【技术实现步骤摘要】
技术介绍
技术实现思路
0、
技术实现思路
：
1、一、改变被动外骨骼现有技术的负重原理工作方式。现有技术的外骨骼系统最终的承重支点——接地支点，无例外的，都在双脚的踝部内侧或外侧，即用后脚跟承重。这种方式也是最早由欧美开发的，已经相当成熟的动力外骨骼技术普遍采用，并移用到被动外骨骼技术中来的，当定点站立时，踝部把重力直接向下传递，可以脚全掌着地承力，传递重力简单直接而且稳固，但是当行走时，人的受力脚要抬起脚跟，由前脚掌用力，推动人体行进，此时人的重心在前脚掌上，这是人体步行的基本形式。而现有技术的重力支点设计在后脚跟，当人体与外骨骼复合运行，步行时的抬脚跟的动作就使得外骨骼系统失去重力支点，全部重量自然就作用在了人体上。这就是现有被动外骨骼技术在步行时负重效率低下的原因。而在动力外骨骼系统，是由动力原件的力矩驱动各种动作，人在系统中属于客体(相当于负荷)，所以系统负重效率低的矛盾不明显。但从机械效率和动力消耗的角度说，也还是重大缺陷。
2、本技术方案是：把外骨骼系统的重力支点设在双脚的前脚掌中心位置(见图2)。即ab轴(脚中心轴)与cd轴(前脚掌最宽处与ab轴垂直的轴线)的交点(0点)。该重力支点可设在足底，以此支点可围绕cd轴旋转，同时也可围绕ab轴旋转。为减少足底的结构厚度，也可把重力支点设在相应足底上方脚面的过桥上。以此支点可沿cd轴左右摆动，并使过桥的两端支点仍设在足底的cd轴上，则过桥可围绕cd轴旋转(见图3)。
3、以上重力支点设置方案可使系统无
4、二、本技术方案为自主独立(可不依附于人体)的钢性负重结构(见图1，图15)。
5、现有技术的负重低效率，除了重力支点的设置不当，另一个重要原因是，现有技术的工作原理是：″分散重力，加强辅助人体″，目的是化解人体负重时集中受力部位的受力强度，例如：减轻肩部的局部压力，並分散到身体的其他部位。加强辅助人体是为使人体的各个受力部位加强负重能力，以此达到提高人体负重能力的目的。在这种负重方式下，最终的负重基础还是在人体上，人体是负重的主体，装置仅起辅助作用，並需要依附于人体，不能独自成为负重体系。在定点立时，系统呈稳定状态，可以起到分散重力和加强人体负重能力的作用，但是当步行的状态下，系统呈动态联接，其分散重力和加强人体的作用就大幅度降低，同时人体负重步行过程中，需要双脚交替负重，系统的重心就需要在双下肢之间进行交换转移，这个转移过程要由髋部与双腿配合完成，而现有技术只是在分散重力和加强人体，並没有重力交换转移的功能，所以在步行过程中，现有技术的装置系统只是起到了干涉人体的重力交换转移动作的作用。这就是现有技术在步行负重的过程中负重低效率的重要原因。
6、本项专利技术的解决方案为：
7、1、系统的重力支点设在鞋卡脚踏(13)的过桥(15)上。鞋卡脚踏(13)为u型板结构，u型结构底部接地面四角设防滑减震胶块(27)(一脚四足)，结构端部设拱形过桥(15)，在拱顶设系统的重力支点(0点)。过桥(15)两端支点与u形板侧壁绞接。侧壁上设安装孔，侧壁中部设靬带(14)，在适当位置固定卡块(16)。通过调整卡块(16)的厚度和位置，可卡装不同型号的鞋底，并使过桥(15)位于前脚掌中部上方，鞋子由上向下踩入脚踏(13)，卡固后由靬带(14)绑定，解开靬带(14)即可将鞋子退出脚踏(13)。(见图4——右脚)。
8、2、系统小腿(17)的水平面轴线与下端重力支点的配合面及小腿(17)上端接头与膝关节(18)配合面的水平面夾角(生理各性适应角)的确定。(见图5——右脚)。小腿(17)为s形弯曲的管状体，其上端与设在人体外侧的系统大腿(10)下端的膝关节(18)联接。膝关节(18)中心与人体膝关节中心等高。过桥(15)的重力支点(0点)与小腿(17)的联接结构为平行于cd轴的槽形结构(15，1)。小腿(17)下端设与此槽形配合的接头(17，2)，装入槽内，由销轴联接定位。使小腿(17)可在槽内沿cd轴摆动。g点，为大腿(10)下端膝关节(18)的中心点，位于距cd轴为l1(人体脚踝中心至cd轴水平距离的二分之一)的平行线上，距ab轴为l2(l1十人体生理个性补偿量)。0g即小腿(17)的水平面轴线，hg为人体侧向(左右向)剖面的平行线，在g点与hg垂直的直线——人体矢向线(人体正向行进线)与cd轴的夾角f即为人体生理个性适应角。例如：直行脚为90度；″八字脚″小于90度；″内八字脚″大于90度；普通常人为约60度(见图6)。左右脚的f角分别由生理实测确定。
9、3、大腿(10)为可伸缩并可相对自由旋转的双层套管形结构。外层套管的下端所设180度一维摆动的仿生膝关节(18)为槽形结构，小腿(17)上端的联接头(17，3)与此关节(18)的槽形造构配合，由销轴联接定位。此联接配合面与矢向线(行进线)平行。即使膝关节(18)保持随小腿(17)的矢向摆动。
10、4、膝关节(18)内侧设启动装置(12)，膝关节(18)上方设矢向重力交换器的功能核心部件异形凸轮(11)并与启动装置(12)联动(见图7)。大腿(10)的伸缩内管(20)下端设支承头(19)，上端设与髋关节(22)配合的联接头(21)。
11、5、髋关节(22)为复合关节，由中间关节(22、1)和髋骨接头(22、2)组合而成(见图8)。使髋关节(22)可以矢向摆动及侧向外侧摆动。22、1与22、2的联接轴中心水平高度应与人体髋轴一致。髋骨(23)为仿生髋骨的l型弯管结构。下端设髋骨接头(22、2)，并由上端所设的交换脚(24)与侧向重力交换器(5)相接。交换器(5)上端设载物托架(后载克)(4)，及挂装肩带鞅(1)。交换器(5)中部设支杠(3)，通过支杠(3)下端的鞦轴(6)及上端所铰接的滑块(2、2)与覆背(2)的滑道(2、1)相滑动联接。滑块(2、2)可在滑道(2、1)内滑动，但受滑道限制不能脱离(见图12)。
12、由本装置总体结构关系可以看到，在系统负重情况下，除系统重力支点(0点)的联接可以使脚与腿之间(相当于踝)做前后左右的全维度摆动，其他关节(膝关节18髋关节22)均处于反关节状态，(膝关节18反关节时处于全维度锁定；髋关节反关节时则侧向内侧锁定。)髋骨前端的重力交换器也处于稳定状态，则全系统即在不依靠人体参与复合的情况下，自主独立形成负重体系。这是本技术与现有的被动外骨骼技术的重要区别。本系统的负重能力即额定负重量的界定是：在自主负重状态下，系统各部产生的弹性变形量，不会影响系统的正常顺畅运行，这个重量的极值即为本系统的额定负重量。而当负重量超过额定值(超载)时，即可通过调整肩带鞅(1)的张力(增加张力)，使人体参与负重，以抵消超额重力，使超载的系统仍可正常顺畅运行，此状态下，人体的负重量等于系统实际总负重量减去系统额定负重量。(图15)。
13、在系本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.把外骨骼系统的重力支点(接地支点)设在双脚的前脚掌承重范围内，可以设在足底，也可以设在相应足底上方的脚面以上及前脚掌周边，可使系统无论在定点站立或步行运动中，始终保持重力支点接地状态(左右脚交替接地)。
2.在系统负重情况下，除系统重力支点(0点)的联接可以使脚与腿之间(相当于踝)作前后左右的全维度摆动，其它关节：膝关节(18)、髋关节(22)均处于反关节状态，膝关节(18)在反关节状态处于全维度锁定；髋关节在反关节状态处于侧向内侧锁定；髋骨前端的重力交換器(5)也处于稳定支承状态；则全系统即在不依靠人体参与复合的情况下，自主独立形成钢性负重体系，系统全部重力直接由接地支点传至地面。
3.当系统负重量超过额定值(超载)时，可通过调整肩带鞅(1)的张力(增加张力)，使人体参与负重，以抵消超额重力，使系统在超载情况下仍可正常顺畅运行。
4.生理个性适应角的设置方式，即小腿(17)的水平面轴线与小腿(17)下端重力支点(0点)的联接配合面及小腿(17)上端接头与膝关节(18)配合面的水平面夾角的确定：小腿(17)下端重力支点(0点)的联接配合面与
5.系统负重步行，需要双脚交替负重，系统的重心随步态在双下肢之间交换转移，转移要由髋部(人体侧向)运动与双腿(人体矢向)前后运动配合完成，为消除、减少交换转移过程中系统与人体之间的干涉阻力设置″侧向重力交换器(5)″和″矢向重力交换器(11)″。
6.侧向重力交换器(5)，结构及运行模式：
7.矢向重力交换装置的结构及运行模式：
8.为减少和消除人体与系统在运行中的相互干涉力，使用动点联接方式，並使用尽量少的联接点，人体与系统的紧固联接部(即人体与系统动点的过渡结构)为：1、鞋卡脚踏(13)；2、覆背装置(2)：由覆背(2)、滑道(21)和下覆背(7)组成；这两个过渡结构(13)、(2)与人体之间在步行过程中沒有相对运动，所以与人体紧固联接不会产生干涉；人体与系统的联动点只有设在双脚鞋卡脚踏(13)上的重力支点(0点)，脚依0点可以前后左右摆动，並由于大腿(10)的套管结构可以自由旋转伸缩，所以脚也可以自由水平旋转，以此实现腿部在不承重的状态下的无干涉自由运动；人体对系统的重心控制，依靠覆背装置(2)的滑块(2、2)与系统间以动点联接实现；滑块(2、2)与覆背装置(2)之间的自由上下滑移化解了系统在步行过程中产生的脉动(上下移动)与人体间的干涉。
9.人体体重与系统的重力平衡方式：在髋骨接头(22、2)端部沿矢向水平线设体重支架(8)，支架(8)末端与髋骨接头(22、2)相接，支架(8)由前端至接头(22、2)的轴孔间沿水平线设连续的按装孔，在按装孔上设支承柱(8、1)，支承柱(8、1)底部与支架的按装孔相绞接，支承柱(8、1)为絲杆结构，在支承柱(8、1)的絲杠部由调节螺母(8、2)固定吊钩(8、3)；人体由腰带(9)和兜带(9、1)与覆背装置(2)下部的下覆背(7)紧固联接；腰带(9)一端联接下覆背(7)，兜带(9、1)由裆下兜住人体，两端分别与下覆背(7)及腰带(9)用插扣(9、3)联接，使人的体重作用在支架(8)前端部的按装孔上；可根据所载重物的重量大小及重心特点，相应调整鞦轴(6)的锁母(6、1)的位置，以改变b角的角度，及结合调整t值：支承柱(8、1)的按装位置至髋骨接头(22、2)轴孔的距离，可以以此方式平衡系统后载克(4)所载重物的重力；在此方式下，人体的肩、背、腰不必前屈用力，自然直立即可以体重平衡系统重心。
10.系统的轻步乘行模式：设定适当b角(b≈0)及t值(t≈0)，並通过调整调节螺母(8、2)改变吊钩(8、3)的高度，来张紧挂带(9、2)的方式，调整系统对人体的挂载力，使随动步行负重外骨骼形成以支承人体为主要功能的轻步乘行模式。在此模式下，可将人体的部分体重挂载在装置上，减轻人体腿部在步行中的压力负担；
...【技术特征摘要】
1.把外骨骼系统的重力支点(接地支点)设在双脚的前脚掌承重范围内，可以设在足底，也可以设在相应足底上方的脚面以上及前脚掌周边，可使系统无论在定点站立或步行运动中，始终保持重力支点接地状态(左右脚交替接地)。
2.在系统负重情况下，除系统重力支点(0点)的联接可以使脚与腿之间(相当于踝)作前后左右的全维度摆动，其它关节：膝关节(18)、髋关节(22)均处于反关节状态，膝关节(18)在反关节状态处于全维度锁定；髋关节在反关节状态处于侧向内侧锁定；髋骨前端的重力交換器(5)也处于稳定支承状态；则全系统即在不依靠人体参与复合的情况下，自主独立形成钢性负重体系，系统全部重力直接由接地支点传至地面。
3.当系统负重量超过额定值(超载)时，可通过调整肩带鞅(1)的张力(增加张力)，使人体参与负重，以抵消超额重力，使系统在超载情况下仍可正常顺畅运行。
4.生理个性适应角的设置方式，即小腿(17)的水平面轴线与小腿(17)下端重力支点(0点)的联接配合面及小腿(17)上端接头与膝关节(18)配合面的水平面夾角的确定：小腿(17)下端重力支点(0点)的联接配合面与cd轴(经前脚掌中心，与ab轴垂直)平行，g点为膝关节(18)的水平面中心点，位于距cd轴为l1(人体脚踝中心至cd轴水平距离二分之一)的平行线上，距ab轴(前脚掌中心与后脚跟中心的连线)为l2(l1十人体生理个性补偿量)，0点与g点的连线为小腿(17)的水平面轴线；
5.系统负重步行，需要双脚交替负重，系统的重心随步态在双下肢之间交换转移，转移要由髋部(人体侧向)运动与双腿(人体矢向)前后运动配合完成，为消除、减少交换转移过程中系统与人体之间的干涉阻力设置″侧向重力交换器(5)″和″矢向重力交换器(11)″。
6.侧向重力交换器(5)，结构及运行模式：
7.矢向重力交换装置的结构及运行模式：
8.为减少和消除人体与系统在运行中的相互干涉力，使用动点联接方式，並使用尽量少的联接点，人体与系统的紧固联接部(即人体与系统动点的过渡结构)为：1、鞋卡脚踏(1...
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