CN111587167B - 外骨骼结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种外骨骼结构，该外骨骼结构包括骨盆组件、第一下肢组件、第二下肢组件和背部组件，该结构包括多个枢轴接头(27，28，29，103)，该多个枢轴接头将下肢组件中和背部组件中的每一个连接至骨盆组件并允许使用者的下肢的外展或内收运动、使用者的脊椎相对于使用者的骨盆的侧向倾斜相对运动以及脊椎的扭转运动。

Description

外骨骼结构
技术领域
本发明涉及一种外骨骼结构。
背景技术
在军事领域，步兵通常配备有背包，从而允许他们运输装备。当步兵执行扩展任务时，背包的重量可以达到50公斤。背包的重量会大大降低步兵的机动性并且导致更高的代谢消耗。
另外，背包通常搁置在使用者的肩部或髋部上，这会在肩部处产生肌肉骨骼疾病、会产生皮肤压力，或者甚至由于神经压迫而引起周围神经症状(刺痛感)。
目前的解决方案包括将背包的重量使用背带分配在肩部上和使用腰带分配在髋部上。然而，这些解决方案不能完全减轻使用者的负担。
力辅助外骨骼是使人体骨骼结构加倍的机械结构，并且该力辅助外骨骼有助于改善人体的体能素质。
已经提出了一些外骨骼结构，该外骨骼结构允许将背包的重量置于地面上。
然而，已知的外骨骼结构(有时称为“行走机器人”)具有非常大的体积并且降低使用者的机动性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种解决方案，以允许减轻使用者的背包的大部分重量，但是在行走或跑步时不降低使用者的肩部、躯干和骨盆的机动性。
该目的通过如下的外骨骼结构在本发明的范围内实现，该外骨骼结构包括：
-骨盆组件，该骨盆组件包括带，该带能够围绕使用者的骨盆，以将骨盆组件附接至使用者的骨盆上，
-第一下肢组件，该第一下肢组件能够紧固至使用者的第一下肢上，
-第一枢轴连杆，该第一枢轴连杆将第一下肢组件连接至骨盆组件，在第一下肢的外展或内收运动期间，第一枢轴连杆允许第一下肢组件相对于骨盆组件旋转，
-第二下肢组件，该第二下肢组件能够紧固至使用者的第二下肢上，
-第二枢轴连杆，该第二枢轴连杆将第二下肢组件连接至骨盆组件，在第二下肢的外展或内收运动期间，第二枢轴连杆允许第二下肢组件相对于骨盆组件旋转，
-背部组件，该背部组件包括能够附接至使用者的胸部的背带，
-脊柱机构，该脊柱机构将背部组件连接至骨盆组件，
-第三枢轴连杆，该第三枢轴连杆将脊柱机构连接至骨盆组件，在使用者的脊椎相对于使用者的骨盆的侧向倾斜相对运动期间，第三枢轴连杆允许骨盆组件相对于背部组件旋转，
-第三肢体构件，该第三肢体构件能够在脊椎相对于骨盆的侧向倾斜的相对运动期间产生趋于抵抗骨盆组件相对于背部组件的旋转的第三扭矩，并且
其中，脊柱机构包括第四枢轴连杆，在脊椎的扭转运动期间，该第四枢轴连杆允许背部组件相对于骨盆组件旋转。
所提出的外骨骼结构允许施加在背部组件上的载荷被传递至第一下肢组件和第二下肢组件，同时与在行走或跑步期间受应力的骨盆、脊椎(也就是脊柱)和肩部的自由度兼容。
由第一枢轴连杆、第二枢轴连杆和第三枢轴连杆提供的机动性的程度允许设计一种结构，在该结构中，在行走或跑步时，载荷被交替地传递至使用者的第一下肢，然后传递至使用者的第二下肢。
特别地，第三枢轴连杆允许脊柱机构相对于骨盆组件振荡(在行走或跑步期间自然发生的振荡运动)，而第三构件抵抗由载荷产生并由于第三枢轴连杆的存在而施加在背部组件上的扭矩。因此，第三构件使得能够防止该扭矩被传递至使用者的脊椎。
此外，第四枢轴连杆允许脊椎的替代性扭转运动，其伴随着背部相对于骨盆的运动。
所提出的外骨骼结构可以进一步具有以下特征：
-外骨骼结构包括第一构件，该第一构件能够在第一下肢的内收运动期间产生趋于抵抗第一下肢组件相对于骨盆组件的旋转的第一扭矩，
-外骨骼结构包括第二构件，该第二构件能够在第二下肢的内收运动期间产生趋于抵抗第二下肢组件相对于骨盆组件的旋转的第二扭矩，
-第一构件或第二构件或第三构件包括在第一下肢组件或第二下肢组件或背部组件与骨盆组件之间的弹性返回元件，弹性返回元件产生趋于抵抗第一下肢组件或第二下肢组件或背部组件相对于骨盆组件的旋转的返回力，
-弹性返回元件包括螺旋形部分，该螺旋形部分具有连接至骨盆组件的第一端部以及与第一端部相对的第二端部，当第一下肢组件或第二下肢组件或背部组件相对于骨盆组件旋转时，该第二端部能够受到第一下肢组件或第二下肢组件或背部组件的应力，
-外骨骼结构包括第一抵接部，该第一抵接部能够紧固在骨盆组件上，使得在第一下肢组件或第二下肢组件相对于骨盆组件旋转的第一角度范围内，弹性返回元件抵靠第一抵接部并且经由第一抵接部在第一下肢组件或第二下肢组件上施加趋于抵抗下肢的内收运动的返回力，并且在第二角度范围内，弹性返回元件不再抵靠第一抵接部并且不再在下肢组件上施加返回力，
-外骨骼结构包括用于调节第一抵接部相对于骨盆组件的位置的装置，从而允许调节第一角度范围与第二角度范围之间的过渡角，
-用于调节第一抵接部的位置的装置包括开口以及能够滑动地安装在开口内部的销，
-外骨骼结构包括第二抵接部，该第二抵接部紧固在下肢组件上并且能够使弹性返回元件受应力，以在弹性返回元件上施加弹性预载荷，
-外骨骼结构包括用于调节第二抵接部相对于下肢组件的位置的装置，
-脊柱机构包括脊柱的下部部分和脊柱的上部部分，脊柱的下部部分经由第三枢轴连杆连接至骨盆组件，脊柱的上部部分经由第五球窝接头连接件连接至背部组件，从而在使用者的脊椎的侧向倾斜运动期间和弯曲/伸展运动期间允许背部组件相对于脊柱机构旋转，
-脊柱的上部部分能够相对于脊柱的下部部分纵向地滑动，脊柱机构进一步包括弹性返回构件，该弹性返回构件能够在使用者的脊椎的竖直压缩期间产生趋于抵抗脊柱的上部部分相对于脊柱的下部部分的滑动的弹性返回力，
-阻尼设备包括缸体以及能够在缸体内部滑动的活塞，活塞和缸体中的一个相对于脊柱的上部部分固定地安装，并且活塞和缸体中的另一个相对于脊柱的下部部分固定地安装，
-脊柱的上部部分通过第四枢轴连杆连接至脊柱的下部部分，从而在使用者的脊椎的扭转运动期间允许脊柱的上部部分相对于脊柱的下部部分围绕脊柱机构的纵向轴线旋转，
-外骨骼结构包括调节装置，该调节装置允许调节第一枢轴连杆与第二枢轴连杆之间的距离，
-调节装置包括一个或多个开口和能够滑动地安装在该一个或多个开口内部的一个或多个销。
附图说明
根据仅为说明性的且非限制性的并且应当参考附图阅读的以下说明，本发明的其他特征和优点将显现，在附图中：
-图1以正视图示意性地示出了根据本发明的实施例的外骨骼结构，
-图2示意性地示出了图1的外骨骼结构的后部部分，
-图3和图4示意性地示出了外骨骼结构的第一枢轴连杆、第二枢轴连杆和第三枢轴连杆，
-图5示意性地示出了当第三枢轴连杆处于初始位置时外骨骼结构的第一枢轴连杆、第二枢轴连杆和第三枢轴连杆，
-图6示意性地示出了当第三枢轴连杆处于倾斜位置时外骨骼结构的第一枢轴连杆、第二枢轴连杆和第三枢轴连杆，
-图7至图9示意性地示出了第一枢轴连杆、第一扭矩产生构件、预载荷调节机构和相关的抵接部位置调节机构，
-图10示意性地示出了用于调节第一枢轴连杆与第二枢轴连杆之间的距离的装置。
具体实施方式
在图1中，所示的外骨骼结构1包括骨盆组件2、第一下肢组件3、第二下肢组件4、背部组件5、第一上肢组件6和第二上肢组件7。
骨盆组件2包括腰带21，该腰带能够围绕使用者的骨盆，以将骨盆组件附接至使用者的骨盆上。骨盆组件2可以进一步包括紧固至腰带21上的控制单元22和电池23。控制单元22被构造成对外骨骼结构1的不同致动器进行控制。电池23能够为各种致动器供应电能。
第一下肢组件3能够紧固至使用者的第一下肢上，例如紧固至右下肢(或右腿)上。第一下肢组件3可以包括用于将第一下肢组件3紧固至第一下肢上的紧固条带。
第二下肢组件4能够紧固至使用者的第二下肢上，例如紧固至左下肢(或左腿)上。第二下肢组件4可以包括用于将第二下肢组件4紧固至第二下肢上的紧固条带。当使用者处于解剖学参考位置时，第二下肢组件4相对于使用者的矢状面S与第一下肢组件3对称。
“解剖学参考位置”是指根据解剖学参考系统，当使用者站在水平地面上，手臂沿身体悬垂，前臂和双手外转时的使用者的位置。矢状面S是将身体的左半部分和右半部分分开的平面。
第一上肢组件6能够紧固至使用者的第一上肢上，例如紧固至右上肢(或右臂)上。第一上肢组件6包括用于将第一上肢组件6紧固至第一上肢上的紧固条带。
第二上肢组件7能够紧固至使用者的第二上肢上，例如紧固至左上肢(或左臂)上。第二上肢组件6包括用于将第二上肢组件6紧固至第二上肢上的紧固条带。
背部组件5包括能够附接至使用者的胸部的背带53。为此，背带53可以包括一组条带，该组条带允许将背部组件5附接至胸部。
外骨骼结构1进一步包括将第一下肢组件3连接至骨盆组件2的第一髋部接头8以及将第二下肢组件4连接至骨盆组件2的第二髋部接头9。
外骨骼结构1进一步包括将第一上肢组件6连接至背部组件5的第一肩部接头10以及将第二上肢组件7连接至背部组件5的第二肩部接头11。
如图2中所示，外骨骼结构1进一步包括沿着使用者的脊椎延伸的脊柱机构19。脊柱机构19将背部组件5连接至骨盆组件2。脊柱机构19允许将作用在背部组件5上的载荷(例如背包的重量)传递至骨盆组件2。
骨盆组件2包括第一髋部部分24、第二髋部部分25、骨盆部分26、第一枢轴连杆27、第二枢轴连杆28和第三枢轴连杆29。
骨盆部分26紧固至腰带21上。
第一髋部部分24在其一个端部经由第一髋部接头8连接至第一下肢组件3，并且在其另一个端部经由第一枢轴连杆27连接至骨盆部分26。在第一下肢的外展或内收运动期间，第一枢轴连杆27允许第一下肢组件3相对于骨盆组件2旋转。为此，当使用者处于解剖学参考位置时，第一枢轴连杆27允许第一髋部部分24相对于骨盆部分26围绕第一旋转轴线X1旋转，该第一旋转轴线X1是水平的且平行于使用者的矢状面。
第二髋部部分25在其一个端部经由第二髋部接头9连接至第二下肢组件4，并且在其另一个端部经由第二枢轴连杆28连接至骨盆部分26。在第二下肢的外展或内收运动期间，第二枢轴连杆28允许第二下肢组件4相对于骨盆组件2旋转。为此，当使用者处于解剖学参考位置时，第二枢轴连杆28允许第二髋部部分25相对于骨盆部分26围绕第二旋转轴线X2旋转，该第二旋转轴线X2是水平的且平行于使用者的矢状面。第二旋转轴线X2平行于第一旋转轴线X1。
脊柱机构19包括脊柱的下部部分191、脊柱的上部部分192以及第四枢轴连杆193。
脊柱的下部部分191经由第三枢轴连杆29连接至骨盆组件2。在使用者的骨盆相对于使用者的脊椎的侧向倾斜运动期间，第三枢轴连杆29允许骨盆组件2相对于背部组件5旋转。为此，当使用者处于解剖学参考位置时，第三枢轴连杆29允许骨盆部分26相对于脊柱的下部部分191围绕第三旋转轴线X3旋转，该第三旋转轴线X3是水平的且平行于使用者的矢状面。第三旋转轴线X3平行于第一旋转轴线X1并且平行于第二旋转轴线X2。
脊柱的上部部分192能够沿着脊柱机构19的纵向轴线X4相对于脊柱的下部部分191滑动地安装。此外，在使用者的脊椎的扭转运动期间，第四枢轴连杆193允许背部组件5相对于骨盆组件2旋转。为此，第四枢轴连杆193允许脊柱的上部部分192相对于脊柱的下部部分191围绕纵向轴线X4旋转。
脊柱机构19进一步包括弹性返回构件，该弹性返回构件能够产生抵抗脊柱的上部部分192相对于脊柱的下部部分191滑动的弹性返回力。更具体地，弹性返回构件能够在脊椎的轴向压缩期间在脊柱的上部部分192上施加返回力，该返回力与脊柱的上部部分192相对于脊柱的下部部分191的相对位移成比例。弹性返回构件可以包括缸体以及能够在缸体内部滑动的活塞，活塞和缸体中的一个相对于脊柱的上部部分192固定地安装，并且活塞和缸体中的另一个相对于脊柱的下部部分191固定地安装。活塞和缸体界定了容纳加压空气(即，其压力高于大气压的空气)的腔室。当脊柱的上部部分192相对于脊柱的下部部分191轴向地移位以趋于压缩脊椎时，容纳在腔室中的空气被活塞压缩。结果，被压缩的空气将趋于抵抗脊椎压缩的返回力施加在活塞上。弹性返回构件的刚度可以通过改变存在于腔室中的空气量和/或腔室的体积来进行调节。它还允许基于使用者的尺寸来调节脊柱机构的长度。
背部组件5包括支撑部分51和第五球窝接头连接件52，待承载的载荷(例如背包)可以紧固至该支撑部分上。
脊柱的上部部分192经由第五球窝接头连接件52连接至支撑部分51。在使用者的肩部相对于脊椎的侧向倾斜运动期间，第五球窝接头连接件52一方面允许背部组件5相对于骨盆组件2旋转。为此，第五球窝接头连接件52允许支撑部分51相对于脊柱的上部部分192围绕第五旋转轴线X5旋转。当使用者处于解剖学参考位置时，第五旋转轴线X5是水平的且平行于使用者的矢状面。因此，当使用者处于解剖学参考位置时，第五旋转轴线X5平行于第三旋转轴线X3。
在使用者的脊椎的弯曲/伸展运动期间，第五球窝接头连接件52还允许背部组件5相对于骨盆组件2旋转。为此，第五球窝接头连接件52允许支撑部分51相对于脊柱的上部部分192围绕第六旋转轴线X6旋转。当使用者处于解剖学参考位置时，第六旋转轴线X6是水平的且垂直于使用者的矢状面。
图3和图4更详细地示出了第一枢轴连杆27、第二枢轴连杆28和第三枢轴连杆29。
第一枢轴连杆27包括第一转子271和第一定子272。第一转子271被固定地安装在第一髋部部分24上。第一定子272被固定地安装在骨盆部分26上。
第二枢轴连杆28包括第二转子281和第二定子282。第二转子281被固定地安装在第二髋部部分25上。第二定子282被固定地安装在骨盆部分26上。
第三枢轴连杆29包括第三转子291和第三定子292。第三转子291被固定地安装在脊椎的下部部分191上。第二定子292被固定地安装在骨盆部分26上。
此外，外骨骼结构1包括第一构件12，该第一构件能够在第一下肢的外展或内收运动期间产生趋于抵抗第一转子271相对于第一定子272的旋转的第一扭矩。
外骨骼结构1还包括第二构件13，该第二构件能够在第二下肢的外展或内收运动期间产生趋于抵抗第二转子281相对于第二定子282的旋转的第二扭矩。
外骨骼结构还包括第三构件14，该第三构件能够在骨盆的侧向倾斜运动期间产生趋于抵抗第三转子291相对于第三定子292的旋转的第三扭矩。
第一构件12、第二构件13或第三构件14可以是有源构件(即，需要电能供应以产生第一扭转的致动器，诸如，例如电动马达)或无源构件(即，不需要电能供应的构件，诸如，例如弹簧)。
在图4至图6中所示的示例中，第三构件14包括将背部组件5连接至骨盆组件的一个或多个弹性返回元件141。骨盆组件2相对于背部组件5的旋转导致一个或多个弹性返回元件141变形，这种变形具有使弹性返回元件141产生趋于抵抗这种旋转的返回扭矩的效果。
在图4至图6中所示的示例中，弹性返回元件141包括螺旋形部分140，该螺旋形部分具有连接至骨盆组件2的第一端部142(在螺旋的中心处)以及与第一端部142相对的、连接至脊柱机构19的第二端部143(远离螺旋的中心)。更具体地，第一端部142紧固至第三定子292，并且第二端部142紧固至第三转子291。
图5示出了当使用者处于解剖学参考位置时的弹性返回元件141。在该位置，弹性返回元件141不施加扭矩。
图6示出了当使用者使脊椎相对于骨盆侧向倾斜时的弹性返回元件141。螺旋形部分140被布置成使得背部组件5相对于骨盆组件2沿第一方向(箭头A)的旋转导致螺旋形部分140被卷绕，并且背部组件5相对于骨盆组件2沿与第一方向相反的第二方向(箭头B)的旋转导致螺旋形部分140被解除卷绕。
图7至图9更详细地示出了第五枢轴连杆27。
在图7至图9中所示的示例中，第一构件12包括将第一下肢组件3连接至骨盆组件2的弹性返回元件121。第一下肢组件3相对于骨盆组件2的旋转导致弹性元件121变形，这种变形具有使弹性返回元件121产生趋于抵抗这种旋转的返回扭矩的效果。
在图7至图9中所示的示例中，弹性返回元件121包括螺旋形部分120，该螺旋形部分具有连接至骨盆组件2的第一端部122(在螺旋的中心处)以及与第一端部122相对的第二端部123(远离螺旋的中心)，该第二端部在骨盆组件2相对于第一下肢组件3的相对旋转期间能够受到第一下肢组件3的应力。更具体地，第一端部122紧固至与第一髋部部分24成一体的第一转子271。
图7示出了当使用者处于解剖学参考位置时的弹性返回元件121。在该位置，弹性返回元件121不施加扭矩。
在第一下肢的外展或内收运动期间，第一下肢组件3相对于骨盆组件2被驱动旋转。这具有使弹性返回元件121变形的效果，以便弹簧返回元件121产生趋于抵抗这种旋转的返回扭矩。
螺旋形部分120被布置成使得下肢组件3相对于骨盆组件2沿对应于内收运动的第一旋转方向(箭头C)的旋转导致螺旋形部分120被卷绕，并且下肢组件3相对于骨盆组件2沿与第一方向相反的对应于外展运动的第二方向(箭头D)的旋转导致螺旋形部分120被解除卷绕。
此外，外骨骼结构1包括第一抵接部15，该第一抵接部能够紧固在骨盆组件2上，使得：
-在第一下肢组件3相对于骨盆组件2旋转的第一角度范围内，弹性返回构件121抵靠第一抵接部15，并且经由第一抵接部15在第一下肢组件3上施加趋于抵抗下肢的内收运动的返回力，并且
-在第二角度范围内，弹性返回构件121不再抵靠第一抵接部15并且不再在下肢组件上施加返回力。
第一抵接部15可以包括螺钉151，该螺钉紧固至骨盆部分26，使得螺钉151的端部仅在第一角度范围内对螺旋形部分120的第二端部123施加应力。
外骨骼结构1进一步包括调节装置16，该调节装置允许调节第一抵接部15相对于骨盆组件2的位置。调节装置16包括相对于骨盆部分26固定的一个或多个开口161和能够滑动地安装在一个或多个开口161内部的一个或多个销162。更具体地，调节装置16包括具有带内螺纹的通孔的第一调节部分163。螺钉151被旋拧到通孔中。销162被固定地安装在第一调节部分163上。可以通过使销162在开口161中滑动来改变第一调节部分163的位置。开口161可以形成在第一枢轴连杆27的定子272中。在图7至图9中所示的示例中，调节装置16包括两个开口161以及三个销162，三个销能够滑动地安装在这些开口161内部，以引导第一调节部分163相对于骨盆部分26移位。销162可以由螺钉构成。
如图9中所示，调节装置16允许通过调节调节部分163相对于骨盆组件2的位置以及通过调节螺钉151在带螺纹孔中的位置来改变第一角度范围与第二角度范围之间的极限。
外骨骼结构1进一步包括第二抵接部17，该第二抵接部紧固在第一下肢组件3上并且能够使弹性返回构件121受应力，以便在弹性返回构件121上施加弹性预载荷。第二抵接部17可以包括螺钉171，该螺钉紧固至髋部部分24，使得螺钉171的端部永久地对螺旋形部分120的第二端部123施加应力。
外骨骼结构1进一步包括用于调节第二抵接部17相对于第一下肢组件3的位置的装置18。调节装置18包括固定地安装在第一髋部部分24上的第二调节部分183。第二调节部分183具有带内螺纹的通孔。螺钉171被旋拧到该孔中。
如图8中所示，通过调节螺钉171在该带螺纹孔中的位置，调节装置18允许改变施加在弹性返回构件121上的预载荷。
应当注意，第二枢轴连杆28包括与第一枢轴连杆27的那些部分相似的部分，第二枢轴连杆28的部分被布置成相对于使用者的矢状面与第一枢轴连杆27的部分对称。特别地，外骨骼结构1包括被布置成与第一弹性返回构件121对称的第二弹性返回构件131，以及第一抵接部和第二抵接部。
弹性返回构件131包括螺旋形部分130，该螺旋形部分具有连接至骨盆组件2的第一端部132(在螺旋的中心处)以及与第一端部132相对的第二端部133(远离螺旋的中心)，并且该第二端部在骨盆组件2相对于第二下肢组件4的相对旋转期间能够受到第二下肢组件4的应力。更具体地，第一端部132紧固至与第二髋部部分25成一体的第二转子281。
如图10中所示，外骨骼结构1进一步包括调节装置30，该调节装置允许调节第一旋转轴线X1与第二旋转轴线X2之间的距离。
在图10中所示的示例中，调节装置30包括相对于第一枢轴连杆27的定子272固定的一个或多个开口31、相对于第二枢轴连杆28的定子282固定的一个或多个开口32以及相对于骨盆部分26固定地安装的一个或多个销33。一个或多个销33能够滑动地安装在开口31和32的内部。更具体地，调节装置30包括紧固至第一定子272上的第一调节部分34。第一调节部分34具有两个水平开口31。同样，调节装置30包括紧固至第二定子282上的第二调节部分35。第二调节部分35也具有两个水平开口32。调节装置30包括紧固至骨盆部分26上的两个第一销33，第一销中的每一个能够在相应的第一开口31的内部滑动，以使第一枢轴连杆27相对于骨盆组件2沿垂直于轴线X1和X2的方向移位。调节装置30包括紧固至骨盆部分26上的两个第二销33，第二销中的每一个能够在相应的第二开口32的内部滑动，以使第二枢轴连杆28相对于骨盆组件2沿垂直于轴线X1和X2的方向移位。
因此，调节装置30允许调节旋转轴线X1和X2之间的间距，使得这些轴线与使用者的股骨头对准，以便对应于使用者的髋部的外展轴线/内收轴线。
最后，外骨骼结构1还可以包括与枢轴连杆27、28、29、193以及球窝接头连接件52平行设置的阻尼设备，以阻尼不同部分相对于彼此的运动。在构件12、13和14是有源构件(诸如，例如电动马达)的情况下，这些构件可以用作枢轴连杆27、28和29的阻尼设备。
在操作中，当使用者行走时，使用者交替地靠在他的第一下肢(右腿)和第二下肢(左腿)上，这导致脊柱机构19相对于骨盆组件2的轻微振荡。
在行走周期的第一阶段期间，当使用者靠在他的第一下肢(右腿)上时，由背包的重量产生的载荷具有降低左侧上的骨盆的效果。因此，脊柱的下部部分191趋于相对于骨盆部分26沿第一旋转方向(箭头A)围绕第三旋转轴线X3枢转。
使脊柱的下部部分191沿第一方向旋转具有使第三弹性返回构件141变形的效果，该第三弹性返回构件的变形产生趋于驱动骨盆组件2相对于第一下肢组件3(沿箭头C的方向)和相对于第二下肢组件4旋转的扭矩。
第一弹性返回构件121和第二弹性返回构件131的作用具有以下效果：由作用在背部组件5上的背包的重量产生的全部载荷或一部分该载荷由第一弹性返回构件121经由第一髋部部分24和第一髋部接头8传递至第一下肢组件3。
相反地，传递到第二下肢组件4的载荷的比例大大减小，这允许使用者能够在不施加过大的力的情况下将他的第二下肢从地面抬起。
在行走周期的第二阶段期间，当使用者靠在他的第二下肢(左腿)上时，由背包的重量产生的载荷具有降低右侧上的骨盆的效果。脊柱的下部部分191趋于相对于骨盆部分26沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向(箭头B)围绕第三旋转轴线X3枢转。
使脊柱的下部部分191沿第二方向旋转具有使第三弹性返回构件121变形的效果，该第三弹性返回构件的变形产生趋于导致骨盆组件2相对于第一下肢组件3(沿箭头D的方向)和相对于第二下肢组件4(沿相反方向)旋转的扭矩。
第一弹性返回构件121和第二弹性返回构件131的作用具有以下效果：由作用在背部组件5上的背包的重量产生的全部载荷或一部分该载荷由第二弹性返回构件131经由第二髋部部分25和第二髋部接头9传递至第二下肢组件4。
相反地，传递到第一下肢组件3的载荷的比例大大减小，这允许使用者能够在不施加过大的力的情况下将他的第一下肢从地面抬起。
因此，在行走周期期间，载荷交替地传递到第一下肢组件3和第二下肢组件4，而不经过使用者的骨盆。由弹性返回构件121和131的变形产生的扭矩允许在地面接触侧上支撑载荷，而相反侧从载荷释放。
由于三个枢轴连杆和弹性返回构件的布置，载荷始终被传递至与地面接触的下肢组件。另一个下肢组件仅支撑小比例的载荷，使得使用者可以容易地抬起相应的下肢。
此外，当使用者静止站立在解剖学参考位置时，外骨骼结构1的第一下肢组件3和第二下肢组件4同时与地面接触。在该位置，所提出的外骨骼结构1通过将由背包的重量产生的载荷平均地分配在两个下肢组件上而分担该载荷。

Claims (19)

1.一种外骨骼结构(1)，所述外骨骼结构包括：
-骨盆组件(2)，所述骨盆组件包括带(21)，所述带能够围绕使用者的骨盆，以将所述骨盆组件(2)附接至使用者的骨盆上，
-第一下肢组件(3)，所述第一下肢组件能够紧固至使用者的第一下肢上，
-第一枢轴连杆(27)，所述第一枢轴连杆将所述第一下肢组件(3)连接至所述骨盆组件(2)，在第一下肢外展或内收运动期间，所述第一枢轴连杆(27)允许所述第一下肢组件(3)相对于所述骨盆组件(2)旋转，
-第一构件(12)，所述第一构件能够在第一下肢的内收运动期间产生趋于抵抗所述第一下肢组件(3)相对于所述骨盆组件(2)的旋转的第一扭矩，所述第一构件(12)包括在所述第一下肢组件(3)与所述骨盆组件(2)之间的第一弹性返回元件(121)，所述第一弹性返回元件(121)产生趋于抵抗所述第一下肢组件(3)相对于所述骨盆组件(2)的旋转的返回力，
-第一抵接部(15)，所述第一抵接部能够紧固在所述骨盆组件(2)上，使得在所述第一下肢组件(3)相对于所述骨盆组件(2)旋转的第一角度范围内，所述第一弹性返回元件(121)抵靠所述第一抵接部并且经由所述第一抵接部在所述第一下肢组件(3)上施加趋于抵抗下肢的内收运动的返回力，并且在第二角度范围内，所述第一弹性返回元件(121)不再抵靠所述第一抵接部并且不再在第一下肢组件(3)上施加返回力，
-第二下肢组件(4)，所述第二下肢组件能够紧固至使用者的第二下肢上，
-第二枢轴连杆(28)，所述第二枢轴连杆将所述第二下肢组件(4)连接至所述骨盆组件(2)，在第二下肢外展或内收运动期间，所述第二枢轴连杆(28)允许所述第二下肢组件(4)相对于所述骨盆组件(2)旋转，
-背部组件(5)，所述背部组件包括能够附接至使用者的胸部的背带(53)，
-脊柱机构(19)，所述脊柱机构将所述背部组件(5)连接至所述骨盆组件(2)，
-第三枢轴连杆(29)，所述第三枢轴连杆将所述脊柱机构(19)连接至所述骨盆组件(2)，在使用者的脊椎相对于使用者的骨盆的侧向倾斜相对运动期间，所述第三枢轴连杆(29)允许所述骨盆组件(2)相对于所述背部组件(5)旋转，
-第三构件(14)，所述第三构件能够在脊椎相对于骨盆的侧向倾斜相对运动期间产生趋于抵抗所述骨盆组件相对于所述背部组件(5)的旋转的第三扭矩，并且
其中，所述脊柱机构(19)包括第四枢轴连杆(193)，在脊椎的扭转运动期间，所述第四枢轴连杆允许所述背部组件(5)相对于所述骨盆组件(2)旋转。
2.根据权利要求1所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括第二构件(13)，所述第二构件能够在第二下肢的内收运动期间产生趋于抵抗所述第二下肢组件(4)相对于所述骨盆组件(2)的旋转的第二扭矩。
3.根据权利要求1所述的外骨骼结构，其中，所述第一弹性返回元件(121)包括螺旋形部分(120)，所述螺旋形部分具有连接至所述骨盆组件(2)的第一端部(122)以及与所述第一端部相对的第二端部(123)，当所述第一下肢组件(3)相对于所述骨盆组件(2)旋转时，所述第二端部能够受到所述第一下肢组件(3)的应力。
4.根据权利要求2所述的外骨骼结构，其中，所述第二构件(13)包括在所述第二下肢组件(4)与所述骨盆组件(2)之间的第二弹性返回元件(131)，所述第二弹性返回元件(131)产生趋于抵抗所述第二下肢组件(4)相对于所述骨盆组件(2)的旋转的返回力。
5.根据权利要求4所述的外骨骼结构，其中，所述第二弹性返回元件(131)包括螺旋形部分(130)，所述螺旋形部分具有连接至所述骨盆组件(2)的第一端部(132)以及与所述第一端部相对的第二端部(133)，当所述第二下肢组件(4)相对于所述骨盆组件(2)旋转时，所述第二端部能够受到所述第二下肢组件(4)的应力。
6.根据权利要求1所述的外骨骼结构，其中，所述第三构件(14)包括在所述背部组件(5)与所述骨盆组件(2)之间的第三弹性返回元件(141)，所述第三弹性返回元件(141)产生趋于抵抗所述背部组件(5)相对于所述骨盆组件(2)的旋转的返回力。
7.根据权利要求6所述的外骨骼结构，其中，所述第三弹性返回元件(141)包括螺旋形部分(140)，所述螺旋形部分具有连接至所述骨盆组件(2)的第一端部(142)以及与所述第一端部相对的第二端部(143)，当所述背部组件(5)相对于所述骨盆组件(2)旋转时，所述第二端部能够受到所述背部组件(5)的应力。
8.根据权利要求1所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括用于调节所述第一抵接部(15)的位置的装置(16)，所述用于调节所述第一抵接部的位置的装置用于调节所述第一抵接部相对于所述骨盆组件(2)的位置，从而允许调节所述第一角度范围与所述第二角度范围之间的过渡角。
9.根据权利要求8所述的外骨骼结构，其中，所述用于调节所述第一抵接部的位置的装置(16)包括开口(161)以及能够滑动地安装在所述开口内部的销(162)。
10.根据权利要求1所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括第二抵接部(17)，所述第二抵接部紧固在所述第一下肢组件(3)上并且能够使所述第一弹性返回元件(121)受应力，以便在所述第一弹性返回元件上施加弹性预载荷。
11.根据权利要求4所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括第二抵接部(17)，所述第二抵接部紧固在第二下肢组件(4)上并且能够使所述第二弹性返回元件(131)受应力，以便在所述第二弹性返回元件上施加弹性预载荷。
12.根据权利要求10所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括用于调节所述第二抵接部相对于所述第一下肢组件(3)的位置的装置(18)。
13.根据权利要求11所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括用于调节所述第二抵接部相对于所述第二下肢组件(4)的位置的装置(18)。
14.根据权利要求1所述的外骨骼结构，其中，所述脊柱机构(19)包括脊柱的下部部分(191)和脊柱的上部部分(192)，所述脊柱的下部部分经由所述第三枢轴连杆(29)连接至所述骨盆组件，所述脊柱的上部部分经由第五球窝接头连接件连接至所述背部组件(5)，从而在使用者的脊椎的侧向倾斜运动期间和弯曲/伸展运动期间允许所述背部组件(5)相对于所述脊柱机构(19)旋转。
15.根据权利要求14所述的外骨骼结构，其中，所述脊柱的上部部分(192)能够相对于所述脊柱的下部部分(191)纵向地滑动，所述脊柱机构(19)进一步包括弹性返回构件，所述弹性返回构件能够在使用者的脊椎的竖直压缩期间产生趋于抵抗所述脊柱的上部部分(192)相对于所述脊柱的下部部分(191)的滑动的弹性返回力。
16.根据权利要求15所述的外骨骼结构，其中，所述弹性返回构件包括缸体以及能够在所述缸体内部滑动的活塞，所述活塞和所述缸体中的一个相对于所述脊柱的上部部分(192)固定地安装，并且所述活塞和所述缸体中的另一个相对于所述脊柱的下部部分(191)固定地安装。
17.根据权利要求14所述的外骨骼结构，其中，所述脊柱的上部部分(192)通过所述第四枢轴连杆(193)连接至所述脊柱的下部部分(191)，从而在使用者的脊椎的扭转运动期间允许所述脊柱的上部部分(192)相对于所述脊柱的下部部分(191)围绕所述脊柱机构(19)的纵向轴线旋转。
18.根据权利要求1所述的外骨骼结构，所述外骨骼结构包括调节装置(30)，所述调节装置允许调节所述第一枢轴连杆(27)与所述第二枢轴连杆(28)之间的距离。
19.根据权利要求18所述的外骨骼结构，其中，所述调节装置(30)包括一个或多个开口(31，32)和能够滑动地安装在所述一个或多个开口(31，32)内部的相应的销(33)。
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