人體的傳遞是其中的關鍵。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種無動力式全身型負重外骨骼，無需能源消耗，減少了驅動系統、控制系統和能源系統等結構部件，提高了可靠性并降低了成本。即通過在腰椎關節、髖關節、膝關節和踝關節處設置外骨骼旋轉自由度實現人體關節的靈活轉動，還可通過設置的第一彈性件和第二彈性件、第四彈性件提高外骨骼之間縱向力的傳遞效率，降低人體的負重，有效的解決了現有技術中存在的問題。

為了解決上述問題，本發明提供一種無動力式全身型負重外骨骼，包括：背支架，所述背支架的兩個相背的端部分別形成腰鉸接端、支撐端，且所述背支架具有與人體背部貼合的貼合側；腰支架組件，包括與所述腰鉸接端鉸接的腰鉸接部、兩個與所述腰鉸接部相連的髖鉸接部，兩所述髖鉸接部之間形成人體髖部的容置空間，所述腰鉸接部與所述腰鉸接端繞第一軸線鉸接，所述第一軸線垂直于所述貼合側；第一彈性件，設置于所述背支架和所述腰支架組件之間，所述背支架相對所述腰支架組件轉動時，所述第一彈性件止動所述背支架相對所述髖鉸接部轉動趨勢；兩個大腿支架組件，所述兩個大腿支架組件分別與兩個所述髖鉸接部沿第二軸線轉動連接，以提供人體髖關節前后轉動的自由度；第二彈性件，設置于所述髖鉸接部與所述大腿支架組件之間，且所述腰支架組件相對所述大腿支架組件轉動時，所述第二彈性件止動所述腰支架組件相對所述大腿支架組件轉動趨勢；兩個小腿支架組件，所述兩個小腿支架組件分別與一個所述大腿支架組件鉸接，所述小腿支架組件遠離所述大腿支架組件的端部具有足底支撐件。

進一步的，所述第一彈性件包括兩個彈簧，兩所述彈簧分別設置于所述背支架的兩側，所述彈簧的兩端分別與所述腰支架組件、所述背支架相連。

進一步的，所述第二彈性件包括設置于所述髖鉸接部和所述大腿支架組件之間的扭簧。