CN110251370A

CN110251370A - 一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体

Info

Publication number: CN110251370A
Application number: CN201910430060.XA
Authority: CN
Inventors: 陈文杰; 周利波; 陈伟海; 孙先涛; 林岩; 胡存刚
Original assignee: Anhui University
Current assignee: Anhui University
Priority date: 2019-05-22
Filing date: 2019-05-22
Publication date: 2019-09-20
Anticipated expiration: 2039-05-22
Also published as: CN110251370B

Abstract

本发明公开了一种轻便紧凑重力自平衡下肢外骨骼结构体，是由髋关节、膝关节、大腿和小腿构成；大腿的上端是髋关节，大腿的下端与小腿的上端之间是膝关节。本发明结构体通过将关节的转动运动映射为一个特征点沿着摆动连杆轴线作直线运动的方式，使得线性弹簧可以安装在外骨骼的连杆内部，且在关节运动过程中，能形成相应的力矩来平衡整个人机***的重力。解决了传统下肢外骨骼机构弹簧外置，结构庞大等缺陷。本发明结构体能够用于辅助老年人、下肢运动功能障碍患者日常行走。

Description

一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体

技术领域

本发明涉及一种属于助力机器人***的机械下肢装置，更具体地说，是指一种被动型、结构紧凑、重力自平衡的下肢外骨骼结构体。

背景技术

下肢外骨骼机器人按照驱动方式的不同主要分为：动力型和被动型两种。动力型下肢外骨骼主要以电池或外接电源为能源，通过电机、气缸或液体马达来获得驱动力。由于这种方式助力效果直观有效，吸引了许多国内外研究者的兴趣。比较典型的例子包括美国的HULC，日本的ReWalk，以及国内方面北京航空航天大学的大艾外骨骼，上海傅利叶智能有限公司的Fourier X1等等。总的来说，动力型下肢外骨骼具有很好的助力效率，但由于它们附加了驱动电池和电机等装置，使得整体结构庞大，耗能也较多，导致续航能力，机动性能受到限制。

为克服动力型下肢外骨骼存在的问题，许多研究者也开始把注意力集中在被动式技术上。被动型外骨骼不需要任何来自外界电源的驱动，其运动完全依靠穿戴者自身动作。它的助力方式主要通过机构与弹簧的巧妙结合来平衡负载对身体关节产生的力矩，以达到减少身体能耗，增强行走持久能力和承载能力的目的。人体行走过程中，下肢关节需要较大范围的转动，为了使得关节转动时的关节铰链不妨碍弹簧的运动，弹簧需要安装在外骨骼的连杆外面，而且弹簧的连接点位置要远离关节点。但这样的设计会造成结构尺寸增加，既导致了结构庞大，也降低了使用过程中的安全性。因此，有必要设计一套结构紧凑，能在外骨骼的骨架内部实现重力自平衡功能的机构。

发明内容

本发明的目的是设计一套能安放在外骨骼骨架内部的重力自平衡机构，解决现有重力自平衡机构弹簧外置，结构庞大等缺陷。实现在保证外骨骼结构紧凑性和安全性基础上的整个人机***重力自平衡。本发明针对现有下肢外骨骼的重力自平衡机构在结构上存在弹簧外置，结构庞大等缺陷，常常导致穿戴者产生畏惧心理和排斥感的问题，设计了一种被动式外骨骼重力自平衡机构。该机构通过将下肢关节的转动运动映射为一个特征点沿着摆动连杆轴线作直线运动的方式，使得线性弹簧可以安装在外骨骼的连杆内部，且在关节运动过程中，能形成相应的力矩来平衡整个人机***的重力。本发明颠覆了传统的弹簧外置的重力平衡结构设计思路，在保证外骨骼的紧凑性和安全性的基础上实现整个人机***的重力自平衡。该外骨骼主要用于辅助老年人、下肢运动功能障碍患者日常行走。

本发明的一种轻便紧凑重力自平衡下肢外骨骼结构体，是由髋关节、膝关节、大腿和小腿构成；大腿的上端是髋关节，大腿的下端与小腿的上端之间是膝关节。

髋关节(1)由大腿外部齿轮(1A)、大腿内部齿轮(1B)、大腿限位件(1C)、大腿锁(1D)、大腿连接件(1E)、大腿上转动轴单元和大腿下转动轴单元构成；所述大腿上转动轴单元包括有AA转动轴(11A)、AA轴承(11B)、AA压板(11C)、AB轴承(11D)和AA螺钉(11E)；所述大腿下转动轴单元包括有AB转动轴(12A)、AC 轴承(12B)、AC压板(12C)、AD轴承(12D)、AB螺钉(12E)、AA角度编码器 (12F)、AC压板(12G)和AB角度编码器(12H)；髋关节(1)通过大腿连接板(1E) 与腰部辅助板(5)的EA连接板(5A)固定；

大腿上转动轴单元中的AA转动轴(11A)上设有AA连接盘(11A1)和AA轴 (11A2)；所述AA转动轴(11A)的轴向中心是AA螺纹孔(11A3)；AA转动轴(11A) 的AA连接盘(11A1)固定在大腿内部齿轮(1B)的一面圆盘上；AA轴(11A2)上套接有AA轴承(11B)；AA压板(11C)的中部设有AD通孔(11C1)，AD通孔(11C1) 用于放置AB轴承(11D)；AA转动轴(11A)的AA连接盘(11A1)固定在大腿内部齿轮(1B)的一面圆盘上，AA转动轴(11A)的AA轴(11A2)穿过AA轴承(11B) 和AB轴承(11D)后，在端部的AA螺纹孔(11A3)中安装上AA螺钉(11E)；通过AA螺钉(11E)与AA转动轴(11A)的连接实现将AB轴承(11D)安装在AA 压板(11C)的AD通孔(11C1)中，同时由于AA压板(11C)固定在大腿连接件 (1E)的A下面板(1E2)的AB通孔(1E3)处，从而达到通过AA螺钉(11E)压紧AA压板(11C)；

大腿下转动轴单元中的AB转动轴(12A)上设有AB连接盘(12A1)和AB轴 (12A2)；所述AB转动轴(12A)的轴向中心是AB螺纹孔(12A3)；AB转动轴(12A) 的AB连接盘(12A1)固定在大腿盖板(2B)的大腿凸耳(2B3)处；AB轴(12A2) 上套接有AB轴承(12B)；AB压板(12C)的中部设有AE通孔(12C1)，AE通孔 (12C1)用于放置AD轴承(12D)；AC压板(12G)的中部设有AF通孔(12G1)， AF通孔(12G1)用于放置AB角度编码器(12H)；AB螺钉(12E)的端面上设有用于放置AA角度编码器(12F)的A沉头孔(12E1)；AB转动轴(12A)的AB连接盘(12A1)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)的AC通孔(1E4)处， AB转动轴(12A)的AB轴(12A2)穿过AC轴承(12B)和AD轴承(12D)后，在端部的AB螺纹孔(12A3)中安装上AB螺钉(12E)；通过AB螺钉(12E)与AB 转动轴(12A)的连接实现将AD轴承(12D)安装在AB压板(12C)的AE通孔(12C1)中，同时由于AB压板(12C)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)的AC 孔(1E4)处，从而达到通过AB螺钉(12E)压紧AB压板(12C)；在AB压板(12C) 上固定安装有AC压板(12G)，在AC压板(12G)的AF通孔(12G1)中安装AB 角度编码器(12H)；

大腿内部齿轮运动组件的运动：在大腿内部齿轮(1B)的作动下，AA转动轴(11A)绕AA压板(11C)的AD通孔(11C1)转动，所述AD通孔(11C1)内安装AA轴承(11B)，AB轴承(11D)安装在大腿连接件(1E)的AB通孔(1E3)内，AA螺钉(11E)螺纹连接在AA转动轴(11A)的AA螺纹孔(11A3)中，通过AA螺钉(11E) 压紧实现轴承的轴向固定，使得AA转动轴(11A)的轴心绕绕着大腿连接件(1E)的 AB通孔(1E3)转动；

髋关节运动组件的运动：在大腿外部齿轮(1A)的作动下，AB转动轴(12A)绕 AB压板(12C)的AE通孔(12C1)转动，所述AE通孔(12C1)内安装AC轴承 (12B)，进而绕着大腿连接件(1E)的AC通孔(1E4)转动；一方面AB转动轴(12A) 端部的AB螺纹孔(12A3)中安装AB螺钉(12E)，AB螺钉(12E)端部安装有AA 角度编码器(12F)；另一方面AC压板(12G)固定在AB压板(12C)上，且AC压板(12G)的AF通孔(12G1)中安装有AB角度编码器(12H)；

大腿(2)由大腿外壳(2A)、大腿盖板(2B)、大腿连杆(2C)、大腿下连接板(2D)、 BA转动轴单元、BB转动轴单元、BC转动轴单元和大腿重力平衡系数调节组件(2E) 构成；

大腿外壳(2A)的大腿外壳面板(2A1)上设有用于线缆穿过的BG通孔(2A11)；大腿外壳(2A)的大腿外壳下面板(2A2)上设有用于大腿重力平衡系数调节组件(2E) 中大腿丝杠(2E3)上端穿过的BH通孔(2A21)；

大腿盖板(2B)的上端端部是大腿圆环(2B1)，大腿圆环(2B1)与大腿安装面板(2B4)之间设有大腿限位孔(2B2)，大腿限位孔(2B2)内设有大腿凸耳(2B3)；大腿圆环(2B1)上安装有大腿外部齿轮(1A)；大腿凸耳(2B3)上安装有AB转动轴(12A)；第一直角体(2K1)和第二直角体(2K2)平行放置且一端固定在大腿安装面板(2B4)上，另一端与大腿外壳(2A)固定；第三直角体(2K3)和第四直角体 (2K4)平行放置平行放置且一端固定在大腿安装面板(2B4)上，另一端与大腿外壳 (2A)固定；

大腿连杆(2C)的上端设有BD通孔(2C1)，大腿连杆(2C)的下端设有BE通孔(2C2)；BD通孔(2C1)一方面用于放置BB轴承(21D)，BD通孔(2C1)另一方面用于BA螺钉(21E)穿过；BE通孔(2C2)一方面用于放置BD轴承(22D)， BE通孔(2C2)另一方面用于BB螺钉(22E)穿过；

大腿下连接板(2D)上设有BF通孔(2D1)，BF通孔(2D1)用于放置BE轴承(23B)，BE轴承(23B)套接在BC转动轴(23A)上；

大腿重力平衡系数调节组件(2E)包括有弹簧、丝杠、导轨和滑块；BA导轨(2G1)、BB导轨(2G2)、大腿BA丝杠座(2E5)和大腿BB丝杠座(2E6)固定在大腿盖板 (2B)的大腿安装面板(2B4)上；BA滑块(2H1)活动连接在BA导轨(2G1)上； BB滑块(2H2)活动连接在BB导轨(2G2)上；

大腿螺母(2E4)套接在大腿丝杠(2E3)上；大腿螺母(2E4)上设有BC支柱 (2E4A)、丝杠孔(2E4C)、BD支柱(2E4B)；BC支柱(2E4A)用于挂接BA弹簧(2E1)有的BA弹簧下挂钩(2E1B)；BD支柱(2E4B)用于挂接***簧(2E2) 有的***簧下挂钩(2E2B)；丝杠孔(2E4C)用于大腿丝杠(2E3)的一端穿过； BC支柱(2E4A)的外端设有用于安装BF螺钉(2E4E)的BF螺纹孔；BD支柱(2E4B) 的外端设有用于安装BG螺钉(2E4F)的BG螺纹孔(2E4D)；BG螺钉(2E4F)的一面板固定在BB滑块(2H2)上；BG螺钉(2E4F)固定在大腿安装面板(2B4) 上；

大腿BA丝杠座(2E5)的凸台上设有放置大腿丝杠(2E3)上端的沉头通孔(2E51)，沉头通孔(2E51)的下端安装有BG轴承(2E52)，BG轴承(2E52)套接在大腿丝杠(4E3)的上端；大腿BA丝杠座(2E5)固定在大腿安装面板(2B4)上；

大腿BB丝杠座(2E6)为L构型，一端固定在大腿安装面板(2B4)上，另一端上设有供大腿丝杠(2E3)穿过的BK通孔(2E61)；

大腿丝杠(2E3)的上端顺次穿过BG轴承挡圈(2M)的中心通孔、BG轴承(2L)、大腿BB丝杠座(2E6)的BK通孔(2E61)、大腿螺母(2E4)的丝杠孔(2E4C) 后，置于大腿BA丝杠座(2E5)的沉头通孔(2E51)中；大腿丝杠(2E3)的下端连接有大腿调节手柄(2N)；通过左右旋大腿调节手柄(2N)用于调节大腿螺母(2E4) 在大腿丝杠(2E3)上的位置，进而调节BA弹簧(2E1)和***簧(2E2)的预紧力；

BA连接件(2J)由缠线体和两个螺钉(2J5、2J6)构成，缠线体上设有BA支柱(2J1)、第一缠线体(2J3)、第二缠线体(2J4)和BB支柱(2J2)；BA支柱(2J1) 用于挂接BA弹簧(2E1)有的BA弹簧上挂钩(2E1A)；BB支柱(2J2)用于挂接 ***簧(2E2)有的***簧上挂钩(2E2A)；第一缠线体(2J3)与第二缠线体(2J4) 之间是大腿缠线间隙(2J-1)；所述大腿缠线间隙(2J-1)用于缠绕捆绑鲍登线的下端； BA支柱(2J1)的外端设有用于安装BD螺钉(2J5)的BD螺纹孔；BB支柱(2J2) 的外端设有用于安装BE螺钉(2J6)的BE螺纹孔(2J21)；第一缠线体(2J3)上设有BI通孔(2J31)，穿过BI通孔(2J31)的螺钉固定在BA滑块(2H1)上；第二缠线体(2J4)上设有BH通孔(2J41)，穿过BH通孔(2J41)的螺钉固定在BA 滑块(2H1)上；

BA鲍登线固定件(2F1)上设有用于BA管帽(2F11)穿过的BM通孔(2F12)； BB鲍登线固定件(2F2)上设有用于BB管帽(2F21)穿过的BL通孔(2F22)；BA 鲍登线固定件(2F1)和BB鲍登线固定件(2F2)分别固定在大腿盖板(2B)上； BA管帽(2F11)和BB管帽(2F21)用于大腿部分的鲍登线穿过；大腿部分的鲍登线一端固定在大腿锁(1D)上，另一端顺次穿过BA管帽(2F11)、BB管帽(2F21) 后，缠绕在BA连接件(2J)上；

BA转动轴单元包括有BA转动轴(21A)、BA轴承(21B)、BA压板(21C)、 BB轴承(21D)和BA螺钉(21E)；BA转动轴单元中的BA转动轴(21A)上设有 BA连接盘(21A1)和BA轴(21A2)；所述BA转动轴(21A)的轴向中心是BA螺纹孔(21A3)；BA转动轴(21A)的BA连接盘(21A1)固定在大腿连接件(1E) 的A下面板(1E2)的AC通孔(1E4)处；BA轴(21A2)上套接有BA轴承(21B)；BA压板(21C)的中部设有BA通孔(21C1)，BA通孔(21C1)用于放置BB轴承 (21D)；BA转动轴(21A)的BA连接盘(21A1)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)上，BA转动轴(21A)的BA轴(21A2)穿过BA轴承(21B)和BB 轴承(21D)后，在端部的BA螺纹孔(21A3)中安装上BA螺钉(21E)；通过BA 螺钉(21E)与BA转动轴(21A)的连接实现将BB轴承(21D)安装在BA压板(21C)的BA通孔(21C1)中，同时由于BA压板(21C)固定在大腿连杆(2C)的上端的 BD通孔(2C1)处，从而实现BA转动轴单元与大腿连杆(2C)的上端的连接；

BB转动轴单元包括有BB转动轴(22A)、BC轴承(22B)、BB压板(22C)、 BD轴承(22D)和BB螺钉(22E)；BB转动轴单元中的BB转动轴(22A)上设有 BB连接盘(22A1)和BB轴(22A2)；所述BB转动轴(22A)的轴向中心是BB螺纹孔(22A3)；BB转动轴(22A)的BB连接盘(22A1)固定在大腿下连接板(2D) 的一端；BB轴(22A2)上套接有BC轴承(22B)；BB压板(22C)的中部设有BB 通孔(22C1)，BB通孔(22C1)用于放置BD轴承(22D)；BB转动轴(22A)的 BB连接盘(22A1)固定在大腿连杆(2C)下端的BE通孔(2C2)处，BB转动轴 (22A)的BB轴(22A2)穿过BC轴承(22B)和BD轴承(22D)后，在端部的 BB螺纹孔(22A3)中安装上BB螺钉(22E)；通过BB螺钉(22E)与BB转动轴 (22A)的连接实现将BD轴承(22D)安装在BB压板(22C)的BB通孔(22C1)中，同时由于BB压板(22C)固定在大腿连杆(2C)的下端的BE通孔(2C2)处，从而实现BB转动轴单元与大腿连杆(2C)的下端的连接；

BC转动轴单元包括有BC转动轴(23A)、BE轴承(23B)、BC压板(23C)、 BF轴承(23D)和BC螺钉(23E)；BC转动轴单元中的BC转动轴(23A)上设有 BC连接盘(23A1)和BC轴(23A2)；所述BC转动轴(23A)的轴向中心是BC螺纹孔(23A3)；BC转动轴(23A)的BC连接盘(23A1)固定在大腿盖板(2B)的下端，且BC转动轴(23A)的BC轴(23A2)上套接有BE轴承(23B)，BE轴承(23B)置于大腿下连接板(2D)的BF通孔(2D1)中；BC压板(23C)的中部设有BC通孔(23C1)，BC通孔(23C1)用于放置BF轴承(23D)；BC转动轴(23A) 的BC连接盘(23A1)固定在大腿盖板(2B)的下端，BC转动轴(23A)的BC轴 (23A2)穿过BE轴承(23B)和BF轴承(23D)后，在端部的BC螺纹孔(23A3) 中安装上BC螺钉23E；通过BC螺钉(23E)与BC转动轴(23A)的连接实现将BF轴承(23D)安装在BC压板(23C)的BC通孔(23C1)中，同时由于BC压板 (23C)固定在大腿下连接板(2D)的BF通孔(2D1)处，从而实现BC转动轴单元与大腿下连接板(2D)的连接；

膝关节(3)由小腿外部齿轮(3A)、小腿内部齿轮(3B)、小腿限位件(3C)、小腿锁(3D)、小腿连接件(3E)、小腿上转动轴单元和小腿下转动轴单元构成；所述小腿上转动轴单元包括有CA转动轴(31A)、CA轴承(31B)、CA压板(31C)、CB 轴承(31D)和CA螺钉(31E)；所述小腿下转动轴单元包括有CB转动轴(32A)、 CC轴承(32B)、CC压板(32C)、CD轴承(32D)、CB螺钉(32E)、CA角度编码器(32F)、CC压板(32G)和CB角度编码器(32H)；

小腿连接件(3E)上设有CB通孔(3E1)和CC通孔(3E2)；所述CB通孔(3E1) 用于放置CA轴承(31B)，CA轴承(31B)套接在CA转动轴(31A)的轴上，即套接有CA轴承(31B)的CA转动轴(31A)穿过CB通孔(3E3)；所述CB通孔(3E1) 处固定有CA压板(31C)；所述CC通孔(3E2)用于放置CC轴承(32B)，CC轴承(32B)套接在CC转动轴(32A)的轴上，即套接有CC轴承(32B)的CC转动轴(32A)穿过CC通孔(3E4)；所述CC通孔(3E2)处固定有CB压板(32C)；

小腿上转动轴单元中的CA转动轴(31A)上设有CA连接盘(31A1)和CA轴 (31A2)；所述CA转动轴(31A)的轴向中心是CA螺纹孔(31A3)；CA转动轴(31A) 的CA连接盘(31A1)固定在小腿内部齿轮(3B)的一面圆盘上；CA轴(31A2)上套接有CA轴承(31B)；CA压板(31C)的中部设有CD通孔(31C1)，CD通孔(31C1) 用于放置CB轴承(31D)；CA转动轴(31A)的CA连接盘(31A1)固定在小腿内部齿轮(3B)的一面圆盘上，CA转动轴(31A)的CA轴(31A2)穿过CA轴承(31B) 和CB轴承(31D)后，在端部的CA螺纹孔(31A3)中安装上CA螺钉(31E)；通过CA螺钉(31E)与CA转动轴(31A)的连接实现将CB轴承(31D)安装在CA 压板(31C)的CD通孔(31C1)中，同时由于CA压板(31C)固定在小腿连接件 (3E)的CB通孔(3E1)处，从而达到通过CA螺钉(31E)压紧CA压板(31C)；

小腿下转动轴单元中的CB转动轴(32A)上设有CB连接盘(32A1)和CB轴 (32A2)；所述CB转动轴(32A)的轴向中心是CB螺纹孔(32A3)；CB转动轴(32A) 的CB连接盘(32A1)固定在小腿盖板(4B)的小腿凸耳(4B3)处；CB轴(32A2) 上套接有CB轴承(32B)；CB压板(32C)的中部设有CE通孔(32C1)，CE通孔(32C1)用于放置CD轴承(32D)；CC压板(32G)的中部设有CF通孔(32G1)， CF通孔(32G1)用于放置CB角度编码器(32H)；CB螺钉(32E)的端面上设有用于放置CA角度编码器(32F)的C沉头孔(32E1)；CB转动轴(32A)的CB连接盘(32A1)固定在小腿连接件(3E)的C下面板(3E2)的CC通孔(3E4)处， CB转动轴(32A)的CB轴(32A2)穿过CC轴承(32B)和CD轴承(32D)后，在端部的CB螺纹孔(32A3)中安装上CB螺钉(32E)；通过CB螺钉(32E)与 CB转动轴(32A)的连接实现将CD轴承(32D)安装在CB压板(32C)的CE通孔(32C1)中，同时由于CB压板(32C)固定在小腿连接件(3E)的CC孔(3E2) 处，从而达到通过CB螺钉(32E)压紧CB压板(32C)；在CB压板(32C)上固定安装有CC压板(32G)，在CC压板(32G)的CF通孔(32G1)中安装的CB角度编码器(32H)与安装在CB螺钉(32E)的C沉头孔(32E1)中的CA角度编码器(32F)配合，获得小腿盖板(2B)上部相对于小腿连接件(3E)的C下面板(3E2) 的运动角度；

小腿内部齿轮运动组件的运动：在小腿内部齿轮(3B)的作动下，CA转动轴(31A)绕CA压板(31C)的CD通孔(31C1)转动，所述CD通孔(31C1)内安装CA轴承(31B)，CB轴承(31D)安装在小腿连接件(3E)的CB通孔(3E3)内，CA螺钉(31E)螺纹连接在CA转动轴(31A)的CA螺纹孔(31A3)中，通过CA螺钉(31E) 压紧实现轴承的轴向固定，使得CA转动轴(31A)的轴心绕绕着小腿连接件(3E)的 CB通孔(3E3)转动；

膝关节运动组件的运动：在小腿外部齿轮(3A)的作动下，CB转动轴(32A)绕 CB压板(32C)的CE通孔(32C1)转动，所述CE通孔(32C1)内安装CC轴承 (32B)，进而绕着小腿连接件(3E)的CC通孔(3E4)转动；一方面CB转动轴(32A) 端部的CB螺纹孔(32A3)中安装CB螺钉(32E)，CB螺钉(32E)端部安装有CA 角度编码器(32F)；另一方面CC压板(32G)固定在CB压板(32C)上，且CC 压板(32G)的CF通孔(32G1)中安装有CB角度编码器(32H)；通过CA角度编码器(32F)和CB角度编码器(32H)的组合来获得小腿壳体相对于小腿连接件(3E) 的运动角度，即膝关节的运动角度；

膝关节(3)由第一导杆(3F)、第二导杆(3G)、第一导杆座(3H)、第二导杆座 (3J)、第三导杆座(3K)和第四导杆座(3L)组成；

第一导杆(3F)的下端设有CA通孔(3F1)；第二导杆(3G)的下端设有CB通孔(3G1)；第一导杆座(3H)上设有CA横向孔(3H1)和CA纵向孔(3H2)；第一导杆座(3H)通过螺钉固定在大腿下连接板(2D)上；CA纵向孔(3H2)用于放置第一导杆(3F)的上端；CA横向孔(3H1)用于顶丝穿过，穿过所述CA横向孔(3H1) 的顶丝将第一导杆(3F)顶紧在CA纵向孔(3H2)中；第二导杆座(3J)上设有CB 横向孔(3J1)和CB纵向孔(3J2)；第二导杆座(3J)通过螺钉固定在小腿上连接板(4C)上；CB纵向孔(3J2)用于放置第一导杆(3F)的下端；CB横向孔(3J1) 用于顶丝穿过，穿过所述CB横向孔(3J1)的顶丝将第一导杆(3F)顶紧在CB纵向孔(3J2)中；第三导杆座(3K)上设有CC横向孔(3K1)和CC纵向孔(3K2)；第三导杆座(3K)通过螺钉固定在大腿下连接板(2D)上；CC纵向孔(3K2)用于放置第二导杆(3G)的上端；CC横向孔(3K1)用于顶丝穿过，穿过所述CC横向孔 (3K1)的顶丝将第二导杆(3G)顶紧在CC纵向孔(3K2)中；第四导杆座(3L) 上设有CD横向孔(3L1)和CD纵向孔(3L2)；第四导杆座(3L)通过螺钉固定在小腿上连接板(4C)上；CD纵向孔(3L2)用于放置第二导杆(3G)的上端；CD横向孔(3L1)用于顶丝穿过，穿过所述CD横向孔(3L1)的顶丝将第二导杆(3G)顶紧在CD纵向孔(3L2)中；

第一导杆(3F)的下端顺次穿过第一导杆座(3H)的CA纵向孔(3H2)、第二导杆座(3J)的CB纵向孔(3J2)后，且第一导杆(3F)的下端部露出在第二导杆座 (3J)的下端外；

第二导杆(3G)的下端顺次穿过第三导杆座(3K)的CC纵向孔(3K2)、第四导杆座(3L)的CD纵向孔(3L2)后，且第二导杆(3G)的下端部露出在第四导杆座 (3L)的下端外；

小腿(4)由小腿外壳(4A)、小腿盖板(4B)、小腿上连接板(4C)、DA转动轴单元、DB转动轴单元、DC转动轴单元和大腿重力平衡系数调节组件(4E)构成；

小腿外壳(4A)的小腿外壳下面板(4A2)上设有用于小腿重力平衡系数调节组件(4E)中小腿丝杠(4E3)上端穿过的DH通孔(4A21)；

小腿盖板(4B)的上端端部是小腿圆环(4B1)，小腿圆环(4B1)与小腿安装面板(4B4)之间设有小腿限位孔(4B2)，小腿限位孔(4B2)内设有小腿凸耳(4B3)；小腿圆环(4B1)上安装有小腿外部齿轮(1A)；小腿凸耳(4B3)上安装有AB转动轴(12A)；第五直角体(4K1)和第六直角体(4K2)平行放置且一端固定在小腿安装面板(4B4)上，另一端与小腿外壳(4A)固定；第七直角体(4K3)和第八直角体 (4K4)平行放置平行放置且一端固定在小腿安装面板(4B4)上，另一端与小腿外壳 (4A)固定；

小腿重力平衡系数调节组件(4E)包括有弹簧、丝杠、导轨和滑块；DA导轨(4G1)、DB导轨(4G2)、小腿DA丝杠座(4E5)和小腿DB丝杠座(4E6)固定在小腿盖板 (4B)的小腿安装面板(4B4)上；DA滑块(4H1)活动连接在DA导轨(4G1)上； DB滑块(4H2)活动连接在DB导轨(4G2)上；

小腿螺母(4E4)套接在小腿丝杠(4E3)上，且小腿螺母(4E4)固定在DB滑块(4H2)上；小腿螺母(4E4)上设有DC支柱(4E4A)、丝杠孔(4E4C)、DD支柱(4E4B)；DC支柱(4E4A)用于挂接DA弹簧(4E1)有的DA弹簧下挂钩(4E1B)； DD支柱(4E4B)用于挂接DB弹簧(4E2)有的DB弹簧下挂钩(4E2B)；丝杠孔 (4E4C)用于小腿丝杠(4E3)的一端穿过；DC支柱(4E4A)的外端设有用于安装 DF螺钉(4E4E)的DF螺纹孔；DD支柱(4E4B)的外端设有用于安装DG螺钉(4E4F) 的DG螺纹孔(4E4D)；DG螺钉(4E4F)的一面板固定在DB滑块(4H2)上；DG 螺钉(4E4F)固定在小腿安装面板(4B4)上；

小腿DA丝杠座(4E5)的凸台上设有放置小腿丝杠(4E3)上端的沉头通孔(4E51)，沉头通孔(4E51)的下端安装有DG轴承(4E52)，DG轴承(4E52)套接在小腿丝杠(4E3)的上端；小腿DA丝杠座(4E5)固定在小腿安装面板(4B4)上；

小腿DB丝杠座(4E6)的一端固定在小腿安装面板(4B4)上，另一端上设有供小腿丝杠(4E3)穿过的DK通孔(4E61)；

小腿丝杠(4E3)的安装为，小腿丝杠(4E3)的上端顺次穿过DG轴承挡圈(4M) 的中心通孔、DG轴承(4L)、小腿DB丝杠座(4E6)的DK通孔(4E61)、小腿螺母(4E4)的丝杠孔(4E4C)后，置于小腿DA丝杠座(4E5)的沉头通孔(4E51) 中；小腿丝杠(4E3)的下端连接有小腿调节手柄(4N)；通过左右旋小腿调节手柄(4N) 用于调节小腿螺母(4E4)在小腿丝杠(4E3)上的位置，进而调节DA弹簧(4E1) 和DB弹簧(4E2)的预紧力；

DA连接件(4J)由缠线体和两个螺钉(4J5、4J6)构成，缠线体上设有DA支柱(4J1)、第一缠线体(4J3)、第二缠线体(4J4)和DB支柱(4J2)；DA支柱(4J1) 用于挂接DA弹簧(4E1)有的DA弹簧上挂钩(4E1A)；DB支柱(4J2)用于挂接 DB弹簧(4E2)有的DB弹簧上挂钩(4E2A)；第一缠线体(4J3)与第二缠线体(4J4) 之间是小腿缠线间隙(4J-1)；所述小腿缠线间隙(4J-1)用于缠绕捆绑鲍登线的下端； DA支柱(4J1)的外端设有用于安装DD螺钉(4J5)的DD螺纹孔；DB支柱(4J2) 的外端设有用于安装DE螺钉(4J6)的DE螺纹孔(4J21)；第一缠线体(4J3)上设有DI通孔(4J31)，穿过DI通孔(4J31)的螺钉固定在DA滑块(4H1)上；第二缠线体(4J4)上设有DH通孔(4J41)，穿过DH通孔(4J41)的螺钉固定在DA 滑块(4H1)上。

本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的优点在于：

①本发明结构体上的髋关节与膝关节采用相同的转轴与大小齿轮配合，并结合大腿、小腿的弹簧与丝杠配合，实现了关节的转动运动映射为一个特征点沿着摆动连杆轴线作直线运动的方式，使得线性弹簧可以安装在外骨骼的连杆内部，且在关节运动过程中，能形成相应的力矩来平衡整个人机***的重力。

②本发明结构体采用弹簧预储能的方式对穿戴者提供助力，是一种被动式的下肢外骨骼结构体，克服了主动式下肢外骨骼存在的随动性不足、蓄航能力有限等缺陷。

③本发明设计的髋关节利用双转轴与大小齿轮半径比为2:1的齿轮结合，完成了大腿内部齿轮运动与髋关节运动的角度之比也为2:1。同时，膝关节也利用双转轴与大小齿轮半径比为2:1的齿轮结合，完成了小腿内部齿轮运动与膝关节运动的角度之比也为2:1。

④本发明设计的膝关节在辅助转轴、连杆、以及双转轴和大小齿轮的配合，使得膝关节的运动长度可调。

⑤本发明设计的髋关节和膝关节上的弹簧预紧力均是通过调节丝杠螺母在丝杠上的位置实现的，且为手动调节，扩大了结构体的应用范围。

附图说明

图1是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的结构图。

图1A是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的另一视角结构图。

图1B是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的膝关节与大腿、小腿结合的部分结构图。

图2是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的大腿部分与髋关节结合的结构图。

图2A是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的大腿部分的另一视角结构图。

图2B是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的大腿部分的结构图。

图2C是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的大腿部分的分解图。

图2D是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的大腿部分的另一视角分解图。

图3是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的膝关节与小腿部分结合的结构图。

图3A是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的膝关节与小腿部分结合的另一视角结构图。

图3B是本发明的膝关节中小腿上转轴部分的剖视图。

图3C是本发明的膝关节中小腿下转轴部分的剖视图。

图3D是本发明的膝关节中小腿转轴部分的分解图。

图3E是本发明的膝关节中小腿限位件的结构图。

图3F是本发明的膝关节中导杆部分的结构图。

图3G是本发明的膝关节中导杆部分的分解图。

图4是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的小腿部分与膝关节结合的结构图。

图4A是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的小腿部分与膝关节的转轴的分解图。

图4B是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的小腿部分的结构图。

图4C是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体的小腿部分的分解图。

图5是本发明重力自平衡下肢外骨骼结构体中髋关节的结构图。

图5A是本发明髋关节中上转动轴单元的剖面结构图。

图5B是本发明髋关节中下转动轴单元的剖面结构图。

图5C是本发明髋关节的正视面结构图。

图5D是本发明髋关节的结构图。

图5E是本发明髋关节的另一视角结构图。

图5F是本发明髋关节的分解图。

图5G是本发明的髋关节中大腿限位件的结构图。

图6是本发明大腿部分的运动原理示意图。

图7是本发明小腿部分的运动原理示意图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明设计了一种被动型、结构紧凑、重力自平衡的下肢外骨骼结构体，其包括有髋关节1、大腿2、膝关节3和小腿4，以及为了实现与人体穿戴方便设计的腰部辅助板5、大腿部辅助板6和小腿部辅助板7。大腿的上端是髋关节，大腿的下端与小腿的上端之间是膝关节。

髋关节1

参见图1、图1A、图5、图5A、图5B、图5C、图5D、图5F所示，髋关节1 由大腿外部齿轮1A、大腿内部齿轮1B、大腿限位件1C、大腿锁1D、大腿连接件1E、大腿上转动轴单元和大腿下转动轴单元构成；所述大腿上转动轴单元(如图5A所示) 包括有AA转动轴11A、AA轴承11B、AA压板11C、AB轴承11D和AA螺钉11E；所述大腿下转动轴单元(如图5B所示)包括有AB转动轴12A、AC轴承12B、AC 压板12C、AD轴承12D、AB螺钉12E、AA角度编码器12F、AC压板12G和AB 角度编码器12H。其中，大腿外部齿轮1A与大腿内部齿轮1B的半径比为2:1。大腿内部齿轮运动与髋关节运动的角度之比为2:1。

如图5F所示，大腿外部齿轮1A为设有内齿1A1的半圆环结构。

如图5F所示，大腿内部齿轮1B为设有外齿1B1的圆盘结构。大腿内部齿轮1B 的一面圆盘上固定有AA转动轴11A的AA连接盘，大腿内部齿轮1B的另一面圆盘上固定有大腿限位件1C。

如图5F、图5G所示，大腿限位件1C上设有锁销1C1，所述锁销1C1上设有竖锁孔1C2、AA通孔1C3和限位槽1C4，所述竖锁孔1C2用于大腿锁1D的竖锁柱 1D1穿过。穿过竖锁孔1C2的大腿锁1D的横锁柱1D2置于AA通孔1C3中。大腿锁1D的竖锁柱1D1在大腿限位件1C的限位槽1C4中运动。

如图5F所示，大腿锁1D上设有横锁柱1D2和竖锁柱1D1。

如图5F、图5A、图5B所示，大腿连接件1E上设有A上面板1E1和A下面板 1E2。A上面板1E1用于与腰部辅助板5的EA连接板5A的一端固定。A下面板1E2 上设有AB通孔1E3和AC通孔1E4。所述AB通孔1E3用于放置AA轴承11B，AA 轴承11B套接在AA转动轴11A的轴上，即套接有AA轴承11B的AA转动轴11A 穿过AB通孔1E3。所述AB通孔1E3处固定有AA压板11C。(如图5B所示)所述 AC通孔1E4用于放置AC轴承12B，AC轴承12B套接在AC转动轴12A的轴上，即套接有AC轴承12B的AC转动轴12A穿过AC通孔1E4。所述AC通孔1E4处固定有AB压板12C。

大腿上转动轴单元中的AA转动轴11A上设有AA连接盘11A1和AA轴11A2；所述AA转动轴11A的轴向中心是AA螺纹孔11A3。AA转动轴11A的AA连接盘11A1 固定在大腿内部齿轮1B的一面圆盘上。AA轴11A2上套接有AA轴承11B。AA压板 11C的中部设有AD通孔11C1，AD通孔11C1用于放置AB轴承11D。如图5A所示的大腿上转动轴单元的装配为，AA转动轴11A的AA连接盘11A1固定在大腿内部齿轮1B的一面圆盘上，AA转动轴11A的AA轴11A2穿过AA轴承11B和AB轴承 11D后，在端部的AA螺纹孔11A3中安装上AA螺钉11E。通过AA螺钉11E与AA 转动轴11A的连接实现将AB轴承11D安装在AA压板11C的AD通孔11C1中，同时由于AA压板11C固定在大腿连接件1E的A下面板1E2的AB通孔1E3处，从而达到通过AA螺钉11E压紧AA压板11C。

大腿下转动轴单元中的AB转动轴12A上设有AB连接盘12A1和AB轴12A2；所述AB转动轴12A的轴向中心是AB螺纹孔12A3。AB转动轴12A的AB连接盘 12A1固定在大腿盖板2B的大腿凸耳2B3处。AB轴12A2上套接有AB轴承12B。 AB压板12C的中部设有AE通孔12C1，AE通孔12C1用于放置AD轴承12D。AC 压板12G的中部设有AF通孔12G1，AF通孔12G1用于放置AB角度编码器12H。 AB螺钉12E的端面上设有用于放置AA角度编码器12F的A沉头孔12E1。如图5B所示的大腿下转动轴单元的装配为，AB转动轴12A的AB连接盘12A1固定在大腿连接件1E的A下面板1E2的AC通孔1E4处，AB转动轴12A的AB轴12A2穿过 AC轴承12B和AD轴承12D后，在端部的AB螺纹孔12A3中安装上AB螺钉12E。通过AB螺钉12E与AB转动轴12A的连接实现将AD轴承12D安装在AB压板12C 的AE通孔12C1中，同时由于AB压板12C固定在大腿连接件1E的A下面板1E2 的AC孔1E4处，从而达到通过AB螺钉12E压紧AB压板12C。在AB压板12C 上固定安装有AC压板12G，在AC压板12G的AF通孔12G1中安装的AB角度编码器12H与安装在AB螺钉12E的A沉头孔12E1中的AA角度编码器12F配合，获得大腿盖板2B上部相对于大腿连接件1E的A下面板1E2的运动角度。

将本发明设计的重力自平衡的下肢外骨骼结构体穿戴于人体上，本发明的髋关节1 的运动为：在大腿外部齿轮1A带动大腿内部齿轮1B运动时，大腿限位件1C随大腿内部齿轮1B运动，从而形成大腿运动方式(站立状态－前屈状态－后伸状态，如图6 所示)。大腿运动方式使得BA弹簧2E1和***簧2E2对大腿内部齿轮1B的旋转中心形成力臂。因弹簧预紧力与力臂产生的辅助力矩，克服了大腿运动时产生的重力力矩。

大腿内部齿轮运动组件的运动：在大腿内部齿轮1B的作动下，AA转动轴11A绕 AA压板11C的AD通孔11C1转动，所述AD通孔11C1内安装AA轴承11B，AB 轴承11D安装在大腿连接件1E的AB通孔1E3内，AA螺钉11E螺纹连接在AA转动轴11A的AA螺纹孔11A3中，通过AA螺钉11E压紧实现轴承的轴向固定，使得 AA转动轴11A的轴心绕绕着大腿连接件1E的AB通孔1E3转动。

髋关节运动组件的运动：在大腿外部齿轮1A的作动下，AB转动轴12A绕AB压板12C的AE通孔12C1转动，所述AE通孔12C1内安装AC轴承12B，进而绕着大腿连接件1E的AC通孔1E4转动；一方面AB转动轴12A端部的AB螺纹孔12A3 中安装AB螺钉12E，AB螺钉12E端部安装有AA角度编码器12F；另一方面AC压板12G固定在AB压板12C上，且AC压板12G的AF通孔12G1中安装有AB角度编码器12H。通过AA角度编码器12F和AB角度编码器12H的组合来获得大腿壳体(大腿外壳2A和大腿盖板2B)相对于大腿连接件1E的运动角度，即髋关节的运动角度。

大腿2

参见图1、图1A、图2、图2A、图2B、图5C、图D、图5F所示，大腿2由大腿外壳2A、大腿盖板2B、大腿连杆2C、大腿下连接板2D、BA转动轴单元、BB转动轴单元、BC转动轴单元和大腿重力平衡系数调节组件2E构成。

如图2A所示，大腿外壳2A的大腿外壳面板2A1上设有用于线缆穿过的BG通孔2A11。大腿外壳2A的大腿外壳下面板2A2上设有用于大腿重力平衡系数调节组件2E 中大腿丝杠2E3上端穿过的BH通孔2A21。

如图2A、图2B所示，大腿盖板2B的上端端部是大腿圆环2B1，大腿圆环2B1 与大腿安装面板2B4之间设有大腿限位孔2B2，大腿限位孔2B2内设有大腿凸耳2B3。大腿圆环2B1上安装有大腿外部齿轮1A。大腿凸耳2B3上安装有AB转动轴12A。在本发明中，大腿外壳2A与大腿盖板2B通过四个直角体(2K1、2K2、2K3、2K4) 连接固定，即第一直角体2K1和第二直角体2K2平行放置且一端固定在大腿安装面板 2B4上，另一端与大腿外壳2A固定；第三直角体2K3和第四直角体2K4平行放置平行放置且一端固定在大腿安装面板2B4上，另一端与大腿外壳2A固定。

如图2A所示，大腿连杆2C的上端设有BD通孔2C1，大腿连杆2C的下端设有 BE通孔2C2。BD通孔2C1一方面用于放置BB轴承21D，BD通孔2C1另一方面用于BA螺钉21E穿过。BE通孔2C2一方面用于放置BD轴承22D，BE通孔2C2 另一方面用于BB螺钉22E穿过。

如图2A所示，大腿下连接板2D上设有BF通孔2D1，BF通孔2D1用于放置 BE轴承23B，BE轴承23B套接在BC转动轴23A上。

如图2A、图2B、图2C所示，大腿重力平衡系数调节组件2E包括有弹簧、丝杠、导轨和滑块。BA导轨2G1、BB导轨2G2、大腿BA丝杠座2E5和大腿BB丝杠座 2E6固定在大腿盖板2B的大腿安装面板2B4上。BA滑块2H1活动连接在BA导轨 2G1上。BB滑块2H2活动连接在BB导轨2G2上。

如图2C所示，大腿螺母2E4套接在大腿丝杠2E3上。大腿螺母2E4上设有BC 支柱2E4A、丝杠孔2E4C、BD支柱2E4B；BC支柱2E4A用于挂接BA弹簧2E1 有的BA弹簧下挂钩2E1B；BD支柱2E4B用于挂接***簧2E2有的***簧下挂钩2E2B；丝杠孔2E4C用于大腿丝杠2E3的一端穿过；BC支柱2E4A的外端设有用于安装BF螺钉2E4E的BF螺纹孔；BD支柱2E4B的外端设有用于安装BG螺钉 2E4F的BG螺纹孔2E4D。BG螺钉2E4F的一面板固定在BB滑块2H2上。BG螺钉2E4F固定在大腿安装面板2B4上。

如图2C所示，大腿BA丝杠座2E5的凸台上设有放置大腿丝杠2E3上端的沉头通孔2E51，沉头通孔2E51的下端安装有BG轴承2E52，BG轴承2E52套接在大腿丝杠4E3的上端。大腿BA丝杠座2E5固定在大腿安装面板2B4上。

如图2C所示，大腿BB丝杠座2E6为L构型，一端固定在大腿安装面板2B4上，另一端上设有供大腿丝杠2E3穿过的BK通孔2E61。

在本发明中，大腿丝杠2E3的安装为，大腿丝杠2E3的上端顺次穿过BG轴承挡圈2M的中心通孔、BG轴承2L、大腿BB丝杠座2E6的BK通孔2E61、大腿螺母 2E4的丝杠孔2E4C后，置于大腿BA丝杠座2E5的沉头通孔2E51中；大腿丝杠2E3 的下端连接有大腿调节手柄2N。通过左右旋大腿调节手柄2N用于调节大腿螺母2E4 在大腿丝杠2E3上的位置，进而调节BA弹簧2E1和***簧2E2的预紧力。

如图2C所示，BA连接件2J由缠线体和两个螺钉(2J5、2J6)构成，缠线体上设有BA支柱2J1、第一缠线体2J3、第二缠线体2J4和BB支柱2J2；BA支柱2J1 用于挂接BA弹簧2E1有的BA弹簧上挂钩2E1A；BB支柱2J2用于挂接***簧 2E2有的***簧上挂钩2E2A。第一缠线体2J3与第二缠线体2J4之间是大腿缠线间隙2J-1；所述大腿缠线间隙2J-1用于缠绕捆绑鲍登线的下端。BA支柱2J1的外端设有用于安装BD螺钉2J5的BD螺纹孔；BB支柱2J2的外端设有用于安装BE螺钉2J6的BE螺纹孔2J21。第一缠线体2J3上设有BI通孔2J31，穿过BI通孔2J31 的螺钉固定在BA滑块2H1上。第二缠线体2J4上设有BH通孔2J41，穿过BH通孔2J41的螺钉固定在BA滑块2H1上。

如图2C所示，BA鲍登线固定件2F1上设有用于BA管帽2F11穿过的BM通孔 2F12。BB鲍登线固定件2F2上设有用于BB管帽2F21穿过的BL通孔2F22。BA 鲍登线固定件2F1和BB鲍登线固定件2F2分别固定在大腿盖板2B上。BA管帽2F11 和BB管帽2F21用于大腿部分的鲍登线穿过。大腿部分的鲍登线一端固定在大腿锁 1D上，另一端顺次穿过BA管帽2F11、BB管帽2F21后，缠绕在BA连接件2J上。使用2个管帽引导大腿部分的鲍登线，有利于阻止大腿部分的鲍登线在运动过程中出现的鲍登线摆动。

如图2A所示，BA转动轴单元包括有BA转动轴21A、BA轴承21B、BA压板 21C、BB轴承21D和BA螺钉21E。BA转动轴单元中的BA转动轴21A上设有BA 连接盘21A1和BA轴21A2；所述BA转动轴21A的轴向中心是BA螺纹孔21A3。 BA转动轴21A的BA连接盘21A1固定在大腿连接件1E的A下面板1E2的AC通孔1E4处(如图5F所示)。BA轴21A2上套接有BA轴承21B。BA压板21C的中部设有BA通孔21C1，BA通孔21C1用于放置BB轴承21D。如图2A所示的BA 转动轴单元的装配为，BA转动轴21A的BA连接盘21A1固定在大腿连接件1E的A 下面板1E2上，BA转动轴21A的BA轴21A2穿过BA轴承21B和BB轴承21D 后，在端部的BA螺纹孔21A3中安装上BA螺钉21E。通过BA螺钉21E与BA转动轴21A的连接实现将BB轴承21D安装在BA压板21C的BA通孔21C1中，同时由于BA压板21C固定在大腿连杆2C的上端的BD通孔2C1处，从而实现BA转动轴单元与大腿连杆2C的上端的连接。

如图2A所示，BB转动轴单元包括有BB转动轴22A、BC轴承22B、BB压板 22C、BD轴承22D和BB螺钉22E。BB转动轴单元中的BB转动轴22A上设有BB 连接盘22A1和BB轴22A2；所述BB转动轴22A的轴向中心是BB螺纹孔22A3。 BB转动轴22A的BB连接盘22A1固定在大腿下连接板2D的一端。BB轴22A2上套接有BC轴承22B。BB压板22C的中部设有BB通孔22C1，BB通孔22C1用于放置BD轴承22D。如图2A所示的BB转动轴单元的装配为，BB转动轴22A的BB 连接盘22A1固定在大腿连杆2C下端的BE通孔2C2处，BB转动轴22A的BB轴 22A2穿过BC轴承22B和BD轴承22D后，在端部的BB螺纹孔22A3中安装上 BB螺钉22E。通过BB螺钉22E与BB转动轴22A的连接实现将BD轴承22D安装在BB压板22C的BB通孔22C1中，同时由于BB压板22C固定在大腿连杆2C 的下端的BE通孔2C2处，从而实现BB转动轴单元与大腿连杆2C的下端的连接。

如图2C所示，BC转动轴单元包括有BC转动轴23A、BE轴承23B、BC压板23C、BF轴承23D和BC螺钉23E。BC转动轴单元中的BC转动轴23A上设有BC 连接盘23A1和BC轴23A2；所述BC转动轴23A的轴向中心是BC螺纹孔23A3。 BC转动轴23A的BC连接盘23A1固定在大腿盖板2B的下端，且BC转动轴23A 的BC轴23A2上套接有BE轴承23B，BE轴承23B置于大腿下连接板2D的BF通孔2D1中(如图2A所示)。BC压板23C的中部设有BC通孔23C1，BC通孔23C1 用于放置BF轴承23D。如图2A所示的BC转动轴单元的装配为，BC转动轴23A的 BC连接盘23A1固定在大腿盖板2B的下端，BC转动轴23A的BC轴23A2穿过BE 轴承23B和BF轴承23D后，在端部的BC螺纹孔23A3中安装上BC螺钉23E。通过BC螺钉23E与BC转动轴23A的连接实现将BF轴承23D安装在BC压板23C 的BC通孔23C1中，同时由于BC压板23C固定在大腿下连接板2D的BF通孔2D1处，从而实现BC转动轴单元与大腿下连接板2D的连接。

在本发明中，如图2所示画出的两条虚线，通过四个转动轴构成一个平行四边形，从而保证在髋关节运动过程中，两条虚线始终保持平行。四个转动轴是指BA转动轴 21A、AB转动轴12A、BC转动轴23A和BB转动轴22A。

膝关节3

参见图1、图1A、图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，膝关节3由小腿外部齿轮3A、小腿内部齿轮3B、小腿限位件3C、小腿锁3D、小腿连接件3E、小腿上转动轴单元和小腿下转动轴单元构成；所述小腿上转动轴单元(如图3B所示)包括有 CA转动轴31A、CA轴承31B、CA压板31C、CB轴承31D和CA螺钉31E；所述小腿下转动轴单元(如图3C所示)包括有CB转动轴32A、CC轴承32B、CC压板 32C、CD轴承32D、CB螺钉32E、CA角度编码器32F、CC压板32G和CB角度编码器32H。其中，小腿外部齿轮3A与小腿内部齿轮3B的半径比为2:1。小腿内部齿轮运动与膝关节运动的角度之比为2:1。

如图3D所示，小腿外部齿轮3A为设有内齿3A1的半圆环结构。

如图3D所示，小腿内部齿轮3B为设有外齿3B1的圆盘结构。小腿内部齿轮3B 的一面圆盘上固定有CA转动轴31A的CA连接盘，小腿内部齿轮3B的另一面圆盘上固定有小腿限位件3C。

如图3D、图3E所示，小腿限位件3C上设有锁销3C1，所述锁销3C1上设有竖锁孔3C2、CA通孔3C3和限位槽3C4，所述竖锁孔3C2用于小腿锁3D的竖锁柱 3D1穿过。穿过竖锁孔3C2的小腿锁3D的横锁柱3D2置于CA通孔3C3中。小腿锁3D的竖锁柱3D1在小腿限位件3C的限位槽3C4中运动。

如图3D所示，小腿锁3D上设有横锁柱3D2和竖锁柱3D1。

如图3D、图3B、图3C所示，小腿连接件3E上设有CB通孔3E1和CC通孔 3E2。所述CB通孔3E1用于放置CA轴承31B，CA轴承31B套接在CA转动轴31A 的轴上，即套接有CA轴承31B的CA转动轴31A穿过CB通孔3E3。所述CB通孔 3E1处固定有CA压板31C。(如图3C所示)所述CC通孔3E2用于放置CC轴承 32B，CC轴承32B套接在CC转动轴32A的轴上，即套接有CC轴承32B的CC转动轴32A穿过CC通孔3E4。所述CC通孔3E2处固定有CB压板32C。

小腿上转动轴单元中的CA转动轴31A上设有CA连接盘31A1和CA轴31A2；所述CA转动轴31A的轴向中心是CA螺纹孔31A3。CA转动轴31A的CA连接盘 31A1固定在小腿内部齿轮3B的一面圆盘上。CA轴31A2上套接有CA轴承31B。CA压板31C的中部设有CD通孔31C1，CD通孔31C1用于放置CB轴承31D。如图3B所示的小腿上转动轴单元的装配为，CA转动轴31A的CA连接盘31A1固定在小腿内部齿轮3B的一面圆盘上，CA转动轴31A的CA轴31A2穿过CA轴承31B和CB轴承31D后，在端部的CA螺纹孔31A3中安装上CA螺钉31E。通过CA螺钉31E与CA转动轴31A的连接实现将CB轴承31D安装在CA压板31C的CD通孔31C1中，同时由于CA压板31C固定在小腿连接件3E的CB通孔3E1处，从而达到通过CA螺钉31E压紧CA压板31C。

小腿下转动轴单元中的CB转动轴32A上设有CB连接盘32A1和CB轴32A2；所述CB转动轴32A的轴向中心是CB螺纹孔32A3。CB转动轴32A的CB连接盘 32A1固定在小腿盖板4B的小腿凸耳4B3处。CB轴32A2上套接有CB轴承32B。 CB压板32C的中部设有CE通孔32C1，CE通孔32C1用于放置CD轴承32D。 CC压板32G的中部设有CF通孔32G1，CF通孔32G1用于放置CB角度编码器32H。 CB螺钉32E的端面上设有用于放置CA角度编码器32F的C沉头孔32E1。如图3C所示的小腿下转动轴单元的装配为，CB转动轴32A的CB连接盘32A1固定在小腿连接件3E的C下面板3E2的CC通孔3E4处，CB转动轴32A的CB轴32A2穿过 CC轴承32B和CD轴承32D后，在端部的CB螺纹孔32A3中安装上CB螺钉32E。通过CB螺钉32E与CB转动轴32A的连接实现将CD轴承32D安装在CB压板32C 的CE通孔32C1中，同时由于CB压板32C固定在小腿连接件3E的CC孔3E2处，从而达到通过CB螺钉32E压紧CB压板32C。在CB压板32C上固定安装有CC压板32G，在CC压板32G的CF通孔32G1中安装的CB角度编码器32H与安装在 CB螺钉32E的C沉头孔32E1中的CA角度编码器32F配合，获得小腿盖板2B上部相对于小腿连接件3E的C下面板3E2的运动角度。

将本发明设计的重力自平衡的下肢外骨骼结构体穿戴于人体上，本发明的膝关节3 的运动为：在小腿外部齿轮3A带动小腿内部齿轮3B运动时，小腿限位件3C随小腿内部齿轮3B运动，从而形成小腿运动方式(站立状态－屈曲状态，如图7所示)。小腿运动方式使得BA弹簧2E1和***簧2E2对小腿内部齿轮3B的旋转中心形成力臂。因弹簧预紧力与力臂产生的辅助力矩，克服了小腿运动时产生的重力力矩。

小腿内部齿轮运动组件的运动：在小腿内部齿轮3B的作动下，CA转动轴31A绕 CA压板31C的CD通孔31C1转动，所述CD通孔31C1内安装CA轴承31B，CB 轴承31D安装在小腿连接件3E的CB通孔3E3内，CA螺钉31E螺纹连接在CA转动轴31A的CA螺纹孔31A3中，通过CA螺钉31E压紧实现轴承的轴向固定，使得 CA转动轴31A的轴心绕绕着小腿连接件3E的CB通孔3E3转动。

膝关节运动组件的运动：在小腿外部齿轮3A的作动下，CB转动轴32A绕CB压板32C的CE通孔32C1转动，所述CE通孔32C1内安装CC轴承32B，进而绕着小腿连接件3E的CC通孔3E4转动；一方面CB转动轴32A端部的CB螺纹孔32A3 中安装CB螺钉32E，CB螺钉32E端部安装有CA角度编码器32F；另一方面CC 压板32G固定在CB压板32C上，且CC压板32G的CF通孔32G1中安装有CB 角度编码器32H。通过CA角度编码器32F和CB角度编码器32H的组合来获得小腿壳体(小腿外壳2A和小腿盖板2B)相对于小腿连接件3E的运动角度，即膝关节的运动角度。

参见图1、图1A、图3、图3A、图3B、图3C、图3D所示，膝关节3由第一导杆3F、第二导杆3G、第一导杆座3H、第二导杆座3J、第三导杆座3K和第四导杆座 3L组成。

第一导杆3F的下端设有CA通孔3F1。第二导杆3G的下端设有CB通孔3G1。第一导杆座3H上设有CA横向孔3H1和CA纵向孔3H2。第一导杆座3H通过螺钉固定在大腿下连接板2D上。CA纵向孔3H2用于放置第一导杆3F的上端。CA横向孔3H1用于顶丝穿过，穿过所述CA横向孔3H1的顶丝将第一导杆3F顶紧在CA纵向孔3H2中。第二导杆座3J上设有CB横向孔3J1和CB纵向孔3J2。第二导杆座 3J通过螺钉固定在小腿上连接板4C上。CB纵向孔3J2用于放置第一导杆3F的下端。 CB横向孔3J1用于顶丝穿过，穿过所述CB横向孔3J1的顶丝将第一导杆3F顶紧在 CB纵向孔3J2中。第三导杆座3K上设有CC横向孔3K1和CC纵向孔3K2。第三导杆座3K通过螺钉固定在大腿下连接板2D上。CC纵向孔3K2用于放置第二导杆 3G的上端。CC横向孔3K1用于顶丝穿过，穿过所述CC横向孔3K1的顶丝将第二导杆3G顶紧在CC纵向孔3K2中。第四导杆座3L上设有CD横向孔3L1和CD纵向孔3L2。第四导杆座3L通过螺钉固定在小腿上连接板4C上。CD纵向孔3L2用于放置第二导杆3G的上端。CD横向孔3L1用于顶丝穿过，穿过所述CD横向孔3L1 的顶丝将第二导杆3G顶紧在CD纵向孔3L2中。

在本发明中，第一导杆3F的下端顺次穿过第一导杆座3H的CA纵向孔3H2、第二导杆座3J的CB纵向孔3J2后，且第一导杆3F的下端部露出在第二导杆座3J的下端外。在本发明中，第二导杆3G的下端顺次穿过第三导杆座3K的CC纵向孔3K2、第四导杆座3L的CD纵向孔3L2后，且第二导杆3G的下端部露出在第四导杆座3L 的下端外。

在本发明中，在调节大腿长度时，先松开第二导杆座3J和第四导杆座3L上的顶丝，使两个导杆座(第二导杆座3J和第四导杆座3L)在各自的导杆(第一导杆3F和第二导杆3G)上移动；调节好长度后，再将第二导杆座3J和第四导杆座3L上的顶丝拧紧，达到导杆座与导杆的固定。

小腿4

参见图1、图1A、图4、图4A、图4B、图4C所示，小腿4由小腿外壳4A、小腿盖板4B、小腿上连接板4C、DA转动轴单元、DB转动轴单元、DC转动轴单元和大腿重力平衡系数调节组件4E构成。

如图4A所示，小腿外壳4A的小腿外壳下面板4A2上设有用于小腿重力平衡系数调节组件4E中小腿丝杠4E3上端穿过的DH通孔4A21。

如图4A、图4B所示，小腿盖板4B的上端端部是小腿圆环4B1，小腿圆环4B1 与小腿安装面板4B4之间设有小腿限位孔4B2，小腿限位孔4B2内设有小腿凸耳4B3。小腿圆环4B1上安装有小腿外部齿轮1A。小腿凸耳4B3上安装有AB转动轴12A。在本发明中，小腿外壳4A与小腿盖板4B通过四个直角体(4K1、4K2、4K3、4K4) 连接固定，即第五直角体4K1和第六直角体4K2平行放置且一端固定在小腿安装面板 4B4上，另一端与小腿外壳4A固定；第七直角体4K3和第八直角体4K4平行放置平行放置且一端固定在小腿安装面板4B4上，另一端与小腿外壳4A固定。

如图4A、图4B、图4C所示，小腿重力平衡系数调节组件4E包括有弹簧、丝杠、导轨和滑块。DA导轨4G1、DB导轨4G2、小腿DA丝杠座4E5和小腿DB丝杠座 4E6固定在小腿盖板4B的小腿安装面板4B4上。DA滑块4H1活动连接在DA导轨4G1上。DB滑块4H2活动连接在DB导轨4G2上。

如图4C所示，小腿螺母4E4套接在小腿丝杠4E3上，且小腿螺母4E4固定在 DB滑块4H2上。小腿螺母4E4上设有DC支柱4E4A、丝杠孔4E4C、DD支柱4E4B； DC支柱4E4A用于挂接DA弹簧4E1有的DA弹簧下挂钩4E1B；DD支柱4E4B 用于挂接DB弹簧4E2有的DB弹簧下挂钩4E2B；丝杠孔4E4C用于小腿丝杠4E3 的一端穿过；DC支柱4E4A的外端设有用于安装DF螺钉4E4E的DF螺纹孔；DD 支柱4E4B的外端设有用于安装DG螺钉4E4F的DG螺纹孔4E4D。DG螺钉4E4F 的一面板固定在DB滑块4H2上。DG螺钉4E4F固定在小腿安装面板4B4上。

如图4C所示，小腿DA丝杠座4E5的凸台上设有放置小腿丝杠4E3上端的沉头通孔4E51，沉头通孔4E51的下端安装有DG轴承4E52，DG轴承4E52套接在小腿丝杠4E3的上端。小腿DA丝杠座4E5固定在小腿安装面板4B4上。

如图4C所示，小腿DB丝杠座4E6的一端固定在小腿安装面板4B4上，另一端上设有供小腿丝杠4E3穿过的DK通孔4E61。

在本发明中，小腿丝杠4E3的安装为，小腿丝杠4E3的上端顺次穿过DG轴承挡圈4M的中心通孔、DG轴承4L、小腿DB丝杠座4E6的DK通孔4E61、小腿螺母 4E4的丝杠孔4E4C后，置于小腿DA丝杠座4E5的沉头通孔4E51中(沉头通孔 4E51内安装有DG轴承4E52，DG轴承4E52的内圈套接在小腿丝杠4E3的上端)；小腿丝杠4E3的下端连接有小腿调节手柄4N。通过左右旋小腿调节手柄4N用于调节小腿螺母4E4在小腿丝杠4E3上的位置，进而调节DA弹簧4E1和DB弹簧4E2的预紧力。

如图4C所示，DA连接件4J由缠线体和两个螺钉(4J5、4J6)构成，缠线体上设有DA支柱4J1、第一缠线体4J3、第二缠线体4J4和DB支柱4J2；DA支柱4J1 用于挂接DA弹簧4E1有的DA弹簧上挂钩4E1A；DB支柱4J2用于挂接DB弹簧 4E2有的DB弹簧上挂钩4E2A。第一缠线体4J3与第二缠线体4J4之间是小腿缠线间隙4J-1；所述小腿缠线间隙4J-1用于缠绕捆绑鲍登线的下端。DA支柱4J1的外端设有用于安装DD螺钉4J5的DD螺纹孔；DB支柱4J2的外端设有用于安装DE 螺钉4J6的DE螺纹孔4J21。第一缠线体4J3上设有DI通孔4J31，穿过DI通孔 4J31的螺钉固定在DA滑块4H1上。第二缠线体4J4上设有DH通孔4J41，穿过 DH通孔4J41的螺钉固定在DA滑块4H1上。

如图4C所示，DB鲍登线固定件4F2上设有用于管帽4F1穿过的DL通孔4F21。 DB鲍登线固定件4F2固定在小腿盖板4B上。管帽4F1用于小腿部分的鲍登线穿过。小腿部分的鲍登线一端固定在小腿锁4D上，另一端穿过管帽4F1后，缠绕在DA连接件4J上。使用管帽4F1引导小腿部分的鲍登线，有利于阻止小腿部分的鲍登线在运动过程中出现的鲍登线摆动。

腰部辅助板5

参见图1、图1A所示，腰部辅助板5由多块连接板构成；其中，EA连接板5A的一端安装在大腿连接件1E的A上面板1E1上，EA连接板5A的另一端与EB连接板 5B之间安装有EC连接板5C，EC连接板5C上安装有ED连接板5D。在本发明中，通过腰部辅助板5与人进行腰部固定。

大腿部辅助板6

参见图1、图1A所示，大腿部辅助板6由大腿护板6A和大腿支撑体6B构成；其中，大腿支撑体6B固定在大腿盖板2B上，大腿支撑体6B的另一端面板上固定有大腿护板6A。在本发明中，穿戴时通过大腿护板6A与人的大腿部位接触实现捆绑。

小腿部辅助板7

参见图1、图1A所示，小腿部辅助板7由小腿护板7A和小腿支撑体7B构成；其中，小腿支撑体7B固定在大腿盖板2B上，小腿支撑体7B的另一端面板上固定有小腿护板7A。在本发明中，穿戴时通过小腿护板7A与人的小腿部位接触实现捆绑。

大腿与小腿的运动原理：

在本发明中，大腿与小腿的运动原理是相同的。本发明设计的被动式外骨骼使用弹簧预储能的方式对穿戴者提供助力，在等效弹簧提供的直线运动下，实现了外骨骼结构的安全使用，对于本发明设计的把弹簧嵌入到外骨骼内部的原理，如图6、图7所示。点O₁是大腿外部齿轮的虚拟中心点，r是大腿外部齿轮的半径，点O₂是大腿内部齿轮的中心点，d是大腿内部齿轮的半径，点P是弹簧与大腿内部齿轮的固定点(即特征点 P)，点E是弹簧与大腿下端的固定点，点O₃是小腿外部齿轮的虚拟中心点，点O₄是小腿内部齿轮的中心点，点A是弹簧与小腿内部齿轮的固定点(即特征点A)，点B是弹簧与小腿下端的固定点。由于本发明中的髋关节与膝关节的结构相同，同时大腿外部齿轮与小腿外部齿轮结构相同，大腿内部齿轮与小腿内部齿轮结构相同，因此特征点P 与特征点A可以等效。在图6所示的大腿运动中，由于等效弹簧(即BA弹簧2E1和***簧2E2)的两端分别固定在点P和点E上，在大腿外部齿轮3A与大腿内部齿轮 3B的齿轮半径比为2:1时，根据齿轮传动规律，可以得到大腿内部齿轮3B的转动角度是大腿外部齿轮3A的转动角度的两倍。在站立状态时，PO₁E在一条直线上，根据前屈状态的几何关系则有，∠P_前屈O₁E＝∠O₂O₁E+∠P_前屈O₁O₂＝π，θ_前屈表示由站立状态运行至前屈状态时髋关节转过的角度，β_前屈表示大腿内部齿轮由站立状态运行至前屈状态时的转动角度， P_前屈表示特征点P由站立状态运行至前屈状态下的点，因此得到线条P_前屈O₁和线条 O₁E在前屈状态时始终保持一条直线上(即P_前屈E直线)，即特征点P始终在线条O₁E 上运动。将前屈状态下的弹簧力，记为F_前屈，大腿内部齿轮3B的转动中心O₂到弹簧作用力所在P_前屈E直线的垂直距离为dsinθ_前屈，则有，弹簧力F_前屈对大腿内部齿轮3B 的力矩为F_前屈dsinθ_前屈。由于大腿外部齿轮3A与大腿内部齿轮3B的齿轮半径比为2:1，根据齿轮传动规律，得到弹簧力F_前屈对髋关节的辅助力矩为2F_前屈dsinθ_前屈。大腿的后伸状态与大腿的前屈状态是相同的。根据后伸状态的几何关系则有，∠P_后伸O₁E＝∠O₂O₁E+∠P_后伸O₁O₂＝π，θ_后伸表示由站立状态运行至后伸状态时髋关节转过的角度，β_后伸表示大腿内部齿轮由站立状态运行至后伸状态时的转动角度，P_后伸表示特征点P由站立状态运行至后伸状态下的点，因此得到线条P_后伸O₁和线条O₁E在后伸状态时始终保持一条直线上(即P_后伸E直线)，即特征点P始终在线条O₁E上运动。将后伸状态下的弹簧力，记为F_后伸，大腿内部齿轮3B的转动中心O₂到弹簧作用力所在P_后伸E直线的垂直距离为dsinθ_后伸，则有，弹簧力F_后伸对大腿内部齿轮3B的力矩为F_后伸dsinθ_后伸。由于大腿外部齿轮3A与大腿内部齿轮3B的齿轮半径比为2:1，根据齿轮传动规律，得到弹簧力F_后伸对髋关节的辅助力矩为2F_后伸dsinθ_后伸。所以在髋关节转动过程中，等效弹簧只进行PE线上的直线运动。故而实现了把弹簧嵌套在外骨骼内部。

在大腿运动的同时小腿也运动，在图7所示的小腿运动中，由于等效弹簧(即DA 弹簧4E1和DB弹簧4E2)的两端分别固定在点A和点B上，在小腿外部齿轮4A与小腿内部齿轮4B的齿轮半径比为2:1时，根据齿轮传动规律，可以得到小腿内部齿轮 4B的转动角度是小腿外部齿轮4A的转动角度的两倍。在站立状态时，AO₃B在一条直线上，根据屈曲状态的几何关系则有，∠A_屈曲O₃B＝∠O₄O₃B+∠A_屈曲O₃O₄＝π，θ_屈曲表示由站立状态运行至屈曲状态时膝关节转过的角度，β_曲屈表示小腿内部齿轮由站立状态运行至屈曲状态时的转动角度， A_屈曲表示特征点A由站立状态运行至屈曲状态下的点，因此得到线条A_屈曲O₃和线条 O₃B在屈曲状态时始终保持一条直线上(即A_屈曲B直线)，即特征点P始终在线条O₃B 上运动。将屈曲状态下的弹簧力，记为F_屈曲，小腿内部齿轮4B的转动中心O₄到弹簧作用力所在A_屈曲B直线的垂直距离为dsinθ_屈曲，则有，弹簧力F_屈曲对小腿内部齿轮4B 的力矩为F_屈曲dsinθ_屈曲。由于小腿外部齿轮4A与小腿内部齿轮4B的齿轮半径比为 2:1，根据齿轮传动规律，得到弹簧力F_屈曲对膝关节的辅助力矩为2F_屈曲dsinθ_屈曲。所以在膝关节转动过程中，等效弹簧只进行AB线上的直线运动。故而实现了把弹簧嵌套在外骨骼内部。

本发明的一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体，所要解决的是现有重力自平衡机构弹簧外置，结构庞大等缺陷的技术问题，本发明结构体通过将下肢关节的转动运动映射为一个特征点沿着摆动连杆轴线作直线运动的方式，使得线性弹簧可以安装在外骨骼的连杆内部，且在关节运动过程中，能形成相应的力矩来平衡整个人机***的重力。本发明颠覆了传统的弹簧外置的重力平衡结构设计思路，在保证外骨骼的紧凑性和安全性的基础上实现整个人机***的重力自平衡。该外骨骼主要用于辅助老年人、下肢运动功能障碍患者日常行走。

Claims

1.一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体，下肢外骨骼结构体包括有髋关节(1)、大腿(2)、膝关节(3)和小腿(4)；其特征在于：

髋关节(1)由大腿外部齿轮(1A)、大腿内部齿轮(1B)、大腿限位件(1C)、大腿锁(1D)、大腿连接件(1E)、大腿上转动轴单元和大腿下转动轴单元构成；所述大腿上转动轴单元包括有AA转动轴(11A)、AA轴承(11B)、AA压板(11C)、AB轴承(11D)和AA螺钉(11E)；所述大腿下转动轴单元包括有AB转动轴(12A)、AC轴承(12B)、AC压板(12C)、AD轴承(12D)、AB螺钉(12E)、AA角度编码器(12F)、AC压板(12G)和AB角度编码器(12H)；髋关节(1)通过大腿连接板(1E)与腰部辅助板(5)的EA连接板(5A)固定；

大腿上转动轴单元中的AA转动轴(11A)上设有AA连接盘(11A1)和AA轴(11A2)；所述AA转动轴(11A)的轴向中心是AA螺纹孔(11A3)；AA转动轴(11A)的AA连接盘(11A1)固定在大腿内部齿轮(1B)的一面圆盘上；AA轴(11A2)上套接有AA轴承(11B)；AA压板(11C)的中部设有AD通孔(11C1)，AD通孔(11C1)用于放置AB轴承(11D)；AA转动轴(11A)的AA连接盘(11A1)固定在大腿内部齿轮(1B)的一面圆盘上，AA转动轴(11A)的AA轴(11A2)穿过AA轴承(11B)和AB轴承(11D)后，在端部的AA螺纹孔(11A3)中安装上AA螺钉(11E)；通过AA螺钉(11E)与AA转动轴(11A)的连接实现将AB轴承(11D)安装在AA压板(11C)的AD通孔(11C1)中，同时由于AA压板(11C)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)的AB通孔(1E3)处，从而达到通过AA螺钉(11E)压紧AA压板(11C)；

大腿下转动轴单元中的AB转动轴(12A)上设有AB连接盘(12A1)和AB轴(12A2)；所述AB转动轴(12A)的轴向中心是AB螺纹孔(12A3)；AB转动轴(12A)的AB连接盘(12A1)固定在大腿盖板(2B)的大腿凸耳(2B3)处；AB轴(12A2)上套接有AB轴承(12B)；AB压板(12C)的中部设有AE通孔(12C1)，AE通孔(12C1)用于放置AD轴承(12D)；AC压板(12G)的中部设有AF通孔(12G1)，AF通孔(12G1)用于放置AB角度编码器(12H)；AB螺钉(12E)的端面上设有用于放置AA角度编码器(12F)的A沉头孔(12E1)；AB转动轴(12A)的AB连接盘(12A1)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)的AC通孔(1E4)处，AB转动轴(12A)的AB轴(12A2)穿过AC轴承(12B)和AD轴承(12D)后，在端部的AB螺纹孔(12A3)中安装上AB螺钉(12E)；通过AB螺钉(12E)与AB转动轴(12A)的连接实现将AD轴承(12D)安装在AB压板(12C)的AE通孔(12C1)中，同时由于AB压板(12C)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)的AC孔(1E4)处，从而达到通过AB螺钉(12E)压紧AB压板(12C)；在AB压板(12C)上固定安装有AC压板(12G)，在AC压板(12G)的AF通孔(12G1)中安装AB角度编码器(12H)；

大腿内部齿轮运动组件的运动：在大腿内部齿轮(1B)的作动下，AA转动轴(11A)绕AA压板(11C)的AD通孔(11C1)转动，所述AD通孔(11C1)内安装AA轴承(11B)，AB轴承(11D)安装在大腿连接件(1E)的AB通孔(1E3)内，AA螺钉(11E)螺纹连接在AA转动轴(11A)的AA螺纹孔(11A3)中，通过AA螺钉(11E)压紧实现轴承的轴向固定，使得AA转动轴(11A)的轴心绕绕着大腿连接件(1E)的AB通孔(1E3)转动；

髋关节运动组件的运动：在大腿外部齿轮(1A)的作动下，AB转动轴(12A)绕AB压板(12C)的AE通孔(12C1)转动，所述AE通孔(12C1)内安装AC轴承(12B)，进而绕着大腿连接件(1E)的AC通孔(1E4)转动；一方面AB转动轴(12A)端部的AB螺纹孔(12A3)中安装AB螺钉(12E)，AB螺钉(12E)端部安装有AA角度编码器(12F)；另一方面AC压板(12G)固定在AB压板(12C)上，且AC压板(12G)的AF通孔(12G1)中安装有AB角度编码器(12H)；

大腿(2)由大腿外壳(2A)、大腿盖板(2B)、大腿连杆(2C)、大腿下连接板(2D)、BA转动轴单元、BB转动轴单元、BC转动轴单元和大腿重力平衡系数调节组件(2E)构成；

大腿外壳(2A)的大腿外壳面板(2A1)上设有用于线缆穿过的BG通孔(2A11)；大腿外壳(2A)的大腿外壳下面板(2A2)上设有用于大腿重力平衡系数调节组件(2E)中大腿丝杠(2E3)上端穿过的BH通孔(2A21)；

大腿盖板(2B)的上端端部是大腿圆环(2B1)，大腿圆环(2B1)与大腿安装面板(2B4)之间设有大腿限位孔(2B2)，大腿限位孔(2B2)内设有大腿凸耳(2B3)；大腿圆环(2B1)上安装有大腿外部齿轮(1A)；大腿凸耳(2B3)上安装有AB转动轴(12A)；第一直角体(2K1)和第二直角体(2K2)平行放置且一端固定在大腿安装面板(2B4)上，另一端与大腿外壳(2A)固定；第三直角体(2K3)和第四直角体(2K4)平行放置平行放置且一端固定在大腿安装面板(2B4)上，另一端与大腿外壳(2A)固定；

大腿连杆(2C)的上端设有BD通孔(2C1)，大腿连杆(2C)的下端设有BE通孔(2C2)；BD通孔(2C1)一方面用于放置BB轴承(21D)，BD通孔(2C1)另一方面用于BA螺钉(21E)穿过；BE通孔(2C2)一方面用于放置BD轴承(22D)，BE通孔(2C2)另一方面用于BB螺钉(22E)穿过；

大腿重力平衡系数调节组件(2E)包括有弹簧、丝杠、导轨和滑块；BA导轨(2G1)、BB导轨(2G2)、大腿BA丝杠座(2E5)和大腿BB丝杠座(2E6)固定在大腿盖板(2B)的大腿安装面板(2B4)上；BA滑块(2H1)活动连接在BA导轨(2G1)上；BB滑块(2H2)活动连接在BB导轨(2G2)上；

大腿螺母(2E4)套接在大腿丝杠(2E3)上；大腿螺母(2E4)上设有BC支柱(2E4A)、丝杠孔(2E4C)、BD支柱(2E4B)；BC支柱(2E4A)用于挂接BA弹簧(2E1)有的BA弹簧下挂钩(2E1B)；BD支柱(2E4B)用于挂接***簧(2E2)有的***簧下挂钩(2E2B)；丝杠孔(2E4C)用于大腿丝杠(2E3)的一端穿过；BC支柱(2E4A)的外端设有用于安装BF螺钉(2E4E)的BF螺纹孔；BD支柱(2E4B)的外端设有用于安装BG螺钉(2E4F)的BG螺纹孔(2E4D)；BG螺钉(2E4F)的一面板固定在BB滑块(2H2)上；BG螺钉(2E4F)固定在大腿安装面板(2B4)上；

大腿丝杠(2E3)的上端顺次穿过BG轴承挡圈(2M)的中心通孔、BG轴承(2L)、大腿BB丝杠座(2E6)的BK通孔(2E61)、大腿螺母(2E4)的丝杠孔(2E4C)后，置于大腿BA丝杠座(2E5)的沉头通孔(2E51)中；大腿丝杠(2E3)的下端连接有大腿调节手柄(2N)；通过左右旋大腿调节手柄(2N)用于调节大腿螺母(2E4)在大腿丝杠(2E3)上的位置，进而调节BA弹簧(2E1)和***簧(2E2)的预紧力；

BA连接件(2J)由缠线体和两个螺钉(2J5、2J6)构成，缠线体上设有BA支柱(2J1)、第一缠线体(2J3)、第二缠线体(2J4)和BB支柱(2J2)；BA支柱(2J1)用于挂接BA弹簧(2E1)有的BA弹簧上挂钩(2E1A)；BB支柱(2J2)用于挂接***簧(2E2)有的***簧上挂钩(2E2A)；第一缠线体(2J3)与第二缠线体(2J4)之间是大腿缠线间隙(2J-1)；所述大腿缠线间隙(2J-1)用于缠绕捆绑鲍登线的下端；BA支柱(2J1)的外端设有用于安装BD螺钉(2J5)的BD螺纹孔；BB支柱(2J2)的外端设有用于安装BE螺钉(2J6)的BE螺纹孔(2J21)；第一缠线体(2J3)上设有BI通孔(2J31)，穿过BI通孔(2J31)的螺钉固定在BA滑块(2H1)上；第二缠线体(2J4)上设有BH通孔(2J41)，穿过BH通孔(2J41)的螺钉固定在BA滑块(2H1)上；

BA鲍登线固定件(2F1)上设有用于BA管帽(2F11)穿过的BM通孔(2F12)；BB鲍登线固定件(2F2)上设有用于BB管帽(2F21)穿过的BL通孔(2F22)；BA鲍登线固定件(2F1)和BB鲍登线固定件(2F2)分别固定在大腿盖板(2B)上；BA管帽(2F11)和BB管帽(2F21)用于大腿部分的鲍登线穿过；大腿部分的鲍登线一端固定在大腿锁(1D)上，另一端顺次穿过BA管帽(2F11)、BB管帽(2F21)后，缠绕在BA连接件(2J)上；

BA转动轴单元包括有BA转动轴(21A)、BA轴承(21B)、BA压板(21C)、BB轴承(21D)和BA螺钉(21E)；BA转动轴单元中的BA转动轴(21A)上设有BA连接盘(21A1)和BA轴(21A2)；所述BA转动轴(21A)的轴向中心是BA螺纹孔(21A3)；BA转动轴(21A)的BA连接盘(21A1)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)的AC通孔(1E4)处；BA轴(21A2)上套接有BA轴承(21B)；BA压板(21C)的中部设有BA通孔(21C1)，BA通孔(21C1)用于放置BB轴承(21D)；BA转动轴(21A)的BA连接盘(21A1)固定在大腿连接件(1E)的A下面板(1E2)上，BA转动轴(21A)的BA轴(21A2)穿过BA轴承(21B)和BB轴承(21D)后，在端部的BA螺纹孔(21A3)中安装上BA螺钉(21E)；通过BA螺钉(21E)与BA转动轴(21A)的连接实现将BB轴承(21D)安装在BA压板(21C)的BA通孔(21C1)中，同时由于BA压板(21C)固定在大腿连杆(2C)的上端的BD通孔(2C1)处，从而实现BA转动轴单元与大腿连杆(2C)的上端的连接；

BB转动轴单元包括有BB转动轴(22A)、BC轴承(22B)、BB压板(22C)、BD轴承(22D)和BB螺钉(22E)；BB转动轴单元中的BB转动轴(22A)上设有BB连接盘(22A1)和BB轴(22A2)；所述BB转动轴(22A)的轴向中心是BB螺纹孔(22A3)；BB转动轴(22A)的BB连接盘(22A1)固定在大腿下连接板(2D)的一端；BB轴(22A2)上套接有BC轴承(22B)；BB压板(22C)的中部设有BB通孔(22C1)，BB通孔(22C1)用于放置BD轴承(22D)；BB转动轴(22A)的BB连接盘(22A1)固定在大腿连杆(2C)下端的BE通孔(2C2)处，BB转动轴(22A)的BB轴(22A2)穿过BC轴承(22B)和BD轴承(22D)后，在端部的BB螺纹孔(22A3)中安装上BB螺钉(22E)；通过BB螺钉(22E)与BB转动轴(22A)的连接实现将BD轴承(22D)安装在BB压板(22C)的BB通孔(22C1)中，同时由于BB压板(22C)固定在大腿连杆(2C)的下端的BE通孔(2C2)处，从而实现BB转动轴单元与大腿连杆(2C)的下端的连接；

BC转动轴单元包括有BC转动轴(23A)、BE轴承(23B)、BC压板(23C)、BF轴承(23D)和BC螺钉(23E)；BC转动轴单元中的BC转动轴(23A)上设有BC连接盘(23A1)和BC轴(23A2)；所述BC转动轴(23A)的轴向中心是BC螺纹孔(23A3)；BC转动轴(23A)的BC连接盘(23A1)固定在大腿盖板(2B)的下端，且BC转动轴(23A)的BC轴(23A2)上套接有BE轴承(23B)，BE轴承(23B)置于大腿下连接板(2D)的BF通孔(2D1)中；BC压板(23C)的中部设有BC通孔(23C1)，BC通孔(23C1)用于放置BF轴承(23D)；BC转动轴(23A)的BC连接盘(23A1)固定在大腿盖板(2B)的下端，BC转动轴(23A)的BC轴(23A2)穿过BE轴承(23B)和BF轴承(23D)后，在端部的BC螺纹孔(23A3)中安装上BC螺钉23E；通过BC螺钉(23E)与BC转动轴(23A)的连接实现将BF轴承(23D)安装在BC压板(23C)的BC通孔(23C1)中，同时由于BC压板(23C)固定在大腿下连接板(2D)的BF通孔(2D1)处，从而实现BC转动轴单元与大腿下连接板(2D)的连接；

膝关节(3)由小腿外部齿轮(3A)、小腿内部齿轮(3B)、小腿限位件(3C)、小腿锁(3D)、小腿连接件(3E)、小腿上转动轴单元和小腿下转动轴单元构成；所述小腿上转动轴单元包括有CA转动轴(31A)、CA轴承(31B)、CA压板(31C)、CB轴承(31D)和CA螺钉(31E)；所述小腿下转动轴单元包括有CB转动轴(32A)、CC轴承(32B)、CC压板(32C)、CD轴承(32D)、CB螺钉(32E)、CA角度编码器(32F)、CC压板(32G)和CB角度编码器(32H)；

小腿连接件(3E)上设有CB通孔(3E1)和CC通孔(3E2)；所述CB通孔(3E1)用于放置CA轴承(31B)，CA轴承(31B)套接在CA转动轴(31A)的轴上，即套接有CA轴承(31B)的CA转动轴(31A)穿过CB通孔(3E3)；所述CB通孔(3E1)处固定有CA压板(31C)；所述CC通孔(3E2)用于放置CC轴承(32B)，CC轴承(32B)套接在CC转动轴(32A)的轴上，即套接有CC轴承(32B)的CC转动轴(32A)穿过CC通孔(3E4)；所述CC通孔(3E2)处固定有CB压板(32C)；

小腿上转动轴单元中的CA转动轴(31A)上设有CA连接盘(31A1)和CA轴(31A2)；所述CA转动轴(31A)的轴向中心是CA螺纹孔(31A3)；CA转动轴(31A)的CA连接盘(31A1)固定在小腿内部齿轮(3B)的一面圆盘上；CA轴(31A2)上套接有CA轴承(31B)；CA压板(31C)的中部设有CD通孔(31C1)，CD通孔(31C1)用于放置CB轴承(31D)；CA转动轴(31A)的CA连接盘(31A1)固定在小腿内部齿轮(3B)的一面圆盘上，CA转动轴(31A)的CA轴(31A2)穿过CA轴承(31B)和CB轴承(31D)后，在端部的CA螺纹孔(31A3)中安装上CA螺钉(31E)；通过CA螺钉(31E)与CA转动轴(31A)的连接实现将CB轴承(31D)安装在CA压板(31C)的CD通孔(31C1)中，同时由于CA压板(31C)固定在小腿连接件(3E)的CB通孔(3E1)处，从而达到通过CA螺钉(31E)压紧CA压板(31C)；

小腿下转动轴单元中的CB转动轴(32A)上设有CB连接盘(32A1)和CB轴(32A2)；所述CB转动轴(32A)的轴向中心是CB螺纹孔(32A3)；CB转动轴(32A)的CB连接盘(32A1)固定在小腿盖板(4B)的小腿凸耳(4B3)处；CB轴(32A2)上套接有CB轴承(32B)；CB压板(32C)的中部设有CE通孔(32C1)，CE通孔(32C1)用于放置CD轴承(32D)；CC压板(32G)的中部设有CF通孔(32G1)，CF通孔(32G1)用于放置CB角度编码器(32H)；CB螺钉(32E)的端面上设有用于放置CA角度编码器(32F)的C沉头孔(32E1)；CB转动轴(32A)的CB连接盘(32A1)固定在小腿连接件(3E)的C下面板(3E2)的CC通孔(3E4)处，CB转动轴(32A)的CB轴(32A2)穿过CC轴承(32B)和CD轴承(32D)后，在端部的CB螺纹孔(32A3)中安装上CB螺钉(32E)；通过CB螺钉(32E)与CB转动轴(32A)的连接实现将CD轴承(32D)安装在CB压板(32C)的CE通孔(32C1)中，同时由于CB压板(32C)固定在小腿连接件(3E)的CC孔(3E2)处，从而达到通过CB螺钉(32E)压紧CB压板(32C)；在CB压板(32C)上固定安装有CC压板(32G)，在CC压板(32G)的CF通孔(32G1)中安装的CB角度编码器(32H)与安装在CB螺钉(32E)的C沉头孔(32E1)中的CA角度编码器(32F)配合，获得小腿盖板(2B)上部相对于小腿连接件(3E)的C下面板(3E2)的运动角度；

小腿内部齿轮运动组件的运动：在小腿内部齿轮(3B)的作动下，CA转动轴(31A)绕CA压板(31C)的CD通孔(31C1)转动，所述CD通孔(31C1)内安装CA轴承(31B)，CB轴承(31D)安装在小腿连接件(3E)的CB通孔(3E3)内，CA螺钉(31E)螺纹连接在CA转动轴(31A)的CA螺纹孔(31A3)中，通过CA螺钉(31E)压紧实现轴承的轴向固定，使得CA转动轴(31A)的轴心绕绕着小腿连接件(3E)的CB通孔(3E3)转动；

膝关节运动组件的运动：在小腿外部齿轮(3A)的作动下，CB转动轴(32A)绕CB压板(32C)的CE通孔(32C1)转动，所述CE通孔(32C1)内安装CC轴承(32B)，进而绕着小腿连接件(3E)的CC通孔(3E4)转动；一方面CB转动轴(32A)端部的CB螺纹孔(32A3)中安装CB螺钉(32E)，CB螺钉(32E)端部安装有CA角度编码器(32F)；另一方面CC压板(32G)固定在CB压板(32C)上，且CC压板(32G)的CF通孔(32G1)中安装有CB角度编码器(32H)；通过CA角度编码器(32F)和CB角度编码器(32H)的组合来获得小腿壳体相对于小腿连接件(3E)的运动角度，即膝关节的运动角度；

膝关节(3)由第一导杆(3F)、第二导杆(3G)、第一导杆座(3H)、第二导杆座(3J)、第三导杆座(3K)和第四导杆座(3L)组成；

第一导杆(3F)的下端设有CA通孔(3F1)；第二导杆(3G)的下端设有CB通孔(3G1)；第一导杆座(3H)上设有CA横向孔(3H1)和CA纵向孔(3H2)；第一导杆座(3H)通过螺钉固定在大腿下连接板(2D)上；CA纵向孔(3H2)用于放置第一导杆(3F)的上端；CA横向孔(3H1)用于顶丝穿过，穿过所述CA横向孔(3H1)的顶丝将第一导杆(3F)顶紧在CA纵向孔(3H2)中；第二导杆座(3J)上设有CB横向孔(3J1)和CB纵向孔(3J2)；第二导杆座(3J)通过螺钉固定在小腿上连接板(4C)上；CB纵向孔(3J2)用于放置第一导杆(3F)的下端；CB横向孔(3J1)用于顶丝穿过，穿过所述CB横向孔(3J1)的顶丝将第一导杆(3F)顶紧在CB纵向孔(3J2)中；第三导杆座(3K)上设有CC横向孔(3K1)和CC纵向孔(3K2)；第三导杆座(3K)通过螺钉固定在大腿下连接板(2D)上；CC纵向孔(3K2)用于放置第二导杆(3G)的上端；CC横向孔(3K1)用于顶丝穿过，穿过所述CC横向孔(3K1)的顶丝将第二导杆(3G)顶紧在CC纵向孔(3K2)中；第四导杆座(3L)上设有CD横向孔(3L1)和CD纵向孔(3L2)；第四导杆座(3L)通过螺钉固定在小腿上连接板(4C)上；CD纵向孔(3L2)用于放置第二导杆(3G)的上端；CD横向孔(3L1)用于顶丝穿过，穿过所述CD横向孔(3L1)的顶丝将第二导杆(3G)顶紧在CD纵向孔(3L2)中；

第一导杆(3F)的下端顺次穿过第一导杆座(3H)的CA纵向孔(3H2)、第二导杆座(3J)的CB纵向孔(3J2)后，且第一导杆(3F)的下端部露出在第二导杆座(3J)的下端外；

第二导杆(3G)的下端顺次穿过第三导杆座(3K)的CC纵向孔(3K2)、第四导杆座(3L)的CD纵向孔(3L2)后，且第二导杆(3G)的下端部露出在第四导杆座(3L)的下端外；

小腿盖板(4B)的上端端部是小腿圆环(4B1)，小腿圆环(4B1)与小腿安装面板(4B4)之间设有小腿限位孔(4B2)，小腿限位孔(4B2)内设有小腿凸耳(4B3)；小腿圆环(4B1)上安装有小腿外部齿轮(1A)；小腿凸耳(4B3)上安装有AB转动轴(12A)；第五直角体(4K1)和第六直角体(4K2)平行放置且一端固定在小腿安装面板(4B4)上，另一端与小腿外壳(4A)固定；第七直角体(4K3)和第八直角体(4K4)平行放置平行放置且一端固定在小腿安装面板(4B4)上，另一端与小腿外壳(4A)固定；

小腿重力平衡系数调节组件(4E)包括有弹簧、丝杠、导轨和滑块；DA导轨(4G1)、DB导轨(4G2)、小腿DA丝杠座(4E5)和小腿DB丝杠座(4E6)固定在小腿盖板(4B)的小腿安装面板(4B4)上；DA滑块(4H1)活动连接在DA导轨(4G1)上；DB滑块(4H2)活动连接在DB导轨(4G2)上；

小腿螺母(4E4)套接在小腿丝杠(4E3)上，且小腿螺母(4E4)固定在DB滑块(4H2)上；小腿螺母(4E4)上设有DC支柱(4E4A)、丝杠孔(4E4C)、DD支柱(4E4B)；DC支柱(4E4A)用于挂接DA弹簧(4E1)有的DA弹簧下挂钩(4E1B)；DD支柱(4E4B)用于挂接DB弹簧(4E2)有的DB弹簧下挂钩(4E2B)；丝杠孔(4E4C)用于小腿丝杠(4E3)的一端穿过；DC支柱(4E4A)的外端设有用于安装DF螺钉(4E4E)的DF螺纹孔；DD支柱(4E4B)的外端设有用于安装DG螺钉(4E4F)的DG螺纹孔(4E4D)；DG螺钉(4E4F)的一面板固定在DB滑块(4H2)上；DG螺钉(4E4F)固定在小腿安装面板(4B4)上；

小腿丝杠(4E3)的安装为，小腿丝杠(4E3)的上端顺次穿过DG轴承挡圈(4M)的中心通孔、DG轴承(4L)、小腿DB丝杠座(4E6)的DK通孔(4E61)、小腿螺母(4E4)的丝杠孔(4E4C)后，置于小腿DA丝杠座(4E5)的沉头通孔(4E51)中；小腿丝杠(4E3)的下端连接有小腿调节手柄(4N)；通过左右旋小腿调节手柄(4N)用于调节小腿螺母(4E4)在小腿丝杠(4E3)上的位置，进而调节DA弹簧(4E1)和DB弹簧(4E2)的预紧力；

DA连接件(4J)由缠线体和两个螺钉(4J5、4J6)构成，缠线体上设有DA支柱(4J1)、第一缠线体(4J3)、第二缠线体(4J4)和DB支柱(4J2)；DA支柱(4J1)用于挂接DA弹簧(4E1)有的DA弹簧上挂钩(4E1A)；DB支柱(4J2)用于挂接DB弹簧(4E2)有的DB弹簧上挂钩(4E2A)；第一缠线体(4J3)与第二缠线体(4J4)之间是小腿缠线间隙(4J-1)；所述小腿缠线间隙(4J-1)用于缠绕捆绑鲍登线的下端；DA支柱(4J1)的外端设有用于安装DD螺钉(4J5)的DD螺纹孔；DB支柱(4J2)的外端设有用于安装DE螺钉(4J6)的DE螺纹孔(4J21)；第一缠线体(4J3)上设有DI通孔(4J31)，穿过DI通孔(4J31)的螺钉固定在DA滑块(4H1)上；第二缠线体(4J4)上设有DH通孔(4J41)，穿过DH通孔(4J41)的螺钉固定在DA滑块(4H1)上。

2.根据权利要求1所述的一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体，其特征在于：大腿外部齿轮(1A)与大腿内部齿轮(1B)的半径比为2:1；大腿内部齿轮运动与髋关节运动的角度之比为2:1；

小腿外部齿轮(3A)与小腿内部齿轮(3B)的半径比为2:1；小腿内部齿轮运动与膝关节运动的角度之比为2:1。

3.根据权利要求1或2所述的一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体，其特征在于：大腿的前屈状态的几何关系则有，∠P_前屈O₁E＝∠O₂O₁E+∠P_前屈O₁O₂＝π，θ_前屈表示由站立状态运行至前屈状态时髋关节转过的角度，β_前屈表示大腿内部齿轮由站立状态运行至前屈状态时的转动角度，P_前屈表示特征点P由站立状态运行至前屈状态下的点；

大腿的后伸状态的几何关系则有，∠P_后伸O₁E＝∠O₂O₁E+∠P_后伸O₁O₂＝π，θ_后伸表示由站立状态运行至后伸状态时髋关节转过的角度，β_后伸表示大腿内部齿轮由站立状态运行至后伸状态时的转动角度，P_后伸表示特征点P由站立状态运行至后伸状态下的点。

4.根据权利要求1或2所述的一种被动型重力自平衡下肢外骨骼结构体，其特征在于：小腿的屈曲状态的几何关系则有，∠A_屈曲O₃B＝∠O₄O₃B+∠A_屈曲O₃O₄＝π，θ_屈曲表示由站立状态运行至屈曲状态时膝关节转过的角度，β_曲屈表示小腿内部齿轮由站立状态运行至屈曲状态时的转动角度，A_屈曲表示特征点A由站立状态运行至屈曲状态下的点。