CN112296984A - 拉索驱动机构及其轻便助力设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种拉索驱动机构及其轻便助力设备。该拉索驱动机构包括拉索、拉索驱动动力装置、髋传动机构及膝传动机构。其中，髋上臂的上端与动力基座固联，髋上臂的下端与髋下臂的上端转动联接；髋滑轮可自由转动，设置在所述髋上臂或髋下臂上；大腿杆的上端与髋下臂的下端固联，膝转盘可自由转动，设置在所述大腿杆的下端；所述拉索从动力输出端引出，向所述髋滑轮和所述膝转盘传递动力，以使所述髋滑轮和所述膝转盘在所述拉索驱动动力装置的驱动下，分别沿不同的方向转动。该拉索驱动机构的髋部机构简洁，支持使用较大的滑轮和多条并行工作的拉索，从而可以传递较大的力矩，并使得拉索具备较长的寿命。

Description

拉索驱动机构及其轻便助力设备

技术领域

本发明涉及可穿戴外骨骼技术领域，尤其涉及一种拉索驱动机构及其轻便助力设备。

背景技术

在日常的工作和生活中，常常遇到希望增强人体腿部力量的情况。为了满足人们的需求，可穿戴外骨骼或者类似的机器设备应运而生，例如一些带有动力的下肢助力外骨骼机器人。

现有技术中此类型的装置设备普遍存在比较笨重的问题(例如专利申请号200680006514.1和专利申请号200780027195.7等所揭露的助力设备)。过于笨重的装置会导致用户的穿戴体验不佳。

为了解决装置过于笨重的问题，现有技术中有一些专门针对膝关节等局部的关节位置进行助力的装置(例如专利号US9532894B2披露的膝关节助力的技术方案)。由于是对局部关节进行助力。因此，可以进行大幅度裁剪，从而极大的减轻了设备的重量，通过较为轻便的助力装置实现对穿戴者下肢的助力，有效的改善了用户的穿戴体验。

但是，由于结构被裁减，这类技术方案只能将动力装置等放置在膝关节处。动力装置包含的电机、减速机及相关传动机构等的重量会极大的增加穿戴者腿部重量和惯量，对穿戴者下肢运动会带来较大阻力和不便。而且，在髋关节没有助力的情况下，穿戴者在抬腿时或上楼时会感觉较为沉重，长时间穿戴时体验不佳。

为了避免动力装置所导致的问题，现有技术中还有一些将动力系统设置在穿戴者腰部的技术方案。但是这些技术方案中存在人体匹配性与动力传递的矛盾。另外，还有一些技术方案利用拉索套管联接背部动力系统和髋关节，用可以形变的拉索套管来适应人体髋部和腰部相对位置变动的同时传递动力，但是这样也会造成动力传递效率较低，拉索寿命的大幅下降，可靠性低等的问题。

一些技术方案也提出使用具有特殊结构的髋部机构，解决了拉索传动效率和寿命问题。但是这样的髋部机构设置有多个滑轮，较为复杂，且难以实现多个拉索并联传力。

发明内容

本发明实施例提出一种拉索驱动机构及其轻便助力设备，旨在解决现有助力设备所存在的一种或者多种问题。

为实现上述目的，本发明实施例第一方面提出一种拉索驱动机构。该拉索驱动机构包括：拉索、拉索驱动动力装置、髋传动机构及膝传动机构，所述拉索驱动动力装置包括：动力基座和动力输出端；其中，所述髋传动机构包括：髋上臂、髋下臂及髋滑轮，所述髋上臂的上端与所述动力基座固联，所述髋上臂的下端与所述髋下臂的上端转动联接；所述髋滑轮可自由转动，设置在所述髋上臂的下端或者所述髋下臂的上端；

所述膝传动机构包括：大腿杆及膝转盘，所述大腿杆的上端与所述髋下臂的下端固联，所述膝转盘可自由转动，设置在所述大腿杆的下端；

所述拉索从所述动力输出端引出，向所述髋滑轮和所述膝转盘传递动力，以使所述髋滑轮和所述膝转盘在所述拉索驱动动力装置的驱动下，分别输出对应的力矩。

本发明实施例第二方面提出了一种轻便助力设备。该轻便助力设备包括如上所述的拉索驱动机构、小腿杆、腰背机构、足踝机构以及人机联接系统；

其中，所述人机连接系统用于分别将所述腰背机构固定设置于穿戴者的腰背，将所述小腿杆固定设置于所述穿戴者的小腿以及将所述足踝机构固定设置于所述穿戴者的足部及踝部；

所述腰背机构与所述拉索驱动机构中的拉索驱动动力装置传动连接，所述小腿杆的上端与所述拉索驱动机构中膝转盘固联，所述小腿杆的下端与所述足踝机构传动联接；

所述足踝机构包括转动联接的踝上支架和踝下支架，所述踝下支架套置于穿戴者的足部，所述踝上支架与所述小腿杆下端相接，以使所述轻便助力设备的重量及支撑穿戴者的力经由所述小腿杆，通过所述足踝机构直接泄放至地面。

本发明与现有技术相比的有益效果是：提供了一种髋部机构简洁的拉索驱动机构。基于所述拉索驱动机构所实现的轻便助力设备既可以很好地实现从背部向腰部及腿部传递动力，又可以很好地适应人体下肢多样运动带来的匹配性问题。

另外，重量较大的动力系统被转移至穿戴者腰背部，大大减小了下肢重量及惯量，使得穿戴者下肢更加灵活轻便，从而可以支持穿戴者在使用本发明设备时动作更为灵活、敏捷、舒适。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1提供的拉索驱动机构的示意图；

图2为本发明实施例2提供的拉索驱动机构的示意图；

图3为本发明实施例提供的拉索驱动动力装置的工作示意图；

图4为本发明实施例提供的髋传动机构的示意图；

图5为本发明实施例1提供的轻便助力设备的侧视图；

图6为本发明实施例提供的轻便助力设备的腰背部分的后视图；

图7为本发明实施例提供的腰部机构的正视图；

图8为本发明实施例提供的腰部机构的侧视图；

图9为本发明实施例提供的足踝机构的侧视图；

图10为本发明实施例提供的足踝机构的后视图；

图11为本发明实施例提供的足踝机构的俯视图；

图12为本发明实施例提供的足踝机构与小腿杆配合的示意图；

图13为本发明实施例提供的髋滑轮的拉索绕线的示意图。

图14为本发明实施例提供的张力调节机构的示意图。

图15为本发明实施例提供的拉索扭矩传感器的正视图。

图16为本发明实施例2提供的轻便助力设备的侧视图。

附图标记如下：

1—拉索驱动机构；11—拉索驱动动力装置；111—动力基座；112—动力输出端；113—第一拉索固定点；12—拉索；121—第一拉索；122—第二拉索；123—拉索润滑管；13—髋传动机构；131—髋上臂；132—髋下臂；133—髋滑轮；1331—第二拉索固定点；1332—髋滑轮转轴；1333—主轮；13331—圆柱凸台；1334—环形副轮；13341—腰孔；1335—螺栓；134—髋转轴；135—髋转盘；136—弹性拉绳；14—膝传动机构；141—膝转盘；1411—第三拉索固定点；15—大腿杆；16—小腿杆；

2—腰背机构；21—背板；211—背板主板；212—主板筋板；2121—筋板腰孔；22—腰杆；221—左横杆；222—右横杆；223—滑槽；224—腰杆连接板；2241—竖筋；2242—竖筋腰孔；23—内收外展旋转轴；24—紧固螺丝；

3—足踝机构；31—踝上支架；311—踝支撑平面；312—下延伸部；313—上延伸部；32—踝下支架；321—薄底板；322—折弯竖立部；33—踝旋转轴；34—竖直轴线；

4—人机连接系统；41—腰部绑带；411—腰部上绑带；412—腰部下绑带；42—髋腰连接带；43—大腿连接；431—大腿绑带；432—大腿护壳；44—小腿上连接；441—小腿上护壳，442—小腿上绑带；45—小腿下连接；451—小腿下绑带；452—小腿下护壳；46—足部绑带；

5—传感器系统；51—拉索扭矩传感器；511—输出端；512—输入端；513—应变梁；514—应变片；52—腰部惯性传感器；53—小腿惯性传感器；54—足部惯性传感器；55—髋角度传感器；56—膝角度传感器；57—足底压力传感器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，附图中类似的组件标号代表类似的组件。显然，以下将描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在此本发明实施例说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明实施例。如在本发明实施例说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。

图1为本发明实施例1提供的拉索驱动机构的示意图。如图1所示，所述拉索驱动机构1可以包括：拉索驱动动力装置11、第一拉索121、第二拉索122、髋传动机构13、膝传动机构14、大腿杆15及小腿杆16。

其中，所述拉索驱动动力装置11包括：动力基座111和动力输出端112，所述动力输出端112可相对于动力基座111转动，带动拉索12以输出动力。

所述髋传动机构13包括：髋上臂131、髋下臂132及髋滑轮133。所述髋上臂131和髋下臂132之间为转动联接，可以各自绕髋转轴134旋转。所述髋滑轮133也通过转轴与所述髋上臂131或者髋下臂132联接，绕髋转轴自由转动。所述髋上臂131与所述动力基座111固联，所述髋下臂132则与所述大腿杆15上端固联。

所述膝传动机构14可以包括膝转盘141。其中，所述膝转盘141与大腿杆15的下端旋转联接，并且与所述小腿杆16的一端固联。亦即，所述膝转盘141可相对于所述大腿杆15自由转动。

在本说明书中，以“固联”这样的术语表示两个连接的器件之间没有相对活动的自由度，两者之间为刚性连接。以“旋转联接”或者“转动联接”这样的术语表示两个连接的器件之间具有相对活动的自由度，可以发生相对的旋转运动。

如图1所示，所述拉索12包括第一拉索121和第二拉索122。所述第一拉索121的一端固定于所述动力输出端112的第一拉索固定点113上，绕经动力输出端112后，逆时针切入所述髋滑轮133并固定在所述髋滑轮133的第二拉索固定点1331上。

所述第二拉索122的一端同样也固定于所述髋滑轮133的第二拉索固定点1331上，第二拉索122的另一端沿顺时针方向绕经所述髋滑轮133后，切入并固定在膝转盘141的第三拉索固定点1411上。

通过上述第一拉索和第二拉索沿不同绕经方向的设置，在拉索驱动机构的实际运行过程中，所述拉索驱动动力装置11可以收紧所述第一拉索121。在所述第一拉索121的带动下，令所述髋滑轮133顺时针转动从而驱动第二拉索122收紧。随着第二拉索122的收紧，可以相应的带动所述膝转盘141转动，实现将拉索驱动动力装置11的动力输出至髋关节及膝关节的目标。

图2为本发明实施例2提供的拉索驱动机构的示意图。如图2所示，实施例2提供的拉索驱动机构与实施例1不同之处主要在于，所述拉索12为同一的拉索。亦即，所述第一拉索121和所述第二拉索122为连续延伸的同一拉索的两个不同的部分。

如图2所示，所述拉索12在所述第一拉索121的部分外套设有拉索润滑管123。所述拉索润滑管123为弧形结构，具有足够的向外凸起的弧度以引导所述拉索12切入所述髋滑轮133，与所述髋滑轮133的部分弧长接触。具体的，该拉索润滑套管123可以通过固定在弧形刚性结构上的方式来获得所需要的弧形结构，令所述拉索润滑套管123保持弧形。

在采用拉索润滑管以后，具有传递动力效率高，对拉索的磨损小，可靠性好等优势。

所述拉索12在与所述髋滑轮133接触后，可以以小角度从所述髋滑轮133切出，继续向下绕经所述膝转盘141并固定在所述第三固定点1411上。

在本实施例中，通过弧形的拉索润滑套管123来实现不共面的拉索驱动动力装置11、髋滑轮133以及膝转盘141之间的动力传输。这样可以减省在髋滑轮133上设置的拉索，结构可以得到简化。

应当说明的是，上述实施例1和实施例2所示的拉索驱动机构仅用于示例说明，而不用于限定本发明的技术方案。本领域技术人员可以根据本说明书揭露的实施例的原则，进行相应的调整、改变或者替换，以实现相同的目的。例如，可以改变拉索的缠绕方向，只要能够将拉索驱动动力装置11的动力输出至髋关节及膝关节，令髋滑轮和膝转盘朝不同的方向转动以实现助力的效果即可。

图3为本发明实施例提供的拉索驱动装置11的示意图。如图3所示，所述拉索驱动装置11与第一拉索121组合工作。

其中，所述拉索驱动装置11在使用时，设置于穿戴者腰背部。所述动力基座111和所述髋上臂131固联。在一些实施例中，所述动力基座111和髋上臂121可以设置为弧形结构，与人体结构相适应。

所述动力输出端112为圆柱形结构，其设置有第一拉索固定点113。所述第一拉索121的一端固定在所述第一拉索固定点113上，绕经所述动力输出端112后，从所述动力输出端引出，向下与所述髋滑轮133连接。

如图3所示，所述第一拉索121外也可以套设有拉索润滑管123。所述拉索润滑管123可以固定在所述动力基座111或所述髋上臂121上。

通过所述拉索润滑管123可以减少所述第一拉索121收紧或放出时与所述动力基座111或髋上臂121之间的摩擦，延长拉索使用寿命并提高传动效率。

图4为本发明实施例提供的髋传动机构的示意图。在图4中，所述髋上臂131被设置为透明以充分显示髋传动机构的内部结构。

如图4所示，所述髋滑轮133通过髋滑轮转轴1332与髋上臂131旋转连接。所述髋上臂131则通过髋转轴134与所述髋下臂132旋转连接。所述髋下臂132固联在所述大腿杆15的顶端。

在本实施例中，所述第一拉索121和第二拉索122均使用并行的两根拉索。相对应地，在所述髋滑轮133的外周设置有4个线槽。

其中，所述第一拉索121设置在所述髋滑轮133的外侧线槽，外部均套设有拉索润滑管123。所述拉索润滑管123固定在所述髋上臂131内。所述第二拉索122则设置在所述髋滑轮133内侧线槽，被收容在所述髋下臂132和所述大腿杆15的内部。

所述髋下臂132和大腿杆15的内部可以设置为空腔结构，以使得所述第二拉索122不会与所述髋下臂132和大腿杆15的内壁接触摩擦。

如图1、图3和图4所示，连接所述髋上臂131和所述髋下臂132的髋转轴134以及连接所述髋上臂131与髋滑轮133的髋滑轮转轴1332之间不共轴。亦即，两个旋转连接结构之间绕不同的轴线旋转。

这样不共轴的设计，可以在髋上臂131和髋下臂132处于不同角度状况下，令同等张力的拉索12在所述髋传动机构13上产生不同的转矩，与符合人体运动助力的需求相符。亦即，当髋上臂角度较小情况下，即穿戴者接近直立情况下，拉索12产生的转矩较小。而在髋上下臂角度较大情况下，即穿戴者弯腰或下蹲情况下拉索12产生的力矩较大。

以下结合图1至图4，详细描述本发明实施例提供的拉索驱动机构的工作原理。

如图1所示，在拉索12处于张紧状态时，所述拉索12在所述髋滑轮133上包角会随着所述髋上下臂131和132相对转动(即穿戴者前后摆动大腿)而相应的发生变化。当髋下臂132相对于髋上臂131逆时针转动时，拉索12在所述髋滑轮133上包角增加，反之则包角减小。

另外，所述髋滑轮133可以相对所述髋上臂131独立的转动，所述拉索12可以带动所述髋滑轮133转动，而不影响所述髋上下臂131和132相对转动。

当拉索12被动力输出端收紧而处于张紧状态时，所述拉索12可以对所述髋上下臂131和132施加力矩。如图1所示，当拉索12张紧时，髋下臂132相对髋上臂131有顺时针方向旋转的力矩。

另外，沿着弧形弯曲的髋上臂131，与所述动力基座111和髋滑轮133联接的所述第一拉索121的外部可以套有拉索润滑管123。通过拉索润滑管123可以减少所述第一拉索121张紧时与弯曲形态的所述髋上臂131摩擦，提高第一拉索121传动效率及增加了第一拉索121的耐用性和可靠性。

图5为本发明实施例1提供的轻便助力设备的侧视图。该轻便助力设备基于如上实施例揭露的拉索驱动机构所实现。

如图5所示，所述轻便助力设备包括：拉索驱动机构1、腰背机构2、足踝机构3、人机连接系统4及传感器系统5。

其中，所述拉索驱动机构1的拉索驱动动力装置11与所述腰背机构2传动联接，所述足踝机构3则与所述拉索驱动机构1中的小腿杆16传动联接。拉索驱动机构1、腰背机构2以及足踝机构3则分别通过人机连接系统4固定在穿戴者对应的身体部位上。

具体而言，所述腰背机构被固定设置于穿戴者的腰背，所述小腿杆被固定设置于所述穿戴者的小腿，所述足踝机构则被固定设置于所述穿戴者的足部及踝部。

在本实施例中，以“传动联接”这样的术语表示两个组件之间可以实现动力传输，可以由其中的一个组件带动另一个组件运动。

所述传感器系统5是用于采集运动数据信息以检测穿戴者的动作及姿态的一系列传感器。在一些实施例中，传感器系统可以包括：拉索扭矩传感器51、若干惯性传感器52-54、关节角度传感器55-56以及足底压力传感器57，分别布置在所述轻便助力设备对应的位置上，采集对应的数据信息。

基于采集获得穿戴者的动作和姿态信息，可以相应的控制所述拉索驱动机构输出对应的力矩以实现助力的效果。

图6为本发明实施例提供的轻便助力设备的腰背部分的后视图。如图6所示，完整的腰背部分可以由腰背机构2、拉索驱动动力装置11及人机连接系统4的腰部绑带41组成。

其中，所述腰背机构2包括：背板21及腰杆22。所述背板21及腰杆22传动联接。所述背板21的上端与腰部上绑带411固定，所述背板21的下端则与腰部下绑带412固定。所述背板21通过腰部绑带41固定设置于穿戴者后腰脊柱附近。

所述腰杆22由左横杆221及右横杆222组成。所述左横杆221及右横杆222上设置有沿水平方向延伸的滑槽223。

所述拉索驱动动力装置基座111基于内收外展旋转轴23与所述腰杆22转动联接。所述内收外展旋转轴23垂直于人体冠状面以适应人体下肢外展内收运动，并且所述内收外展旋转轴23可以在所述滑槽223上滑动，以适应不同腰围穿戴者。

由于腰背机构所具有的内外收展的自由度，既可以很好地实现从背部向腰部及腿部传递动力的目标，又可以很好地解决人体下肢多样运动带来的匹配性问题。

图7和图8为本发明实施例提供的腰背机构2的结构示意图。如图7和图8所示，所述背板21包括背板主板211及背板筋板212。

其中，所述背板主板211为腰背仿形贴身薄板结构，可以与穿戴者的腰部贴合。所述背板筋板212相对于所述背板主板211垂直设置并固联。所述背板筋板212上设置有筋板腰孔2121。

所述腰杆22包括左横杆221、右横杆222及腰杆连接板224。所述腰杆连接板224与所述左横杆221及所述右横杆222固联，呈“品”字状设置。

所述腰杆连接板224上设置有竖筋2241，所述竖筋2241上设置有对应的竖筋腰孔2242。所述竖筋2241与背板筋板212通过穿过所述筋板腰孔2121及竖筋腰孔2242的紧固螺丝24固定。

在实际使用时，可以在调节所述竖筋2241与背板筋板212之间的相对角度、上下位置及前后位置后，再通过紧固螺丝24将两者固定在一起。

这样的可调节的连接结构可以使得所述腰部机构2在穿戴者使用时可以进行上下、前后及旋转调节，与穿戴者匹配性更好。

图9、图10和图11为本发明实施例提供的足踝机构3的示意图。如图9-11所示，所述足踝机构3由踝下支架32和踝上支架31组成。

其中，所述踝下支架32和踝上支架31通过踝转轴33转动联接，可以相对转动。所述踝下支架32由薄底板321和设置在薄底板321两侧的折弯竖立部322组成。

所述薄底板321与两侧折弯竖立部322固联，所述折弯竖起部322上端延伸至与穿戴者的脚踝附近的高度，所述薄底板321位于穿戴者的足底，可以设置于穿戴者鞋内，在穿戴者足部与鞋之间。

所述踝上支架31包括：半环形支撑平面311、下延伸部312和上延伸部313。所述下延伸部312的下端延伸至预设的高度(即所述穿戴者的脚踝附近)，与所述踝下支架折弯竖立部322上端通过所述踝旋转轴33旋转连接。

所述上延伸部313为弧形薄片结构，与穿戴者的小腿脚踝部分配合；所述踝上支架的半环形支撑平面311用于承载来自穿戴设备的压力，并通过踝上支架31和踝下支架32将所述承载压力泄放于地面。

图12为本发明实施例提供的足踝机构3与小腿杆16配合的示意图。如图12所示，所述小腿杆16下端设置有小腿下护壳452。所述小腿下护壳452与所述小腿杆16固联。

在本实施例中，所述小腿下护壳452为半环形带状的薄板结构，套在所述踝上支架的上延伸部313之外。所述小腿下护壳452的下端则与所述踝支撑平面311相抵接，并且具有一定的自由度，可以绕竖直轴线34转动。

在实际使用过程中，本发明助力设备自重及支撑穿戴者的反作用力均通过小腿杆16传递到所述小腿下护壳452上，并进一步的通过所述踝支撑平面311传递到踝下支架32的薄底板上。最后，由穿戴者的鞋传递，泄放到地面。

这样的结构设置可以使得所述小腿杆的力不需要经过穿戴者的人体自身，不会给穿戴者造成额外负担，同时，所述小腿下护壳452与所述踝支撑平面311之间的相对滑动旋转可以更好的适应人体运动时腿部左右旋转运动，具有提高穿戴舒适性和助力效果。

图5为本发明实施例1提供的轻便助力设备的侧视图。虽然图5中只披露了右侧结构。但本领域技术人员基于本申请所揭露的技术方案，容易想到同时使用对称的左侧结构或者同时使用对称的左右两侧结构。为陈述简便，本文以右侧为例来说明其结构及运行机理。

如图5所示，所述拉索驱动动力装置11设置于穿戴者后腰部，与所述腰杆22旋转连接。所述髋上臂131、大腿杆15(与髋下臂132固联)、小腿杆16、足踝机构3依次传动联接形成从腰部到足底的支架机构。

除所述腰部绑带41以外，所述人机连接系统还可以包括：大腿连接43、小腿上连接44、小腿下连接45以及足部绑带46等，分别将所述腰部机构2、大腿杆15(与髋下臂132固联)、小腿杆16及足踝机构3固定在所述穿戴者下肢对应的部位。

其中，所述大腿连接43、小腿上连接44和小腿下连接45均由硬质护壳和柔性绑带两部分构成。亦即，所述大腿联接包括大腿绑带431和大腿护壳432，所述小腿上连接44包括小腿上绑带442和小腿上护壳441，所述小腿下连接45包括小腿下绑带451和小腿下护壳452

所述大腿护壳432、小腿上护壳441及小腿下护壳451之间可以传递助力或承载设备重量。所述大腿绑带431、小腿上绑带442及小腿下绑带451则用于将护壳及对应的设备固定在穿戴者下肢对应的位置上。

以下结合图5至图12，详细描述本发明实施例提供的轻便助力设备的工作原理。

当所述拉索驱动动力装置11收紧拉索12时，所述髋传动机构13受到力矩，将腰背机构2相对于大腿杆15向后转动(图5中为逆时针方向)。同时，所述膝传动机构14受到力矩将小腿杆16和大腿杆15伸直。

上述的力矩可以通过硬质护壳及绑带传递给穿戴者，从而帮助穿戴者的腰部向后伸展和腿部伸展打直，以使得穿戴者可以站立起来或协助支撑体重。

当所述拉索驱动动力装置11放松拉索12时，所述髋传动机构13及膝传动机构14均切换为自由转动状态，所述穿戴者的腰部及腿部可以自由伸展或弯曲，灵活运动。

其中，所述拉索扭矩传感器51集成在所述拉索驱动动力装置11内。所述腰部惯性传感器52、小腿惯性传感器53及足部惯性传感器54则分别设置在所述腰背机构2、小腿杆16及踝下支架32内。

当然，也可以将腰部惯性传感器52、小腿惯性传感器53及足部惯性传感器54分别设置于所述腰部绑带41、小腿上连接44或小腿下连接45及足部绑带46内，以更好检测穿戴者各个部位的动作。

所述足底压力传感器57为柔性薄片结构，可以设置于所述踝下支架薄底板321的上表面，位于所述穿戴者足底，用来检测穿戴者足部与地面之间的压力。

具体的，图15为本发明实施例提供的拉索扭矩传感器51的正视图。其中，所述拉索扭矩传感器51具体设置于位于所述动力输出端112与提供转动动力的动力源之间。

如图15所示，所述拉索扭矩传感器51为环状结构，包括：输入端512、输出端511、测力梁513以及应变片514。所述输入端512与所述动力源固联，所述输出端511与所述动力输出端112固联，所述应变片514设置于所述应变梁514之上。

在所述动力源输出的动力时，所述测力梁513会产生形变，并被所述应变片514检测获得。基于所述应变片514的检测结果，可以测量出所述输出动力的扭矩。

基于所述拉索张力传感器51的检测结果，可以帮助精确控制拉索12张力的大小，从而相应的控制所述轻便助力设备在所述髋传动机构13及膝传动机构14处向穿戴者提供助力力矩的大小。

在一些实施例中，请继续参阅图5，所述人机连接系统4还可以包括：髋腰连接带42。

所述髋腰连接带42分别与腰部下绑带412与髋上臂131联接，用于将所述髋传动机构13、大腿杆15、膝传动机构14及小腿杆16重量分担到所述腰部下绑带412上。

由此，可以减轻穿戴者抬腿时设备髋腰及大小腿重量影响，提升穿戴者体验。较佳的是，可以使用具有一定弹性的髋腰连接带42，使其能够与穿戴者腿部内收外展或腰部转动时所述髋传动机构13与腰部下绑带412之间产生的距离变化。

图13为本发明实施例提供的拉索在所述髋滑轮上的绕线示意图。如图13所示，所述髋滑轮133的外表面，沿髋滑轮周向设置有螺旋形线槽，所述拉索12自拉索驱动动力装置11引出后，切入并绕经所述髋滑轮133一圈。最后，再切入所述膝转盘141并固定在所述膝转盘141上。通过这样的方式，可以很好的简化髋滑轮133的结构。

在一些实施例中，可以采用多条并行的拉索以使拉索12能够传递更高力矩。在这样的情况下，需要对多条并行的拉索的安装初始张力进行调校，确保每一条不同的拉索之间的承载张力均衡来提高拉索12的寿命。

图14为本发明实施例提供的拉索张力调节机构的示意图。在图14中，以髋滑轮为例进行描述。应当理解的是，该拉索张力调节机构还可以采用相同或者类似的结构，设置在所述动力输出端和/所述膝转盘上，用以调校不同拉索的安装初始张力。

如图14的剖视图所示，所述髋滑轮133可以由主轮1333和环形副轮1334组成。其中，所述主轮1333上设置有圆柱凸台13331，所述环形副轮1334套设在所述主轮圆柱凸台13331上。拉索12绕经所述主轮1333和环形副轮1334的边缘。

所述环形副轮1334上设置有腰孔13341，用于供螺栓1335穿过以固定连接所述主轮1333和环形副轮1334。在松开螺栓以后，可以调节所述主轮1333与环形副轮1334相对位置，以调节拉索的张力。

在安装或维护保养阶段，可以首先松开所述螺栓1335，在主轮1333保持固定的情况下，转动所述环形副轮1334直到所述环形副轮1334上的拉索张力达到设定值。在达到设定值以后，拧紧所述螺栓1335以使所述主轮1333和环形副轮1334固联，保持相对位置不发生改变。

图16为本发明实施例2提供的轻便助力设备的侧视图。其与图5所示实施例1相比，实施例2提供的轻便助力设备还包括髋转盘135和弹性拉绳136。

如图16所示，所述髋转盘135和所述髋下臂132固联，所述弹性拉绳一端固定在所述髋转盘135上，另一端绕过所述髋转盘135后，固定在所述髋上臂131上。

由此，当穿戴者站立或大腿后摆时，所述弹性拉绳136会处于张紧状态，产生对穿戴者腿部的抬腿力矩，帮助所述穿戴者抬起大腿，减轻穿戴者长时间上楼爬坡抬腿负担。

所述弹性拉绳136产生的抬腿力矩和所述拉索12张紧时产生的髋部助力力矩可以相互抵消。

在实际使用过程中，当穿戴者腿部处于支撑状态时，拉索12可以在髋部产生将大腿向后摆动的力矩，协助穿戴者向前推动躯干前进。而当穿戴者需要迈腿时，拉索驱动机构令拉索12放松，所述弹性拉绳136释放拉力，产生抬腿力矩以推动穿戴者大腿向前摆动。

综上所述，本发明实施例提供的轻便助力设备可以适配不同身形的穿戴者，且在施加助力的同时可以支持穿戴者运动时腰部及下肢自然施展各种动作，穿戴体验好。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，尚且本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

以上所述，为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (15)

1.一种拉索驱动机构，其特征在于，包括拉索、拉索驱动动力装置、髋传动机构及膝传动机构，所述拉索驱动动力装置包括：动力基座和动力输出端；

其中，所述髋传动机构包括：髋上臂、髋下臂及髋滑轮，所述髋上臂的上端与所述动力基座固联，所述髋上臂的下端与所述髋下臂的上端转动联接；所述髋滑轮可自由转动，设置在所述髋上臂的下端或者所述髋下臂的上端；

所述膝传动机构包括：大腿杆及膝转盘，所述大腿杆的上端与所述髋下臂的下端固联，所述膝转盘可自由转动，设置在所述大腿杆的下端；

所述拉索从所述动力输出端引出，向所述髋滑轮和所述膝转盘传递动力，以使所述髋滑轮和所述膝转盘在所述拉索驱动动力装置的驱动下，分别输出对应的力矩。

2.根据权利要求1所述的拉索驱动机构，其特征在于，还包括拉索润滑管；所述拉索润滑管套设在部分或者全部所述拉索外。

3.根据权利要求2所述的拉索驱动机构，其特征在于，所述拉索润滑管为弧形的拉索润滑管；

所述拉索的一端固定于所述动力输出端；所述拉索的另一端从所述动力输出端引出并穿过所述拉索润滑管，在所述弧形的拉索润滑管的引导下与所述髋滑轮的至少一部分弧长接触后，从所述髋滑轮切出并固定在所述膝转盘上。

4.根据权利要求1所述的拉索驱动机构，其特征在于，所述髋滑轮的表面设置有沿周向设置的螺旋拉索导槽；

所述拉索的一端固定于所述动力输出；所述拉索的另一端从所述动力输出端引出后，通过所述螺旋形拉索导槽绕经所述髋滑轮至少一圈后，切入并固定在所述膝转盘上。

5.根据权利要求1所述的拉索驱动机构，其特征在于，所述拉索包括第一拉索和第二拉索；

所述第一拉索的一端固定在所述动力输出端上，另一端从所述动力输出端引出后，沿第一方向绕经所述髋滑轮并固定在所述髋滑轮上；

所述第二拉索的一端固定在所述髋滑轮上，另一端沿第二方向绕经所述髋滑轮后，从所述髋滑轮切出并固定在所述膝转盘上；所述第一方向与第二方向为相反的方向。

6.根据权利要求1所述的拉索驱动机构，其特征在于，所述拉索包括至少两根并行的拉索；

所述动力输出端、所述髋滑轮以及所述膝转盘中的至少一个设置有拉索预紧机构；

所述拉索预紧机构用于调节不同拉索的安装张力以使所述至少两根并行拉索的张力在工作时保持一致。

7.根据权利要求6所述的拉索驱动机构，其特征在于，所述拉索预紧机构由多个可调节相对位置的轮体组成；所述不同拉索的安装张力由多个所述轮体之间的相对位置控制。

8.根据权利要求1-7任一项所述的拉索驱动机构，其特征在于，所述髋上臂与所述髋下臂绕髋转轴旋转，所述髋滑轮绕髋滑轮转轴旋转；

所述髋转轴与所述髋滑轮转轴不共轴，以使所述拉索收紧时，在所述髋传动机构上产生与所述髋上臂和髋下臂之间的相对角度对应的转矩。

9.一种轻便助力设备，其特征在于，包括：如权利要求1-8任一项所述的拉索驱动机构、小腿杆、腰背机构、足踝机构及人机连接系统；

其中，所述人机连接系统用于分别将所述腰背机构固定设置于穿戴者的腰背，将所述小腿杆固定设置于所述穿戴者的小腿以及将所述足踝机构固定设置于所述穿戴者的足部及踝部；

所述腰背机构与所述拉索驱动机构中的拉索驱动动力装置传动连接，所述小腿杆的上端与所述拉索驱动机构中膝转盘固联，所述小腿杆的下端与所述足踝机构传动联接；

所述足踝机构包括转动联接的踝上支架和踝下支架，所述踝下支架套置于穿戴者的足部，所述踝上支架与所述小腿杆下端相接，以使所述轻便助力设备的重量及支撑穿戴者的力经由所述小腿杆，通过所述足踝机构直接泄放至地面。

10.根据权利要求9所述的轻便助力设备，其特征在于，所述腰背机构与所述拉索驱动动力装置通过内收外展轴旋转联接；

所述内收外展轴垂直于所述穿戴者的冠状面设置，可在所述腰背机构上沿水平方向滑动。

11.根据权利要求9所述的轻便助力设备，其特征在于，所述人机连接系统包括腰部绑带；所述腰背机构包括背板和腰杆；

所述腰杆与所述拉索驱动动力装置传动联接，所述背板与所述腰部绑带联接；所述背板和所述腰杆之间的相对角度和相对位置可调节。

12.根据权利要求9所述的轻便助力设备，其特征在于，所述足踝机构踝下支架包括薄底板以及设置在所述薄底板两侧的折弯竖立部；

所述薄底板与两侧折弯竖立部固定连接，所述折弯竖起部上端延伸至设定的高度；

所述踝上支架包括半环形支撑平面、上延伸部及下延伸部，所述下延伸部的末端与所述踝下支架折弯竖立部的上端转动联接；

所述薄底板位于所述穿戴者足底；所述踝上支架的半环形支撑平面与所述小腿杆相抵接，用于承载来自小腿杆的压力并经由所述踝下支架泄放至地面。

13.根据权利要求12所述的轻便助力设备，其特征在于，所述踝上支架的上延伸部为与所述穿戴者的脚踝相适配的弧形薄片；

所述小腿杆的下端设置有与所述小腿杆固联的小腿下护壳，所述小腿下护壳为半环形带状结构，套设在所述踝上支架的上延伸部之外；

所述踝上支架的半环形支撑平面与所述小腿下护壳的下端相抵接，用于支撑所述小腿杆；所述小腿下护壳可相对于所述半环形支撑平面滑动旋转。

14.根据权利要求13所述的轻便助力设备，其特征在于，所述人机连接系统还包括具有弹性的髋腰连接带；

所述髋腰连接带分别与所述腰部绑带和髋上臂联接，用于将髋传动机构、大腿杆、膝传动机构及小腿杆的重量分担至所述腰部绑带上。

15.根据权利要求9-14任一项所述的轻便助力设备，其特征在于，还包括：髋转盘和弹性拉绳；

所述髋转盘与所述髋下臂固联，所述弹性拉绳一端固定在所述髋转盘上，另一端绕经所述髋转盘后切出并固定在所述髋上臂上；

在穿戴者站立或大腿后摆时，所述弹性拉绳处于张紧状态，以向所述穿戴者提供向前摆动大腿的助力。

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