可形变外骨骼装置

技术领域

本发明属于外骨骼技术领域，具体为可形变外骨骼装置。

背景技术

对于下肢功能障碍的人，其日常移动主要依靠轮椅，而随着科技的发展，现在已经有多种能够辅助下肢功能障碍的人群行走的下肢外骨骼，这些外骨骼装置能够使下肢得到一定的康复训练，避免下肢功能的缺失进一步引起身体其他部位的功能障碍。轮椅作为最常规的代步装置，其使用时间要长于下肢外骨骼，当前，使用者在使用下肢外骨骼完成康复训练后，需要脱去下肢外骨骼然后由护工辅助转移到轮椅或其他代步装置上，需要训练的时候再从轮椅起身穿戴下肢外骨骼。首先，这不便于转移使用者，另外，使用者在训练途中不能随时坐下来休息，这主要是现有下肢外骨骼或轮椅(代步装置)的功能单一，不能实现相互转换，这除了给使用者带来一定的困扰，同时也会使价格高昂的外骨骼装置不能充分发挥其自身价值。

发明内容

本发明的目的在于提供可形变外骨骼装置，利用外骨骼装置与代步装置的共同特点，使下肢外骨骼装置经过变形后可以形成能够承载使用者的代步装置，且这一变形能够反向进行，从而解决背景技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：可形变外骨骼装置，包括腰部穿戴组件和两条腿部骨骼组件，其中腿部骨骼组件包括大腿部、小腿部和脚部，且大腿部和小腿部上设置腿部绑带，脚部上设置脚部绑带；所述大腿部上端通过上关节连接腰部穿戴组件，并设置控制大腿部摆动的关节模组I，小腿部的上端通过中关节连接大腿部的下端，并设置控制小腿部摆动的关节模组II，脚部通过下关节连接小腿部的下端。所述小腿部能够向后偏转至形变位，在该形变位小腿部横向设置，大腿部位于其上方，且小腿部与大腿部的夹角为60°-90°；在小腿部上靠近脚部的位置设置行走轮组II，在小腿部上靠近大腿部的位置或者在大腿部上设置行走轮组I，且当小腿部位于形变位时，行走轮组II和行走轮组I接触地面。

在上述技术方案中，可形变外骨骼装置具有两个使用形态，一是作为下肢外骨骼装置，能够辅助下肢功能障碍的人行走，二是作为代步装置，能够承载坐姿状态的使用者并移动，具体来说，在腿部骨骼组件上设置行走轮组I和行走轮组II，且小腿部在中关节处能够向后偏转至横向状态，此时整个外骨骼装置位于形变位。当整个装置位于形变位时，行走轮组I和行走轮组II均接触地面，成为一个四轮代步工具，使用者用腰部穿戴组件固定腰部，双脚踩踏脚部，呈端坐状态，此时便可以用该四轮代步工具转移使用者。因此，该装置巧妙利用自身结构融合了两种不同设备的功能，通过简单变形即可以满足下肢功能障碍人士对下肢外骨骼和轮椅类代步工具的需求，解决现有外骨骼助行设备功能单一，不能充分发挥价值的问题。

作为优选方案，所述腰部穿戴组件包括位于使用者背后的总固定架，总固定架的两端具有向前延伸至使用者两侧的侧固定板，所述大腿部连接对应的侧固定板；腰部穿戴组件还包括安装在总固定架上的绑带组件，该绑带组件从后向前抱合使用者身体，并实现对整个腰部穿戴组件定的固定。当该外骨骼装置用作下肢外骨骼时，绑带组件固定整个腰部穿戴组件，使外骨骼装置与使用者稳定地绑定在一起，当该外骨骼装置用作代步装置时，绑带组件起到抱住使用者的作用，确保使用者在乘坐代步装置时保持端坐姿态。

为进一步确保使用者在乘坐代步装置时不会下坠，该外骨骼装置还包括托臀装置，当外骨骼装置处于形变位时，托臀装置位于两个大腿部之间，绑带组件在上方抱住人体，托臀装置从下方支撑人体，两者共同作用，确保保使用者的乘坐该代步装置时的舒适性和稳定性。

作为优选方案，所述脚部绑带固定设置；所述腿部绑带以可拆卸结构安装，使得使用者在穿戴外骨骼装置时，腿部绑带能够与大腿部和小腿部分离，且在腿部绑带分离后外骨骼装置能够变形至形变位。在使用者穿戴该外骨骼装置并保持站立的状态时，将腿部绑带与腿部骨骼分离可以使腿部与腿部骨骼互不干扰，此时腰部穿戴组件和脚部分别与使用者腰部和脚部固定在一起，大腿部和小腿部处于自由状态，通过关节模组I和关节模组II的配合，该外骨骼装置在穿戴状态下就可以从下肢外骨骼装置模式变形为代步装置模式，同时，通过关节模组I和关节模组II协同工作，代步装置模式也可以反向变形为下肢外骨骼装置模式。

作为优选方案，所述可拆卸结构包括固定设置在腿部绑带上的磁吸板，还包括设置在大腿部和小腿部上贴合人体一侧的磁吸座，所述磁吸座为电磁铁结构，通电后能够吸附对应的磁吸板。磁吸座断电后腿部绑带自动脱离，无需护工或家属手动辅助拆卸腿部绑带，而当该外骨骼装置从代步装置模式反向变形为下肢外骨骼装置模式后，各腿部绑带又可以自动吸附在对应的磁吸座上，实现腿部绑带与腿部骨骼的自动绑定。

作为优选方案，所述托臀装置包括由软质材料制成的托臀部，该托臀部的后部连接腰部穿戴组件，前部延伸至大腿部，且在前部设置两条绑缚大腿的前束带；在托臀部的左右两侧设置拉带，且拉带上端连接腰部穿戴组件。软质的托臀部能够适应外骨骼装置的形变，因此可以固定安装在外骨骼装置上，在前束带的作用下，托臀部会随人体移动，例如，当外骨骼装置作为下肢外骨骼时，托臀部在后方贴合使用者臀部，在外骨骼装置从下肢外骨骼变形为代步工具的过程中，托臀部随使用者姿态的变化而变化，直至从下方托起使用者臀部，在两侧的拉带的牵引作用下，整个托臀部处于悬空状态，承担着使用者的大部分重力，这可以降低绑带组件给使用者腰部造成的紧束感。

作为优选方案，在大腿部朝向前方的一面设置下定位头I，在小腿部朝向前方的一面设置下定位头II，其中下定位头I的端部设置带有插孔I的插头，下定位头II的端部设置与插头配合的插槽，且插槽的侧壁设置插孔II；当小腿部位于形变位时，插头插入插槽，此时插孔I正对插孔II，设置在下定位头II一侧的电磁插轴的伸缩轴贯穿插孔I和插孔II，从而将大腿部和小腿部自动锁定。

作为优选方案，所述小腿部和大腿部能够伸缩，且两者具有相同的伸缩结构；所述大腿部分为上部的固定段I和下部的伸缩段I，其中伸缩段I的端部固定连接伸缩部，该伸缩部活动插入固定段I，其中部设置螺孔，且在固定段I的内部设置与螺孔配合的驱动螺杆组件。在小腿部从竖直位向形变位偏转的过程中，大腿部伸长，直至行走轮组I接触地面，此时使用者处于半蹲状态，更容易通过上本身的移动来保持身体平衡的，而后，小腿部开始伸长，大腿部开始缩短，这可以降低使用者的重心，同时增加行走轮组I和行走轮组II的轮间距，这可以避免装置因重心失衡而倾倒。

作为优选方案，在大腿部和小腿部贴合人体的一侧对称设置卡托，该卡托具有插接槽，且在外骨骼装置处于站立状态时，大腿部上的卡托的插接槽开口朝上，小腿部上的卡托的插接槽开口朝前；当小腿部处于变形位时，将两根硬质横杆分别通过两端的插接头与大腿部和小腿部上的卡托卡合。横杆可以对左右两侧的腿部骨骼进行固定，提高整个装置的稳定性，且横杆采用插合结构安装，当需要使用下肢外骨骼模式时可以将横杆快速拆除。

作为优选方案，该外骨骼装置还包括左右对称设置的扶手，扶手的末端安装在总固定架上，前端向前延伸。在该外骨骼装置变形时使用者手扶扶手，更有利于保持身体平衡，且在代步工具模式时，使用者手扶扶手，更加舒适、更有利于保持身体平衡。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本发明提供的实施例可形变外骨骼装置作为下肢外骨骼时的侧面结构示意图；

图2为图1所示可形变外骨骼装置的立体结构示意图；

图3为图1中腰部穿戴组件的前侧结构示意图；

图4为图3所示腰部穿戴组件的后侧结构示意图；

图5为图3中托臀装置的结构示意图；

图6为图1中大腿部的外侧面结构示意图；

图7为图6所示中大腿部的伸缩结构示意图；

图8为图1所示大腿部的内侧面结构示意图；

图9为图1中小腿部的结构示意图；

图10为图9中行走轮组II的结构示意图；

图11为图9中行走轮组I的结构示意图；

图12为图9中腿部绑带的结构示意图；

图13为图1所示可形变外骨骼装置变形后的代步装置的平面结构示意图；

图14为图13所示代步装置的立体结构示意图；

图15为图14中横杆与卡托的拆分结构示意图；

图16为图14中膝关节处定位装置的结构示意图；

图17为腰部穿戴组件与大腿部之间的定位结构示意图；

图18为使用者乘坐图14所示代步装置的侧面结构示意图；

图19为加装扶手的可形变外骨骼装置作为下肢外骨骼时的结构示意图；

图20为加装扶手的可形变外骨骼装置变形的代步装置的结构示意图。

图中，腰部穿戴组件1、大腿部2、小腿部3、脚部4、关节模组I5、关节模组II6、关节模组III7、腿部绑带8、行走轮组I9、行走轮组II10、托臀部11、卡托12、总固定架13、侧固定板14、上关节头I15、腰带I16、腰带II17、供电及控制组件18、前束带19、拉带20、侧安装盘21、上定位头I22、上定位头II23、固定段I24、伸缩段I25、上关节头II26、中关节头I27、磁吸座28、下定位头I30、伸缩部31、电机组件32、螺杆33、固定段II34、伸缩段II35、下关节头I36、中关节头II37、下定位头II38、电磁插轴39、安装座I40、延伸臂I41、后轮42、安装座II43、延伸臂II44、前轮45、横杆46、扶手47、磁吸板81、插接槽121、插头301、插槽381、插接头461。

具体实施方式

以下将配合附图及实施例来详细说明本申请的实施方式，借此对本申请如何应用技术手段来解决技术问题并达成技术功效的实现过程能充分理解并据以实施。

本发明提供的实施例为可形变外骨骼装置，其基本使用模式是作为下肢外骨骼，用于辅助下肢功能障碍的人行走，经过变形后成为一个四轮代步装置，该代步装置能够承载并转移使用者。

图1和图2展示了其作为下肢外骨骼时的结构示意图。如图所示，可形变外骨骼装置包括腰部穿戴组件1和两条腿部骨骼组件，其中腿部骨骼组件包括大腿部2、小腿部3和脚部4，且大腿部2和小腿部3上设置腿部绑带8，脚部4上设置脚部绑带，并分别设置控制大腿部2偏转的关节模组I5，控制小腿部3偏转的关节模组II6，以及控制脚部4偏转的关节模组III7；另外，在小腿部3靠近脚部4的位置设置行走轮组II10，在小腿部3靠近大腿部2的位置设置行走轮组I9，且从图2中可以看出，行走轮组II10和行走轮组I9均位于腿部骨骼组件远离人体的一侧。

该可形变外骨骼装置通过上部的腰部穿戴组件1与人体固定在一起，如图3所示，腰部穿戴组件1包括位于使用者背后的总固定架13，总固定架13的两端具有向前延伸至使用者两侧的侧固定板14，并在侧固定板14的端部设置上关节头I15，且所用关节模组I5安装在侧固定板14上；腰部穿戴组件1还包安装在总固定架13前方的腰带I16和腰带II17，且腰带II17位于腰带I16上方，整个腰部穿戴组件1通过腰带I16和腰带II17绑定在人体上。另外，在腰部穿戴组件1上设置供电及控制组件18，该供电及控制组件18为可形变外骨骼装置中的模组等用电部件供电并控制其工作，使用者可以通过配设的控制器自主控制整个装置，也可以由护工来操控遥控器。

上述腰部穿戴组件1用于固定腰部，本实施例还设置了托臀装置，如图3和图4所示，托臀装置包括由软质材料制成的托臀部11，该托臀部11的后部连接总固定架13，前部延伸至大腿部，且在前部设置两条绑缚大腿的前束带19；如图5所示，在托臀部11前部的左右两侧各设置一根拉带20，拉带20的上端连接侧安装盘21，且所用侧安装盘21安装在上关节头I15贴合人体的一侧。当使用者穿戴该可形变外骨骼装置行走时，托臀部11的一边被前束带19牵引，另一边被总固定架13固定，因此托臀部11会贴合使用者的臀部，且由于托臀部11由软质材料制成，因此不会影响下肢动作，且不会给使用者造成不适感，如此设置的托臀装置会随人体动作的变化而变化，因此可以在外骨骼装置变形为代步装置后直接从下方托起使用者。

本实施例采用的大腿部2和小腿部3均能够伸缩长度，其中大腿部2分为上部的固定段I24和下部的伸缩段I25(如图6所示)，小腿部3分为上部的固定段II34和下部的伸缩段II35(如图9所示)，且大腿部2和小腿部3具有相同的伸缩结构。以大腿部2为例，如图7所示，伸缩段I25的上端部固定连接伸缩部31，该伸缩部31的中部设置螺孔且活动插入中空的固定段I24，在固定段I24的上部内设置与螺孔配合的螺杆33，并设置控制螺杆33转动的电机组件32，如图所示，由于伸缩部31的横截面轮廓为非圆形，且固定段I24内腔的形状与伸缩部31相吻合，因此当螺杆33转动时伸缩部31只能在固定段I24内沿长度方向平移，从而实现大腿部2的伸长或缩短。

如图6所示，上述固定段I24的顶端设置与上关节头I15配合安装的上关节头II26，且在关节模组I5的驱动下上关节头II26会相对于上关节头I15发生转动；伸缩段I25的下端设置中关节头I27，该中关节头I27与固定段II34上端的中关节头II37配合，且设置在伸缩段I25上的关节模组II6驱动中关节头II37相对于中关节头I27转动；如图9所示，伸缩段II35的下端设置下关节头I36，所述脚部4活动连接该下关节头I36，且在伸缩段II35上设置控制脚部4偏转的关节模组III7。上述大腿部2、小腿部3、脚部4以及关节模组I5、关节模组II6和关节模组III7组成腿部骨骼的主体结构，且关节模组I5控制大腿部2偏转，关节模组II6控制小腿部3偏转，关节模组III7控制脚部4偏转，需要特别说明的是，中关节头I27与中关节头II37组成的膝关节能够向后屈膝，这是人体膝盖无法做出的动作，也是现有下肢外骨骼不存在的运动特征，本发明正是通过膝关节的这一特征完成可形变外骨骼装置的变形的。

在图9中，上述行走轮组I9安装在固定段II34的上部，如图10所示，其包括贴合固定段II34的安装座I40，还包括L型延伸臂I41，该延伸臂I41的末端向上延伸至超过关节模组II6，且在端部安装后轮42；行走轮组II10安装在伸缩段II35的下部，如图11所示，其包括贴合伸缩段II35的安装座II43和L型延伸臂II44，该延伸臂II44的末端向下延伸，且在末端安装前轮45(前轮45选用万向轮)。从图1和图2中可以看出，当该外骨骼装置处于站立状态时，行走轮组I9和行走轮组II10位于腿部骨骼的外侧，且后轮42和前轮45位于腿部骨骼的后方，因此不影响该外骨骼装置作为下肢外骨骼使用。

本实施例中腿部骨骼上设置的腿部绑带8可以自动拆卸，具体地，参考图8和图9，在固定段I24、伸缩段I25、固定段II34和伸缩段II35贴合人体的一侧分别设置磁吸座28，如图12所示，所用腿部绑带8上设置磁吸板81，其中磁吸座28为电磁铁结构，磁吸座28断电后磁吸板81自动脱落，而当磁吸座28靠近磁吸板81且处于通电状态时，磁吸座28自动吸附磁吸板81，从而实现腿部绑带8的自动拆卸和安装。

对于上述可形变外骨骼装置，大腿部2和小腿部3能够偏转至图13所示的形变位，此时的外骨骼装置作为四轮代步装置使用。具体地，对于处于图1所示站立状态的外骨骼装置(使用者穿戴状态)，在腿部绑带8自动脱离腿部骨骼后，使用者保持踩踏脚部4，此时关节模组III7顺时针转动，关节模组II6逆时针转动，关节模组I5顺时针转动，预设各关节模组的转速和转动角度，通过各模组协同工作大腿部2和小腿部3缓慢向后移动，此时使用者身体前倾，双膝前屈，直至达到图13所示的状态，此时后轮42和前轮45着地，脚部4离开地面并支撑使用者脚部，且小腿部3与大腿部2的夹角为80°。在整个变形过程中，大腿部2先慢慢伸长，其可以使使用者缓慢屈膝，有利于适应外骨骼装置的变化并能时刻调整身体重心，前轮45率先接触地面，当后轮42也接触地面后，此时使用者处于半蹲状态，大腿部2缓慢恢复至原来状态，然后(或同时)小腿部3缓慢伸长，从而达到图13所示形态。

为了增加形成的代步装置的结构稳定性，首先，如图14所示，使用横杆46连接两侧的腿部骨骼，在图2中可以看出，在固定段I24和固定段II34贴合人体的一侧各对称固定设置卡托12，如图15所示，卡托12上设置插接槽121，且在外骨骼站立状态时，固定段I24上的卡托12的插接槽121开口朝上，固定段II34上的卡托12的插接槽121开口朝前，而在变形后的状态中，固定段II34上的卡托12的插接槽121朝上，所用横杆46的两端为与插接槽121配合的插接头461，在外骨骼装置变形为代步装置后，使用两根横杆46分别连接两侧的卡托12。

其次，如图16所示，在伸缩段I25靠近中关节头I27的位置(前侧面)设置下定位头I30，在固定段II34靠近中关节头II37的位置(前侧面)设置下定位头II38，其中下定位头I30的端部设置带有插孔I的插头301，下定位头II38的端部设置与插头301配合的插槽381，且插槽381的侧壁设置插孔II；在图14的状态中，插头301插入插槽381，此时插孔I正对插孔II，设置在下定位头II38一侧的电磁插轴39的伸缩轴贯穿插孔I和插孔II，从而将大腿部2和小腿部3自动锁定。

另外，如图17所示，在固定段I24(后侧面)靠近上关节头II26的位置设置上定位头II23，对应地，在侧固定板14上设置上定位头I22，在图14的状态中，上定位头I22顶触上定位头II23，这可以防止腰部穿戴组件1后仰。

在从下肢外骨骼装置变形为四轮代步装置后，使用者可以如图18所示状态坐在该代步装置上，护工可以推着代步装置移动使用者。

为了使使用者更容易控制身体重心，也可以如图19所示在两侧的侧固定板14上分别设置一个向前延伸的扶手47，使用者在使用该外骨骼装置时可以手扶扶手47，尤其是在外骨骼装置变形的过程中，扶手可以使使用者保持身体平衡，而在变形为代步装置后，如图20所示，使用者可以将双手放在扶手47上，从而使使用者更加舒适；另外，如果使用者自主操控遥控器，则可以将遥控器设置在扶手47上。

如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接受的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的商品或者系统中还存在另外的相同要素。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。