CN107049711B - 可穿戴多功能外骨骼行走支架装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可穿戴多功能外骨骼行走支架装置及其控制方法，包括：腰部支具(1)、左腿支具、右腿支具、腰部辅助支撑机构(2)、电动推杆系统(3)、髋关节解锁装置(4)；腰部辅助支撑机构(2)与左腿支具、右腿支具之间的铰接，通过髋关节解锁装置(4)进行解开或锁闭，以形成对髋关节运动的释放或约束；腰部支具(1)通过电动推杆系统(3)连接左腿支具和/或右腿支具。本发明可以根据患者情况以及康复训练计划，实施不同的康复训练模式，在设计重点放在髋关节的运动上，使结构简单、轻便，实用性强；另外，其动力系统具有体积小、质量轻、布局灵活、机构紧凑的特点，而且能够输出较大力或扭矩、动作响应灵敏，易于控制。

Description

可穿戴多功能外骨骼行走支架装置及其控制方法

技术领域

本发明属于医疗康复器械技术领域，具体地，涉及可穿戴多功能外骨骼行走支架装置及其控制方法，尤其涉及下肢医疗康复器械技术。

背景技术

随着科技进步和人民生活水平的提高，我国人口正在步入老龄化，因而也伴随着出现较多大量的脑血管疾病或神经系统疾病患者，这类患者多数伴有偏瘫症状，据统计每年全球有数以千万的人因为脑中风而无法正常行走，必须进行步态康复之后才能够正常行走。同时，由于交通运输工具、工程建设等迅速增长，因事故而造成神经损伤或者肢体损伤的人数也越来越多。医学理论和临床医学证明，这类患者除了早期的手术治疗和必要的药物治疗外，正确的、科学的康复训练对于肢体运动功能的恢复和提高起到非常重要的作用。尽早开展康复训练不仅能够维持关节活动度、防止关节挛缩，而且能够明显提高患者运动功能的最终恢复程度。

目前，偏瘫康复训练的基本方法是理疗师对患者进行“手把手”的训练，这种康复训练模式，无论对患者还是对医务工作者都是一项长期的艰苦工作。医务工作者则不得不同时承担对患者的心理疏导、繁重的体力劳动和重复的机械性操作、以及制订治疗方案等多项工作而疲惫不堪。患者也必须承担昂贵的医疗护理费用。在这种情况下，康复训练往往不能很好完成，效果也受到很大影响。因此，开拓更加广泛的康复训练手段和进一步提高康复效率是解决患者运动功能障碍的当务之急。

外骨骼是一种可以让人穿戴的人机一体化机械装置，把外骨骼技术和康复训练结合起来，采用外骨骼康复装置进行偏瘫肢体的康复训练，一方面外骨骼系统有一定支撑功能，保证患者的直立；另一方面，外骨骼系统可以在有动力或无动力下，协助患者的完成康复运动。

为此，科研人员进行了大量努力研发。

现有技术1：专利文献CN102670379B披露了一种“移动式可穿戴下肢外骨骼康复机器人”，该专利文献虽然提供的是可穿戴的外骨骼康复机器人，能够帮助患者完成特定关节自由度的特定运动，主动的对于患者运动进行辅助和牵引，但是该专利文献中的支具需要依附于底部安装有滑轮的支架，其实质仍然是一种半固定式的康复器械。

现有技术2：专利文献CN203898660U披露了一种“站立行走型支架”，能够快速地调整以适应不同个体的差异，穿戴舒适，属于移动式的康复器械。但是该专利文献未涉及控制部分，未对如何就已有支具结构进行控制以实现不同使用模式深入研究。

现有技术3：专利文献CN101786478B披露了一种“具有反力矩结构的虚拟力控制下肢外骨骼机器人”，该专利文献的技术方案具有液压执行器和反力矩结构，并对支具结构的控制算法进行了一定研究，其结构仍有可改进优化之处。该专利文献说明苏0031段指出“当人在支撑相时，膝关节4采用液压驱动技术，通过虚拟被动力控制方法，实现在膝关节4伸展时，液压执行器5能有效地补充能量，顶升重物；在膝关节4弯曲时，液压执行器5作为阻尼器消耗能量”，该专利文献说明书0033段指出“髋关节9，踝关节2，反力矩结构7等均无需控制，与外骨骼一起跟随人体被动运动”。因此，该专利文献在髋关节处的反力矩结构7主要采用力矩弹簧19，缓冲弹簧17储能元件，采用了弹簧储能再释放能量的原理，并不是主动驱动结构，不能在髋关节处提供主动驱动力。而在本发明采用的电动推杆系统3中，直接采用电机驱动丝杠，实现直线位移的功能，是主动驱动结构。此外，虽然该专利文献采用液压执行器5在膝关节处提供驱动力可顶升重物，但是液压执行器5属于密封装置，其密封困难，会有一定程度的漏油，这就导致外骨骼机器人存在被污染的不足之处，不适合用于康复器械之上；而本发明中的电动推杆系统3利用电机驱动实现直线往复运动，丝杠的加工技术稳定，加工精度很高，传动精度也很高；电机控制技术精度高可达到微米级；可实现轻量化要求；使用清洁、安全。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种可穿戴多功能外骨骼行走支架装置及其控制方法。

根据本发明提供的一种可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，包括：腰部支具、左腿支具、右腿支具、腰部辅助支撑机构、电动推杆系统、髋关节解锁装置；

腰部辅助支撑机构安装在腰部支具上；

所述左腿支具、右腿支具分别通过腰部辅助支撑机构与腰部支具铰接，并对称设置在腰部支具两侧；

腰部辅助支撑机构与左腿支具、右腿支具之间的铰接，通过髋关节解锁装置进行解开或锁闭，以形成对髋关节运动的释放或约束；

腰部支具通过电动推杆系统连接左腿支具和/或右腿支具。

优选地，腰部支具包括主体结构、竖向安装基础、横向安装基础、调节块、绑扎带；

主体结构的两侧分别紧固连接有竖向安装基础；

横向安装基础包括安装块，其中，紧固设置在主体结构两侧的安装块之间通过调节块连接；

绑扎带安装在竖向安装基础上。

优选地，所述腰部辅助支撑机构包括：短臂、竖向拉杆、长拐臂、横向拉杆；

位于主体结构左侧的竖向安装基础、一个短臂、一个竖向拉杆、一个长拐臂、横向拉杆、另一个长拐臂、另一个竖向拉杆、另一个短臂、位于主体结构右侧的竖向安装基础依次铰接连接；

长拐臂还铰接于安装块。

优选地，所述右腿支具、左腿支具均包括：大腿支具、小腿支具、脚掌、大腿与小腿支具锁闭机构、腿部绑扎结构；

大腿支具上端与竖向安装基础铰接，大腿支具下端通过与大腿与小腿支具锁闭机构与小腿支具铰接；

大腿与小腿支具锁闭机构为一锁销；

小腿支具与大腿支具之间的铰接通过所述锁销解开或锁闭；

脚掌和小腿支具紧固连接；

腿部绑扎结构安装在小腿支具上。

优选地，电动推杆系统对髋关节进行主动控制；

在髋关节解锁装置锁闭状态下，横向拉杆构成受力平衡机构或者运动转移机构。

根据本发明提供的上述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，还包括控制器和电源模块；

控制器分别对电动推杆系统、髋关节解锁装置进行控制；

电源模块分别对电动推杆系统、髋关节解锁装置进行供电。

优选地，所述控制器包括运算控制模块，其中，所述运算控制模块包括如下任一个或任多个模块：

-无动力有保护工作状态控制模块；

-无动力无保护工作状态控制模块；

-有动力工作状态控制模块；

其中：

在所述无动力有保护工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统与大腿支具之间的铰接解开，大腿支具与短臂之间的铰接被髋关节解锁装置锁闭，令大腿支具与短臂紧固连接在一起；当腰部支具发生前后方向的倾斜时，大腿支具与短臂一起转动，带动安装块与长拐臂的铰点在竖直方向上移动，横向拉杆左右受力平衡而保持长度不变，竖向拉杆向上运动的趋势依靠短臂受到大腿支具的约束，使得腰部支具发生前后方向的倾斜也受到约束；当左腿支具或右腿支具被迈步带动时，迈步侧的大腿支具带动腰部支具和短臂一起运动，迈步侧的竖向拉杆的长度保持不变，腰部支具向后运动，推动腰部支具和迈步侧的长拐臂的铰点下沉，使得非迈步侧的竖向拉杆向上伸长，使得非迈步侧的大腿支具相对于腰部支具有向后运动的趋势；

在所述无动力无保护工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统与大腿支具之间的铰接解开，大腿支具与短臂之间的铰接被髋关节解锁装置解开，使得腰部支具与大腿支具之间的铰接解开；

在所述有动力工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统与大腿支具形成铰接，大腿支具与短臂之间的铰接被髋关节解锁装置解开，电动推杆系统提供髋关节运动驱动。

优选地，所述控制器还包括：操作控制模块、通讯模块、电机驱动模块、电池管理模块；

操作控制模块提供用户操作控制按钮；运算控制模块与操作控制模块使用GPIO相连，

所述通讯模块包括蓝牙/WIFI通讯模块、串口通讯模块、声光报警模块；运算控制模块与蓝牙/WIFI通讯模块使用UART相连，蓝牙/WIFI通讯模块提供了与远程服务器或者移动通讯设备相连的方式，运算控制模块与串口通讯模块使用UART相连，串口通讯模块与电脑相连通信，运算控制模块与声光报警模块使用GPIO相连，声光报警模块在异常情况下，发出相应的声音或者灯光提示；

所述电机驱动模块包括电机控制模块、光电编码器、推杆电机；运算控制模块与电机控制模块使用GPIO相连，运算控制模块使用PWM通过电机控制模块控制电机的转动速度与方向，运算控制模块与光电编码器使用GPIO相连，光电编码器安装在电动推杆系统的电机转轴上；

所述电池管理模块包括锂电池、电池管理模块；锂电池的输出端与电池管理模块相连，电源输出接口在电池管理模块上，运算控制模块与电池管理模块使用UART相连。

根据本发明提供的一种上述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置的控制方法，包括如下任一个或任多个步骤：

-无动力有保护工作状态控制步骤；

-无动力无保护工作状态控制步骤；

-有动力工作状态控制步骤；

其中：

在所述无动力有保护工作状态控制步骤中，令电动推杆系统与大腿支具之间的铰接解开，大腿支具与短臂之间的铰接被髋关节解锁装置锁闭，令大腿支具与短臂紧固连接在一起；当腰部支具发生前后方向的倾斜时，大腿支具与短臂一起转动，带动安装块与长拐臂的铰点在竖直方向上移动，横向拉杆左右受力平衡而保持长度不变，竖向拉杆向上运动的趋势依靠短臂受到大腿支具的约束，使得腰部支具发生前后方向的倾斜也受到约束；当左腿支具或右腿支具被迈步带动时，迈步侧的大腿支具带动腰部支具和短臂一起运动，迈步侧的竖向拉杆的长度保持不变，腰部支具向后运动，推动腰部支具和迈步侧的长拐臂的铰点下沉，使得非迈步侧的竖向拉杆向上伸长，使得非迈步侧的大腿支具相对于腰部支具有向后运动的趋势；

在所述无动力无保护工作状态控制步骤中，令电动推杆系统与大腿支具之间的铰接解开，大腿支具与短臂之间的铰接被髋关节解锁装置解开，使得腰部支具与大腿支具之间的铰接解开；

在所述有动力工作状态控制步骤中，令电动推杆系统与大腿支具形成铰接，大腿支具与短臂之间的铰接被髋关节解锁装置解开，电动推杆系统提供髋关节运动驱动。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明可以根据患者情况以及康复训练计划，实施不同的康复训练模式，主要包括无动力训练模式、有动力训练模式。无动力训练模式包含无动力有保护工作状态以及无动力无保护状。有动力训练模式包含单侧有动力以及双侧有动力模式。解决患者的多种训练需求，提高设备的可用性。外骨骼行走支架装置的设计重点放在髋关节的运动上，使结构简单、轻便，实用性强；另外，其动力系统具有体积小、质量轻、布局灵活、机构紧凑的特点，而且能够输出较大力或扭矩、动作响应灵敏，易于控制。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明的整体形状结构示意图。

图2为本发明的腰部支具放大结构示意图。

图3为本发明的腰部辅助支撑机构放大结构示意图。

图4为本发明的立体结构示意图。

图中示出：

腰部支具1、腰部辅助支撑机构2、电动推杆系统3、髋关节解锁装置4、控制器和电源模块的安装位置5、大腿支具6、大腿与小腿支具锁闭机构7、小腿支具8、腿部绑扎结构9、脚掌10、主体结构11、竖向安装基础12、安装块13、调节块14、绑扎带15、短臂16、竖向拉杆17、长拐臂18、横向拉杆19。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，包括：腰部支具1、左腿支具、右腿支具、腰部辅助支撑机构2、电动推杆系统3、髋关节解锁装置4；腰部辅助支撑机构2安装在腰部支具1上；所述左腿支具、右腿支具分别通过腰部辅助支撑机构2与腰部支具1铰接，并对称设置在腰部支具1两侧；腰部辅助支撑机构2与左腿支具、右腿支具之间的铰接，通过髋关节解锁装置4进行解开或锁闭，以形成对髋关节运动的释放或约束；腰部支具1通过电动推杆系统3连接左腿支具和/或右腿支具。电动推杆系统3对髋关节进行主动控制。

具体地，腰部辅助支撑机构2通过髋关节解锁装置4与腿部支具形成解开或锁闭，完成对髋关节运动的释放或约束，其中，腿部支具是指左腿支具和/或右腿支具。电动推杆系统3一端与左腿支具或右腿支具相连，另一端与腰部支具1结构相连，形成驱动髋关节运动。通过穿戴的方式能够把本发明提供的装置穿戴在患者身体上，取代双脚有支撑人体身体重量的功能，另外，它能通过结构的调整实现无动力保护训练模式、无动力无保护训练模式、单侧有动力训练模式、双侧有动力训练模式，满足不同需要的康复训练需求。本发明机构具有简单、轻便、穿戴方便、适合不同身高、不同体重的人穿戴等特点。

如图2所示，腰部支具1包括主体结构11、竖向安装基础12、横向安装基础、调节块14、绑扎带15；主体结构11的两侧分别紧固连接有竖向安装基础12；横向安装基础包括安装块13，其中，紧固设置在主体结构11两侧的安装块13之间通过调节块14连接；绑扎带15安装在竖向安装基础12上。具体地，主体结构11采用高分子材料，其外观结构根据人机工程设计；竖向安装基础12安装在主体结构11的两侧，一方面加强主体结构的刚度，另一方面，也是其它结构的安装基础；横向安装基础分为左右安装块13、调节块14，左右安装块13安装主体结构11上，主要起到增加主体结构刚度以及提供其它结构的安装基础，调节块14适应不同尺寸的主体结构11；绑扎带15安装在竖向安装基础12上，把腰部支具结构绑扎到身体上。

如图3所示，所述腰部辅助支撑机构2包括：短臂16、竖向拉杆17、长拐臂18、横向拉杆19；位于主体结构11左侧的竖向安装基础12、一个短臂16、一个竖向拉杆17、一个长拐臂18、横向拉杆19、另一个长拐臂18、另一个竖向拉杆17、另一个短臂16、位于主体结构11右侧的竖向安装基础12依次铰接连接；长拐臂18还铰接于安装块13。其中，所述短臂16的长短是相对于长拐臂18的长短而言的。即短臂16的长度小于长拐臂18的长度。

如图1、图4所示，所述右腿支具、左腿支具均包括：大腿支具6、小腿支具8、脚掌10、大腿与小腿支具锁闭机构7、腿部绑扎结构9；大腿支具6上端与竖向安装基础12铰接，大腿支具6下端通过与大腿与小腿支具锁闭机构7与小腿支具8铰接；大腿与小腿支具锁闭机构7为一锁销；小腿支具8与大腿支具6之间的铰接通过所述锁销解开或锁闭；脚掌10和小腿支具8紧固连接；腿部绑扎结构9安装在小腿支具8上。其中，为了保证正常外骨骼行走支架装置的穿戴性，大腿支具6与小腿支具8之间设置大腿与小腿支具锁闭机构7，在穿戴装置时，解开大腿与小腿支具锁闭机构7，大腿支具6与小腿支具8铰接，穿戴完毕后，锁闭大腿与小腿支具锁闭机构7，大腿支具6与小腿支具8紧固连接。具体地，所述装置通过腰部支具1的主体结构11与人体腰部支具贴合，使用绑扎带15穿在人体上；在小腿支具8位置上设置腿部绑扎结构9，把支架系统捆绑在人的腿上；支架脚掌10与人体脚配合。通过三个部位与人体完成穿戴。

所述可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，还包括控制器和电源模块；控制器分别对电动推杆系统3、髋关节解锁装置4进行控制；电源模块分别对电动推杆系统3、髋关节解锁装置4进行供电。所述控制器包括运算控制模块，其中，所述运算控制模块包括无动力有保护工作状态控制模块、无动力无保护工作状态控制模块、有动力工作状态控制模块。其中，有动力、无动力只是针对髋关节运动而言，支架装置正常工作状态下，只有髋关节2个自由度。本发明机构简单、轻便、穿戴方便、长度可调性、适合不同身高、不同体重的人穿戴等特点。

在所述无动力有保护工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统3与大腿支具6之间的铰接解开，大腿支具6与短臂16之间的铰接被髋关节解锁装置4锁闭，令大腿支具6与短臂16紧固连接在一起；电动推杆系统3与大腿支具6之间的铰接解开可通过机械拆解的方式解开；

当腰部支具1发生前后方向的倾斜时，大腿支具6与短臂16一起转动，带动安装块13与长拐臂18的铰点在竖直方向上移动，横向拉杆19左右两端同时受拉或受压，从而左右受力平衡而保持长度不变构成受力平衡机构，进而保证腰部辅助支撑机构2两侧结构的相关性和对称性，因此，腰部辅助支撑机构2保持静止不动，使腰部与大腿转动受到约束，对病人有一定保护功能；竖向拉杆17向上运动的趋势依靠短臂16受到大腿支具6的约束，使得腰部支具1发生前后方向的倾斜也受到约束；

当左腿支具或右腿支具被迈步带动时，迈步侧的大腿支具6带动腰部支具1和短臂16一起运动，迈步侧的竖向拉杆17的长度保持不变，腰部支具1向后运动，推动腰部支具1和迈步侧的长拐臂17的铰点下沉，使得非迈步侧的竖向拉杆17向上伸长，使得非迈步侧的大腿支具6相对于腰部支具1有向后运动的趋势；例如，假设迈动左腿支具，腰部支具1一起转动，由于腰部支具1、大腿支具6以及短臂16一起运动，因此左侧竖向拉杆17不会延伸或缩短，而此时腰部支具1向后运动，推动腰部支具1和长拐臂17铰点下沉，右侧竖向拉杆17向上运动，右腿支具相对于腰部支具1有向后运动的趋势，开始行走；同理，迈右腿支具运动方式与之类似。其中，横向拉杆19构成运动转移机构，实现了运动的转移，即把迈腿一侧的大腿与腰部的转动转移到另一侧大腿与腰部的转动，使迈腿侧大腿与腰部相对无转动，支撑腿与腰部产生相对转动。另外，横向拉杆(19)，长度可调节，保证辅助支撑机构(2)的正确位置。

在所述无动力无保护工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统3与大腿支具6之间的铰接解开，大腿支具6与短臂16之间的铰接被髋关节解锁装置4解开，使得腰部支具1与大腿支具6之间的铰接解开；此时，腰部辅助支撑机构2没有发挥支撑功能；其中，髋关节解锁装置4解开，辅助支撑机构2整体失效，横向拉杆19也失效。

在所述有动力工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统3与大腿支具6形成铰接，大腿支具6与短臂16之间的铰接被髋关节解锁装置4解开，电动推杆系统3提供髋关节运动驱动。具体地，在所述有动力工作状态控制模块的控制下，所述可穿戴多功能外骨骼行走支架装置处于有动力工作状态：电动推杆系统3与大腿支具6形成铰接，髋关节解锁装置4解开大腿支具6与短臂16，保证大腿支具6与短臂16铰接，控制器及电源模块接通电动推杆系统3，为电动推杆系统3进行控制和能源输送，由于电动推杆系统3的一端与腰部支具1的竖向安装基础12铰接，电动推杆系统3的另一端与大腿支具6铰接，实际上形成了髋关节的一个运动。根据实际需求，电动推杆系统3可以双侧安装，也可以单侧安装。电动推杆系统3的动作按照控制器及电源模块设置进行，控制器及电源模块的设置实现走行合理性以及行走模式可调。其中，髋关节解锁装置4解开，辅助支撑机构2整体失效，横向拉杆19也失效。

更为具体地，所述控制器还包括：操作控制模块、通讯模块、电机驱动模块、电池管理模块；

操作控制模块提供用户操作控制按钮；运算控制模块与操作控制模块使用GPIO相连，

所述通讯模块包括蓝牙/WIFI通讯模块、串口通讯模块、声光报警模块；运算控制模块与蓝牙/WIFI通讯模块使用UART相连，蓝牙/WIFI通讯模块提供了与远程服务器或者移动通讯设备相连的方式，运算控制模块与串口通讯模块使用UART相连，串口通讯模块与电脑相连通信，运算控制模块与声光报警模块使用GPIO相连，声光报警模块在异常情况下，发出相应的声音或者灯光提示；

所述电机驱动模块包括电机控制模块、光电编码器、推杆电机；运算控制模块与电机控制模块使用GPIO相连，运算控制模块使用PWM通过电机控制模块控制电机的转动速度与方向，运算控制模块与光电编码器使用GPIO相连，光电编码器安装在电动推杆系统3的电机转轴上；

所述电池管理模块包括锂电池、电池管理模块；锂电池的输出端与电池管理模块相连，电源输出接口在电池管理模块上，运算控制模块与电池管理模块使用UART相连。

根据本发明提供的一种所述可穿戴多功能外骨骼行走支架装置的控制方法，包括如下：无动力有保护工作状态控制步骤、无动力无保护工作状态控制步骤、有动力工作状态控制步骤。其中，有动力、无动力只是针对髋关节运动而言，支架装置正常工作状态下，只有髋关节2个自由度。本发明机构简单、轻便、穿戴方便、长度可调性、适合不同身高、不同体重的人穿戴等特点。

在所述无动力有保护工作状态控制步骤中，令电动推杆系统3与大腿支具6之间的铰接解开，大腿支具6与短臂16之间的铰接被髋关节解锁装置4锁闭，令大腿支具6与短臂16紧固连接在一起；当腰部支具1发生前后方向的倾斜时，大腿支具6与短臂16一起转动，带动安装块13与长拐臂18的铰点在竖直方向上移动，横向拉杆19左右受力平衡而保持长度不变，竖向拉杆17向上运动的趋势依靠短臂16受到大腿支具6的约束，使得腰部支具1发生前后方向的倾斜也受到约束；当左腿支具或右腿支具被迈步带动时，迈步侧的大腿支具6带动腰部支具1和短臂16一起运动，迈步侧的竖向拉杆17的长度保持不变，腰部支具1向后运动，推动腰部支具1和迈步侧的长拐臂17的铰点下沉，使得非迈步侧的竖向拉杆17向上伸长，使得非迈步侧的大腿支具6相对于腰部支具1有向后运动的趋势；

在所述无动力无保护工作状态控制步骤中，令电动推杆系统3与大腿支具6之间的铰接解开，大腿支具6与短臂16之间的铰接被髋关节解锁装置4解开，使得腰部支具1与大腿支具6之间的铰接解开；

在所述有动力工作状态控制步骤中，令电动推杆系统3与大腿支具6形成铰接，大腿支具6与短臂16之间的铰接被髋关节解锁装置4解开，电动推杆系统3提供髋关节运动驱动。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (6)

1.一种可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，其特征在于，包括：腰部支具(1)、左腿支具、右腿支具、腰部辅助支撑机构(2)、电动推杆系统(3)、髋关节解锁装置(4)；

腰部辅助支撑机构(2)安装在腰部支具(1)上；

所述左腿支具、右腿支具分别通过腰部辅助支撑机构(2)与腰部支具(1)铰接，并对称设置在腰部支具(1)两侧；

腰部辅助支撑机构(2)与左腿支具、右腿支具之间的铰接，通过髋关节解锁装置(4)进行解开或锁闭，以形成对髋关节运动的释放或约束；

腰部支具(1)通过电动推杆系统(3)连接左腿支具和/或右腿支具；

腰部支具(1)包括主体结构(11)、竖向安装基础(12)、横向安装基础、调节块(14)、绑扎带(15)；

主体结构(11)的两侧分别紧固连接有竖向安装基础(12)；

横向安装基础包括安装块(13)，其中，紧固设置在主体结构(11)两侧的安装块(13)之间通过调节块(14)连接；

绑扎带(15)安装在竖向安装基础(12)上；

所述腰部辅助支撑机构(2)包括：短臂(16)、竖向拉杆(17)、长拐臂(18)、横向拉杆(19)；

位于主体结构(11)左侧的竖向安装基础(12)、一个短臂(16)、一个竖向拉杆(17)、一个长拐臂(18)、横向拉杆(19)、另一个长拐臂(18)、另一个竖向拉杆(17)、另一个短臂(16)、位于主体结构(11)右侧的竖向安装基础(12)依次铰接连接；

长拐臂(18)还铰接于安装块(13)。

2.根据权利要求1所述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，其特征在于，所述右腿支具、左腿支具均包括：大腿支具(6)、小腿支具(8)、脚掌(10)、大腿与小腿支具锁闭机构(7)、腿部绑扎结构(9)；

大腿支具(6)上端与竖向安装基础(12)铰接，大腿支具(6)下端通过与大腿与小腿支具锁闭机构(7)与小腿支具(8)铰接；

大腿与小腿支具锁闭机构(7)为一锁销；

小腿支具(8)与大腿支具(6)之间的铰接通过所述锁销解开或锁闭；

脚掌(10)和小腿支具(8)紧固连接；

腿部绑扎结构(9)安装在小腿支具(8)上。

3.根据权利要求1所述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，其特征在于，电动推杆系统(3)对髋关节进行主动控制；

在髋关节解锁装置(4)锁闭状态下，横向拉杆(19)构成受力平衡机构或者运动转移机构。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，其特征在于，还包括控制器和电源模块(5)；

控制器分别对电动推杆系统(3)、髋关节解锁装置(4)进行控制；

电源模块(5)分别对电动推杆系统(3)、髋关节解锁装置(4)进行供电。

5.根据权利要求4所述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，其特征在于，所述控制器包括运算控制模块，其中，所述运算控制模块包括如下任一个或任多个模块：

-无动力有保护工作状态控制模块；

-无动力无保护工作状态控制模块；

-有动力工作状态控制模块；

其中：

在所述无动力有保护工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统(3)与大腿支具(6)之间的铰接解开，大腿支具(6)与短臂(16)之间的铰接被髋关节解锁装置(4)锁闭，令大腿支具(6)与短臂(16)紧固连接在一起；当腰部支具(1)发生前后方向的倾斜时，大腿支具(6)与短臂(16)一起转动，带动安装块(13)与长拐臂(18)的铰点在竖直方向上移动，横向拉杆(19)左右受力平衡而保持长度不变，竖向拉杆(17)向上运动的趋势依靠短臂(16)受到大腿支具(6)的约束，使得腰部支具(1)发生前后方向的倾斜也受到约束；当左腿支具或右腿支具被迈步带动时，迈步侧的大腿支具(6)带动腰部支具(1)和短臂(16)一起运动，迈步侧的竖向拉杆(17)的长度保持不变，腰部支具(1)向后运动，推动腰部支具(1)和迈步侧的长拐臂(17)的铰点下沉，使得非迈步侧的竖向拉杆(17)向上伸长，使得非迈步侧的大腿支具(6)相对于腰部支具(1)有向后运动的趋势；

在所述无动力无保护工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统(3)与大腿支具(6)之间的铰接解开，大腿支具(6)与短臂(16)之间的铰接被髋关节解锁装置(4)解开，使得腰部支具(1)与大腿支具(6)之间的铰接解开；

在所述有动力工作状态控制模块的控制下，电动推杆系统(3)与大腿支具(6)形成铰接，大腿支具(6)与短臂(16)之间的铰接被髋关节解锁装置(4)解开，电动推杆系统(3)提供髋关节运动驱动。

6.根据权利要求5所述的可穿戴多功能外骨骼行走支架装置，其特征在于，所述控制器还包括：操作控制模块、通讯模块、电机驱动模块、电池管理模块；

操作控制模块提供用户操作控制按钮；运算控制模块与操作控制模块使用GPIO相连，

所述通讯模块包括蓝牙/WIFI通讯模块、串口通讯模块、声光报警模块；运算控制模块与蓝牙/WIFI通讯模块使用UART相连，蓝牙/WIFI通讯模块提供了与远程服务器或者移动通讯设备相连的方式，运算控制模块与串口通讯模块使用UART相连，串口通讯模块与电脑相连通信，运算控制模块与声光报警模块使用GPIO相连，声光报警模块在异常情况下，发出相应的声音或者灯光提示；

所述电机驱动模块包括电机控制模块、光电编码器、推杆电机；运算控制模块与电机控制模块使用GPIO相连，运算控制模块使用PWM通过电机控制模块控制电机的转动速度与方向，运算控制模块与光电编码器使用GPIO相连，光电编码器安装在电动推杆系统(3)的电机转轴上；

所述电池管理模块包括锂电池、电池管理模块；锂电池的输出端与电池管理模块相连，电源输出接口在电池管理模块上，运算控制模块与电池管理模块使用UART相连。