CN109730904B - 一种穿戴式休憩助行外骨骼 - Google Patents

Abstract

一种穿戴式休憩助行外骨骼主要包括腰间束座、控制箱、髋关节驱动装置、髋关节拉线、膝关节软轴、踝关节软轴、坐姿托带、大腿助力装置、小腿助力装置、坐姿支撑装置、足部穿戴装置，仅用两台电机驱动实现步行运动辅助与坐姿休憩功能。根据各关节的运动关系设计拉线传动与软轴传动，通过齿轮啮合、绕线卷簧等输出动力，带动轻量化的机械结构驱动步行周期中髋膝踝关节运动，对使用者提供行走运动助力；针对人体运动过程中的腿部撑地关键姿态，通过膝关节处的电磁卡位功能，适时锁死膝关节自由度，将上身体重通过外骨骼导力通路作用至地面为下肢减负；结合人体坐姿状态静力学原理和ZMP原理，通过切换机械结构实现坐姿休憩功能。

Description

一种穿戴式休憩助行外骨骼

技术领域

本发明涉及人体运动辅助机械设备领域，尤其涉及一种穿戴式休憩助行外骨骼。

背景技术

下肢助力外骨骼是一种由体外硬质材料骨架作运动辅助与支撑，并辅以动力控制系统的人体运动辅助设备，可以为人体下肢关节运动提供辅助力矩，增强下肢运动功能障碍患者的运动能力，或降低健康使用者运动过程中的体能消耗。

人体运动的最主要行为之一是自由行走。而在我国老龄化问题日益严重的社会背景下，由于脊髓损伤或脑卒中等导致的运动功能障碍患者数量庞大，其站起、行走、坐下等运动行为严重受限，因此助行类设备的作用尤为重要，可为患者提供助力，辅助或训练患者完成站立、行走等运动功能。另外，在站立和行走需求较多的工作岗位，为了减轻健康人体下肢过久运动带来的疲劳感，减少体重对下肢的负荷，一种可适时提供坐姿休憩功能的简易外辅设备也极具使用价值。

目前，穿戴式助行外辅设备，多见于康复外骨骼机器人领域，尚处于研究与初步制备阶段。普遍存在机械结构设计不够仿生，人机交互体验一般，设备造价高并且不够简洁轻量，控制方法复杂，功能单一等，严重阻碍了外骨骼机器人的产品化普及。因此，对标健康使用者人体运动状态的髋、膝和踝关节自由度，依据仿生学和人体工学原理，设计机械结构简单、造价低、使用方便、轻量化的多功能运动助行设备，在技术领域和市场需求方面都具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿戴式休憩助行外骨骼，以解决上述技术问题，使机构简单方便穿戴使用，符合人体工学、设备运行噪音低、人机交互体验感良好，减少控制电机的使用台数并做结构轻量化处理，仅用两台电机驱动就可实现双足行走运动辅助功能与间歇休憩座椅功能。使用拉线传动与软轴传动，通过轻量化的机械结构驱动步行周期中髋膝踝关节运动。根据关节角间耦合关系设计绕线轮与齿轮规格，通过齿轮啮合驱动、绕线卷簧驱动、皮带传动等分别输出动力至各关节，对使用者提供行走运动助力；针对人体运动过程中的关键支撑姿态，如双腿直立站姿状态、步行中单侧腿伸直撑地状态，通过膝关节处的电磁卡位功能，适时锁死膝关节自由度，使此状态下的大腿助力片和小腿助力片在下肢长轴方向成为一体的外骨骼构件，将上身体重通过外骨骼导力通路直接作用至地面，分担下肢负荷实现减负效果；为实现休憩效果，结合人体坐姿状态静力学原理和ZMP原理，通过改变机械结构切换使用功能，在臀部、大腿和小腿后方等处通过构件提供支撑力，实现准坐姿休憩功能。

为达到上述目的，本发明通过如下技术方案予以实现：

一种穿戴式休憩助行外骨骼，包括腰间束座1、控制箱2、髋关节驱动装置3、髋关节拉线4、膝关节软轴5、踝关节软轴6、坐姿托带7、大腿助力装置8、小腿助力装置9、坐姿支撑装置10、足部穿戴装置11，所述控制箱2固定在腰间束座1上，腰间束座1绑束固定在使用者腰部适当位置，以保证与使用者躯干相对静止，髋关节拉线4、膝关节软轴5、踝关节软轴6分别把控制箱2内的动力传动到相应关节处驱动人体运动，左右两组髋关节驱动装置3对称安装在腰间束座1两侧下方，分别通过髋关节拉线4传动，驱动髋关节运动，并且可实现有阻尼的释放人体髋关节内外旋自由度，大腿助力装置8上端过盈固连于髋关节驱动装置3内，其下端与小腿助力装置9上端铰接，可实现相对转动，通过膝关节软轴5驱动膝关节运动；坐姿支撑装置10安置在小腿助力装置9后侧，下端与小腿助力装置9铰接，小腿助力装置9下端与足部穿戴装置11上端铰接，通过踝关节软轴6驱动小腿助力装置9与足部穿戴装置11相对转动，以辅助踝关节运动；三条坐姿托带7分别固定在相应位置形成‘又’字形，为人体坐姿时提供支撑，在走姿时可以收回。

所述的腰间束座1包括左束座101、螺帽102、中间束座103、第一销键104、阻尼轴105、右束座106、螺栓107、卡扣腰带108，所述左束座101、中间束座103、右束座106可以根据使用者需求调整使用宽度，之后通过螺栓107和螺帽102紧固为一体，通过卡扣腰带108绑束固定在使用者腰部适当位置，两个阻尼轴105分别嵌固在左束座101、右束座106外侧边缘孔座内，阻尼轴105下端通过第一销键104与髋关节驱动装置3固连。

所述控制箱2内部为左右对称装配的两组相同的机械结构，分别输出动力控制左右下肢的运动姿态，其中每组机械结构均包括第一主轴201、第一绕线轮202、转向轮203、第一轴承支座204、单向离合器205、第一齿轮206、第二主轴207、电机208、联轴器209、第二轴承支座210、第二绕线轮211、第一从轴212、第一轴承213、第二轴承214、张紧装置215、第三绕线轮216、电源217、钢丝绳套218、第三轴承支座219、第二齿轮220、第二从轴221、箱体222，所述电源217固定在箱体222上面板内侧，为固定在箱体222内侧面的两台电机208供电，电机208通过联轴器209与第二主轴207相连，驱动第二主轴207转动，第二主轴207穿过第三绕线轮216之后，继续向外穿过所固连的第一齿轮206和第一轴承支座204，终端与单向离合器205固连，单向离合器205另一侧与第一主轴201固连，第一主轴201再向外穿过另外一个第一轴承支座204后，再穿过所固连的第一绕线轮202，终端与嵌在箱体222侧立面相应位置盲孔内的第二轴承214内径过盈配合，从而可实现主传动轴方向的自由转动，当电机208开始工作时，第一绕线轮202、第一齿轮206和第三绕线轮216可与电机转子共同转动；第一绕线轮202转动的同时，卷绕带动髋关节拉线4通过转向轮203变向后向外输出拉张力；第一齿轮206与固定在第二从轴221上的第二齿轮220啮合传动，第二从轴221一端与第三轴承支座219内径过盈配合固定，另外一端与嵌固在箱体222侧立面通孔内的另一个第一轴承213内径过盈配合，从而可实现转动并与膝关节软轴5的起始端固连后向外输出转矩；第三绕线轮216与第二绕线轮211通过钢丝绳套218传动，张紧装置215保持钢丝绳套218始终张紧，第二绕线轮211固连在第一从轴212上的相应位置，第一从轴212一端与固定在箱体222底面的第二轴承支座210内径过盈配合，另外一端与嵌固在箱体222侧立面通孔内的第一轴承213内径过盈配合，从而可实现转动并与踝关节软轴6起始端固连后向外输出转矩。

所述髋关节驱动装置3包括定位封盖301、定位轴302、绕线轮303、行星轮304、太阳轮305、第二销键306、传动封盖307、圆柱滚子308、卷簧309、行星轮架310、轴承311、传动轴312，所述定位封盖301外缘面上端通过第一销键104与腰间束座1内部的阻尼轴105下端固连，三个定位轴302呈等边三角形固定在定位封盖301内侧面，实现对三个行星轮304的定位，传动轴312一侧穿过轴承311内径，轴承311固定在定位封盖301中心盲孔内，绕线轮303通过第二销键306与传动轴312固连，太阳轮305通过第二销键306与传动轴312固连，太阳轮305外径与三个行星轮304啮合，行星轮304接受啮合传动后可实现定位自转，传动轴312另一侧穿过另一轴承311内径并且销固后，嵌固在行星轮架310中心左侧所开盲孔内部，行星轮架310三个端点左侧所开盲孔分别扣在三个定位轴302上，卷簧309内缘端套在行星轮架310上并固定，卷簧309外缘端与传动封盖307内径边缘固连，传动封盖307内径面的齿牙与三个行星轮304啮合，并通过圆柱滚子308与定位封盖301的内径面形成滚动配合。

所述大腿助力装置8包括大腿助力片801、髌骨带802、第一异形轴803、站坐姿卡位块804、第一轴套805、第一永磁块806，所述大腿助力片801上端与同一侧下肢上的传动封盖307下端过盈固连，站坐姿卡位块804和第一轴套805均固连在大腿助力片801下端后侧相应位置，髌骨带802固连在大腿助力片801下端前侧相应位置，第一永磁块806嵌固在站坐姿卡位块804下表面左侧所开盲孔内，第一异形轴803左侧部分外径面为光轴，水平嵌固在第一轴套805内部，膝关节软轴5的外六角终端插入第一异形轴803左侧部分的内六角盲孔内，通过膝关节软轴5转动驱动第一异形轴803在第一轴套805内部光滑转动，同时第一异形轴803右侧外六棱柱部分输出转矩，向下带动与其固连的小腿助力装置9转动。

所述小腿助力装置9包括第一电磁块901、接触开关902、站姿卡位托座903、第二轴套904、坐姿卡位托座905、卡扣支座906、小腿助力片907、第二电磁块908、撑杆支座909、第三轴套910、第二异形轴911，所述站姿卡位托座903、第二轴套904和坐姿卡位托座905分别固连在小腿助力片907上端后侧的对应位置，第一异形轴803右侧外六棱柱插入第二轴套904的内六角通孔，实现大腿助力装置8和小腿助力装置9之间的连接与驱动关系，所述第一电磁块901嵌固在站姿卡位托座903上表面所开盲孔内，接触开关902嵌固于坐姿卡位托座905上表面的盲孔内，卡扣支座906固连安置在小腿助力片907相应位置，第二电磁块908嵌固在小腿助力片907上所开盲孔处，撑杆支座909和第三轴套910固连在小腿助力片907底端外侧相应位置，第二异形轴911左侧部分外径面为光轴，水平嵌固在第三轴套910内部，第二异形轴911左侧开内六角盲孔，与踝关节软轴6的外六角终端形成固连传动，通过踝关节软轴6的转动驱动第二异形轴911在第三轴套910内部光滑转动，同时第二异形轴911右侧外六棱柱部分输出转矩，驱动与其固连的足部穿戴装置11转动。所需电路布线通过小腿助力片907和大腿助力片801内侧开槽固定。

所述坐姿支撑装置10包括坐姿撑杆1001、卡扣爪1002、第一弹簧1003、销轴1004、第三电磁块1005、第二永磁块1006、第三永磁块1007、销钉1008、第四永磁块1009、第四电磁铁1010、滑动轴1011、伸缩弹簧1012、齿条1013、回形封片1014、卡位杆1015、储能弹簧1016、旋转轴1017，所述坐姿撑杆1001下端通过旋转轴1017与小腿助力片907下端的撑杆支座909铰固，在收起状态下其内表面可紧贴小腿助力片907外表面，坐姿撑杆1001上端与卡扣爪1002扣合，卡扣爪1002通过销轴1004与卡扣支座906铰接，第一弹簧1003与销轴1004同轴配合，第三电磁块1005嵌固在卡扣支座906的下表面盲孔内，第二永磁块1006嵌固在卡扣爪1002的上表面盲孔内；第三永磁块1007嵌固在坐姿撑杆1001上端的盲孔内，位置可与嵌固在小腿助力片907外侧上端盲孔内的第二电磁块908形成吸合关系，卡位杆1015下端铰接在坐姿撑杆1001的倒T型开槽内，上端穿过回形封片1014在小腿助力片907外表面安装槽内的轨道中滑动；回形封片1014扣在坐姿撑杆1001的上端并通过四个销钉1008安装在小腿助力片907外表面的开槽内，齿条1013处于槽内回形封片1014之下，并且上下两端开孔套在平行的两个滑动轴1011上安装在小腿助力片907外表面开槽的最里层，可实现在滑动轴1011上的小幅平移滑动，伸缩弹簧1012套在滑动轴1011上，外端与齿条1013相连，内端与小腿助力片907开槽的底固定，上下两块第四永磁块1009与齿条1013内侧面固连，第四电磁铁1010与小腿助力片907开槽的底固定，储能弹簧1016外端与坐姿撑杆1001固定，内端与小腿助力片907固定。

所述足部穿戴装置11包括足跟支座1101、脚腕束带1102、后足底板1103、脚面束带1104、前足底板1105、阻尼合页1106，所述后足底板1103与前足底板1105通过阻尼合页1106连接，足跟支座1101下边缘固连在后足底板1103相应位置，第二异形轴911右侧外六棱柱部分插入足跟支座1101上端内六角通孔，脚面束带1104固定在足跟支座1101上，脚腕束带1102固定在足跟支座1101前端。

本发明的有益效果在于：充分考虑人体髋、膝和踝关节在运动过程中的关键自由度和所需有效关节力矩，将所述机械结构设计成恰约束系统。遵循人体运动仿生原理设计各构件，在辅助运动时有效减少人机间的无效阻碍力，并在保证有效完成辅助人体步行动作的基础上尽可能减少独立动力源个数，仅使用两台驱动电机配合传动系统完成预定设计运动功能，进一步通过优化分析降低设备构件自重并节省制造成本。通过拉线和软轴传动实现了真正的柔性传动，兼顾美观性与力学特性，支撑杆设计时充分考虑人体大腿、小腿形态与生物学特点，构件设计为符合人体工学的‘柔’形外骨骼。使用者佩戴所述外骨骼设备可实现助力行走、训练行走、间歇坐姿休憩、站姿锁定减负等多功能的使用效果，友好的使用体验、轻量化的自重与低廉的加工成本，填补了领域空白，利于商品化生产、普及和推广。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1 本发明的休憩助行外骨骼直立站姿使用时的轴测图

图2本发明的休憩助行外骨骼步态行走使用时的轴测图

图3本发明的休憩助行外骨骼坐姿休憩使用时的轴测图

图4本发明的腰间束座的结构爆炸图

图5本发明的控制箱内部结构的轴测图

图6本发明的髋关节驱动装置的结构爆炸图

图7本发明的大腿助力装置的结构爆炸图

图8本发明的小腿助力装置的结构爆炸图

图9本发明的坐姿支撑装置的结构爆炸图

图10本发明的足部穿戴装置的轴测图

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。

参见图1、图2和图3，本发明所述的一种穿戴式休憩助行外骨骼，包括腰间束座1、控制箱2、髋关节驱动装置3、髋关节拉线4、膝关节软轴5、踝关节软轴6、坐姿托带7、大腿助力装置8、小腿助力装置9、坐姿支撑装置10、足部穿戴装置11，所述控制箱2固定在腰间束座1上，腰间束座1绑束固定在使用者腰部适当位置，以保证与使用者躯干相对静止，髋关节拉线4、膝关节软轴5、踝关节软轴6分别把控制箱2内的动力传动到相应关节处驱动人体运动，左右两组髋关节驱动装置3对称安装在腰间束座1两侧下方，分别通过髋关节拉线4传动来驱动髋关节运动，并且可实现有阻尼的释放人体髋关节内、外旋自由度，大腿助力装置8上端过盈固连于髋关节驱动装置3内部，其下端与小腿助力装置9上端铰接，可实现相对转动，通过膝关节软轴5驱动膝关节运动；坐姿支撑装置10安置在小腿助力装置9后侧，并且其下端与小腿助力装置9铰接固定，小腿助力装置9下端与足部穿戴装置11上端铰接固连，通过踝关节软轴6驱动小腿助力装置9与足部穿戴装置11相对转动，以辅助踝关节运动；三条坐姿托带7分别固定在相应位置形成‘又’字形，在人体坐姿休憩时提供支撑，在走姿时可以收回隐藏。

参见图4，本发明所述的腰间束座1包括左束座101、螺帽102、中间束座103、第一销键104、阻尼轴105、右束座106、螺栓107、卡扣腰带108，所述左束座101、中间束座103、右束座106可以根据使用者体型需求调整使用宽度，之后通过螺栓107和螺帽102紧固为一体，通过卡扣腰带108绑束固定在使用者腰部适当位置固定，并可以调节长短和松紧，以满足不同体型的使用者需求，两个阻尼轴105分别竖直嵌固在左束座101、右束座106外侧边缘的通孔座内，阻尼轴105下端通过第一销键104与髋关节驱动装置3固连，阻尼轴105既可以释放髋关节的内收外展自由度，满足不同使用者走行过程中的髋关节动作习惯，以增加使用该设备行走时的舒适度，又可以在发生异常步态下的髋关节内收外展关节角突变时，提供阻尼保护效果，增加行走过程中的安全性。

参见图5，本发明所述的所述控制箱2内部为左右对称装配的两组相同的机械结构，分别输出动力控制左右下肢的运动姿态。其中每组机械结构均包括第一主轴201、第一绕线轮202、转向轮203、第一轴承支座204、单向离合器205、第一齿轮206、第二主轴207、电机208、联轴器209、第二轴承支座210、第二绕线轮211、第一从轴212、第一轴承213、第二轴承214、张紧装置215、第三绕线轮216、电源217、钢丝绳套218、第三轴承支座219、第二齿轮220、第二从轴221、箱体222，所述电源217固定在箱体222上面板内侧，为固定在箱体222内侧面的两台电机208供电，电机208通过联轴器209与第二主轴207相连并驱动其转动，第二主轴207穿过固定在其上的第三绕线轮216内通孔后，继续向外穿过所固连的第一齿轮206和第一轴承支座204，终端与单向离合器205固连，单向离合器205另一侧与第一主轴201固连，第一主轴201向外穿过另外一个第一轴承支座204后，再穿过所固连的第一绕线轮202，终端与嵌固在箱体222侧立面相应位置盲孔内的第二轴承214内径过盈配合，从而整体机械构件可实现主转动，当电机208开始工作时，第一绕线轮202、第一齿轮206和第三绕线轮216可与电机转子共同转动；第一绕线轮202转动的同时，卷绕带动髋关节拉线4通过转向轮203变向后向外输出拉张力；第一齿轮206与固定在第二从轴221上的第二齿轮220啮合传动，第二从轴221一端与第三轴承支座219内径过盈配合固定，另外一端与嵌固在箱体222侧立面通孔内的另一个第一轴承213内径过盈配合，从而可实现转动并与膝关节软轴5的起始端固连后向外输出转矩；第三绕线轮216与第二绕线轮211通过钢丝绳套218传动，张紧装置215保持钢丝绳套218始终张紧，第二绕线轮211固连在第一从轴212上的相应位置，第一从轴212一端与固定在箱体222底面的第二轴承支座210内径过盈配合，另外一端与嵌固在箱体222侧立面通孔内的第一轴承213内径过盈配合，从而可实现转动并与踝关节软轴6起始端固连后向外输出转矩。

参见图6所示，本发明所述髋关节驱动装置3包括定位封盖301、定位轴302、绕线轮303、行星轮304、太阳轮305、第二销键306、传动封盖307、圆柱滚子308、卷簧309、行星轮架310、轴承311、传动轴312，所述定位封盖301外缘面上端通过第一销键104与腰间束座1中的阻尼轴105下端固连，三个定位轴302呈等边三角形固定在定位封盖301内侧面的相应位置，实现对三个行星轮304的定位，传动轴312一侧穿过轴承311内径，轴承311固定在定位封盖301中心盲孔内，绕线轮303通过第二销键306与传动轴312固连，太阳轮305通过第二销键306与传动轴312固连，太阳轮305外径与三个行星轮304啮合，行星轮304接受啮合传动后可实现定位自转，传动轴312另一侧穿过另一轴承311内径并且销固后，嵌固在行星轮架310中心左侧所开盲孔内部，行星轮架310三个端点左侧所开盲孔分别扣在三个定位轴302上，卷簧309内缘端套在行星轮架310外侧凸轴上并固定，卷簧309外缘端与传动封盖307内径边缘固连，传动封盖307内径面的齿牙与三个行星轮304啮合，并通过圆柱滚子308与定位封盖301的内径面形成滚动配合，所述髋关节驱动装置3在阻尼轴105的轴线上实现转动，而在人体矢状面内，当绕线轮303被髋关节拉线4顺时针拉动旋转时，带动传动轴312和太阳轮305一体转动，然后三个所啮合的行星轮304实现定位自转，之后通过与传动封盖307内齿轮啮合带动传动封盖307相对定位封盖301实现转动，向下带动与之固连的大腿助力装置8实现抬腿动作，并且同时带动内部的卷簧309进行储能；反之，当电机反转髋关节拉线4开始放松，大腿开始回收导致髋关节也反向运动，卷簧309所储弹性势能开始释放，并反向传动，则绕线轮303反向转动并卷绕收紧髋关节拉线4，驱动人体髋关节实现周而复始的省力步行效果。

参见图7所示，本发明所述大腿助力装置8包括大腿助力片801、髌骨带802、第一异形轴803、站坐姿卡位块804、第一轴套805、第一永磁块806，所述大腿助力片801上端与同一侧下肢上的传动封盖307下端过盈固连，站坐姿卡位块804和第一轴套805均固连在大腿助力片801下端后侧相应位置，髌骨带802固连在大腿助力片801下端前侧相应位置，第一永磁块806内嵌固定在站坐姿卡位块804下表面左侧的盲孔内，第一异形轴803左侧部分外径面为光轴，水平嵌固在第一轴套805内部，膝关节软轴5的外六角终端插入第一异形轴803左侧部分的内六角盲孔内，形成固连传动，通过膝关节软轴5转动驱动第一异形轴803在第一轴套805内部光滑转动，同时第一异形轴803右侧外六棱柱部分输出转矩，向下带动与其固连的小腿助力装置9转动，开机后根据人体行走过程中膝关节角变化情况提供所需助力效果。

参见图8所示，本发明所述小腿助力装置9包括第一电磁块901、接触开关902、站姿卡位托座903、第二轴套904、坐姿卡位托座905、卡扣支座906、小腿助力片907、第二电磁块908、撑杆支座909、第三轴套910、第二异形轴911，所述站姿卡位托座903、第二轴套904和坐姿卡位托座905分别固连在小腿助力片907上端后侧的对应位置，第一异形轴803右侧外六棱柱插入第二轴套904的内六角通孔，实现大腿助力装置8和小腿助力装置9之间的连接与驱动关系，所述第一电磁块901嵌固在站姿卡位托座903上表面所开盲孔内，接触开关902嵌固于坐姿卡位托座905上表面的盲孔内，卡扣支座906固连在小腿助力片907相应位置，第二电磁块908嵌固在小腿助力片907上所开盲孔处，撑杆支座909和第三轴套910固连在小腿助力片907底端外侧相应位置，第二异形轴911左侧部分外径面为光轴，水平嵌固在第三轴套910内部，第二异形轴911左侧开内六角盲孔，与踝关节软轴6的外六角终端形成固连传动，通过踝关节软轴6的转动驱动第二异形轴911在第三轴套910内部光滑转动，同时第二异形轴911右侧外六棱柱部分输出转矩，驱动与其固连的足部穿戴装置11转动，所述大腿助力装置8和小腿助力装置9所需电路布线通过大腿助力片801和小腿助力片907内侧开槽固定，当膝关节软轴5转动时，驱动第一异形轴803在第一轴套805内部光滑转动，同时第一异形轴803右侧外六棱柱与第二轴套904的内六角通孔啮合，带动与其固连的小腿助力片907转动，当大腿助力片801与小腿助力片907呈坐姿角度时，站坐姿卡位块804与坐姿卡位托座905形成接触卡位状态，锁死膝关节角形成稳定坐姿支撑效果，并且触动接触开关902，当大腿助力片801与小腿助力片907呈站姿角度时，站坐姿卡位块804与站姿卡位托座903形成接触卡位状态，第一永磁块806与第一电磁块901紧密吸合锁死膝关节角，形成稳定站姿支撑效果。

参见图9所示，本发明所述坐姿支撑装置10包括坐姿撑杆1001、卡扣爪1002、第一弹簧1003、销轴1004、第三电磁块1005、第二永磁块1006、第三永磁块1007、销钉1008、第四永磁块1009、第四电磁铁1010、滑动轴1011、伸缩弹簧1012、齿条1013、回形封片1014、卡位杆1015、储能弹簧1016、旋转轴1017，所述坐姿撑杆1001下端通过旋转轴1017与小腿助力片907下端的撑杆支座909铰固，在收起状态下其内表面可紧贴小腿助力片907外表面，坐姿撑杆1001上端与卡扣爪1002扣合，卡扣爪1002通过销轴1004与卡扣支座906铰接，第一弹簧1003与销轴1004同轴配合，第三电磁块1005嵌固在卡扣支座906的下表面盲孔内，第二永磁块1006嵌固在卡扣爪1002的上表面盲孔内；第三永磁块1007嵌固在坐姿撑杆1001上端的盲孔内，位置可与嵌固在小腿助力片907外侧上端盲孔内的第二电磁铁908形成吸合关系，卡位杆1015下端铰接在坐姿撑杆1001的倒T型开槽内，上端穿过回形封片1014在小腿助力片907外表面安装槽内的轨道中滑动；回形封片1014扣在坐姿撑杆1001的上端并通过四个销钉1008安装在小腿助力片907外表面的开槽内，齿条1013处于槽内回形封片1014之下，并且上下两端开孔套在平行的两个滑动轴1011上安装在小腿助力片907外表面开槽的最里层，可实现在滑动轴1011上的小幅平移滑动，伸缩弹簧1012套在滑动轴1011上，外端与齿条1013相连，内端与小腿助力片907开槽的底层固定，上下两块第四永磁块1009与齿条1013内侧面固连，第四电磁铁1010与小腿助力片907开槽的底面固定，储能弹簧1016外端与坐姿撑杆1001固定，内端与小腿助力片907固定，所述坐姿支撑机构10从站姿状态到坐姿状态时，当站坐姿卡位块804与坐姿卡位托座905接触而锁死膝关节角的同时，触发接触开关902，使第三电磁块1005通电与第二永磁块1006相斥，磁力带动卡扣爪1002绕销轴1004转动，使坐姿支撑杆1001脱离卡扣爪1002，同时第二电磁块908逆向供电形成与第三永磁块1007的强磁斥力作用，与此同时上下两块第四电磁铁1010断电解除与所对应的第四永磁块1009的磁吸力作用，使得齿条1013在伸缩弹簧1012的弹力推动下，单向齿牙面与卡位杆1015上端始终接触防止逆推，此时坐姿撑杆1001在重力和强磁斥力作用下绕旋转轴1017向小腿后方旋转直至触地，最终卡位杆1015上端与齿条1013的单向齿牙形成稳定的啮合卡位防止逆推，并与坐姿支撑杆1001、小腿助力片907三者构成稳定的三角形支撑结构，在此过程中储能弹簧1016被拉伸储存弹性势能；当从坐姿状态到站姿状态时，站坐姿卡位块804与坐姿卡位托座905脱离接触而释放接触开关902，使第三电磁块1005断电，从而使卡扣爪1002在第一弹簧1003回复力作用下释放回原位，等候坐姿支撑杆1001回复后继续形成卡位作用，同时第二电磁块908变相供电等候与第三永磁块1007形成磁吸力卡位效果，与此同时上下两块第四电磁铁1010通电吸附所对应的第四永磁块1009，磁吸力致使齿条1013在滑动轴1011上小幅向内平移滑动，解除齿槽与卡位杆1015上端的卡位关系，坐姿支撑杆1001在储能弹簧1016较强的弹性回复力作用下克服重力向小腿助力片907快速旋回，最终撞击卡扣爪1002并形成卡位固定，同时第二电磁块908与第三永磁块1007接触相吸。

参见图10所示，本发明所述足部穿戴装置11包括足跟支座1101、脚腕束带1102、后足底板1103、脚面束带1104、前足底板1105、阻尼合页1106，所述后足底板1103与前足底板1105通过阻尼合页1106连接，两者之间可实现有阻尼的相对转动，足跟支座1101下边缘固连在后足底板1103相应位置，第二异形轴911右侧外六棱柱部分插入足跟支座1101上端内六角通孔，左侧穿过第三轴套910，使得整个足部穿戴装置11与小腿助力装置9可以相对转动，脚面束带1104固定在足跟支座1101上，脚腕束带1102固定在足跟支座1101前端。通过踝关节软轴6转动驱动第二异形轴911在第三轴套910内部光滑转动，同时第二异形轴911右侧外六棱柱部分输出转矩，向下带动与其固连的足跟支座1101转动，实现在行走过程中对踝关节张合运动的助力效果。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种穿戴式休憩助行外骨骼，其特征在于：包括腰间束座（1）、控制箱（2）、髋关节驱动装置（3）、髋关节拉线（4）、膝关节软轴（5）、踝关节软轴（6）、坐姿托带（7）、大腿助力装置（8）、小腿助力装置（9）、坐姿支撑装置（10）、足部穿戴装置（11）；所述控制箱（2）固定在腰间束座（1）上，腰间束座（1）绑束固定在使用者腰部适当位置，髋关节拉线（4）、膝关节软轴（5）、踝关节软轴（6）分别把动力传输到相应关节处驱动人体运动，左右两组髋关节驱动装置（3）对称安装在腰间束座（1）两侧下方，分别通过髋关节拉线（4）传动，驱动髋关节运动，并且有阻尼的释放人体髋关节内外旋自由度，大腿助力装置（8）上端过盈固连于髋关节驱动装置（3）内，其下端与小腿助力装置（9）上端铰接，可实现相对转动，通过膝关节软轴（5）驱动膝关节运动，坐姿支撑装置（10）安置在小腿助力装置（9）后侧，下端与小腿助力装置（9）铰接，小腿助力装置（9）下端与足部穿戴装置（11）上端铰接，通过踝关节软轴（6）驱动小腿助力装置（9）与足部穿戴装置（11）相对转动，以辅助踝关节运动，三条坐姿托带（7）分别固定在相应位置形成“ 又” 字形，为人体坐姿时提供支撑，走姿时收回；

所述控制箱（2）内部为左右对称装配的两组相同的机械结构，分别输出动力控制左右下肢的运动姿态，每组机械结构均包括第一主轴（201）、第一绕线轮（202）、转向轮（203）、第一轴承支座（204）、单向离合器（205）、第一齿轮（206）、第二主轴（207）、电机（208）、联轴器（209）、第二轴承支座（210）、第二绕线轮（211）、第一从轴（212）、第一轴承（213）、第二轴承（214）、张紧装置（215）、第三绕线轮（216）、电源（217）、钢丝绳套（218）、第三轴承支座（219）、第二齿轮（220）、第二从轴（221）、箱体（222），所述电源（217）固定在箱体（222）上面板内侧，为固定在箱体（222）内侧面的两台电机（208）供电，电机（208）通过联轴器（209）与第二主轴（207）相连，驱动第二主轴（207）转动，第二主轴（207）穿过第三绕线轮（216）后，继续向外穿过所固连的第一齿轮（206）和第一轴承支座（204），终端与单向离合器（205）固连，单向离合器（205）另一侧与第一主轴（201）固连，第一主轴（201）向外穿过另外一个第一轴承支座（204）后，再穿过固连的第一绕线轮（202），终端与嵌固在箱体（222）侧立面相应位置盲孔内的第二轴承（214）内径过盈配合，从而可实现主传动轴方向的自由转动，当电机（208）开始工作时，第一绕线轮（202）、第一齿轮（206）和第三绕线轮（216）可与电机转子共同转动，第一绕线轮（202）转动的同时，卷绕带动髋关节拉线（4）通过转向轮（203）变向后向外输出拉张力，第一齿轮（206）与固定在第二从轴（221）上的第二齿轮（220）啮合传动，第二从轴（221）一端与第三轴承支座（219）内径过盈配合固定，另外一端与嵌固在箱体（222）侧立面通孔内的第一轴承（213）内径过盈配合，从而可实现转动并与膝关节软轴（5）的起始端固连后向外输出转矩，第三绕线轮（216）与第二绕线轮（211）通过钢丝绳套（218）传动，张紧装置（215）保持钢丝绳套（218）始终张紧，第二绕线轮（211）固连在第一从轴（212）上的相应位置，第一从轴（212）一端与固定在箱体（222）底面的第二轴承支座（210）内径过盈配合，另外一端与嵌固在箱体（222）侧立面通孔内的另一个第一轴承（213）内径过盈配合，从而可实现转动并与踝关节软轴（6）起始端固连后向外输出转矩；

所述坐姿支撑装置（10）包括坐姿撑杆（1001）、卡扣爪（1002）、第一弹簧（1003）、销轴（1004）、第三电磁块（1005）、第二永磁块（1006）、第三永磁块（1007）、销钉（1008）、第四永磁块（1009）、第四电磁铁（1010）、滑动轴（1011）、伸缩弹簧（1012）、齿条（1013）、回形封片（1014）、支撑杆（1015）、储能弹簧（1016）、旋转轴（1017），所述坐姿撑杆（1001）下端通过旋转轴（1017）与小腿助力片（907）下端的撑杆支座（909）铰固，在收起状态下其内表面可紧贴小腿助力片（907）外表面，坐姿撑杆（1001）上端与卡扣爪（1002）扣合，卡扣爪（1002）通过销轴（1004）与卡扣支座（906）铰接，第一弹簧（1003）与销轴（1004）同轴配合，第三电磁块（1005）嵌套在卡扣支座（906）的下表面盲孔内，第二永磁块（1006）嵌固在卡扣爪（1002）的上表面盲孔内；第三永磁块（1007）嵌套在坐姿撑杆（1001）上端的盲孔内，位置可与嵌固在小腿助力片（907）外侧上端盲孔内的第二电磁块（908）形成吸合关系，支撑杆（1015）下端铰接在坐姿撑杆（1001）的倒T型开槽内，上端穿过回形封片（1014）在小腿助力片（907）外表面安装槽内的轨道中滑动，回形封片（1014）扣在坐姿撑杆（1001）的上端并通过四个销钉（1008）安装在小腿助力片（907）外表面的开槽内，齿条（1013）处于槽内回形封片（1014）之下，并且上下两端开孔套在平行的两个滑动轴（1011）上安装在小腿助力片（907）外表面开槽的最里层，可实现在滑动轴（1011）上的小幅平移滑动，伸缩弹簧（1012）套在滑动轴（1011）上，外端与齿条（1013）相连，内端与小腿助力片（907）开槽的底固定，上下两块第四永磁块（1009）与齿条（1013）内侧面固连，第四电磁铁（1010）与小腿助力片（907）开槽的底固定，储能弹簧（1016）外端与坐姿撑杆（1001）固定，内端与小腿助力片（907）固定。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式休憩助行外骨骼，其特征在于：所述的腰间束座（1）包括左束座（101）、螺帽（102）、中间束座（103）、第一销键（104）、阻尼轴（105）、右束座（106）、螺栓（107）、卡扣腰带（108），所述左束座（101）、中间束座（103）、右束座（106）可以根据使用者需求调整使用宽度，之后通过螺栓（107）和螺帽（102）紧固为一体，通过卡扣腰带（108）绑束固定在使用者腰部适当位置，两个阻尼轴（105）分别嵌固在左束座（101）、右束座（106）外侧边缘孔座内，阻尼轴（105）下端通过第一销键（104）与髋关节驱动装置（3）固连。

3.根据权利要求1所述的一种穿戴式休憩助行外骨骼，其特征在于：所述髋关节驱动装置（3）包括定位封盖（301）、定位轴（302）、绕线轮（303）、行星轮（304）、太阳轮（305）、第二销键（306）、传动封盖（307）、圆柱滚子（308）、卷簧（309）、行星轮架（310）、轴承（311）、传动轴（312），所述定位封盖（301）外缘面上端通过第一销键（104）与腰间束座（1）内部的阻尼轴（105）下端固连，三个定位轴（302）呈等边三角形固定在定位封盖（301）内侧面，实现对三个行星轮（304）的定位，传动轴（312）一侧穿过轴承（311）内径，轴承（311）固定在定位封盖（301）中心盲孔内，绕线轮（303）通过第二销键（306）与传动轴（312）固连，太阳轮（305）通过第二销键（306）与传动轴（312）固连，太阳轮（305）外径与三个行星轮（304）啮合，行星轮（304）接受啮合传动后可实现定位自转，传动轴（312）另一侧穿过另一轴承（311）内径并且销固后，嵌固在行星轮架（310）中心的左侧所开盲孔内部，行星轮架（310）三个端点左侧所开盲孔分别扣在三个定位轴（302）上，卷簧（309）内缘端套在行星轮架（310）外侧凸轴上并固定，卷簧（309）外缘端与传动封盖（307）内径边缘固连，传动封盖（307）内径面的齿牙与三个行星轮（304）啮合，并通过圆柱滚子（308）与定位封盖（301）的内径面形成滚动配合。

4.根据权利要求1所述的一种穿戴式休憩助行外骨骼，其特征在于：所述大腿助力装置（8）包括大腿助力片（801）、髌骨带（802）、第一异形轴（803）、站坐姿卡位块（804）、第一轴套（805）、第一永磁块（806），所述大腿助力片（801）上端与同一侧下肢上的传动封盖（307）下端过盈固连，站坐姿卡位块（804）和第一轴套（805）均固连在大腿助力片（801）下端后侧相应位置，髌骨带（802）固连在大腿助力片（801）下端前侧相应位置，第一永磁块（806）嵌固在站坐姿卡位块（804）下表面左侧所开盲孔内，第一异形轴（803）左侧部分外径面为光轴，水平嵌固在第一轴套（805）内部，膝关节软轴（5）的外六角终端插入第一异形轴（803）左侧部分的内六角盲孔内，通过膝关节软轴（5）转动驱动第一异形轴（803）在第一轴套（805）内部光滑转动，同时第一异形轴（803）右侧外六棱柱部分输出转矩，向下带动与其固连的小腿助力装置（9）转动。

5.根据权利要求1所述的一种穿戴式休憩助行外骨骼，其特征在于：所述小腿助力装置（9）包括第一电磁块（901）、接触开关（902）、站姿卡位托座（903）、第二轴套（904）、坐姿卡位托座（905）、卡扣支座（906）、小腿助力片（907）、第二电磁块（908）、撑杆支座（909）、第三轴套（910）、第二异形轴（911），所述站姿卡位托座（903）、第二轴套（904）和坐姿卡位托座（905）分别固连在小腿助力片（907）上端后侧的对应位置，第一异形轴（803）右侧外六棱柱插入第二轴套（904）的内六角通孔，实现大腿助力装置（8）和小腿助力装置（9）之间的连接与驱动关系，所述第一电磁块（901）嵌固在站姿卡位托座（903）上表面所开盲孔内，接触开关（902）嵌固于坐姿卡位托座（905）上表面的盲孔内，卡扣支座（906）固连安置在小腿助力片（907）相应位置，第二电磁块（908）嵌固在小腿助力片（907）上所开盲孔处，撑杆支座（909）和第三轴套（910）固连在小腿助力片（907）底端外侧相应位置，第二异形轴（911）左侧部分外径面为光轴，水平嵌固在第三轴套（910）内部，第二异形轴（911）左侧开内六角盲孔，与踝关节软轴（6）的外六角终端形成固连传动，通过踝关节软轴（6）的转动驱动第二异形轴（911）在第三轴套（910）内部光滑转动，同时第二异形轴（911）右侧外六棱柱部分输出转矩，驱动与其固连的足部穿戴装置（11）转动，所需电路布线通过小腿助力片（907）和大腿助力片（801）内侧开槽固定。

6.根据权利要求1所述的一种穿戴式休憩助行外骨骼，其特征在于：所述足部穿戴装置（11）包括足跟支座（1101）、脚腕束带（1102）、后足底板（1103）、脚面束带（1104）、前足底板（1105）、阻尼合页（1106），所述后足底板（1103）与前足底板（1105）通过阻尼合页（1106）连接，足跟支座（1101）下边缘固连在后足底板（1103）相应位置，第二异形轴（911）右侧外六棱柱部分插入足跟支座（1101）上端内六角通孔，脚面束带（1104）固定在足跟支座（1101）上，脚腕束带（1102）固定在足跟支座（1101）前端。

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