CN111388279A - 柔性助行外骨骼 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种柔性助行外骨骼，包括动力装置、膝关节助力器、踝关节助力器、第二拉动结构和助力切换装置，膝关节助力器用于对用户膝关节的伸展运动提供助力，膝关节助力器包括大腿穿戴件、小腿穿戴件和用于拉动小腿穿戴件与大腿穿戴件发生相对运动的第一拉动结构；第二拉动结构用于驱动踝关节助力器，助力切换装置包括支撑板、滑动设置于支撑板上的移动支座和将移动支座锁定于支撑板上的静电吸附组件。本申请提供的柔性助行外骨骼，通过设置助力切换装置，便可通过助力切换装置的静电吸附组件控制移动支座在支撑板上的位置移动状态，克服柔性驱动的外骨骼仅能进行特定关节助力的的不足，能够在地形多变的复杂环境中对用户进行有效助行。
Description
技术领域
本申请属于穿戴式外骨骼技术领域，更具体地说，是涉及一种柔性助行外骨骼。
背景技术
穿戴式外骨骼是将步态分析、机电一体化、生物力学等诸多领域融合而成的新型可穿戴机器人，可广泛地应用于军事、医疗和助老等领域。穿戴式外骨骼大多是以液压驱动的刚性驱动外骨骼，刚性驱动外骨骼通常与人体柔性躯体之间的协调性较差。因此，穿戴式外骨骼逐渐采用柔性驱动的外骨骼设计，以在不影响人体自然状态运动学的情况下对人体施加助力，使人体下肢保持自然步态行走。
然而，当前采用柔性驱动的外骨骼，通常是通过驱动装置驱动柔性输出缆线对人体施加助力，仅能够对用户的踝关节、髋关节或膝关节进行特定关节助力，在复杂地形上，提供助力有限。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种柔性助行外骨骼，以解决现有技术中存在的柔性驱动的外骨骼仅能进行特定关节助力的技术问题。
为实现上述目的，本申请采用的技术方案是：提供一种柔性助行外骨骼，包括：
动力装置；
膝关节助力器，用于对用户膝关节的伸展运动提供助力，所述膝关节助力器包括大腿穿戴件、小腿穿戴件和用于拉动所述小腿穿戴件与所述大腿穿戴件发生相对运动的第一拉动结构；
踝关节助力器，用于对用户踝关节的跖屈运动提供助力；
第二拉动结构，用于驱动所述踝关节助力器；以及
助力切换装置，包括支撑板、滑动设置于所述支撑板上的移动支座和将所述移动支座锁定于所述支撑板上的静电吸附组件；
所述静电吸附组件设置于所述支撑板上，所述支撑板固定于所述小腿穿戴件上，所述第一拉动结构分别与所述移动支座和所述动力装置的输出端相连，所述第二拉动结构分别与所述移动支座和所述踝关节助力器相连。
可选地，所述静电吸附组件包括第一静电吸附板、与所述第一静电吸附板静电吸附配合的第二静电吸附板和控制所述第一静电吸附板与所述第二静电吸附板之间静电吸附力大小的控制器，所述第一静电吸附板与所述支撑板相连，所述第二静电吸附板与所述移动支座相连。
可选地，所述静电吸附组件还包括两个支撑块，各所述支撑块固定于所述支撑板上，所述第一静电吸附板与各所述支撑块固定相连。
可选地，所述第二静电吸附板上开设有供所述第一静电吸附板穿过的间隙。
可选地，所述第二静电吸附板包括平行并间隔设置的两块板体，两块所述板体之间形成供所述第一静电吸附板穿过的间隙。
可选地，所述静电吸附组件还包括用于分别调节各所述板体与所述第一静电吸附板之间压紧力的夹板和用于固定两块所述夹板的紧固件，各所述板体远离所述第一静电吸附板的一面支撑于相应所述夹板上，各所述夹板与所述移动支座相连。
可选地，所述助力切换装置还包括连接所述移动支座与所述支撑板的弹性元件。
可选地，所述穿戴组件还包括用于将所述动力装置固定于用户腰部的腰部穿戴件。
可选地，所述第一拉动结构包括第一助力线绳和引导所述第一助力线绳拉伸的第一绳套，所述第一绳套的顶端固定于所述动力装置上，所述第一绳套的底端固定于所述大腿穿戴件上，所述第一助力线绳的一端与所述移动支座相连，所述第一助力线绳的另一端与所述动力装置的输出端相连。
可选地，所述踝关节助力器包括鞋底固定套、分别设置于所述鞋底固定套相对两侧的两个转动支撑臂、用于供用户小腿穿戴的腿部固定套和分别设置于所述腿部固定套相对两侧的两个腿部支撑臂，两个所述腿部支撑臂的底端分别通过枢轴与两个所述转动支撑臂的顶端转动连接；所述第二拉动结构包括用于拉动所述鞋底固定套与所述腿部固定套发生相对运动的第二助力线绳和引导所述第二助力线绳拉伸的第二绳套，所述第二绳套的顶端固定于所述支撑板上，所述第二绳套的底端固定于所述腿部固定套上，所述第二助力线绳的一端与所述移动支座相连，所述第二助力线绳的另一端与所述鞋底固定套相连。
本申请实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：
本申请提供的柔性助行外骨骼的有益效果在于：与现有技术相比，本申请柔性助行外骨骼，通过设置助力切换装置，在静电吸附组件未通电而处于非吸附状态时，移动支座可在支撑板上自由滑动，动力装置便可驱动第一拉动结构带动第二拉动结构，进而通过第二拉动结构驱动踝关节助力器，便可在用户脚蹬地时对踝关节的跖屈运动提供辅助助力。而在静电吸附组件通电而处于吸附状态时，便可通过静电吸附组件将移动支座锁定于支撑板上，动力装置便可驱动第一拉动结构拉动小腿穿戴件与大腿穿戴件发生相对运动，以对用户膝关节的伸展运动提供助力，辅助用户上下坡或上下台阶行走。这样就可以实现对用户膝关节和踝关节的多关节切换助力，进而使柔性助行外骨骼在复杂地形上能够对用户进行有效助行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对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，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的柔性助行外骨骼的立体结构示意图；
图2为图1中的局部放大结构示意图；
图3为本申请实施例提供的助力切换装置的立体结构示意图；
图4为图3中的局部放大结构示意图；
图5为本申请实施例提供的助力切换装置的爆炸分解结构图；
图6为本申请实施例提供的静电吸附组件的结构示意图；
图7为本申请实施例提供的第一静电吸附板与第二静电吸附板分解的结构示意图；
图8为图7中的局部放大结构示意图；
图9为本申请实施例提供的静电吸附组件的爆炸分解结构图；
图10为图1中的局部放大结构示意图。
其中，图中各附图标记：
1-动力装置；11-驱动电机；12-盒体；
2-膝关节助力器；21-大腿穿戴件；22-小腿穿戴件；23-第一拉动结构；231-第一助力线绳；232-第一绳套；24-第一固线座；
3-踝关节助力器；31-鞋底固定套；32-转动支撑臂；33-腿部固定套；34-腿部支撑臂；35-第二固线座；36-固线器；
4-第二拉动结构；41-第二助力线绳；42-第二绳套；
5-助力切换装置；51-支撑板；52-移动支座；53-静电吸附组件；531-第一静电吸附板；532-第二静电吸附板；533-支撑块；534-间隙；535-夹板；536-紧固件；537-垫板；54-导轨；55-滑块；
6-弹性元件；7-腰部穿戴件；8-传力绑带。
具体实施方式
为了使本申请所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
需要说明的是，当元件被称为“连接于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。“若干”的含义是一个或一个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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申请中的具体含义。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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申请和简化描述，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申请的限制。
请一并参阅图1、图2及图4，现对本申请实施例提供的柔性助行外骨骼进行说明。本申请实施例提供的柔性助行外骨骼包括动力装置1、膝关节助力器2、踝关节助力器3、第二拉动结构4和助力切换装置5，膝关节助力器2用于对用户膝关节的伸展运动提供助力，膝关节助力器2包括大腿穿戴件21、小腿穿戴件22和用于拉动小腿穿戴件22与大腿穿戴件21发生相对运动的第一拉动结构23。踝关节助力器3用于对用户踝关节的跖屈运动提供助力，第二拉动结构4用于驱动踝关节助力器3。助力切换装置5包括支撑板51、滑动设置于支撑板51上的移动支座52和将移动支座52锁定于支撑板51上的静电吸附组件53，静电吸附组件53设置于支撑板51上，支撑板51固定于小腿穿戴件22上，第一拉动结构23分别与移动支座52和动力装置1的输出端相连，第二拉动结构4分别与移动支座52和踝关节助力器3相连。
本申请提供的柔性助行外骨骼，由于助力切换装置5的设置，使柔性助行外骨骼存在膝关节助力方式和踝关节助力方式两种助力方式：在用户处于平地行走时，柔性助行外骨骼处于踝关节助力方式，通过控制器控制静电吸附组件53通电而处于非吸附状态，移动支座52可在支撑板51上自由滑动，动力装置1便可驱动第一拉动结构23带动第二拉动结构4，进而通过第二拉动结构4驱动踝关节助力器3，便可在用户脚蹬地时对踝关节的跖屈运动提供辅助助力。在用户处于上下坡或上下台阶行走时，控制器控制静电吸附组件53通电，静电吸附组件53在高压电作用下而处于吸附状态，便可通过静电吸附组件53将移动支座52锁定于支撑板51上，动力装置1便可驱动第一拉动结构23拉动小腿穿戴件22与大腿穿戴件21发生相对运动，以对用户膝关节的伸展运动提供助力，辅助用户上下坡或上下台阶行走。
则在用户穿戴使用时，在处于平地行走时，通过助力切换装置5将柔性助行外骨骼切换为踝关节助力方式，可在用户脚蹬地时对踝关节提供力，辅助用户在平地保持正常的步态行走。而在处于上下坡或上下台阶行走时，通过助力切换装置5将柔性助行外骨骼首先切换为膝关节助力方式，辅助膝关节提升人体重心，然后再切换到踝关节助力方式，辅助踝关节完成蹬地动作使人体重心前移，完成上下坡或上下台阶行走。因此，本申请提供的柔性助行外骨骼采用柔性轻型材料设计，结构简单紧凑、轻量可靠、穿戴舒适性高；采用静电吸附原理快速地实现多关节的助力切换，在人体行走过程中为膝、踝关节提供助力，可良好匹配人体正常行走过程中下肢关节的生理运动特性，减少穿戴者行走所消耗的能量，提高用户的行走能力，尤其可辅助弱行走能力的人及部分老年人实现康复训练等活动。
本申请提供的柔性助行外骨骼，与现有技术相比，通过设置助力切换装置5，在静电吸附组件53未通电而处于非吸附状态时，移动支座52可在支撑板51上自由滑动，动力装置1便可驱动第一拉动结构23带动第二拉动结构4，进而通过第二拉动结构4驱动踝关节助力器3，便可在用户脚蹬地时对踝关节的跖屈运动提供辅助助力。而在静电吸附组件53通电而处于吸附状态时，便可通过静电吸附组件53将移动支座52锁定于支撑板51上，动力装置1便可驱动第一拉动结构23拉动小腿穿戴件22与大腿穿戴件21发生相对运动，以对用户膝关节的伸展运动提供助力，辅助用户上下坡或上下台阶行走。这样就可以通过助力切换装置5实现对用户膝关节和踝关节的多关节切换助力，克服柔性驱动的外骨骼仅能进行特定关节助力的的不足，进而使柔性助行外骨骼在复杂地形上能够对用户进行有效助行。
本申请中的第一拉动结构23优选为具有拉伸功能的鲍登线缆，鲍登线缆包括鲍登线芯与鲍登线壳，其具体结构为本领域技术人员所公知，在此不作赘述。当然，第一拉动结构23也可以是第一助力线绳231与支撑第一助力线绳231的支撑件，第一助力线绳231通过支撑件支撑于人体上，以避免第一助力线绳231在拉伸的过程中对人体产生绷紧的压迫作用，使人体造成不适感。具体地，第一助力线绳231可以是采用钢丝索、凯夫拉绳或碳纤维绳的一种，但不局限于钢丝索、凯夫拉绳或碳纤维绳，支撑件可以是具有供第一助力线绳231穿过的过线孔的支撑块533或支撑板51等，具体可根据实际需要而选取，在此不作唯一限定。
同样，本申请中的第二拉动结构4优选为具有拉伸功能的鲍登线缆，鲍登线缆包括鲍登线芯与鲍登线壳，其具体结构为本领域技术人员所公知，在此不作赘述。当然，第二拉动结构4也可以是第二助力线绳41与支撑第二助力线绳41的支撑件，第二助力线绳41通过支撑件支撑于人体下肢上，以避免第二助力线绳41在拉伸的过程中对人体下肢产生绷紧的压迫作用，使人体造成不适感。具体地，第二助力线绳41可以是采用钢丝索、凯夫拉绳或碳纤维绳的一种，但不局限于钢丝索、凯夫拉绳或碳纤维绳，支撑件可以是具有供第二助力线绳41穿过的过线孔的支撑块533或支撑板51等，具体可根据实际需要而选取，在此不作唯一限定。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图6、图7及图9，静电吸附组件53包括第一静电吸附板531、与第一静电吸附板531静电吸附配合的第二静电吸附板532和控制第一静电吸附板531与第二静电吸附板532之间静电吸附力大小的控制器(图中未标示出)，第一静电吸附板531与支撑板51相连，第二静电吸附板532与移动支座52相连。
本实施例中，在支撑板51上设置的第一静电吸附板531和在移动支座52上设置的第二静电吸附板532，通电后产生静摩擦力，以快速地将移动支座52锁定于支撑板51上，实现助力切换装置5快速地对用户膝关节和用户踝关节进行切换助力，静电吸附组件53相应速度快，锁定效果良好。并且，通电后的第一静电吸附板531与第二静电吸附板532，由于产生静摩擦力，可在移动支座52的移动方向上形成振动阻尼，减小第二助力线绳41带动移动支座52往复运动产生的振动幅度，缓冲助力切换装置5对人体小腿的冲击力，并在一定程度上增强踝关节助力效果。
在另一个实施例中，第一静电吸附板531也可以采用第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)替换，第二静电吸附板532同样也可以采用第二静电吸附片或第二静电吸附膜替换。为了进一步提高第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)与第二静电吸附片(或第二静电吸附膜)之间的静电吸附性能，具有足够大的静摩擦力和足够的耐力强度，第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)为由至少两层静电吸附薄膜叠置形成，且第二静电吸附片(或第二静电吸附膜)为由至少两层静电吸附薄膜叠置形成。其中，静电吸附薄膜采用静电吸附性能良好的静电吸附薄膜。
此外，第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)和第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)可以根据需求设置静电吸附薄膜的层数，即第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)可包含两层或两层以上的静电吸附薄膜，第二静电吸附片(或第二静电吸附膜)可包含两层或两层以上的静电吸附薄膜，且多层第一静电吸附片(或第一静电吸附膜)与多层第二静电吸附片(或第二静电吸附膜)相互交叉并重叠设置，有利于增大静摩擦力。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图2、图5及图6，第一静电吸附板531的长度方向与第二静电吸附板532的长度方向相互垂直设置。
本实施例中，第一静电吸附板531采用长方形的静电吸附薄膜或静电吸附薄片，第二静电吸附板532也采用长方形的静电吸附薄膜或静电吸附薄片。第一静电吸附板531的长度方向沿竖直方向延伸设置，第二静电吸附板532的长度方向沿水平方向延伸设置，并使第一静电吸附板531的长度方向垂直于第二静电吸附板532的长度方向，使第二静电吸附板532与第一静电吸附板531垂直交叉设置，即使第二静电吸附板532与第一静电吸附板531呈十字交叉状叠置，不仅可增加动支座在静电吸附组件53处于非通电状态的移动行程，还可较好地利用第一静电吸附板531与第二静电吸附板532通电后产生的静电吸附力，可使移动支座52与支撑板51不易发生相对滑动，能有将移动支座52稳定地锁定于支撑板51上。并且，两个相互交叉的第二静电吸附板532与第一静电吸附板531通电后产生的吸附力很大，有利于增大静摩擦力，并且可通过改变输入的电压，改变静摩擦力的大小，从而动态调整静电吸附组件53对移动支座52的锁定力。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图3、图5及图9，静电吸附组件53还包括两个支撑块533，各支撑块533固定于支撑板51上，第一静电吸附板531与各支撑块533固定相连。
本实施例中，通过设置两个支撑块533，两个支撑块533固定于支撑板51上，第一静电吸附板531别与两个支撑块533与支撑板51固定相连，有利于增强第一静电吸附板531与支撑板51连接的稳定性，同时保证第一静电吸附板531与第二静电吸附板532具有较大的接触面积和保持良好地接触，可增大第一静电吸附板531与第二静电吸附板532通电后产生的静电吸附力，进而提高静电吸附组件53对移动支座52锁定的稳定性。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图5、图6及图7，第二静电吸附板532上开设有供第一静电吸附板531穿过的间隙534。
本实施例中，通过在第二静电吸附板532上开设有供第一静电吸附板531穿过的间隙534，使第一静电吸附板531位于第二静电吸附板532间隙534中的部分，能够保持双面分别与第二静电吸附板532接触，进一步增大第一静电吸附板531与第二静电吸附板532的接触面积，并使第一静电吸附板531的双面分别与第二静电吸附板532接触良好，从而增大第一静电吸附板531与第二静电吸附板532通电后产生的静电吸附力，增强静电吸附组件53对移动支座52锁定的稳定性。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图7、图8及图9，第二静电吸附板532包括平行并间隔设置的两块板体，两块板体之间形成供第一静电吸附板531穿过的间隙534。
本实施例中，第二静电吸附板532包括平行并间隔设置的两块板体和支撑两块板体之间的垫板537，使两块板体之间形成具有可容纳第一静电吸附板531的间隙534，能够保证静电吸附组件53在没通电的情况下，使第二静电吸附板532能沿第一静电吸附板531的长度方向发生顺畅而稳定地相对移动，进而保证移动支座52沿支撑板51滑动移动的稳定可靠性，有利于增强踝关节助力的效果。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图6、图8及图9，静电吸附组件53还包括用于分别调节各板体与第一静电吸附板531之间压紧力的夹板535和用于固定两块夹板535的紧固件536，各板体远离第一静电吸附板531的一面支撑于相应夹板535上，各夹板535与移动支座52相连。
本实施例中，通过在设置分别调节各板体与第一静电吸附板531之间压紧力的夹板535，使各板体与第一静电吸附板531的相应板面形成良好的接触，增大第一静电吸附板531与第二静电吸附板532通电后产生的静电吸附力，进而提高静电吸附组件53对移动支座52锁定的稳定性。并且，由于夹板535的设置，增强各板体的牢固性，提高静电吸附组件53工作的稳定可靠性。具体地，紧固件536为螺栓、螺柱或螺钉等常用的紧固件，
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图2、图3及图4，助力切换装置5还包括连接支撑板51与移动支座52的弹性元件6。
本实施例中，通过设置弹性元件6，通过弹性元件6将移动支座52与支撑板51连接，以在静电吸附组件53处于非吸附状态时，使静电吸附组件53快速复位，能够快速、准确地将移动支座52锁定于支撑板51上，并在一定程度上增强膝关节助力效果。并且，通过弹性元件6阻尼力的作用，减小第二助力线绳41带动移动支座52往复运动产生的振动幅度，缓冲助力切换装置5对人体小腿的冲击力，并在一定程度上增强踝关节助力效果。
优选地，弹性元件6采用劲度系数较大的弹力绳或弹力带，其中，采用两条环状弹力绳或弹力带分别连接支撑板51与移动支座52，使支撑板51与移动支座52之间能够进行稳定的连接，以在静电吸附组件53处于非吸附状态时使静电吸附组件53快速复位，又能够起到良好的阻尼缓冲作用。当然，弹性元件6还可以采用弹簧或其它采用弹性材料制成的弹性物件，具体根据实际需要而选取，在此不作唯一限定。
如权利要求1的柔性助行外骨骼，其特征在于，第一拉动结构23包括第一助力线绳231和引导第一助力线绳231拉伸的第一绳套232，第一绳套232的顶端固定于动力装置1上，第一绳套232的底端固定于大腿穿戴件21上，第一助力线绳231的一端与移动支座52相连，第一助力线绳231的另一端与动力装置1的输出端相连。
本实施例中，通过设置引导第一助力线绳231拉伸的第一绳套232，一方面增强第一助力线绳231拉伸的稳定性，使第一助力线绳231能够较好地拉动小腿穿戴件22与大腿穿戴件21发生相对运动，在用户膝关节处产生绕膝关节旋转的力矩，以对用户膝关节的伸展运动提供助力。另一方面，减轻第一助力线绳231在拉动小腿穿戴件22与大腿穿戴件21发生相对运动的过程中，对人体勒紧时对肌肉造成强烈的压迫力，增强用户穿戴使用的舒适感。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图1，穿戴组件还包括用于将动力装置1固定于用户腰部的腰部穿戴件7，以方便地将对第一助力线绳231和第二助力线绳41提供拉伸动力的动力装置1绑定于用户的腰部，减轻用户下肢穿戴柔性助行外骨骼的重量，实现用户保持正常自然的步态行走。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图1，膝关节助力器还包括固定于大腿穿戴件21上的第一固线座24，第一固线座24上设有供第一助力线绳231穿过的第一穿过孔。
本实施例中，在小腿穿戴件22上设置有第一固线座24，第一助力线绳231通过第一固线座24上的第一穿过孔的引导，可稳定地拉动小腿穿戴件22朝向大腿穿戴件21运动，可以避免第一助力线绳231对用户大腿的压迫，并防止大腿穿戴件21对第一助力线绳231拉伸的的干涉，从而保证第一助力线绳231能够稳定地拉动小腿穿戴件22朝向大腿穿戴件21运动，使人体膝关节自然运动，提高膝关节助力的稳定性和助力效果。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图1，柔性助行外骨骼还包括与第一固线座24相连的传力绑带8，传力绑带8远离第一固线座24的一端与腰部穿戴件7相连。
本实施例中，在使用时，传力绑带8自用户膝关节的上部，分两根绕过大腿两侧，并固定于臀部下方，使作用于大腿穿戴件21上的力分解至腰部穿戴件7上，再通过腰部穿戴件7作用于人体的盆骨上，从而降低大腿穿戴件21对用户大腿的作用力，增强用户腿部穿戴的舒适感，大幅度减小柔性助行外骨骼对人体腿部正常自由活动的影响，从而不会破坏人体行走的自然生物力学特性。
优选地，传力绑带8通过日字扣与腰部穿戴件7连接。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图1，动力装置1还包括驱动电机11、用于容置驱动电机11的盒体12和用于向驱动电机11提供电源的电池(图中未示出)，驱动电机11置于盒体12中，盒体12通过腰部穿戴件7固定于用户的腰部。并且，腰带为弹性绑带，通过弹性绑带将盒体12和电池对称地分布于腰部前侧与后侧(或左侧与右侧)，方便穿戴与拆卸的同时，有利于动力装置1的整体重量与人体负载的均匀分布，从而有效减轻便携式动力装置1给人体正常行走带来的不利影响和不舒适感，使能够更好地保持自然高效的步态进行行走。并且在驱动电机11的输出轴上连接有绕线轮(图中未示出)，第一助力线绳231远离移动支座52的一端固定于绕绳轮上，以通过驱动电机11驱动绕线轮卷绕第一助力线绳231。当然，驱动电机11还可采用气动马达、气压驱动机构或者液压驱动机构等驱动机构替换，以实现动力装置1带动第一助力线绳231的驱动功能，具体可根据实际需要而选取，在此不作唯一限定。
为了使柔性助行外骨骼的穿戴组件在穿戴时均可实现快速穿戴与解除，在实现最佳的助力效果的同时还可穿戴提高舒适性，大腿穿戴件21、小腿穿戴件22和腰部穿戴件7、均采用便于系于人体上的可穿戴绑带。优选地，可穿戴绑带的两端通过粘扣(魔术扣)相连，以便于快速穿戴及调节。
优选地，腰部穿戴件7为腰带，腰带采用柔性绑带，以在对膝关节助力时可最大限度地减小穿戴组件对人体正常运动的影响，提高助力效果和穿戴使用的舒适性。腰部穿戴件7通过魔术贴等粘扣结构实现腰部的固定，以满足不同用户穿戴的需求。
优选地，大腿穿戴件21采用柔性绑带，以在对膝关节助力时可最大限度地减小穿戴组件对人体正常运动的影响，提高助力效果和穿戴使用的舒适性。并且在大腿穿戴件21上设置有加强筋，加强筋为缝制于柔性绑带(大腿穿戴件21)上的“倒V”型及“一”型结构的尼龙织带，以增强柔性绑带的刚度及力的分解作用。其中，大腿穿戴件21通过魔术贴等粘扣结构实现用户大腿的固定，以满足不同用户穿戴的需求。
优选地，小腿穿戴件22采用柔性绑带，以在对膝关节助力时可最大限度地减小穿戴组件对人体正常运动的影响，提高助力效果和穿戴使用的舒适性。并且在小腿穿戴件22上设置有加强筋，加强筋与柔性绑带相连的柔性垫块。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图10，踝关节助力器3包括鞋底固定套31、分别设置于鞋底固定套31相对两侧的两个转动支撑臂32、用于供用户小腿穿戴的腿部固定套33和分别设置于腿部固定套33相对两侧的两个腿部支撑臂34，两个腿部支撑臂34的底端分别通过枢轴与两个转动支撑臂32的顶端转动连接；第二拉动结构4包括用于拉动鞋底固定套31与腿部固定套33发生相对运动的第二助力线绳41和引导第二助力线绳41拉伸的第二绳套42，第二绳套42的顶端固定于支撑板51上，第二绳套42的底端固定于腿部固定套33上，第二助力线绳41的一端与移动支座52相连，第二助力线绳41的另一端与鞋底固定套31相连。
本实施例中，踝关节助力器3的腿部固定套33上设有第二固线座35，第二固线座35上设有供第二助力线绳41穿过的第二穿过孔。鞋底固定套31与腿部固定套33分别由绑带绑定于用户的鞋底和用户的小腿部，鞋底固定套31上设有用于固定连接第二助力线绳41的固线器36，固线器36的设置位置与第二固线座35上的第二穿过孔的位置相应，以提高第二助力线绳41的传动效率与传动精度，能够稳定高效地对用户足部踝关节进行辅助助力。此外，第一绳套232的顶端固定于动力装置1上，第一绳套232的底端固定于靠近大腿穿戴件21的支撑块533上，且该支撑块533上设有供第一助力线绳231穿过的第一导线孔；第二绳套42的底端固定于靠近脚踝穿戴件的支撑块533上，且该支撑块533上设有供第二助力线绳41穿过的第二导线孔。
本实施例中，通过设置引导第一助力线绳231拉伸的第一绳套232，一方面增强第一助力线绳231拉伸的稳定性，使第一助力线绳231能够较好地拉动脚踝穿戴件与小腿穿戴件22发生相对运动，在用户踝关节处产生绕踝关节旋转的力矩，以对用户踝关节的跖屈运动提供助力。另一方面，减轻第一助力线绳231在拉动脚踝穿戴件与小腿穿戴件22发生相对运动的过程中，对人体小腿部的压迫力，增强用户使用的舒适感。
在本申请另一个实施例中，请一并参阅图5，助力切换装置5还包括引导移动支座52移动的导轨54和滑动安装于导轨54上的滑块55，导轨54固定于支撑板51上，移动支座52与滑块55相连。
本实施例中，移动支座52在滑块55与导轨54滑动配合的直线滑动机构的引导下在支撑板51上移动，具有较高的稳定性，有利于提高踝关节助力的效果。具体地，直线滑动机构包括分别沿竖直方向延伸的两个导轨54和分别与两个导轨54滑动配合的滑块55，两个导轨54并排且间隔设置于支撑板51上，两个滑块55分别与移动支座52固定相连。当然，导轨54的数量也可为3个、4个，其数量此处不作限定。同样，每个导轨54上也可以设置为多个滑块55，以提高稳定性。更具体地，导轨54的内侧设有导槽，滑块55的两侧设有与导槽相配合的燕尾块、三角块或矩形块等。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已，并不用以限制本申请，凡在本申请的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种柔性助行外骨骼，其特征在于，包括：
动力装置；
膝关节助力器，用于对用户膝关节的伸展运动提供助力，所述膝关节助力器包括大腿穿戴件、小腿穿戴件和用于拉动所述小腿穿戴件与所述大腿穿戴件发生相对运动的第一拉动结构；
踝关节助力器，用于对用户踝关节的跖屈运动提供助力；
第二拉动结构，用于驱动所述踝关节助力器；以及
助力切换装置，包括支撑板、滑动设置于所述支撑板上的移动支座和将所述移动支座锁定于所述支撑板上的静电吸附组件；
所述静电吸附组件设置于所述支撑板上，所述支撑板固定于所述小腿穿戴件上，所述第一拉动结构分别与所述移动支座和所述动力装置的输出端相连，所述第二拉动结构分别与所述移动支座和所述踝关节助力器相连。
2.如权利要求1所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述静电吸附组件包括第一静电吸附板、与所述第一静电吸附板静电吸附配合的第二静电吸附板和控制所述第一静电吸附板与所述第二静电吸附板之间静电吸附力大小的控制器，所述第一静电吸附板与所述支撑板相连，所述第二静电吸附板与所述移动支座相连。
3.如权利要求2所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述静电吸附组件还包括两个支撑块，各所述支撑块固定于所述支撑板上，所述第一静电吸附板与各所述支撑块固定相连。
4.如权利要求2所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述第二静电吸附板上开设有供所述第一静电吸附板穿过的间隙。
5.如权利要求2所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述第二静电吸附板包括平行并间隔设置的两块板体，两块所述板体之间形成供所述第一静电吸附板穿过的间隙。
6.如权利要求5所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述静电吸附组件还包括用于分别调节各所述板体与所述第一静电吸附板之间压紧力的夹板和用于固定两块所述夹板的紧固件，各所述板体远离所述第一静电吸附板的一面支撑于相应所述夹板上，各所述夹板与所述移动支座相连。
7.如权利要求1所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述助力切换装置还包括连接所述移动支座与所述支撑板的弹性元件。
8.如权利要求1所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述穿戴组件还包括用于将所述动力装置固定于用户腰部的腰部穿戴件。
9.如权利要求1所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述第一拉动结构包括第一助力线绳和引导所述第一助力线绳拉伸的第一绳套，所述第一绳套的顶端固定于所述动力装置上，所述第一绳套的底端固定于所述大腿穿戴件上，所述第一助力线绳的一端与所述移动支座相连，所述第一助力线绳的另一端与所述动力装置的输出端相连。
10.如权利要求1至9任一项所述的柔性助行外骨骼，其特征在于，所述踝关节助力器包括鞋底固定套、分别设置于所述鞋底固定套相对两侧的两个转动支撑臂、用于供用户小腿穿戴的腿部固定套和分别设置于所述腿部固定套相对两侧的两个腿部支撑臂，两个所述腿部支撑臂的底端分别通过枢轴与两个所述转动支撑臂的顶端转动连接；所述第二拉动结构包括用于拉动所述鞋底固定套与所述腿部固定套发生相对运动的第二助力线绳和引导所述第二助力线绳拉伸的第二绳套，所述第二绳套的顶端固定于所述支撑板上，所述第二绳套的底端固定于所述腿部固定套上，所述第二助力线绳的一端与所述移动支座相连，所述第二助力线绳的另一端与所述鞋底固定套相连。
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