[发明专利]一种新型无源人体负重外骨骼

说明书

本发明公开了一种新型无源人体负重外骨骼，可有效卸载人体所背负重量，辅助人体进行负重行走，增强人体负重能力和负重行走续航能力。相较于传统下肢外骨骼而言，本发明采用无膝关节设计，可以在下肢运动支撑相产生更好的负重支撑和卸载作用，在摆动相实现自由摆动，在保证负重外骨骼功能的同时简化设计。本外骨骼功能通过纯机械设计来实现，无需传感、控制和动力装置，可避免布线、噪声等问题，能够有效降低自重、提高负载自重比、延长续航能力、增强环境适应性和工作可靠性。

技术领域

本发明涉及穿戴式装备技术领域，具体涉及一种新型无源人体负重外骨骼。

背景技术

人体外骨骼作为现代化穿戴式装备，主要用于增强人体负重和机动能力，同时为穿戴者提供保护。近年来，伴随社会进步和老龄化发展加快，人体外骨骼得到了迅速的发展。传统外骨骼与人体同构，运动过程中与人体保持同步。目前，对外骨骼系统的设计与研究已初具形态，但在技术和用户体验上仍拥有很大提升空间。

由于人体结构复杂，很难通过机械结构模拟实现，通常将人体步行时单条腿运动分为摆动相与支撑相，摆动相为足底与地面无接触阶段，支撑相为足部与地面接触阶段。目前，各类同构外骨骼在支撑相条件下要求外骨骼膝关节保持很大刚度，而在摆动相条件下要求能实现自由弯曲，这就要求同构外骨骼需要十分复杂的传感系统、动力系统、控制系统以及十分高效的人体运动意图预测算法和控制策略来实现人体步态的灵活转换，否则会严重削弱外骨骼综合效能。与此同时，传感系统、动力系统和控制系统的存在，必然会带来布线复杂、续航能力受限、环境适应性和工作可靠性下降等问题，还会显著增加外骨骼自重。

例如专利号为CN201120010944.9专利名称为一种有四只外骨骼下肢的人体外骨骼助行装置的发明，其使用了电源、控制装置、传感器和驱动装置，使得其结构布线复杂、续航能力受限。如专利CN201721139616.2下肢外骨骼机器人及康复机器人作为康复医疗结构，同样包含了驱动系统及控制系统，且如现有大部分外骨骼，该结构膝关选用单转轴结构完成下肢小腿伴随人体运动，该设计方法不利于上身重力传递至地面，且外骨骼下肢弯曲后，需要人与电机共同作用使其恢复伸直状态，对穿戴者的舒适度产生影响。CN201810622484.1一种实现人体能量迁移的无源下肢外骨骼装置提供了一种能量迁移方法，有助于提高人体舒适性，但介于弹簧能量有限，在背负较大重物的情况下作用会被削弱，负重行走情况下辅助效果有限。

发明内容

本发明所要解决的问题是，针对上述现有技术中的缺点，提出创新方案，尤其是一种能够有效解决因传感系统、动力系统和控制系统的存在，带来的布线复杂、续航能力受限、环境适应性和工作可靠性下降等问题的方案。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：一种新型无源人体负重外骨骼，其特征在于，包括背髋膝结构、踝部结构，两部分于人体膝关节位置处上下相连，通过螺母控制整体长度。

所述背髋膝结构包括背板、腰部轴、背架底座、腰部连杆、髋关节连杆、髋关节轴、大腿部连接件。背板通过轴销与背架底座相连，通过腰部轴连接背架底座与腰部连杆和腰部连杆与髋关节连杆，髋关节连杆通过髋关节轴与大腿部连接件相连，大腿部连接件与踝部结构直接相连，可调节结构。