CN110744526B - 一种被动式下肢运动助力外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种被动式下肢运动助力外骨骼装置，包括膝关节助力机构，膝关节助力机构包括两个膝关节助力组件，膝关节助力组件大腿连接盘和小腿连接盘，大腿连接盘上设有第一凸起，小腿连接盘上设有第二凸起，还包括多个扭簧，多个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和（或）所述第二凸起上，还包括第一限位凸起和（或）第二限位凸起，扭簧的一端作为固定端固定在大腿连接盘和（或）小腿连接盘上，另一端作为活动端在大腿连接盘和小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与第一限位凸起和（或）第二限位凸起相抵。本发明实现了在平路行走时不提供助力，仅在登山、上下楼梯等大角度运动时才提供助力的目的。

Description

一种被动式下肢运动助力外骨骼装置

技术领域

本发明涉及穿戴设备技术领域，具体涉及一种被动式下肢运动助力外骨骼装置。

背景技术

外骨骼一种能够穿戴在人体上的结构，它能够把人体做出的行为和机械***的动能紧密联系起来，与此同时，为人提供需要的额外动力，进而增强人体运动机能；外骨骼根据穿戴部位的不同分为上肢外骨骼和下肢外骨骼，上肢外骨骼穿戴在人体上肢，主要为人体上肢的搬运提供助力，下肢外骨骼穿戴在人体的下肢，主要为人体下肢的运动提供助力。

下肢外骨骼又分为主动式下肢外骨骼和被动式下肢外骨骼，如公开号为CN106361541A的发明专利申请文件中就公开了一种主动式的膝关节负重助力外骨骼装置，包括脚底板，所述脚底板的外侧端设置有踝关节，所述踝关节与小腿杆件相铰接，所述小腿杆件又与大腿杆件相铰接，所述脚底板的后侧端与大腿杆件之间铰接有驱动大腿杆件运动的伺服电动缸组件，所述脚底板上布置有若干压力传感器，所述压力传感器与控制模块电性连接，所述控制模块与伺服电动缸组件电性连接；这种主动式的外骨骼装置通过伺服电动缸组件带动大臂杆件的运动为人体下肢提供助力，因此主动式的外骨骼装置往往需要增设额外的驱动机构，进而导致整个外骨骼装置的结构复杂，成本较高，故主动式的外骨骼装置主要应用在军事和康复领域，因此，研究出更适合人们在日常行走使用的被动式的外骨骼装置也越来越多。

如公开号为CN109176478A的发明专利申请文件中公开了一种膝关节被动助力装置，包括大腿支架和小腿支架，大腿支架和小腿支架通过转轴连接，转轴固定设于小腿支架的上端，大腿支架的外侧设有弹簧，弹簧的一端与大腿支架的上部固定连接，另一端通过钢丝绳与设置于转轴的圆盘结构连接；小腿支架摆动带动转轴转动，转轴带动圆盘结构转动使钢丝绳拉伸弹簧。上述被动式膝关节助力装置在实际使用过程中会存在下面的问题：1、钢丝绳是套设在圆盘结构上的，当转轴带动圆盘结构转动使钢丝绳拉绳弹簧时，钢丝绳在圆盘结构上滑动并具有摩擦力，长期使用会使得钢丝绳在该摩擦力的作用下发生断裂，进而使得整个膝关节被动助力装置损坏；2、当穿戴该助力装置的人体在平路上行走不需要助力时，转轴仍然会带动圆盘结构转动使得钢丝绳拉伸弹簧对人体膝关节提供助力，这样使得人体在平路上行走屈膝时，会额外增加钢丝绳拉伸弹簧的作用力，进而增加人体在平路上行走不需要助力时的运动负荷和不舒适感。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种在平路行走时不提供助力，仅在登山、上下楼梯等大角度运动时才提供助力，且使用性能更加可靠的被动式下肢运动助力外骨骼装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种被动式下肢运动助力外骨骼装置，包括膝关节助力机构，所述膝关节助力机构包括两个结构一致的膝关节助力组件，两个所述膝关节助力组件分别用于与人体腿部的外侧和内侧配合，所述膝关节助力组件包括大腿支杆和小腿支杆，所述大腿支杆和所述小腿支杆通过中间转轴机构进行转动连接，所述中间转轴机构包括同轴转动连接的大腿连接盘和小腿连接盘，所述大腿连接盘用于与所述大腿支杆固定连接，所述小腿连接盘用于与所述小腿支杆固定连接，所述大腿连接盘朝向所述小腿连接盘的一侧开设有一圈环形的第一凹槽，所述第一凹槽与所述大腿连接盘轴向中部位置形成第一凸起，所述小腿连接盘朝向所述大腿连接盘的一侧开设有一圈环形的第二凹槽，所述第二凹槽与所述小腿连接盘轴向中部位置形成第二凸起，还包括多个扭簧，多个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和（或）所述第二凸起上，还包括第一限位凸起和（或）第二限位凸起，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

本发明的工作原理是：将该外骨骼装置穿戴在人体下肢，膝关节助力机构中的大腿支杆和小腿支杆分别用于同人体的大腿和小腿部位进行配合，同时大腿支杆和小腿支杆通过中间转轴机构进行转动连接，以此来配合人体大腿和小腿之间的运动趋势，同时，在大腿连接盘的第一凸起和（或）小腿连接盘的第二凸起上套设扭簧，并将扭簧的一端作为固定端固定在大腿连接盘和（或）小腿连接盘上，扭簧的另一端作为活动端，这样，当人体下肢运动，大腿和小腿之间做屈伸运动时，套设在第一凸起上的扭簧能随大腿连接盘一起绕小腿连接盘转动，套设在第二凸起上的扭簧能随小腿连接盘一起绕大腿连接盘转动，当人体在平路上行走时，第一凸起和（或）第二凸起上的扭簧的活动端在大腿连接盘和小腿连接盘的相对转动角度达到设定值之前都是出于自由状态，即此时第一凸起和（或）第二凸起上的扭簧都没有产生变形蓄能，只有当人体在进行登山、上下楼梯等大角度运动时，第一凸起和（或）第二凸起上的扭簧的活动端能随大腿连接盘和（或）小腿连接盘转动到设定值，此时第一凸起上的扭簧与第一限位凸起相抵，第二凸起上的扭簧与第二限位凸起相抵，当人体腿部带动大腿连接盘和小腿连接盘之间进一步相对转动，此时第一凸起上的扭簧持续与第一限位凸起相抵并在第一限位凸起的作用下产生变形并蓄能，同理，第二凸起上的扭簧持续与第二限位凸起相抵并在第二限位凸起的作用下产生变形并蓄能，当人体腿部伸展时，扭簧复位释放能量为人体膝关节运动提供助力。因此本发明实现了在平路行走时不提供助力，仅在登山、上下楼梯等大角度运动时才提供助力的目的，同时，本发明与现有技术中采用钢丝绳拉动弹簧的方式相比，直接将扭簧套设在大腿连接盘或小腿连接盘上，省去了钢丝绳的结构，也就避免了钢丝绳长时间使用后导致的摩擦损耗问题，因此本方案的整体使用性能更加的可靠。

优选的，所述扭簧为一个，所述扭簧套设在所述第一凸起上，所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，所述扭簧的另一端作为活动端，在所述小腿连接盘上设有第一限位凸起，所述扭簧的活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵。

这样，将扭簧套设在第一凸起上，扭簧的一端固定在大腿连接盘上，当人体腿部弯曲时，大腿连接盘上的第一凸起带动扭簧绕小腿连接盘转动，当大腿连接盘绕小腿连接盘的相对转动角度在设定值之前时，扭簧的活动端处于自由状态，扭簧不产生变形蓄能，当大腿连接盘绕小腿连接盘相对转动角度达到设置值时，扭簧的活动端与第一限位凸起相抵，大腿连接盘进一步绕小腿连接盘转动，在第一限位凸起的作用下，扭簧活动端的移动被限制，此时扭簧将产生变形并蓄能，当人体腿部伸展时，扭簧复位释放能量为人体膝关节运动提供助力；在本方案中通过设定值的合理选择，就可以实现在平路上行走时，大腿连接盘绕小腿连接盘的相对转动角度始终小于设定值，扭簧不变形蓄能，而只有在上下楼梯、登上等大角度运动时，大腿连接盘绕小腿连接盘的相对转动角度才能达到并大于设定值，此时扭簧才产生变形蓄能的效果。

优选的，所述扭簧为一个，所述扭簧套设在所述第二凸起上，所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，所述扭簧的另一端作为活动端，在所述大腿连接盘上设有第二限位凸起，所述扭簧的活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

这样，将扭簧套设在第二凸起上，扭簧的一端固定在小腿连接盘上，当人体腿部弯曲时，小腿连接盘上的第二凸起带动扭簧绕大腿连接盘转动，当小腿连接盘绕大腿连接盘的相对转动角度在设定值之前时，扭簧的活动端处于自由状态，扭簧不产生变形蓄能，当小腿连接盘绕大腿连接盘相对转动角度达到设置值时，扭簧的活动端与第二限位凸起相抵，小腿连接盘进一步绕大腿连接盘转动，在第二限位凸起的作用下，扭簧活动端的移动被限制，此时扭簧将产生变形并蓄能，当人体腿部伸展时，扭簧复位释放能量为人体膝关节运动提供助力

优选的，所述扭簧为两个，两个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和所述第二凸起上，所述小腿连接盘上设有第一限位凸起，所述大腿连接盘上设有第二限位凸起，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵；

套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

这样，通过设计两个扭簧，两个扭簧分别连接在第一凸起和第二凸起上，当人体腿部弯曲时，第一凸起带动连接的扭簧绕小腿连接盘转动，第二凸起带动连接的扭簧绕大腿连接盘转动，当人体腿部弯曲带动大腿连接盘和小腿连接盘的相对转动角度在设定值之前时，两个扭簧的活动端均处于自由状态，此时两个扭簧均不变形蓄能；当人体腿部完全带动大腿连接盘和小腿连接盘的相对转动角度达到设定值时，其中一个扭簧与第一限位凸起相抵，另一个扭簧与第二限位凸起相抵，人体腿部进一步带动大腿连接盘和小腿连接盘相对转动超过设定值时，其中一个扭簧的活动端被第一限位凸起限制并产生变形蓄能，另一个扭簧的活动端被第二限位凸起限制也产生变形蓄能，当人体腿部伸展时，两个扭簧都将复位释放能量为人体膝关节的运动提供助力；这样通过设计两个扭簧，两个扭簧变形蓄能为膝关节的运动提供助力，提高了本装置的助力效果。

同时，通过双扭簧的设计，双扭簧分别对称安装在大腿连接盘和小腿连接盘上，保持了在使用过程中两个扭簧、大腿连接盘和小腿连接盘之间受力的均匀性，避免产生径向力导致的扭簧与大腿连接盘和小腿连接盘之间的摩擦。

优选的，还包括设置在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘之间的中间连接盘，所述中间连接盘通过轴承连接在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘的转动连接件上，所述中间连接盘朝向所述大腿连接盘的一侧设有第一限位凸起，所述中间连接盘朝向所述小腿连接盘的一侧设有第二限位凸起；

所述扭簧为两个，两个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和所述第二凸起上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵；

套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

这样，通过设置中间连接盘，并在中间连接盘的两端分别设计第一限位凸起和第二限位凸起，利用轴承将中间连接盘连接在大腿连接盘和小腿连接盘的转动连接件上，这样，在人体膝关节屈伸过程中，中间连接盘相对于大腿连接盘和小腿连接盘来说是处于静止状态，人体腿部弯曲时，大腿连接盘上的第一凸起带动扭簧绕中间连接盘转动，小腿连接盘上的第二凸起带动扭簧绕中间连接盘转动；同时中间连接盘的设计更利用扭簧的安装和固定。

具体在使用时，当人体腿部弯曲，第一凸起带动连接的扭簧绕小腿连接盘转动，第二凸起带动连接的扭簧绕大腿连接盘转动，当人体腿部弯曲带动大腿连接盘和小腿连接盘的相对转动角度在设定值之前时，两个扭簧的活动端均处于自由状态，此时两个扭簧均不变形蓄能；当人体腿部完全带动大腿连接盘和小腿连接盘的相对转动角度达到设定值时，其中一个扭簧与第一限位凸起相抵，另一个扭簧与第二限位凸起相抵，人体腿部进一步带动大腿连接盘和小腿连接盘相对转动超过设定值时，其中一个扭簧的活动端被第一限位凸起限制并产生变形蓄能，另一个扭簧的活动端被第二限位凸起限制也产生变形蓄能，当人体腿部伸展时，两个扭簧都将复位释放能量为人体膝关节的运动提供助力；这样通过设计两个扭簧，两个扭簧变形蓄能为膝关节的运动提供助力，提高了本装置的助力效果。

同时，通过双扭簧的设计，双扭簧分别对称安装在大腿连接盘和小腿连接盘上，保持了在使用过程中两个扭簧、大腿连接盘和小腿连接盘之间受力的均匀性，避免产生径向力导致的扭簧与大腿连接盘和小腿连接盘之间的摩擦。

优选的，所述第一凸起和（或）所述第二凸起上设有定位销，所述扭簧通过所述定位销固定在所述第一凸起和（或）所述第二凸起上。

这样，通过设计定位销，利用定位销将扭簧固定在第一凸起和（或）第二凸起上，防止工作过程中扭簧的上下移动。

优选的，还包括踝关节助力机构，所述踝关节助力机构包括用于放置人体脚部的脚部组件，还包括膝踝连接件和拉簧，所述膝踝连接件的一端与所述膝关节助力机构固定连接，所述膝踝连接件的另一端与所述拉簧的一端固定相连，所述拉簧的另一端与所述脚部组件固定连接。

这样，通过设计踝关节助力机构，在使用该外骨骼装置时，将人体脚部放置在脚部组件上，脚部组件再通过拉簧和膝踝连接件与膝关节助力机构连接为一个整体，当人体在进行上下楼梯、爬山等大角度屈伸运动时，踝关节屈时将拉动拉簧蓄能，伸时拉簧复位释放能量为人体提供被动助力，由此，踝关节和膝关节的运动都受到了助力，进一步提高该下肢运动助力外骨骼的助力效果。

优选的，还包括穿戴组件，所述穿戴组件包括穿戴连接件，在所述大腿支杆和所述小腿支杆上均连接有所述穿戴连接件，在所述穿戴连接件对应的位置均分布有弧形连接件，所述弧形连接件的两端分别连接在两个所述膝关节助力组件的所述大腿支杆或所述小腿支杆上，两个所述大腿支杆上对应位置的所述穿戴连接件之间能够进行固定连接，两个所述小腿支杆上对应位置所述穿戴连接件之间能够进行固定连接，所述弧形连接件、所述膝关节助力组件和所述穿戴连接件之间能够形成用于容纳人体腿部的空间。

这样，膝关节助力机构通过穿戴组件穿戴在人体腿部，弧形连接件的设计，将两个膝关节助力组件连接为一体，同时，两个大腿支杆上对应位置的穿戴连接件进行固定连接，用于同对应位置的弧形连接件一起将两个大腿支杆分别连接在人体大腿的内侧和外侧，两个小腿支杆上对应位置的穿戴连接件进行固定连接，用于同对应位置的弧形连接件一起将两个小腿支杆分别连接在人体小腿的内侧和外侧，由此就实现了将膝关节助力机构穿戴在人体腿部的目的；同时，弧形连接件、穿戴连接件的配合设计，即方便的实现了膝关节助力机构的穿脱，同时也使得实现了两个膝关节助力组件的有效连接，使得两个膝关节助力组件连接成为一个整体，方便使用和存放。

优选的，所述大腿支杆和所述小腿支杆上与所述弧形连接件连接的位置均开设有条形安装孔，所述条形安装孔处连接有安装扣带，所述安装扣带与所述弧形连接件固定连接，且所述安装扣带能够沿所述条形安装孔往复移动。

这样，通过设计条形安装孔，在条形安装孔处连接安装扣带，再将弧形连接件与安装扣带进行连接，这样使得当不同人体在穿戴该设备时，由于腿部大小的不同需要不同尺寸的弧形连接件进行配合时，方便弧形连接件的安装和拆卸；同时，安装扣带可沿条形安装孔往复移动，当不同人体穿戴该设备时，可以根据不同人体的需要调节安装扣带在条形安装孔处的位置，进而使得弧形连接件与人体腿部的不同位置进行配合，有效提高了不同人体穿戴该设备的适应性和舒适性，提高用户体验度。

优选的，所述大腿连接盘和所述小腿连接盘通过销轴进行转动连接；

在大腿连接盘上还设有两个第一定位凸起，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端卡在两个所述第一定位凸起之间；

在小腿连接盘上还设有两个第二定位凸起，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端卡在两个所述第二定位凸起之间。

这样，销轴可以有效的实现大腿连接盘和小腿连接盘之间的转动连接；

通过在大腿连接盘上设计两个第一定位凸起，将扭簧作为固定端的一端卡在两个第一定位凸起之间，一方面可以实现对扭簧固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧固定端的安装和拆卸；

同理通过在小腿连接盘上设计两个第二定位凸起，将扭簧作为固定端的一端卡在两个第二定位凸起之间，一方面可以实现对扭簧固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧固定端的安装和拆卸。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的结构示意图；

图2为图1中A处的放大示意图

图3为实施例一其中一个视角的***示意图；

图4为实施例一另一视角的***示意图；

图5为实施例二其中一个视角的***示意图；

图6为实施例二另一视角的***示意图；

图7为实施例三其中一个视角的***示意图；

图8为实施例三另一视角的***示意图；

图9为实施例四其中一个视角的***示意图；

图10为实施例四另一视角的***示意图。

附图标记说明：大腿支杆1、小腿支杆2、大腿连接盘3、第一凸起31、第一定位凸起32、小腿连接盘4、第二凸起41、第二定位凸起42、穿戴连接件5、弧形连接件6、膝踝连接件7、踝关节助力机构8、脚部组件81、拉簧82、扭簧9、定位销10、、第一限位凸起11、第二限位凸起12、中间连接盘13、轴承14。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

如附图1和附图2所示，一种被动式下肢运动助力外骨骼装置，包括膝关节助力机构，膝关节助力机构包括两个结构一致的膝关节助力组件，两个膝关节助力组件分别用于与人体腿部的外侧和内侧配合，膝关节助力组件包括大腿支杆1和小腿支杆2，大腿支杆1和小腿支杆2通过中间转轴机构进行转动连接，中间转轴机构包括同轴转动连接的大腿连接盘3和小腿连接盘4，大腿连接盘3用于与大腿支杆1固定连接，小腿连接盘4用于与小腿支杆2固定连接，大腿连接盘3朝向小腿连接盘4的一侧开设有一圈环形的第一凹槽，第一凹槽与大腿连接盘3轴向中部位置形成第一凸起31，小腿连接盘4朝向大腿连接盘3的一侧开设有一圈环形的第二凹槽，第二凹槽与小腿连接盘4轴向中部位置形成第二凸起41，还包括多个扭簧9，多个扭簧9分别套设在第一凸起31和（或）第二凸起41上，还包括第一限位凸起11和（或）第二限位凸起12，套设在第一凸起31上的扭簧9的一端作为固定端固定在大腿连接盘3上，套设在第一凸起31上的扭簧9的另一端作为活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第一限位凸起11相抵，套设在第二凸起41上的扭簧9的一端作为固定端固定在小腿连接盘4上，套设在第二凸起41上的扭簧9的另一端作为活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第二限位凸起12相抵。

本发明的工作原理是：将该外骨骼装置穿戴在人体下肢，膝关节助力机构中的大腿支杆1和小腿支杆2分别用于同人体的大腿和小腿部位进行配合，同时大腿支杆1和小腿支杆2通过中间转轴机构进行转动连接，以此来配合人体大腿和小腿之间的运动趋势，同时，在大腿连接盘3的第一凸起31和（或）小腿连接盘4的第二凸起41上套设扭簧9，并将扭簧9的一端作为固定端固定在大腿连接盘3和（或）小腿连接盘4上，扭簧9的另一端作为活动端，这样，当人体下肢运动，大腿和小腿之间做屈伸运动时，套设在第一凸起31上的扭簧9能随大腿连接盘3一起绕小腿连接盘4转动，套设在第二凸起41上的扭簧9能随小腿连接盘4一起绕大腿连接盘3转动，当人体在平路上行走时，第一凸起31和（或）第二凸起41上的扭簧9的活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4的相对转动角度达到设定值之前都是出于自由状态，即此时第一凸起31和（或）第二凸起41上的扭簧9都没有产生变形蓄能，只有当人体在进行登山、上下楼梯等大角度运动时，第一凸起31和（或）第二凸起41上的扭簧9的活动端能随大腿连接盘3和（或）小腿连接盘4转动到设定值，此时第一凸起31上的扭簧9与第一限位凸起11相抵，第二凸起41上的扭簧9与第二限位凸起12相抵，当人体腿部带动大腿连接盘3和小腿连接盘4之间进一步相对转动，此时第一凸起31上的扭簧9持续与第一限位凸起11相抵并在第一限位凸起11的作用下产生变形并蓄能，同理，第二凸起41上的扭簧9持续与第二限位凸起12相抵并在第二限位凸起12的作用下产生变形并蓄能，当人体腿部伸展时，扭簧9复位释放能量为人体膝关节运动提供助力。因此本发明实现了在平路行走时不提供助力，仅在登山、上下楼梯等大角度运动时才提供助力的目的，同时，本发明与现有技术中采用钢丝绳拉动弹簧的方式相比，直接将扭簧9套设在大腿连接盘3或小腿连接盘4上，省去了钢丝绳的结构，也就避免了钢丝绳长时间使用后导致的摩擦损耗问题，因此本方案的整体使用性能更加的可靠。

实施例一：

如附图3和附图4所示，在本实施例中，扭簧9为一个，扭簧9套设在第一凸起31上，扭簧9的一端作为固定端固定在大腿连接盘3上，扭簧9的另一端作为活动端，在小腿连接盘4上设有第一限位凸起11，扭簧9的活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第一限位凸起11相抵。

这样，将扭簧9套设在第一凸起31上，扭簧9的一端固定在大腿连接盘3上，当人体腿部弯曲时，大腿连接盘3上的第一凸起31带动扭簧9绕小腿连接盘4转动，当大腿连接盘3绕小腿连接盘4的相对转动角度在设定值之前时，扭簧9的活动端处于自由状态，扭簧9不产生变形蓄能，当大腿连接盘3绕小腿连接盘4相对转动角度达到设置值时，扭簧9的活动端与第一限位凸起11相抵，大腿连接盘3进一步绕小腿连接盘4转动，在第一限位凸起11的作用下，扭簧9活动端的移动被限制，此时扭簧9将产生变形并蓄能，当人体腿部伸展时，扭簧9复位释放能量为人体膝关节运动提供助力；在本方案中通过设定值的合理选择，就可以实现在平路上行走时，大腿连接盘3绕小腿连接盘4的相对转动角度始终小于设定值，扭簧9不变形蓄能，而只有在上下楼梯、登上等大角度运动时，大腿连接盘3绕小腿连接盘4的相对转动角度才能达到并大于设定值，此时扭簧9才产生变形蓄能的效果。

在本实施例中，第一凸起31上设有定位销10，扭簧9通过定位销10固定在第一凸起31上。

这样，通过设计定位销10，利用定位销10将扭簧9固定在第一凸起31上，防止工作过程中扭簧9的上下移动。

在本实施例中，还包括踝关节助力机构8，踝关节助力机构包括用于放置人体脚部的脚部组件81，还包括膝踝连接件7和拉簧82，膝踝连接件7的一端与膝关节助力机构固定连接，膝踝连接件7的另一端与拉簧82的一端固定相连，拉簧82的另一端与脚部组件81固定连接，脚部组件81整体呈向上开口的U形结构，其中U形结构的空间用于放置人体脚部，膝踝连接件7可以采用拉绳或其它结构。

这样，通过设计踝关节助力机构8，在使用该外骨骼装置时，将人体脚部放置在脚部组件81上，脚部组件81再通过拉簧82和膝踝连接件7与膝关节助力机构连接为一个整体，当人体在进行上下楼梯、爬山等大角度屈伸运动时，踝关节屈时将拉动拉簧82蓄能，伸时拉簧82复位释放能量为人体提供被动助力，由此，踝关节和膝关节的运动都受到了助力，进一步提高该下肢运动助力外骨骼的助力效果。

在本实施例中，还包括穿戴组件，所述穿戴组件包括穿戴连接件5，在所述大腿支杆1和所述小腿支杆2上均连接有所述穿戴连接件5，在所述穿戴连接件5对应的位置均分布有弧形连接件6，所述弧形连接件6的两端分别连接在两个所述膝关节助力组件的所述大腿支杆1或所述小腿支杆2上，两个所述大腿支杆1上对应位置的所述穿戴连接件5之间能够进行固定连接，两个所述小腿支杆2上对应位置所述穿戴连接件5之间能够进行固定连接，所述弧形连接件6、所述膝关节助力组件和所述穿戴连接件5之间能够形成用于容纳人体腿部的空间。

这样，膝关节助力机构通过穿戴组件穿戴在人体腿部，弧形连接件6的设计，将两个膝关节助力组件连接为一体，同时，两个大腿支杆1上对应位置的穿戴连接件5进行固定连接，用于同对应位置的弧形连接件6一起将两个大腿支杆1分别连接在人体大腿的内侧和外侧，两个小腿支杆2上对应位置的穿戴连接件5进行固定连接，用于同对应位置的弧形连接件6一起将两个小腿支杆2分别连接在人体小腿的内侧和外侧，由此就实现了将膝关节助力机构穿戴在人体腿部的目的；同时，弧形连接件6、穿戴连接件5的配合设计，即方便的实现了膝关节助力机构的穿脱，同时也使得实现了两个膝关节助力组件的有效连接，使得两个膝关节助力组件连接成为一个整体，方便使用和存放。

在本实施例中，大腿支杆1和小腿支杆2上与弧形连接件6连接的位置均开设有条形安装孔，条形安装孔处连接有安装扣带，安装扣带与弧形连接件6固定连接，且安装扣带能够沿条形安装孔往复移动。

这样，通过设计条形安装孔，在条形安装孔处连接安装扣带，再将弧形连接件6与安装扣带进行连接，这样使得当不同人体在穿戴该设备时，由于腿部大小的不同需要不同尺寸的弧形连接件6进行配合时，方便弧形连接件6的安装和拆卸；同时，安装扣带可沿条形安装孔往复移动，当不同人体穿戴该设备时，可以根据不同人体的需要调节安装扣带在条形安装孔处的位置，进而使得弧形连接件6与人体腿部的不同位置进行配合，有效提高了不同人体穿戴该设备的适应性和舒适性，提高用户体验度。

在本实施例中，大腿连接盘3和小腿连接盘4通过销轴进行转动连接；

在大腿连接盘3上还设有两个第一定位凸起32，套设在第一凸起31上的扭簧9的一端作为固定端卡在两个第一定位凸起32之间；

这样，销轴可以有效的实现大腿连接盘3和小腿连接盘4之间的转动连接；

通过在大腿连接盘3上设计两个第一定位凸起32，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第一定位凸起32之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸。

实施例二：

实施例二与实施例一的不同之处在于：

如附图5和附图6所示，在本实施例中，扭簧9为一个，扭簧9套设在第二凸起41上，扭簧9的一端作为固定端固定在小腿连接盘4上，扭簧9的另一端作为活动端，在大腿连接盘3上设有第二限位凸起12，扭簧9的活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第二限位凸起12相抵。

这样，将扭簧9套设在第二凸起41上，扭簧9的一端固定在小腿连接盘4上，当人体腿部弯曲时，小腿连接盘4上的第二凸起41带动扭簧9绕大腿连接盘3转动，当小腿连接盘4绕大腿连接盘3的相对转动角度在设定值之前时，扭簧9的活动端处于自由状态，扭簧9不产生变形蓄能，当小腿连接盘4绕大腿连接盘3相对转动角度达到设置值时，扭簧9的活动端与第二限位凸起12相抵，小腿连接盘4进一步绕大腿连接盘3转动，在第二限位凸起12的作用下，扭簧9活动端的移动被限制，此时扭簧9将产生变形并蓄能，当人体腿部伸展时，扭簧9复位释放能量为人体膝关节运动提供助力。

在本实施例中，在小腿连接盘4上还设有两个第二定位凸起42，套设在第二凸起41上的扭簧9的一端作为固定端卡在两个第二定位凸起42之间；

通过在小腿连接盘4上设计两个第二定位凸起42，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第二定位凸起42之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸。

在本实施例中，第二凸起41上设有定位销10，扭簧9通过定位销10固定在第二凸起41上。

这样，通过设计定位销10，利用定位销10将扭簧9固定在第二凸起41上，防止工作过程中扭簧9的上下移动。

实施例三：

实施例三与实施例一的不同之处在于：

如附图7和附图8所示，在本实施例中，扭簧9为两个，两个扭簧9分别套设在第一凸起31和第二凸起41上，小腿连接盘4上设有第一限位凸起11，大腿连接盘3上设有第二限位凸起12，套设在第一凸起31上的扭簧9的一端作为固定端固定在大腿连接盘3上，套设在第一凸起31上的扭簧9的另一端作为活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第一限位凸起11相抵；

套设在第二凸起41上的扭簧9的一端作为固定端固定在小腿连接盘4上，套设在第二凸起41上的扭簧9的另一端作为活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第二限位凸起12相抵。

这样，通过设计两个扭簧9，两个扭簧9分别连接在第一凸起31和第二凸起41上，当人体腿部弯曲时，第一凸起31带动连接的扭簧9绕小腿连接盘4转动，第二凸起41带动连接的扭簧9绕大腿连接盘3转动，当人体腿部弯曲带动大腿连接盘3和小腿连接盘4的相对转动角度在设定值之前时，两个扭簧9的活动端均处于自由状态，此时两个扭簧9均不变形蓄能；当人体腿部完全带动大腿连接盘3和小腿连接盘4的相对转动角度达到设定值时，其中一个扭簧9与第一限位凸起11相抵，另一个扭簧9与第二限位凸起12相抵，人体腿部进一步带动大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动超过设定值时，其中一个扭簧9的活动端被第一限位凸起11限制并产生变形蓄能，另一个扭簧9的活动端被第二限位凸起12限制也产生变形蓄能，当人体腿部伸展时，两个扭簧9都将复位释放能量为人体膝关节的运动提供助力；这样通过设计两个扭簧9，两个扭簧9变形蓄能为膝关节的运动提供助力，提高了本装置的助力效果。

同时，通过双扭簧9的设计，双扭簧9分别对称安装在大腿连接盘3和小腿连接盘4上，保持了在使用过程中两个扭簧9、大腿连接盘3和小腿连接盘4之间受力的均匀性，避免产生径向力导致的扭簧9与大腿连接盘3和小腿连接盘4之间的摩擦。

在本实施例中，在小腿连接盘4上还设有两个第二定位凸起42，套设在第二凸起41上的扭簧9的一端作为固定端卡在两个第二定位凸起42之间；

在大腿连接盘3上还设有两个第一定位凸起32，套设在第一凸起31上的扭簧9的一端作为固定端卡在两个第一定位凸起32之间；

通过在大腿连接盘3上设计两个第一定位凸起32，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第一定位凸起32之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸；

通过在小腿连接盘4上设计两个第二定位凸起42，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第二定位凸起42之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸。

在本实施例中，第一凸起31和第二凸起41上设有定位销10，扭簧9通过定位销10分别固定在第一凸起31和第二凸起41上。

这样，通过设计定位销10，利用定位销10将扭簧9固定在第一凸起31和第二凸起41上，防止工作过程中扭簧9的上下移动。

实施例四：

实施例四与实施例一的不同之处在于：

如附图9和附图10所示，在本实施例中，还包括设置在大腿连接盘3和小腿连接盘4之间的中间连接盘13，中间连接盘13通过轴承14连接在大腿连接盘3和小腿连接盘4的转动连接件上，中间连接盘13朝向大腿连接盘3的一侧设有第一限位凸起11，中间连接盘13朝向小腿连接盘4的一侧设有第二限位凸起12；

扭簧9为两个，两个扭簧9分别套设在第一凸起31和第二凸起41上，套设在第一凸起31上的扭簧9的一端作为固定端固定在大腿连接盘3上，套设在第一凸起31上的扭簧9的另一端作为活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第一限位凸起11相抵；

套设在第二凸起41上的扭簧9的一端作为固定端固定在小腿连接盘4上，套设在第二凸起41上的扭簧9的另一端作为活动端在大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动角度达到设定值时与第二限位凸起12相抵。

这样，通过设置中间连接盘13，并在中间连接盘13的两端分别设计第一限位凸起11和第二限位凸起12，利用轴承14将中间连接盘13连接在大腿连接盘3和小腿连接盘4的转动连接件上，这样，在人体膝关节屈伸过程中，中间连接盘13相对于大腿连接盘3和小腿连接盘4来说是处于静止状态，人体腿部弯曲时，大腿连接盘3上的第一凸起31带动扭簧9绕中间连接盘13转动，小腿连接盘4上的第二凸起41带动扭簧9绕中间连接盘13转动；同时中间连接盘13的设计更利用扭簧9的安装和固定。

具体在使用时，当人体腿部弯曲，第一凸起31带动连接的扭簧9绕小腿连接盘4转动，第二凸起41带动连接的扭簧9绕大腿连接盘3转动，当人体腿部弯曲带动大腿连接盘3和小腿连接盘4的相对转动角度在设定值之前时，两个扭簧9的活动端均处于自由状态，此时两个扭簧9均不变形蓄能；当人体腿部完全带动大腿连接盘3和小腿连接盘4的相对转动角度达到设定值时，其中一个扭簧9与第一限位凸起11相抵，另一个扭簧9与第二限位凸起12相抵，人体腿部进一步带动大腿连接盘3和小腿连接盘4相对转动超过设定值时，其中一个扭簧9的活动端被第一限位凸起11限制并产生变形蓄能，另一个扭簧9的活动端被第二限位凸起12限制也产生变形蓄能，当人体腿部伸展时，两个扭簧9都将复位释放能量为人体膝关节的运动提供助力；这样通过设计两个扭簧9，两个扭簧9变形蓄能为膝关节的运动提供助力，提高了本装置的助力效果。

同时，通过双扭簧9的设计，双扭簧9分别对称安装在大腿连接盘3和小腿连接盘4上，保持了在使用过程中两个扭簧9、大腿连接盘3和小腿连接盘4之间受力的均匀性，避免产生径向力导致的扭簧9与大腿连接盘3和小腿连接盘4之间的摩擦。

同理通过在小腿连接盘4上设计两个第二定位凸起42，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第二定位凸起42之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸。

在本实施例中，在小腿连接盘4上还设有两个第二定位凸起42，套设在第二凸起41上的扭簧9的一端作为固定端卡在两个第二定位凸起42之间；

在大腿连接盘3上还设有两个第一定位凸起32，套设在第一凸起31上的扭簧9的一端作为固定端卡在两个第一定位凸起32之间；

通过在大腿连接盘3上设计两个第一定位凸起32，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第一定位凸起32之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸；

通过在小腿连接盘4上设计两个第二定位凸起42，将扭簧9作为固定端的一端卡在两个第二定位凸起42之间，一方面可以实现对扭簧9固定端的固定效果；另一方面也没有通过螺钉等固定连接件进行固定，方便了扭簧9固定端的安装和拆卸。

在本实施例中，第一凸起31和第二凸起41上设有定位销10，扭簧9通过定位销10分别固定在第一凸起31和第二凸起41上。

这样，通过设计定位销10，利用定位销10将扭簧9固定在第一凸起31和第二凸起41上，防止工作过程中扭簧9的上下移动。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，包括膝关节助力机构，所述膝关节助力机构包括两个结构一致的膝关节助力组件，两个所述膝关节助力组件分别用于与人体腿部的外侧和内侧配合，所述膝关节助力组件包括大腿支杆和小腿支杆，所述大腿支杆和所述小腿支杆通过中间转轴机构进行转动连接，所述中间转轴机构包括同轴转动连接的大腿连接盘和小腿连接盘，所述大腿连接盘用于与所述大腿支杆固定连接，所述小腿连接盘用于与所述小腿支杆固定连接，所述大腿连接盘朝向所述小腿连接盘的一侧开设有一圈环形的第一凹槽，所述第一凹槽与所述大腿连接盘轴向中部位置形成第一凸起，所述小腿连接盘朝向所述大腿连接盘的一侧开设有一圈环形的第二凹槽，所述第二凹槽与所述小腿连接盘轴向中部位置形成第二凸起，还包括多个扭簧，多个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和/或所述第二凸起上，还包括第一限位凸起和/或第二限位凸起，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

2.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，所述扭簧为一个，所述扭簧套设在所述第一凸起上，所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，所述扭簧的另一端作为活动端，在所述小腿连接盘上设有第一限位凸起，所述扭簧的活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵。

3.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，所述扭簧为一个，所述扭簧套设在所述第二凸起上，所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，所述扭簧的另一端作为活动端，在所述大腿连接盘上设有第二限位凸起，所述扭簧的活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

4.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，所述扭簧为两个，两个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和所述第二凸起上，所述小腿连接盘上设有第一限位凸起，所述大腿连接盘上设有第二限位凸起，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵；

套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

5.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，还包括设置在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘之间的中间连接盘，所述中间连接盘通过轴承连接在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘的转动连接件上，所述中间连接盘朝向所述大腿连接盘的一侧设有第一限位凸起，所述中间连接盘朝向所述小腿连接盘的一侧设有第二限位凸起；

所述扭簧为两个，两个所述扭簧分别套设在所述第一凸起和所述第二凸起上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿连接盘上，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第一限位凸起相抵；

套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端固定在所述小腿连接盘上，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的另一端作为活动端在所述大腿连接盘和所述小腿连接盘相对转动角度达到设定值时与所述第二限位凸起相抵。

6.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，所述第一凸起和/或所述第二凸起上设有定位销，所述扭簧通过所述定位销固定在所述第一凸起和/或所述第二凸起上。

7.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，还包括踝关节助力机构，所述踝关节助力机构包括用于放置人体脚部的脚部组件，还包括膝踝连接件和拉簧，所述膝踝连接件的一端与所述膝关节助力机构固定连接，所述膝踝连接件的另一端与所述拉簧的一端固定相连，所述拉簧的另一端与所述脚部组件固定连接。

8.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，还包括穿戴组件，所述穿戴组件包括穿戴连接件，在所述大腿支杆和所述小腿支杆上均连接有所述穿戴连接件，在所述穿戴连接件对应的位置均分布有弧形连接件，所述弧形连接件的两端分别连接在两个所述膝关节助力组件的所述大腿支杆或所述小腿支杆上，两个所述大腿支杆上对应位置的所述穿戴连接件之间能够进行固定连接，两个所述小腿支杆上对应位置所述穿戴连接件之间能够进行固定连接，所述弧形连接件、所述膝关节助力组件和所述穿戴连接件之间能够形成用于容纳人体腿部的空间。

9.根据权利要求8所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，所述大腿支杆和所述小腿支杆上与所述弧形连接件连接的位置均开设有条形安装孔，所述条形安装孔处连接有安装扣带，所述安装扣带与所述弧形连接件固定连接，且所述安装扣带能够沿所述条形安装孔往复移动。

10.根据权利要求1所述的被动式下肢运动助力外骨骼装置，其特征在于，所述大腿连接盘和所述小腿连接盘通过销轴进行转动连接；

在大腿连接盘上还设有两个第一定位凸起，套设在所述第一凸起上的所述扭簧的一端作为固定端卡在两个所述第一定位凸起之间；

在小腿连接盘上还设有两个第二定位凸起，套设在所述第二凸起上的所述扭簧的一端作为固定端卡在两个所述第二定位凸起之间。

Images