基于重力支撑的下肢助力外骨骼制造技术

本发明专利技术涉及基于重力支撑的下肢助力外骨骼，包括腰部绑带、用于连接大腿与腰部的连接带和两条腿，两条腿的结构完全相同，每条腿的上部通过连接带与腰部绑带的相应位置固定连接；每条腿均包括大腿支撑部分、小腿支撑部分和脚部固定部分，三部分依次连接；大腿支撑部分与小腿支撑部分的连接处为膝关节，其特征在于：所述大腿支撑部分包括支撑座、大腿副支撑、大腿主支撑和与大腿绑定的绑定带；所述支撑座固定在大腿主支撑的上表面，且支撑座的长度大于大腿主支撑，支撑座的后部与连接带的下部连接，支撑座与连接带连接的区域为使用者坐下时臀部的接触面；支撑座的中部设置有与大腿绑定的绑定带；所述大腿主支撑在膝关节处为开有通孔的凸行卡块。

Lower limb power assisted exoskeleton based on gravity support

The present invention relates to a gravity supporting the lower extremity exoskeleton based on the waist band, including the connection belt for connecting the thighs and waist and two legs, two legs of the same structure, the upper part of each leg by connecting the corresponding position with the waist straps are fixedly connected; each leg includes a thigh supporting part, leg and foot part the fixed part, the three part are connected in sequence; the connection part and the thigh support leg part of the knee joint, which is characterized in that the thigh support part comprises a supporting seat, thigh support, thigh support and vice principal and thigh binding binding belt; the supporting seat is fixed on the upper surface of the thigh and the main support. The supporting seat is larger than the length of the thigh of the main support, rear support seat is connected with the connection with the lower part of the supporting seat and connected with the connection area for users to sit down The middle part of the supporting seat is provided with a binding band which is bound with the thigh; the main support of the thigh is a convex clamping block with a through hole at the knee joint.

【技术实现步骤摘要】
基于重力支撑的下肢助力外骨骼
本专利技术涉及一种下肢助力外骨骼
，具体涉及一种基于重力支撑的下肢助力外骨骼，能够实现不同蹲姿下的重力支撑。
技术介绍
不少行业的员工在很多时候都要进行长时间站立或者需要屈膝工作，这往往会给双脚以及膝关节带来不适进而影响工作效率，日积月累甚至会引发职业病。这些行业的员工通常都需要进行长时间的站立或者屈膝，但由于工作空间以及工作场合的原因，摆放传统座椅可能会造成一种障碍。现有的外骨骼装置绝大部分是为人体提供行走的动力或者提高人体的外负重能力，其主要穿戴在人体身体两侧，无法满足对人体自身的重力支持，且现有外骨骼在工作过程当中需要外部动力源，动力源使整体的结构较为复杂，并且比较笨重。例如，专利文献“穿戴式外骨骼座椅(CN201410705631)”涉及的外骨骼座椅通过大腿和小腿的两个支架以及支架间的伸缩杆实现工人休息时的坐姿支持，该座椅通过关节连接环与小腿固定，其不足之处在于该装置膝部仅通过一个铰接进行连接，稳定性较差；其仅在小腿处有一连接环，在蹲下时小腿会和外骨骼发生较大错位。专利文献“一种坐式下肢外骨骼(CN201510384049)”涉及的坐式下肢外骨骼通过两腿间的座椅可以使人体能够随时坐在座椅上，并且通过电机的驱动，可以辅助人体行走，但是人体的坐姿支持是通过膝部的阻尼离合器实现的，因此当人体坐下时并不稳定，此外由于电机的原因使整体的复杂程度以及重量增加，不方便携带。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术拟解决的技术问题是，提供一种基于重力支撑的下肢助力外骨骼。该外骨骼主要是针对需要长期站立或者需要屈膝才能正常工作，但因场合及工作环境等原因无法使用传统意义的椅子而设计，解决了人体因长期站立、屈膝时对脚部以及膝部的损害问题。在使用时，使用者只需要将其穿戴在身上，当双脚屈膝蹲下，外骨骼都会提供足够的支撑力，就好像一张无形的板凳一样，同时也不会影响使用者的正常走动，尤其适用于制造业、医院等需长时间站立的环境，具有广阔的应用前景。本专利技术解决所述技术问题采用的技术方案是：提供一种基于重力支撑的下肢助力外骨骼，包括腰部绑带、用于连接大腿与腰部的连接带和两条腿，两条腿的结构完全相同，每条腿的上部通过连接带与腰部绑带的相应位置固定连接；每条腿均包括大腿支撑部分、小腿支撑部分和脚部固定部分，三部分依次连接；大腿支撑部分与小腿支撑部分的连接处为膝关节，其特征在于：所述大腿支撑部分包括支撑座、大腿副支撑、大腿主支撑和与大腿绑定的绑定带；所述支撑座固定在大腿主支撑的上表面，且支撑座的长度大于大腿主支撑，支撑座的后部与连接带的下部连接，支撑座与连接带连接的区域为使用者坐下时臀部的接触面；支撑座的中部设置有与大腿绑定的绑定带；所述大腿主支撑在膝关节处为开有通孔的凸行卡块，且在膝关节附近，大腿主支撑按照距离膝关节由远及近的方向厚度递增；所述大腿副支撑的上表面形状与大腿主支撑下表面形状相匹配，且与大腿主支撑的下表面固定连接；大腿副支撑的前端设有凹形卡槽，在凹形卡槽的左右两侧的大腿副支撑上均开有销轴安装孔；所述小腿支撑部分包括安装有可控气弹簧的小腿副支撑、小腿主支撑和重力支撑杆；所述小腿主支撑的上端开有与大腿主支撑上的凸形卡块相配合的凹槽，通过销轴穿过该凹槽与凸形卡块上的通孔，将小腿主支撑与大腿主支撑连接；所述小腿副支撑上部设有用于安装可控气弹簧的空腔，下部设有用于安装重力支撑杆的重力支撑安装孔；可控气弹簧的下部与小腿副支撑中部的气弹簧螺栓孔通过螺栓固定；小腿主支撑的下表面与小腿副支撑的平面侧固定连接；所述可控气弹簧的上端设有圆角矩形槽，可控气弹簧上部与大腿副支撑上的凹形卡槽的形状相匹配，并通过销轴穿过大腿副支撑上的销轴安装孔、可控气弹簧上的圆角矩形槽将大腿副支撑与可控气弹簧连接在一起；所述重力支撑杆通过螺栓固定安装在小腿副支撑的下部，并在小腿副支撑的下部设有用于调节重力支撑杆长度的调节螺钉，调节螺钉固定在杆调节螺钉孔内；重力支撑杆上装有脚部固定部分。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术突出的实质性特点是：本专利技术在膝关节处使用的是一个铰接和一个可滑动的铰接，当人体下蹲时，形成了一个三角形的支撑，较为稳定。支撑元件使用的是可控气弹簧，可控气弹簧的工作原理是：未锁定时可以自由伸缩，当锁定时，气弹簧被固定在一个位置，从而完成支撑作用，可控气弹簧工作不需要外部动力，因此本申请不需要电机等外部动力。本专利技术的显著进步是：一.本专利技术采用可控气弹簧，不干涉人体的正常行走，同时采用手动控制气弹簧的工作进而达到随时随地地下蹲时的姿势支撑。本专利技术不需要外部的动力源，不仅能显著节省能源，同时也很大程度上减小了装备的体积以及重量。二.本专利技术穿戴在人体下肢后部，可穿戴在人体衣服内，可以通过重力支撑杆调节小腿支撑部分的长度，从而适用不同的人群，同时大腿支撑部分是一个开放的结构，即大腿支撑部分与腰部绑带之间采用柔性连接，而不是刚性连接，不需要调整大腿结构的长度，更加人性化。当人体下蹲时能够起到很好的支撑作用，从而有效减轻人体疲劳。三.利用腰部以及大腿部位的绑带以及脚部固定部分使该装置能够很好的将外骨骼与穿戴者固定，使用过程更加稳定。四.本专利技术结构十分简便，整体重量小，方便穿戴和携带，穿上即可实现下蹲姿势的支持，并不需要复杂的操作，易于被使用者所接受。附图说明图1为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的立体结构示意图；图2为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的单条腿的分解结构示意图；图3为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的脚部固定部分与小腿支撑部分的安装结构示意图；图4为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的膝关节处的安装结构示意图；图5为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的连接带与腰部绑带和大腿支撑部分的连接结构示意图；图6为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的大腿副支撑5的立体结构示意图；图7为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的大腿主支撑6的立体结构示意图；图8为本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼一种实施例的小腿副支撑8的立体结构示意图；图9为图8的小腿副支撑的半剖视结构示意图；图中，1.腰部绑带、2.连接带、3.支撑座、4.与大腿绑定的绑定带、5.大腿副支撑、6.大腿主支撑、7.可控气弹簧、8.小腿副支撑、9.小腿主支撑、10.侧面固定单元、11.重力支撑杆、12.脚面限定单元、13.脚底固定单元、601凸行卡块、602连接孔、501凹形卡槽、502销轴安装孔、801空腔、802重力支撑杆安装孔、803杆调节螺钉孔、804气弹簧螺栓孔、112固定块、111卡扣。具体实施方式下面结合实施例及附图进一步解释本专利技术，但并不以此作为对本申请权利要求保护范围的限定。本专利技术基于重力支撑的下肢助力外骨骼(简称外骨骼，参见图1-4)包括腰部绑带1、用于连接大腿与腰部的连接带2和两条腿，两条腿的结构完全相同，每条腿的上部通过连接带2与腰部绑带1的相应位置固定连接；每条腿均包括大腿支撑部分、小腿支撑部分和脚部固定部分，三部分依次连接；大腿支撑部分与小腿支撑部分的连接处为膝关节，其中大腿支撑部分包括支撑座3、大腿副支撑5、大腿主支撑6和与大腿绑定的绑定带4；所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于重力支撑的下肢助力外骨骼，包括腰部绑带、用于连接大腿与腰部的连接带和两条腿，两条腿的结构完全相同，每条腿的上部通过连接带与腰部绑带的相应位置固定连接；每条腿均包括大腿支撑部分、小腿支撑部分和脚部固定部分，三部分依次连接；大腿支撑部分与小腿支撑部分的连接处为膝关节，其特征在于：所述大腿支撑部分包括支撑座、大腿副支撑、大腿主支撑和与大腿绑定的绑定带；所述支撑座固定在大腿主支撑的上表面，且支撑座的长度大于大腿主支撑，支撑座的后部与连接带的下部连接，支撑座与连接带连接的区域为使用者坐下时臀部的接触面；支撑座的中部设置有与大腿绑定的绑定带；所述大腿主支撑在膝关节处为开有通孔的凸行卡块，且在膝关节附近，大腿主支撑按照距离膝关节由远及近的方向厚度递增；所述大腿副支撑的上表面形状与大腿主支撑下表面形状相匹配，且与大腿主支撑的下表面固定连接；大腿副支撑的前端设有凹形卡槽，在凹形卡槽的左右两侧的大腿副支撑上均开有销轴安装孔；所述小腿支撑部分包括安装有可控气弹簧的小腿副支撑、小腿主支撑和重力支撑杆；所述小腿主支撑的上端开有与大腿主支撑上的凸形卡块相配合的凹槽，通过销轴穿过该凹槽与凸形卡块上的通孔，将小腿主支撑与大腿主支撑连接；所述小腿副支撑上部设有用于安装可控气弹簧的空腔，下部设有用于安装重力支撑杆的重力支撑安装孔；可控气弹簧的下部与小腿副支撑中部的气弹簧螺栓孔通过螺栓固定；小腿主支撑的下表面与小腿副支撑的平面侧固定连接；所述可控气弹簧的上端设有圆角矩形槽，可控气弹簧上部与大腿副支撑上的凹形卡槽的形状相匹配，并通过销轴穿过大腿副支撑上的销轴安装孔、可控气弹簧上的圆角矩形槽将大腿副支撑与可控气弹簧连接在一起；所述重力支撑杆通过螺栓固定安装在小腿副支撑的下部，并在小腿副支撑的下部设有用于调节重力支撑杆长度的调节螺钉，调节螺钉固定在杆调节螺钉孔内；重力支撑杆上装有脚部固定部分。...

【技术特征摘要】
1.一种基于重力支撑的下肢助力外骨骼，包括腰部绑带、用于连接大腿与腰部的连接带和两条腿，两条腿的结构完全相同，每条腿的上部通过连接带与腰部绑带的相应位置固定连接；每条腿均包括大腿支撑部分、小腿支撑部分和脚部固定部分，三部分依次连接；大腿支撑部分与小腿支撑部分的连接处为膝关节，其特征在于：所述大腿支撑部分包括支撑座、大腿副支撑、大腿主支撑和与大腿绑定的绑定带；所述支撑座固定在大腿主支撑的上表面，且支撑座的长度大于大腿主支撑，支撑座的后部与连接带的下部连接，支撑座与连接带连接的区域为使用者坐下时臀部的接触面；支撑座的中部设置有与大腿绑定的绑定带；所述大腿主支撑在膝关节处为开有通孔的凸行卡块，且在膝关节附近，大腿主支撑按照距离膝关节由远及近的方向厚度递增；所述大腿副支撑的上表面形状与大腿主支撑下表面形状相匹配，且与大腿主支撑的下表面固定连接；大腿副支撑的前端设有凹形卡槽，在凹形卡槽的左右两侧的大腿副支撑上均开有销轴安装孔；所述小腿支撑部分包括安装有可控气弹簧的小腿副支撑、小腿主支撑和重力支撑杆；所述小腿主支撑的上端开有与大腿主支撑上的凸形卡块相配合的凹槽，通过销轴穿过该凹槽与凸形卡块上的通孔，将小腿主支撑与大腿主支撑连接；所述小腿副支撑上部设有用于安装可控气弹簧的空腔，下部设有用于安装重力支撑杆的重力支撑安装孔；可控气弹簧的下部与小腿副支撑中部的气弹簧螺栓孔通过螺栓固定；小腿主支撑的下表面与小腿副支撑的平面侧固定连接；所述可控气弹簧的上端设有圆角矩形槽，可控气弹簧上部与大腿副支撑上的凹形卡槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，杨广磊，刘璇，李山峰，李文彬，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津,12