[发明专利]全下肢外骨骼及其操作方法

权利要求书

1.全下肢外骨骼，其特征在于：包括骨骼系统，骨骼系统包括腰髋架(1)、左腿架和右腿架，左腿架和右腿架均包括大腿部件(2)、小腿部件(3)和脚部件(11)，腰髋架(1)和大腿部件(2)之间设有辅助腿内外展装置(4)、辅助腿内外旋装置(5)和辅助腿屈伸装置(6)，辅助腿内外展装置(4)和辅助腿内外旋装置(5)设在辅助腿屈伸装置(6)的上侧，辅助腿内外旋装置(5)包括第一转轴(51)，第一转轴(51)的方向垂直于水平面；辅助腿内外展装置(4)包括第二转轴(41)，第二转轴(41)轴向与水平面平行，且第二转轴(41)轴向与脚延伸方向一致；辅助腿屈伸装置(6)包括第三转轴(61)，第三转轴(61)轴向与水平面平行，且第三转轴(61)轴向与第二转轴(41)轴向垂直；还包括动力系统，动力系统包括减速机和电机；电机包括第一电机(52)、第二电机(42)和第三电机(62)；减速机包括第一减速机(53)、第二减速机(43)和第三减速机(63)，第一电机(52)和第一减速机(53)与第一转轴(51)配合连接，第二电机(42)和第二减速机(43)与第二转轴(41)配合连接，第三电机(62)和第三减速(63)机与第三转轴(61)配合连接。

2.根据权利要求1所述的全下肢外骨骼，其特征在于：辅助腿内外展装置(4)设在辅助腿内外旋装置(5)的上侧。

3.根据权利要求1所述的全下肢外骨骼，其特征在于：辅助腿内外展装置(4)设在辅助腿内外旋装置(5)的下侧。

4.根据权利要求1所述的全下肢外骨骼，其特征在于：大腿部件(2)和小腿部件(3)之间设有膝关节部件(7)，膝关节部件(7)设有第四转轴(71)；小腿部件(3)和脚部件(11)之间设有踝关节部件(8)，踝关节部件(8)设有第五转轴(81)；电机包括第四电机(72)和第五电机(82)；减速机包括第四减速机(73)和第五减速机(83)，第四电机和第四减速机与第四转轴(71)配合连接，第五电机(82)和第五减速机(83)与第五转轴(81)配合连接。

5.根据权利要求1所述的全下肢外骨骼，其特征在于：还包括传感系统，传感系统包括压力传感器(9)、位置传感器和加速度计(10)；脚部件(11)设有至少4个压力传感器(9)；腰髋架(1)、大腿部件(2)、小腿部件(3)与人体接触部位均设有压力传感器(9)，压力传感器(9)用来感知人体的运动；腰髋架(1)设有加速度计(10)，加速度计(10)用来实时检测人体运动的加速度；电机内设有位置传感器，位置传感器用于反馈该电机对应的辅助腿内外展装置(4)或辅助腿内外旋装置(5)或辅助腿屈伸装置(6)或膝关节部件(7)或踝关节部件(8)的旋转角度和旋转速度。

6.根据权利要求5所述的全下肢外骨骼，其特征在于：还包括中央处理系统，动力系统还包括电机驱动器；中央处理系统包括中央处理器，中央处理系统与传感系统连接，中央处理系统接收并处理传感系统实时传回的信号数据，中央处理系统与电机驱动器相连，中央处理系统通过给电机驱动器输出指令，控制电机工作。

7.根据权利要求6所述的全下肢外骨骼，其特征在于：动力系统还设有电池包，电池包与电机驱动器及中央处理系统相连。

8.全下肢外骨骼的操作方法，其特征在于：通过绑带将权利要求6所述的全下肢外骨骼固定到使用者的腰部及下肢，脚部件(11)的压力传感器(9)采集获取脚底各位置的压力值，并将压力值传输给中央处理系统，中央处理系统通过计算得出ZMP位置，同时根据脚底压力传感器采集的压力值和压力所处位置计算出最大凸多边形的范围，当ZMP位置超出最大凸多边形的范围时，中央处理系统经过计算，给动力系统输出指令，调整双脚的位置，最终使得ZMP位置再次位于最大凸多边形的范围内，协助使用者重新稳定站立。