一种可形变式腿部外骨骼

技术领域

本发明涉及外骨骼技术领域，具体为一种可形变式腿部外骨骼。

背景技术

外骨骼作为一种助力设备，在穿戴于人体上后可带动人体执行相应操作，已广泛应用于军事侦测、矿产开采、术后康复等领域。

但在长时间穿戴后，身体疲劳点会增加，如长时间得不到休息，对于穿戴者无疑增加了负担，如，例如在交通拥挤的城市，无论乘坐地铁还是公共汽车，人们都会较长时间站立，如果能设计一款不影响正常肢体运行的腿部外骨骼，同时又具备提供休息的功能，以便缓解穿戴者疲劳，类似于隐形的座椅，因此，现在设计一种可形变式腿部外骨骼。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可形变式腿部外骨骼，实时调节外骨骼跟随人体髋、膝关节运动进行姿态调整，进而实现人体站立、坐位姿势变式后的助力支撑，以帮助佩戴者更好的完成相应动作，同时实现了集行走运动、休息一体的助力骨骼结构。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种可形变式腿部外骨骼，包括：两组第一支腿与第二支腿，以及分别设置在所述第一支腿与第二支腿上的第一绑带组件与第二绑带组件，且第一绑带组件与第二绑带组件分别用于小腿与大腿的绑缚固定；所述第二支腿远离第一支腿端部设置有腰部支撑结构，所述腰部支撑结构用于腰部的绑缚支撑；还包括设置在每组所述第一支腿与第二支腿相对端的啮合传动组件以及其相背端设置的轮体组件，且每组轮体组件与第一支腿、第二支腿共同构成一个矩形骨骼支架，用于腿部站立式与坐式的形态切换；所述腰部支撑结构上还设置有体态感应机构，用于适应性调节外骨骼的形态切换。

优选的，每组所述第一绑带组件包括固定在所述第一支腿内侧的连接件，以及设置在所述连接件上的第一绑带本体，还包括开设在所述第一绑带本体远离连接件端部的第一安装槽；所述第二支腿的内侧还固定有第一限位条，以及开设在所述第一限位条一端的安装孔，所述安装孔内部设置有第一螺栓，当第一螺栓穿过安装孔并进入第一安装槽内部开设的第一螺纹槽时，用于第一绑带本体、第一限位条的限位锁定。

优选的，每组所述啮合传动组件包括安装件，以及转动安装在所述安装件上的两个连接轴，且两个所述连接轴与第一支腿、第二支腿固定连接，用于第一支腿与第二支腿相对端的转动；以及分别固定在所述连接轴上相互啮合的传动齿，还包括固定在所述第一支腿外侧的第一驱动电机，且第一驱动电机的输出轴穿过第一支腿上开设的第一通孔并与传动齿所在的连接轴固定连接；以及转动连接在两个所述安装件相对面的安装杆，且两组第二绑带组件设置在安装杆上并置于两个第二支腿之间。

优选的，每组所述第二绑带组件包括设置在所述安装杆上并延伸至两个第二支腿之间的支撑件，以及分别固定在所述支撑件两侧的第二绑带本体、安装座，且第二绑带本体与安装座呈内外分布；还包括开设在所述安装座上的限位槽，所述限位槽内壁设置有若干插孔；以及固定在所述第二绑带本体远离支撑件一端的插柱，且插柱可通过限位槽前开口纵向插入限位槽内部与其对应的插孔插接，而带动第二绑带本体端部穿过限位槽的侧开口；还包括设置在腰部支撑结构上的直流电机，所述直流电机的输出轴固定有收卷辊；以及固定在所述收卷辊上的传动带，且传动带远离收卷辊的端部与安装座后侧固定，当直流电机运行时，通过收卷传动带，进以调节支撑臀部的松紧度。

优选的，所述腰部支撑结构包括两组安装柱，每组安装柱分别固定在每个所述第二支腿远离第一支腿端部相背面，以及固定在每组置于内侧安装柱上的第二驱动电机，且第二驱动电机的输出轴穿过安装柱、第二支腿上开设的第二通孔并固定有第三支腿；还包括固定在两个所述第三支腿顶端的靠垫，所述靠垫上设置有第三绑带组件，用于绑缚腰部；所述第三绑带组件包括设置在所述靠垫上的两个第三绑带本体，以及分别设置在两个所述第三绑带本体相对端的第二安装槽、第二限位条，且第二限位条可在第二安装槽内部滑动；还包括转动连接在所述第二限位条上的第二螺栓，且第二螺栓螺旋进入第二安装槽内部开设的第二螺纹槽时，用于两个第三绑带本体的限位锁定。

优选的，两个所述收卷辊的相对面还固定有安装辊，以及固定在所述安装辊上的支撑辊。

优选的，每组轮体组件包括两个第一支撑杆，两个第一支撑杆分别转动连接在两个安装柱上，以及转动连接在两个第一支撑杆远离安装柱一端的第一安装轴，且第一安装轴中部固定有后轮，其两端又分别贯穿第一支撑杆并转动连接有两个第二支撑杆；还包括设置在两个所述第二支撑杆远离第一安装轴一端的第二安装轴，且第二安装轴与第一支腿远离第二支腿的端部转动连接；以及设置在所述第二安装轴上的辅助轮组件，便于矩形骨骼支架单轮与双轮的形态切换。

优选的，所述辅助轮组件包括分别转动安装在所述第二安装轴两端的第三支撑杆，每个所述第三支撑杆上开设有第一滑槽，以及滑动安装在所述第一滑槽内部的第一滑块，且两个第一滑块的相对面转动连接有第三安装轴，所述第三安装轴中部固定有前轮；还包括分别设置在每组第三支撑杆与第二支撑杆之间的传动杆组件，用于驱动前轮的抬升与下放。

优选的，每组所述传动杆组件包括固定在所述第一滑块远离第三安装轴一侧的第一销轴，以及设置在所述第一销轴上并可转动的第一传动杆，所述第三支撑杆上还固定有第二销轴，且所述第二销轴上转动连接有第二传动杆；还包括开设在所述第二支撑杆上的第二滑槽，所述第二滑槽内部滑动安装有第二滑块，以及固定在所述第二滑块上的第三销轴，且第一传动杆、第二传动杆远离第三支撑杆的端部与第三销轴转动连接，当第二滑块移动时，用于驱动第三支撑杆偏转，以实现前轮的抬升与下放；还包括固定在所述第二滑槽内部的电动伸缩杆，且电动伸缩杆的输出端与第二滑块固定。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明通过第一支腿与第二支腿相对端设置的啮合传动组件，以及第二支腿远离第一支腿端部设置的腰部支撑结构，在体态感应机构的作用下，实时调节外骨骼跟随人体膝、髋关节运动进行姿态调整，进而实现人体站立、坐位姿势变式后的助力支撑，以帮助佩戴者更好的完成相应动作，同时实现了集行走运动、休息一体的助力骨骼结构。

2、作为本发明的另一种实施方式，当佩戴者站立时，此状态，啮合传动组件、腰部支撑结构适应性调整，与此同时，矩形骨骼结构切换姿势，后轮4与底面脱离，以便于佩戴者进行直立位下的运动操作；而在佩戴者后坐时，通过第一支撑杆16、第二支撑杆17以及各结构的支撑，则后轮4落地，以实现佩戴者单轮支撑坐位下的行走、运动、休息，且通过辅助轮组件的结构特性，以使得矩形骨骼结构进一步切换为轮椅状态，以使该矩形骨骼结构完成由单轮支撑切换为双轮支撑的形态，进以扩展佩戴者的下肢支撑、移动需求。

附图说明

图1为本发明的第一视角立体结构示意图；

图2为本发明的第一视角立体示意图；

图3为本发明的第一视角立体示意图；

图4为本发明的正视结构示意图；

图5为本发明的俯视结构示意图；

图6为本发明的坐立姿势示意图；

图7为本发明的站立姿势示意图；

图8为图1的局部放大结构示意图。

图中：1、第一支腿；2、第二支腿；3、传动齿；4、第一活动轮；5、第一驱动电机；6、安装件；7、安装杆；8、连接件；9、第一绑带本体；10、第一限位条；11、第一螺栓；12、第一安装槽；13、第二滑槽；14、安装柱；15、第三支腿；16、第一支撑杆；17、第二支撑杆；18、电动伸缩杆；19、第一安装轴；20、第二滑块；21、第二传动杆；22、第一传动杆；23、第三支撑杆；24、第二销轴；25、第一滑块；26、第一滑槽；27、第一销轴；28、靠垫；30、第三绑带本体；31、第二安装槽；32、第二限位条；33、第二螺栓；34、第二驱动电机；35、直流电机；36、支撑棍；37、收卷辊；38、传动带；39、第二绑带本体；40、支撑件；41、安装座；42、插柱；43、限位槽；44、前轮；45、安装辊。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。下面结合附图详细介绍本发明各实施例。

实施例1

请参阅图1至图8，本发明优选提供技术方案：一种可形变式腿部外骨骼，包括：两组第一支腿1与第二支腿2，以及分别设置在第一支腿1与第二支腿2上的第一绑带组件与第二绑带组件，且第一绑带组件与第二绑带组件分别用于小腿与大腿的绑缚固定；第二支腿2远离第一支腿1端部设置有腰部支撑结构，腰部支撑结构用于腰部的绑缚支撑；还包括设置在每组第一支腿1与第二支腿2相对端的啮合传动组件以及其相背端设置的轮体组件，且每组轮体组件与第一支腿1、第二支腿2共同构成一个矩形骨骼支架，用于腿部站立式与坐式的形态切换；腰部支撑结构上还设置有体态感应机构，用于适应性调节外骨骼的形态切换。

在该处，设置的体态感应机构为现有成熟技术，通过该体态感应机构，使人－机间的作用力趋近为零，从而使外骨骼协同穿戴者完成相应的工作时，使得穿戴者感受到的来自外骨骼的阻力最小，具体的可参照中国专利结合多传感器外骨骼助力系统(202111527419.9)上关于外骨骼与人体的协同运动，此处不再对其原理进行赘述；

本实施例，如图1所示，通过轮体组件与第一支腿1、第二支腿2共同构成一个矩形骨骼支架，且两侧的矩形骨骼支架对应双下肢，配合第一支腿1与第二支腿2相对端设置的啮合传动组件，以及第二支腿2远离第一支腿1端部设置的腰部支撑结构，以模拟人体膝、髋关节的角度变化，并在体态感应机构的作用下，外骨骼实时跟随人体运动进行姿态调整，进而实现人体站立、坐位姿势变式后的助力支撑，以帮助佩戴者更好的完成相应动作，同时实现了集行走运动、休息一体的助力骨骼结构，而站立姿势与坐立姿势，具体如图7、图6所示。

进一步地，每组第一绑带组件包括固定在第一支腿1内侧的连接件8，以及设置在连接件8上的第一绑带本体9，还包括开设在第一绑带本体9远离连接件8端部的第一安装槽12；第二支腿2的内侧还固定有第一限位条10，以及开设在第一限位条10一端的安装孔，安装孔内部设置有第一螺栓11，当第一螺栓11穿过安装孔并进入第一安装槽12内部开设的第一螺纹槽时，用于第一绑带本体9、第一限位条10的限位锁定。

如图1所示，在该处第一绑带组件包括分别固定在第一支腿1内侧的连接件8、第一限位条10，且连接件8上固定的第一绑带本体9与第一限位条10之间位置可调，进以根据佩戴者的小腿围度调节松紧。

进一步地，每组啮合传动组件包括安装件6，以及转动安装在安装件6上的两个连接轴，且两个连接轴与第一支腿1、第二支腿2固定连接，用于第一支腿1与第二支腿2相对端的转动；以及分别固定在连接轴上相互啮合的传动齿3，还包括固定在第一支腿1外侧的第一驱动电机5，且第一驱动电机5的输出轴穿过第一支腿1上开设的第一通孔并与传动齿3所在的连接轴固定连接；以及转动连接在两个安装件6相对面的安装杆7，且两组第二绑带组件设置在安装杆7上并置于两个第二支腿2之间。

如图1、8所示，由于第一驱动电机5的输出轴穿过第一支腿1上开设的第一通孔并与传动齿3所在的连接轴固定连接，因而第一驱动电机5运行时，即可带动两个相互啮合的传动齿3转动，则使得第一支腿1与第二支腿2相反运行，该设计是为了模拟人体膝关节的屈伸运动，以适应性调整第一支腿1与第二支腿2的角度。

进一步地，每组第二绑带组件包括设置在安装杆7上并延伸至两个第二支腿2之间的支撑件40，以及分别固定在支撑件40两侧的第二绑带本体39、安装座41，且第二绑带本体39与安装座41呈内外分布；还包括开设在安装座41上的限位槽43，限位槽43内壁设置有若干插孔；以及固定在第二绑带本体39远离支撑件40一端的插柱42，且插柱42可通过限位槽43前开口纵向插入限位槽43内部与其对应的插孔插接，而带动第二绑带本体39端部穿过限位槽43的侧开口；还包括设置在腰部支撑结构上的直流电机35，直流电机35的输出轴固定有收卷辊37；以及固定在收卷辊37上的传动带38，且传动带38远离收卷辊37的端部与安装座41后侧固定，当直流电机35运行时，通过收卷传动带38，进以调节支撑臀部的松紧度。

在该处，通过设置的支撑件40，如图4、6、8所示，以对佩戴者臀部以及大腿部进行支撑，而支撑件40前侧与安装杆7连接，其后侧通过其上设置的安装座41与收卷辊37上的传动带38连接，此处传动带38可收卷，进而根据佩戴臀部大小，调节传动带38的收放卷程度，值得注意：说明书附图所示尺寸可能与实际不符，但该附图仅作为结构展示，此外支撑件40上固定的第二绑带本体39，其远离支撑件40一端与插柱42固定，而插柱42可通过限位槽43前开口纵向插入限位槽43内部并与对应插孔插接，此设计是为了适配佩戴者的大腿围度，操作方式简单，而此处安装座41上开设的限位槽43为前、侧均开口的结构，而前侧开口便于插柱42的插入；则侧边开口是便于第二绑带本体39的穿过，口径较插柱42窄，因而插柱42无法通过。

进一步地，腰部支撑结构包括两组安装柱14，每组安装柱14分别固定在每个第二支腿2远离第一支腿1端部相背面，以及固定在每组置于内侧安装柱14上的第二驱动电机34，且第二驱动电机34的输出轴穿过安装柱14、第二支腿2上开设的第二通孔并固定有第三支腿15；还包括固定在两个第三支腿15顶端的靠垫28，靠垫28上设置有第三绑带组件，用于绑缚腰部；第三绑带组件包括设置在靠垫28上的两个第三绑带本体30，以及分别设置在两个第三绑带本体30相对端的第二安装槽31、第二限位条32，且第二限位条32可在第二安装槽31内部滑动；还包括转动连接在第二限位条32上的第二螺栓33，且第二螺栓33螺旋进入第二安装槽31内部开设的第二螺纹槽时，用于两个第三绑带本体30的限位锁定。

作为体态感应机构的具体实施方式，其可通过控制啮合传动组件上的第一驱动电机5与腰部支撑结构上的第二驱动电机34，进以调节第一支腿1、第二支腿2、第三支腿15之间角度，从而跟随人体髋、膝关节的运动实时切换下肢姿势；

因而佩戴者通过第一、二、三绑带组件佩戴上该外骨骼时，且进行站立、坐位切换时，矩形骨骼结构可实时调整，在图7状态时，可对佩戴者进行行走、运动助力，且在不影响灵活度的情况下；

而在图6状态下时，则佩戴者后坐，则矩形骨骼支架即可切换为轮式运行结构，即可使佩戴者由直立行走切换为坐位轮式行走，且通过轮体组件的结构特性，矩形骨骼支架进一步可切换为轮式支撑结构，即该矩形骨骼支架后侧为轮部支撑，前侧为双脚支撑，进一步便于佩戴者更换行走、运动、休息方式。

进一步地，两个收卷辊37的相对面还固定有安装辊45，以及固定在安装辊45上的支撑辊36。

值得注意，如图5所示，此处支撑辊36的凸起大小不一，因而在直流电机35运行，以对传动带38进行收放卷时，则支撑辊36同步调整位置，此处调整是为了提高佩戴者的舒适度。

实施例2

作为本发明的另一种实施方式，每组轮体组件包括两个第一支撑杆16，两个第一支撑杆16分别转动连接在两个安装柱14上，以及转动连接在两个第一支撑杆16远离安装柱14一端的第一安装轴19，且第一安装轴19中部固定有后轮4，其两端又分别贯穿第一支撑杆16并转动连接有两个第二支撑杆17；还包括设置在两个第二支撑杆17远离第一安装轴19一端的第二安装轴，且第二安装轴与第一支腿1远离第二支腿2的端部转动连接；以及设置在第二安装轴上的辅助轮组件，便于矩形骨骼支架单轮与双轮的形态切换。

在该处，两个第二支撑杆17一端通过第一安装轴19与后轮4连接，其另一端又通过第二安装轴与第一支腿1的底端连接，因而当佩戴者站立、坐位变式时，则适应性调整后轮4是否与底面接触，具体结合图6、7所示，当佩戴者站立时，结合图7所示，此状态，啮合传动组件、腰部支撑结构适应性调整，与此同时，矩形骨骼结构切换姿势，后轮4与底面脱离，以便于佩戴者进行直立位下的运动操作；

而在佩戴者后坐时，通过第一支撑杆16、第二支撑杆17以及各结构的支撑，则后轮4落地，以实现佩戴者单轮支撑坐位下的行走、运动、休息；

而进一步通过辅助轮组件的结构特性，以使得矩形骨骼结构进一步切换为轮椅状态，如图6状态，以使该矩形骨骼结构完成由单轮支撑切换为双轮支撑的形态，进以扩展佩戴者的下肢支撑、移动需求，此处单轮与双轮不分先后、随意切换。

进一步地，辅助轮组件包括分别转动安装在第二安装轴两端的第三支撑杆23，每个第三支撑杆23上开设有第一滑槽26，以及滑动安装在第一滑槽26内部的第一滑块25，且两个第一滑块25的相对面转动连接有第三安装轴，第三安装轴中部固定有前轮44；还包括分别设置在每组第三支撑杆23与第二支撑杆17之间的传动杆组件，用于驱动前轮44的抬升与下放。

在该处，如图1、6、7所示，辅助轮组件包括两个第三支撑杆23，以及滑动安装在每个第三支撑杆23所在第一滑槽26内部的第一滑块25，且两个第一滑块25相对面设置的第三安装轴上固定有前轮44，而每个第三支撑杆23对应侧的第二支撑杆17之间设置有传动杆组件，用于调节前轮44的抬升与下放，进而实现前轮44的收纳与使用，此处可根据佩戴者需求调整。

进一步地，每组传动杆组件包括固定在第一滑块25远离第三安装轴一侧的第一销轴27，以及设置在第一销轴27上并可转动的第一传动杆22，第三支撑杆23上还固定有第二销轴24，且第二销轴24上转动连接有第二传动杆21；还包括开设在第二支撑杆17上的第二滑槽13，第二滑槽13内部滑动安装有第二滑块20，以及固定在第二滑块20上的第三销轴，且第一传动杆22、第二传动杆21远离第三支撑杆23的端部与第三销轴转动连接，当第二滑块20移动时，用于驱动第三支撑杆23偏转，以实现前轮44的抬升与下放；还包括固定在第二滑槽13内部的电动伸缩杆18，且电动伸缩杆18的输出端与第二滑块20固定。

在该处，如图1、6、7所示，第二支撑杆17内部滑动安装的第二滑块20上通过第三销轴分别转动连接有第一传动杆22、第二传动杆21，而第一传动杆22与第二传动杆21分别通过第一销轴27、第二销轴24与第一滑块25、第三支撑杆23转动连接，因而在第二滑块20滑动时，则通过第一传动杆22、第二传动杆21的作用，以使得第三支撑杆23偏转，即当电动伸缩杆18回缩，则第二滑块20向后轮4方向移动时，则第三支撑杆23朝第二支撑杆17方向顺时针偏转，以实现前轮44的抬升回收过程；

而电动伸缩杆18伸长，则第二滑块20向前轮44方向移动时，则前轮44下放，以实现前轮44的下放使用过程。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。其中，可拆卸安装的方式有多种，例如，可以通过插接与卡扣相配合的方式，又例如，通过螺栓连接的方式等。

以上结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，文中所提到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。

上述实施例对本发明的具体描述，只用于对本发明进行进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限定，本领域的技术工程师根据上述发明的内容对本发明作出一些非本质的改进和调整均落入本发明的保护范围之内。