CN208729781U - 下肢外骨骼助力机构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种下肢外骨骼助力机构,包括:大腿部紧固组件,其包括左大腿紧固件以及右大腿紧固件;小腿部紧固组件,包括左小腿紧固件以及右小腿紧固件;足部紧固组件,包括左足部紧固件以及右足部紧固件;驱动组件,包括用于将双腿摆动时右膝关节产生的负功传递至左足部的左足驱动件以及用于将双腿摆动时左膝关节产生的拉伸力传递至右足部的右足驱动件。左足驱动件吸收右膝关节在摆动时所作的拉伸力助力左足的后足部向上抬起,所述左足部紧固件能够与所述左小腿紧固件共同作用,为左踝关节助力,从而减少左踝关节做功,且使得左踝关节所产生的力矩峰值减小,减轻左跟腱的负担。对于右足部的作用原理与上述左足部相同。
Description
技术领域
本实用新型属于减压助力装置技术领域,尤其涉及一种下肢外骨骼助力机构。
背景技术
下肢外骨骼助力机构作为助力装备的一种,不仅能帮助有行走障碍的人士恢复和提高运动能力,还能帮助穿戴者节省力气,增强人体运动机能。下肢外骨骼助力机构不仅可以恢复老年人的行走能力,还能对跟腱损伤者提供额外助力,因此具有显著的实用意义和社会价值。
现有下肢外骨骼助力机构的研制大多是主动式外骨骼,一方面对人体腿部束缚较多,助力方式极易破坏人体行走的自然生物力学特性,穿上后行动笨拙,影响了自由活动能力,与人体运动相容性差,并不适合给老年人或其他有行走能力障碍的人士使用;另一方面还会由于电池续航能力有限、电机会带来额外负载等问题,难以运用到实际场景中。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种下肢外骨骼助力机构,旨在解决现有的下肢外骨骼助力机构破坏人体力学特性且耗电的技术问题。
本实用新型是这样实现的,一种下肢外骨骼助力机构,包括:
大腿部紧固组件,包括用于穿戴至左大腿部的左大腿紧固件以及用于穿戴至右大腿部的右大腿紧固件;
小腿部紧固组件,包括用于穿戴至左小腿部的左小腿紧固件以及用于穿戴至右小腿部的右小腿紧固件;
足部紧固组件,包括用于穿戴至左足部的左足部紧固件以及用于穿戴至右足部的右足部紧固件;
驱动组件,包括用于将双腿摆动时右膝关节产生的拉伸力传递至左足部的左足驱动件以及用于将双腿摆动时左膝关节产生的拉伸力传递至右足部的右足驱动件,所述左足驱动件的一端从上向下穿设于所述左小腿紧固件并连接于所述与左足跟部对应的左足部紧固件,所述左足驱动件的另一端从上向下穿设过所述右大腿紧固件并连接于所述右小腿紧固件,所述左小腿紧固件能够随着右小腿绕膝向前的摆动而对所述左足驱动件施加轴向的拉伸力,所述右足驱动件的一端从上向下穿设于所述右小腿紧固件并连接于与右足跟部对应的所述右足部紧固件,所述右足驱动件的另一端从上向下穿设过所述左大腿紧固件并连接于所述左小腿紧固件,所述右小腿紧固件能够随着左小腿绕膝向前的摆动而对所述右足驱动件施加轴向的拉伸力。
本实用新型相对于现有技术的技术效果是:使用者在使用所述下肢外骨骼助力机构时,先将所述大腿部紧固组件穿戴于两大腿部,再将所述小腿部紧固组件穿戴于两小腿部,然后将所述足部紧固组件穿戴于足部,由于连接于所述左足部紧固件的所述左足驱动件依次穿过所述左小腿紧固件以及所述右大腿紧固件并与所述右小腿紧固件相连,因此在人体在行走过程中,右腿向前迈出时右小腿绕右膝向前摆动,对所述左足驱动件施加轴向的拉伸力,所述左足驱动件吸收右膝关节在摆动时拉伸力所作的负功并将拉伸力传导至左足部紧固件的后侧,此能量在左足蹬地时自然释放,助力左足的后足部绕左踝关节转动并向上抬起,此时左脚掌蹬地得以向前走动,所述左足部紧固件能够与所述左小腿紧固件共同作用,为左踝关节助力,从而减少左踝关节做功,且使得左踝关节所产生的力矩峰值减小,减轻左跟腱的负担。对于右足部的作用原理与上述左足部相同。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案,下面将对本实用新型实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面所描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本实用新型实施例提供的下肢外骨骼助力机构在人体穿戴的立体结构示意图;
图2是所述左小腿固定块与所述左驱动缆线及所述右驱动缆线的连接关系***图。
附图标记说明:
11、左大腿紧固件;111、左大腿固定部;112、左大腿固定块;12、右大腿紧固件;121、右大腿固定部;122、右大腿固定块;21、左小腿紧固件;211、左小腿固定部;2111、左上紧固部;2112、左下紧固部;2113、左限位部;212、左小腿固定块;2121、左上固定块;2122、左下固定块;213、左通孔;214、左槽体;2141、左限位槽;2142、左卡接槽;22、右小腿紧固件;221、右小腿固定部;2211、右上紧固部;2212、右下紧固部;2213、右限位部;222、右小腿固定块;31、左足部紧固件;32、右足部紧固件;41、左足驱动件;411、左弹性件;412、左驱动缆线;413、左线鞘;42、右足驱动件;421、右弹性件;422、右驱动缆线;423、右线鞘;424、右限位块;50、腰带;62、右连接带
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本实用新型,而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”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实用新型和简化描述,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实用新型的限制。在本实用新型中以人体正向为前,背向为后,左腿位置为左,右腿位置为右,头顶方向为上,脚底方向为下。
在本实用新型中,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。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。
请参照图1,本实用新型提供一种下肢外骨骼助力机构,包括用于穿戴至使用者大腿的大腿部紧固组件、用于穿戴至使用者小腿的小腿部紧固组件、用于穿戴至使用者足部的足部紧固组件以及用于利用人体力学特性驱动双腿前进的驱动组件。
所述大腿部紧固组件包括用于穿戴至左大腿部的左大腿紧固件11以及用于穿戴至右大腿部的右大腿紧固件12,所述左大腿紧固件11以及所述右大腿紧固件12均优选为可调节宽松且不易滑落的绑带。
所述小腿部紧固组件包括用于穿戴至左小腿部的左小腿紧固件21以及用于穿戴至右小腿部的右小腿紧固件22,所述左小腿紧固件21以及所述右小腿紧固件22均优选为可调节宽松且不易滑落的绑带。
所述足部紧固组件包括用于穿戴至左足部的左足部紧固件31以及用于穿戴至右足部的右足部紧固件32。所述左足部紧固件31优选为具有与左足的足跟部位置对应的左足跟紧固部,所述右足部紧固件32优选为具有与右足的足跟部位置对应的右足跟紧固部。进一步优选地,所述左足部紧固件31与所述右足部紧固件32均为鞋体状以供使用者穿戴。
所述驱动组件包括用于将双腿摆动时右膝关节产生的拉伸力传递至左足部的左足驱动件41以及用于将双腿摆动时左膝关节产生的拉伸力传递至右足部的右足驱动件42,所述左足驱动件41的一端从上向下穿设于所述左小腿紧固件21并连接于所述与左足跟部对应的左足部紧固件31,所述左足驱动件41的另一端从上向下穿设过所述右大腿紧固件12并连接于所述右小腿紧固件22,所述左小腿紧固件21能够随着右小腿绕膝向前的摆动而对所述左足驱动件41施加轴向的拉伸力,所述右足驱动件42的一端从上向下穿设于所述右小腿紧固件22并连接于与右足跟部对应的所述右足部紧固件32,所述右足驱动件42的另一端从上向下穿设过所述左大腿紧固件11并连接于所述左小腿紧固件21,所述右小腿紧固件22能够随着左小腿绕膝向前的摆动而对所述右足驱动件42施加轴向的拉伸力。可以理解地,所述左足驱动件41连接于所述左足部紧固件31的鞋跟处,所述右足驱动件42连接于所述右足部紧固件32的鞋跟处,所述左足驱动件41与所述右足驱动件42优选为具有一定刚度和韧性的绳状以提供轴向的作用力且耐折损。
使用者在使用所述下肢外骨骼助力机构时,先将所述大腿部紧固组件穿戴于两大腿部,再将所述小腿部紧固组件穿戴于两小腿部,然后将所述足部紧固组件穿戴于足部,由于连接于所述左足部紧固件31的所述左足驱动件41依次穿过所述左小腿紧固件21以及所述右大腿紧固件12并与所述右小腿紧固件22相连,因此在人体在行走过程中,右腿向前迈出时右小腿绕右膝向前摆动,对所述左足驱动件41施加轴向的拉伸力,所述左足驱动件41吸收右膝关节在摆动时拉伸力所作的负功并将拉伸力传导至左足部紧固件31的后侧,此能量在左足蹬地时自然释放,助力左足的后足部绕左踝关节转动并向上抬起,此时左脚掌蹬地得以向前走动,所述左足部紧固件31能够与所述左小腿紧固件21共同作用,为左踝关节助力,从而减少左踝关节做功,且使得左踝关节所产生的力矩峰值减小,减轻左跟腱的负担。对于右足部的作用原理与上述左足部相同。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述左足驱动件41包括连接于所述左足部紧固件31的左弹性件411以及其一端从上向下穿设于所述左小腿紧固件21并连接于所述左弹性件411且其另一端从上向下穿设过所述右大腿紧固件12并连接于所述右小腿紧固件22的左驱动缆线412,所述右足驱动件42包括连接于右足部紧固件32的右弹性件421以及其一端从上向下穿设于所述右小腿紧固件22并连接于所述右弹性件421且其另一端从上向下穿设过所述左大腿紧固件11并连接于所述左小腿紧固件21的右驱动缆线422。所述左弹性件411能够吸收右小腿摆动时所做负功,在蹬地时所述左弹性件411所吸收的负功释放,从而减小蹬地时下肢肌肉做功。所述左弹性件411还能提供轴向的预紧力并在人体行走过程中提供轴向缓冲力,以增长所述左足驱动件41的反应时长,为使用者增长了反应时间,使用者步调得以放缓,步距得以拉大,其释放能量时能够对踝关节进行助力。所述右足驱动件42的远离效果与所述左足驱动件41相同,此处不赘述。设置左弹性件411和所述右弹性件421的弹性刚度可根据人体质量的不同进行调节,以增加助力效果。
优选地,所述左弹性件411与所述右弹性件421可拆卸,以方便更换适合使用者的弹性刚度的弹性件。所述左弹性件411及所述右弹性件421优选为弹簧,弹簧可以为普通弹簧,刚度0N/m~5000N/m之间。所述左驱动缆线412与所述右驱动缆线422优选为Bonden线(以下称为鲍登线)的线缆,以有效控制加工成本。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述左小腿紧固件21包括用于使用者穿戴至左小腿部的左小腿固定部211以及连接于所述左小腿固定部211并用于穿设所述左足驱动件41的左小腿固定块212,所述右小腿紧固件22包括用于使用者穿戴至右小腿部的右小腿固定部221以及连接于所述右小腿固定部221并用于穿设所述右足驱动件42的右小腿固定块222。所述左小腿固定块212与所述右小腿固定块222的位置可根据使用者的舒适度进行调节。优选地,所述左小腿固定块212位于所述左小腿固定部211的后侧,所述右小腿固定块222位于所述右小腿固定部221的后侧,这样在便于提供轴向力的同时避免妨碍行走。
进一步地,所述左足驱动件41连接于所述右小腿固定块222,这样所述右小腿在摆动时所述右小腿固定块222便能够给予所述左足驱动件41轴向作用力,以使所述左足驱动组件吸收右小腿摆动做出的负功并传递至所述左足部紧固件31;所述右足驱动件42连接于所述左小腿固定块212,这样所述左小腿在摆动时所述左小腿固定块212便能够给予所述右足驱动件42轴向作用力,以使所述右足驱动组件吸收左小腿摆动做出的负功并传递至所述右足部紧固件32。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述左小腿紧固件21包括套于左小腿上部的左上紧固部2111、套于左小腿下部的左下紧固部2112以及位于左小腿后侧并连接于所述左上紧固部2111及所述左下紧固部2112的左限位部2113,所述右小腿紧固件22包括套于右小腿上部的右上紧固部2211、套于右小腿下部的右下紧固部2212以及位于右小腿后侧并连接于所述右上紧固部2211及所述右下紧固部2212的右限位部2213。所述左限位部2113连接于左上紧固部2111与左下紧固部2112之间,起到支撑作用。在使用者穿戴上所述左小腿紧固件21时,所述左上紧固部2111位于左小腿的腓肠肌上侧,所述左下紧固部2112位于左小腿的腓肠肌的下侧,以保证所述左小腿紧固件21不易滑落。所述右小腿紧固件22与所述左小腿紧固件21的结构及作用原理相似,此处不赘述。所述左限位部2113及所述右限位部2213可根据人体腿部曲线设计为弧形,以增加穿戴舒适度。优选地,所述左限位部2113位于所述左小腿的后侧部,所述右限位部2213位于所述右小腿的后侧部,所述左小腿固定块212位于所述左限位部2113,所述右小腿固定块222位于所述右限位部2213,这样便避免了所述左驱动缆线412与所述右驱动缆线422摩擦到使用者小腿部。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述左大腿紧固件11包括套于所述左大腿的左大腿固定部111以及连接于所述左大腿固定部111并用于穿设所述右足驱动件42的左大腿固定块112,所述右大腿紧固件12包括套于所述右大腿的右大腿固定部121以及连接于所述右大腿固定部121并用于穿设所述左足驱动件41的右大腿固定块122。优选地,所述左大腿固定块112位于所述左大腿固定部111的后侧,所述右大腿固定块122位于所述右大腿固定部121的后侧,以避免妨碍使用者走动。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述驱动组件还包括套设于位于所述左小腿固定块212与所述右大腿固定块122之间的所述左驱动缆线412的左线鞘413以及套设于位于所述右小腿固定块222与所述左大腿固定块112之间的所述右驱动缆线422的右线鞘423。所述左线鞘413与所述右线鞘423分别将所述左驱动缆线412与所述右驱动缆线422包裹起来,所述左驱动缆线412与所述右驱动缆线422得以分别在所述左线鞘413与所述右线鞘423中抽动,防止外露的所述左驱动缆线412与所述右驱动缆线422擦伤身体部位。
进一步地,所述左线鞘413的一端连接于所述左小腿固定块212且其另一端连接于所述右大腿固定块122,所述右线鞘423的一端连接于所述右小腿固定块222且其另一端连接于所述左大腿固定块112。这样便避免了所述左线鞘413与所述右线鞘423发生抽动擦伤身体。
请参照图2,在本实用新型实施例中,优选地,所述左小腿固定块212包括连接于所述左小腿固定部211的左下固定块2122以及连接于所述左下固定块2122的左上固定块2121,所述左下固定块2122具有供所述左驱动缆线412穿过的左通孔213以及用于供所述右驱动缆线422抵顶并卡接的左槽体214,所述左上固定块2121压制于所述左线鞘413以防止所述左线鞘413抽动;所述右小腿固定块222包括连接于所述右小腿固定部221的右下固定块以及连接于所述右下固定块的右上固定块,所述右下固定块具有供所述右驱动缆线422穿过的右通孔以及用于供所述左驱动缆线412抵顶并卡接的右槽体,所述右上固定块压制于所述右线鞘423以防止所述右线鞘423抽动。
请参照图2,更优选地,所述左槽体214贯穿至所述左小腿固定块212垂直于所述左小腿固定部211的方向上的一侧面,所述左槽体214包括左限位槽2141以及左卡接槽2142,所述左限位槽2141的槽径大于所述左卡接槽2142的槽径,相应地,所述右足驱动件42还包括设于所述右驱动缆线422朝向所述左小腿固定部211的一端且径向长度大于所述右驱动缆线422的右限位块424,所述右驱动缆线422能够侧向卡接入所述左卡接槽2142,此时所述右限位块424位于所述左限位槽2141内以限制所述右足驱动缆线从所述左槽体214内滑出;所述右槽体贯穿至所述右小腿固定块222垂直于所述右小腿固定部221的方向上的一侧面,所述右槽体包括右限位槽以及右卡接槽,所述右限位槽的槽径大于所述右卡接槽的槽径,相应地,所述左足驱动件41还包括设于所述左驱动缆线412朝向所述右小腿固定部221的一端且径向长度大于所述左驱动缆线412的左限位块,所述左驱动缆线412能够侧向卡接入所述右卡接槽,此时所述左限位块位于所述右限位槽内以限制所述左足驱动缆线从所述右槽体内滑出。
进一步地,所述左小腿固定块212以所述左上固定块2121朝向所述左小腿固定部211的方向连接于所述左小腿固定部211,所述右小腿固定块222以所述右上固定块朝向所述右小腿固定部221的方向连接于所述右小腿固定部221。安装时可将所述左足驱动件41及所述右足驱动件42均安装至所述左小腿固定块212之后再将所述左小腿固定块212安装至所述左小腿固定部211,这样便进一步防止了所述左足驱动件41及所述右足驱动件42的脱落。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述下肢外骨骼助力机构还包括用于穿戴至腰部的腰带50以及连接于所述腰带50并用于限制所述驱动组件径向位移的限位件。所述限位件还能够限制个线鞘的轴向位移。所述腰带50优选为可调节式尼龙腰带50,用于稳定本实用新型整体结构,加强助力效果,并束缚所述驱动组件。
请参照图1,在本实用新型实施例中,所述下肢外骨骼助力机构还包括用于连接所述腰带50与所述左大腿紧固件11的左连接带以及用于连接所述腰带50与所述右大腿紧固件12的右连接带62。所述左连接带用于防止所述左大腿紧固件11从左大腿部滑脱,所述右连接带62用于防止所述右大腿紧固件12从右大腿部滑脱。
优选地,所述左大腿紧固件11与所述左小腿紧固件21、所述右大腿紧固件12与所述右小腿紧固件22均可为可调节尼龙加强带等纺织物。
本实用新型应用交叉膝踝耦合的概念,将一侧腿膝关节的负功收集用于助力另一侧踝关节,轻便简洁,纯被动做功,不需额外能量输入。整体结构模块化设置,便于更换,且形成闭环,结构紧凑并具有稳定性,适用范围广泛。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种下肢外骨骼助力机构,其特征在于,包括:
大腿部紧固组件,包括用于穿戴至左大腿部的左大腿紧固件以及用于穿戴至右大腿部的右大腿紧固件;
小腿部紧固组件,包括用于穿戴至左小腿部的左小腿紧固件以及用于穿戴至右小腿部的右小腿紧固件;
足部紧固组件,包括用于穿戴至左足部的左足部紧固件以及用于穿戴至右足部的右足部紧固件;
驱动组件,包括用于将双腿摆动时右膝关节产生的拉伸力传递至左足部的左足驱动件以及用于将双腿摆动时左膝关节产生的拉伸力传递至右足部的右足驱动件,所述左足驱动件的一端从上向下穿设于所述左小腿紧固件并连接于与左足跟部对应的左足部紧固件,所述左足驱动件的另一端从上向下穿设过所述右大腿紧固件并连接于所述右小腿紧固件,所述左小腿紧固件能够随着右小腿绕膝向前的摆动而对所述左足驱动件施加轴向的拉伸力,所述右足驱动件的一端从上向下穿设于所述右小腿紧固件并连接于与右足跟部对应的所述右足部紧固件,所述右足驱动件的另一端从上向下穿设过所述左大腿紧固件并连接于所述左小腿紧固件,所述右小腿紧固件能够随着左小腿绕膝向前的摆动而对所述右足驱动件施加轴向的拉伸力。
2.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述左足驱动件包括连接于所述左足部紧固件的左弹性件以及其一端从上向下穿设于所述左小腿紧固件并连接于所述左弹性件且其另一端从上向下穿设过所述右大腿紧固件并连接于所述右小腿紧固件的左驱动缆线,所述右足驱动件包括连接于右足部紧固件的右弹性件以及其一端从上向下穿设于所述右小腿紧固件并连接于所述右弹性件且其另一端从上向下穿设过所述左大腿紧固件并连接于所述左小腿紧固件的右驱动缆线。
3.如权利要求2所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述左小腿紧固件包括用于使用者穿戴至左小腿部的左小腿固定部以及连接于所述左小腿固定部并用于穿设所述左足驱动件的左小腿固定块,所述右小腿紧固件包括用于使用者穿戴至右小腿部的右小腿固定部以及连接于所述右小腿固定部并用于穿设所述右足驱动件的右小腿固定块。
4.如权利要求3所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述左足驱动件连接于所述右小腿固定块,所述右足驱动件连接于所述左小腿固定块。
5.如权利要求3所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述左小腿固定部包括套于左小腿上部的左上紧固部、套于左小腿下部的左下紧固部以及位于左小腿后侧并连接于所述左上紧固部及所述左下紧固部的左限位部,所述右小腿固定部包括套于右小腿上部的右上紧固部、套于右小腿下部的右下紧固部以及位于右小腿后侧并连接于所述右上紧固部及所述右下紧固部的右限位部。
6.如权利要求3至5任一项所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述左大腿紧固件包括套于所述左大腿部的左大腿固定部以及连接于所述左大腿固定部并用于穿设所述右足驱动件的左大腿固定块,所述右大腿紧固件包括套于所述右大腿部的右大腿固定部以及连接于所述右大腿固定部并用于穿设所述左足驱动件的右大腿固定块。
7.如权利要求6所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述驱动组件还包括套设于位于所述左小腿固定块与所述右大腿固定块之间的所述左驱动缆线的左线鞘以及套设于位于所述右小腿固定块与所述左大腿固定块之间的所述右驱动缆线的右线鞘。
8.如权利要求7所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述左线鞘的一端连接于所述左小腿固定块且其另一端连接于所述右大腿固定块,所述右线鞘的一端连接于所述右小腿固定块且其另一端连接于所述左大腿固定块。
9.如权利要求1至5任一项所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述下肢外骨骼助力机构还包括用于穿戴至腰部的腰带以及连接于所述腰带并用于限制所述驱动组件径向位移的限位件。
10.如权利要求9所述的下肢外骨骼助力机构,其特征在于,所述下肢外骨骼助力机构还包括用于连接所述腰带与所述左大腿紧固件的左连接带以及用于连接所述腰带与所述右大腿紧固件的右连接带。
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