CN112621722B - 一种主动式腰部助力外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明提供的主动式腰部助力外骨骼涉及可穿戴式外骨骼技术领域，包括背部模块、用于连接人体和背部模块的背部绑缚系统、对称布置在人体左右侧的左腰部模块、右腰部模块、左腰背连接模块、右腰背连接模块、左腿部模块和右腿部模块，以及用于连接人体腰部的腰部绑缚系统、用于连接人体腿部的左腿部绑缚系统和右腿部绑缚系统；左腰部模块或右腰部模块设置有驱动模组，背部模块分别电连接于左腰部模块和右腰部模块，驱动模组用于向其对应的腰部模块提供主动力矩，形成向上的抬升力实现主动式腰部助力外骨骼的搬抬助力或向下的摆动力实现主动式腰部助力外骨骼的随动助行。

Description

一种主动式腰部助力外骨骼

技术领域

本发明涉及可穿戴式外骨骼技术领域，具体涉及一种主动式腰部助力外骨骼。

背景技术

外骨骼原来指生物学中保护生物内部柔软器官的一种坚硬外部结构，而现在外骨骼机器人是指一类模仿人体运动状态、加强人体运动能力的、集仿生学与人机工效学的机械装置，穿戴于人体肢体外侧，可以提高人们在行走耐久性、负重能力等特定方面的能力。其应用领域十分广泛，在军事领域上，可以提高士兵的运动灵活性、机动性、负重能力等；在医疗领域，可以帮助下肢肌无力或其他残疾患者进行康复训练；在民用领域，可以帮助穿戴者提高搬运重物能力，提高行走耐久性等；

现有腰部助力外骨骼按照助力方式可分为主动式助力和被动式助力两大类。被动式依靠储能元件如CN207120225U中使用弹簧作为储能元件，其为穿戴者提供一定的助力，但由于缺乏主动控制，人机交互体验不足，且助力大小往往较小。而主动助力外骨骼可依靠多传感融合，能更好识别人体运动意图，从而带来更佳的人机交互体验。

而现有的助力外骨骼多存在如下缺点：1)模块化程度不高，结构复杂拆装运输不便；2)身高或胖瘦适应性不高，尺寸调节复杂或无法调节、难以自适应且无级调节的问题；3)动力源难以拆换；4)系统结构复杂，难以轻量化和低成本；5)系统无交互力检测机构，难以快速并精确识别人体运动意图；6)现有外骨骼大部分只有腰部搬抬助力而无随动快速助行；7)现有腰部助力外骨骼无手臂助力；8)现有腰部助力外骨骼助力等级单一。

发明内容

本发明目的在于提供一种主动式腰部助力外骨骼,解决现有技术中助力外骨骼等级单一、运输不便、身材适应性不高、智能化程度低、无随动助行等缺点，通过在腰部模块设置驱动模组提供主动的动力力矩，向上提供抬升力、向下提供摆动力，使得主动式腰部助力外骨骼同时具有搬抬助力和随动助行两项功能，并且通过设置交互力检测机构还进一步实现自动感知穿戴者选择的功能。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种主动式腰部助力外骨骼,包括外骨骼本体和与人体连接的绑缚系统；所述外骨骼本体包括背部模块、左腰背连接模块、右腰背连接模块、左腰部模块、右腰部模块、左腿部模块和右腿部模块，所述绑缚系统包括左腿部绑缚系统、右腿部绑缚系统、腰部绑缚系统和背部绑缚系统；所述左腰背连接模块一端连接于左腰部模块、另一端连接于背部模块，所述右腰背连接模块一端连接于右腰部模块、另一端连接于背部模块；所述左腿部模块一端连接于左腿部绑缚系统、另一端连接于左腰部模块，所述右腿部模块一端连接于右腿部绑缚系统、另一端连接于右腰部模块，并且所述左腰部模块和右腰部模块均连接于腰部绑缚系统；所述左腰背连接模块和右腰背连接模块、左腰部模块和右腰部模块、左腿部模块和右腿部模块、左腿部绑缚系统和右腿部绑缚系统的结构组成和连接方式关于人体中轴线完全对称；

所述背部模块设置有电池组件，所述左腰部模块和右腰部模块均设置有驱动模组，所述电池组件电连接于驱动模组，用于给驱动模组供电；

所述驱动模组用于向对应的左腰部模块或右腰部模块提供主动的动力力矩，形成抬升力或摆动力；所述抬升力依次经过左腰背连接模块或右腰背连接模块、腰部绑缚系统、背部模块、背部绑缚系统传导至人体双肩，实现所述主动式腰部助力外骨骼的搬抬助力；所述摆动力依次经过左腿部模块或右腿部模块、左腿部绑缚系统或右腿部绑缚系统传导至人体大腿，实现所述主动式腰部助力外骨骼的随动助行。

进一步的，所述背部模块还包括背部底壳、电池箱、电池盖、控制盖、背部横杆和总线插头；所述背部底壳、电池箱、电池盖、控制盖围设成内部中空的封闭箱体结构，所述电池组件置于封闭箱体结构内，并且电池组件电连接于控制盖；所述背部横杆沿水平方向设置在封闭箱体结构侧面，背部横杆用于连接背部绑缚系统；所述总线插头设置封闭箱体结构外侧，总线插头连接于控制盖；

所述电池组件包括电池、电池PCB板和电池快拆组件，所述电池快拆组件包括快卸限位、快卸片、快卸钮和压簧；所述快卸限位设在电池上，快卸限位远离电池的一端经压簧连接于快卸片，并且压簧处于压缩状态；所述背部底壳靠近快卸限位的侧面上设置有与快卸片位置对应的快卸孔，快卸片自快卸孔部分突出于封闭箱体结构外侧；

所述快卸钮设置在背部底壳外侧，且部分伸入封闭箱体结构内部；所述快卸钮位于封闭箱体结构内部的部分抵接于快卸片，所述快卸钮在外力作用下具有向快卸片施加压力、使之沿平行于压簧伸缩方向向快卸限位运动的自由度。

进一步的，所述左腰背连接模块包括腰杆、腰杆上端头、腰杆下端头、腰杆连接销、腰杆下端头固定销和快拆销；

所述腰杆一端采用快拆销可拆卸连接于腰杆上端头，所述腰杆另一端采用腰杆下端头固定销连接于腰杆下端头；所述腰杆上端头采用腰杆连接销转动连接于背部横杆左端，所述腰杆下端头采用腰杆连接销转动连接于左腰部模块。

进一步的，所述左腰部模块还包括腰部绑缚板、驱动仓、驱动仓盖、输出法兰、导电滑环A、导电滑环B和编码器盖；

所述驱动仓设置为开口朝向远离人体一侧的筒形结构，所述驱动仓盖封闭驱动仓的开口；所述驱动仓顶部设置有突出于驱动仓顶部的腰背连接下销孔，所述腰背连接下销孔与腰杆下端头采用腰杆连接销转动连接；

所述腰部绑缚板设置在驱动仓靠近人体侧，腰部绑缚板连接于腰部绑缚系统；所述驱动模组自驱动仓内部连接于驱动仓盖，并且驱动模组的输出端贯穿驱动仓盖后连接于输出法兰，所述输出法兰在驱动模组的驱动下具有相对于驱动仓转动的自由度；

所述驱动仓盖远离驱动仓的侧面上设置有屈伸前摆限位与屈伸后摆限位，所述输出法兰在屈伸前摆限位与屈伸后摆限位之间的限位转动；所述输出法兰下端自屈伸前摆限位与屈伸后摆限位之间向下延伸并连接于左腿部模块；

所述导电滑环A连接于输出法兰，包括PCB板A、若干弹簧针和霍尔传感器，所述PCB板A固连于输出法兰，所述若干弹簧针和霍尔传感器分别安装在PCB板A远离输出法兰侧板面上，所述若干弹簧针布置在PCB板A板面的同一直线上，并且依次靠近霍尔传感器；

所述编码器盖自驱动仓开口侧连接于驱动仓盖，所述导电滑环B固设在编码器盖靠近驱动仓盖的侧面上，包括PCB板B、磁柱和导电滑环B出线端子；所述PCB板B与PCB板A板面相对，PCB板B远离PCB板A的板面连接于编码器盖，并且所述PCB板B靠近PCB板A的板面上嵌设有若干同心的铜片滑环，所述铜片滑环的数量与弹簧针数量相等，并且位于同一直线的若干弹簧针对应抵触于同一径向上的若干铜片滑环，构成若干导电滑环；所述磁柱连接于编码器盖，所述磁柱位置对应于霍尔传感器，并与霍尔传感器构成角度检测绝对编码器，所述角度检测绝对编码器用于检测输出法兰相对编码器盖的角度变化量；所述导电滑环B出线端子设置在PCB板B侧边上，电连接于PCB板B；

所述输出法兰还设置有导电滑环A线材入口，该入口用于汇集并通过输出法兰左侧下方的线材连接于导电滑环A；所述驱动仓盖上设置有导电滑环B线材出口，该出口用于汇合并通过电连接于导电滑环B的线材和电连接于驱动模组线材构成主动式腰部助力外骨骼的系统总线。

进一步的，所述左腿部模块包括腿杆、内外翻转接杆、腿杆固定销、内外翻销、交互力传感器安装座、交互力传感器和大腿绑缚板；

定义输出法兰向下延伸并与左腿部模块连接的部分为输出法兰下端头；

所述腿杆上端采用腿杆固定销固连于内外翻转接杆，所述内外翻转接杆采用内外翻销转动连接于输出法兰下端头；所述腿杆下端采用腿杆固定销连接于交互力传感器安装座，所述大腿绑缚板自交互力传感器安装座靠近人体侧连接于交互力传感器安装座；所述交互力传感器设置在大腿绑缚板与交互力传感器安装座之间，所述交互力传感器电连接于左腰部模块。

进一步的，所述左腿部绑缚系统包括腿部绑带和用于设置在腿部绑带上用于调节松紧的腿部调节扣；所述大腿绑缚板沿左右方向对称设置有腿绑缚板左腰孔与腿绑缚板右腰孔，所述腿部绑带依次连接腿绑缚板左腰孔与腿绑缚板右腰孔后连接于人体。

进一步的，所述背部绑缚系统包括背部马甲、横杆固定带、扣环、横杆锁紧孔和手部搬运组件；

所述背部横杆沿其长度方向的两端分别设置有横杆固定孔，所述背部马甲上对应于横杆固定孔位置分别固设有横杆固定带，所述横杆固定带采用扣环连接于横杆固定孔；

所述手部搬运组件包括两根手部搬运带和两个手部搬运把手；所述背部横杆沿其长度方向的两端分别还设置有手部搬运组件固定孔，所述手部搬运带分别一端连接于手部搬运把手，另一端连接于背部横杆端部的手部搬运组件固定孔。

进一步的，所述腰部绑缚系统包括腰部绑缚垫、环设在腰部绑缚垫外侧的纵深调节带，以及用于调节松紧的腰部调节扣；所述腰部绑缚板沿前后方向对称设置有腰部绑缚板前腰孔与腰部绑缚板后腰孔，所述纵深调节带依次连接腰部绑缚板前腰孔、腰部绑缚板后腰孔后连接于人体腰部。

进一步的，所述用于连接腰杆上端头和背部横杆的腰杆连接销上还设置有快拆销防丢片，所述快拆销防丢片连接于快拆销。

进一步的，所述导电滑环A线材入口设置在输出法兰下端头，所述输出法兰下端头还设置有压线片，所述压线片位于导电滑环A线材入口处。

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的主动式腰部助力外骨骼,获得了如下有益效果：

本发明公开的主动式腰部助力外骨骼包括背部模块、用于连接人体和背部模块的背部绑缚系统、对称布置在人体左右侧的左腰部模块、右腰部模块、左腰背连接模块、右腰背连接模块、左腿部模块和右腿部模块，以及用于连接人体腰部的腰部绑缚系统、用于连接人体腿部的左腿部绑缚系统和右腿部绑缚系统，且背部模块向左腰部模块和右腰部模块供电；左腰部模块或右腰部模块设置有驱动模组，驱动模组用于向其对应的腰部模块提供主动的动力力矩，形成向上的抬升力实现主动式腰部助力外骨骼的搬抬助力或向下的摆动力实现主动式腰部助力外骨骼的随动助行，能够智能进行功能选择；当提供搬抬助力时，有利于减少穿戴者抬举负载时产生的能量消耗，减少包括腰部、手部肌肉的疲劳；当提供随动助行时，有利于减少腿部肌肉疲劳。

本发明模块化程度高、结构简单，多处可实现快卸，包括电池组件的快卸快装、背部模块的拆出；电池组件的快卸快装有利于穿戴者切换电池组件，增加设备续航；并且通过腰背连接模块和腰部绑缚系统对穿戴者实现高适应性，达到尺寸调节自适应且无极调节的效果；此外本发明采用绑缚系统与人体连接，外骨骼贴服性及可拆性更强。本发明还设置了交互力检测机构，能够快速准确识别人体运动意图识别；本发明进一步的可进行驱动模组输出力调节，选择助力等级。

另外，本发明的腰部模块中驱动模组提供主动的动力力矩时，通过设置屈伸前摆限位与屈伸后摆限位限制在输出法兰的转动，预防穿戴者使用超过限位对外骨骼性造成损伤。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1为本发明外骨骼总体示意图；

图2为本发明外骨骼背部模块结构示意图；

图3为本发明外骨骼电池组件结构示意图；

图4为本发明外骨骼左腰背连接模块结构示意图；

图5为本发明外骨骼左腰部模块结构示意图；

图6为本发明外骨骼腰部绑缚系统结构示意图；

图7为本发明外骨骼左腿部模块结构示意图；

图8为本发明外骨骼腿部绑缚系统结构示意图；

图9为本发明外骨骼背部绑缚系统结构示意图；

图10为本发明外骨骼系统遥控器示意图。

图中，各标记的具体意义为：

1-背部模块；2-左腰背连接模块；2a-系统总线；3-左腰部模块；4-左腿部模块；5-左腿部绑缚系统；6-腰部绑缚系统；7-背部绑缚系统；8-人体；9-背部底壳；9a-快卸孔；10a-电池箱；10b-电池盖；10c-电池；11a-快卸限位；11b-快卸片；11c-快卸钮；12-背部横杆；12a-腰背连接上销孔；12b-手部搬运组件固定孔；12c-横杆固定孔；13-总线插头；14-控制盖；15-充电口；16-电池PCB板；17-电量指示灯；18-刀片连接口；19-电源开关；20-腰杆上端头；21-腰杆连接销；22-快拆销；22a-快拆销按钮；22b-快拆销防丢片；23-腰杆；24-腰杆下端头；25-腰杆下端头固定销；26-腰部绑缚板；26a-腰部绑缚前腰孔；26b-腰部绑缚后腰孔；27-护线环；28-驱动仓；29-腰背连接下销孔；30-驱动模组；31-驱动仓盖；32-屈伸前摆限位；33-屈伸后摆限位；34-输出法兰；35-导电滑环A；36-磁柱；37-导电滑环B；38-编码器盖；39-导电滑环B线材出口；40-导电滑环A线材入口；41-压线片；42-内外翻转接件；43-内外翻销；44-腿杆固定销；45-腿杆；46-交互力传感器线材；47-交互力传感器安装座；48-交互力传感器；49-大腿绑缚板；49a-腿绑缚板左腰孔；49b-腿绑缚板右腰孔；50-背部马甲；51-手部搬运组件；51a-手部搬运带；51b-手部搬运把手；52-横杆固定带；53-扣环；54-横杆锁紧孔；55-设备搬运带；56-腰部调节扣；56a-纵深调节带；56b-腰部绑缚垫；57-腿部调节扣；58-助力等级调高钮；59-助力等级调低钮；60-系统启动钮。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图,对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例,本领域普通技术人员在无需创造性劳动的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。除非另作定义,此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性,而只是用来区分不同的组成部分。同样,除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制,而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件,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。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后,则该相对位置关系也可能相应地改变。

基于现有技术中的腰部助力外骨骼多为被动式助力外骨骼，该类型外骨骼具有缺乏主动控制、人机交互体验不足，且助力较小的缺点；而现有的主动式助力外骨骼多结构复杂、模块化程度不高，人体适应性差，功能单一；本发明旨在提出一种主动式腰部助力外骨骼，该外骨骼模块化程度高，采用绑缚系统与人体连接，通过在人体左右侧对称布置的腰部模块中设置驱动模组提供主动的动力力矩，以形成向上的抬升力或向下的摆动力，使得主动式腰部助力外骨骼同时具有搬抬助力和随动助行两项功能。

下面结合附图所示的实施例，对本发明的主动式腰部助力外骨骼作进一步具体介绍。

结合图1所示的主动式腰部助力外骨骼,包括外骨骼本体和与人体8连接的绑缚系统；其中，外骨骼本体包括背部模块1、左腰背连接模块2、右腰背连接模块、左腰部模块3、右腰部模块、左腿部模块4和右腿部模块，绑缚系统包括左腿部绑缚系统5、右腿部绑缚系统、腰部绑缚系统6和背部绑缚系统7，左腰背连接模块2一端连接于左腰部模块3、另一端连接于背部模块1，右腰背连接模块一端连接于右腰部模块、另一端连接于背部模块1；左腿部模块4一端连接于左腿部绑缚系统5、另一端连接于左腰部模块3，右腿部模块一端连接于右腿部绑缚系统、另一端连接于右腰部模块，并且左腰部模块3和右腰部模块均连接于腰部绑缚系统6；左腰背连接模块2和右腰背连接模块、左腰部模块3和右腰部模块、左腿部模块4和右腿部模块、左腿部绑缚系统5和右腿部绑缚系统的结构组成和连接方式均关于人体8中轴线完全对称。

结合图2和图3所示，背部模块1设置有电池组件，左腰部模块3和右腰部模块均设置有驱动模组30，电池组件电连接于驱动模组30，用于给驱动模组30供电；图1中，电池组件的供电线为系统总线2a。

驱动模组30用于向对应的左腰部模块3或右腰部模块提供主动的动力力矩，形成抬升力或摆动力；抬升力依次经过左腰背连接模块2或右腰背连接模块、腰部绑缚系统6、背部模块1、背部绑缚系统7传导至人体双肩，实现主动式腰部助力外骨骼的搬抬助力；摆动力依次经过左腿部模块4或右腿部模块、左腿部绑缚系统5或右腿部绑缚系统传导至人体大腿，实现主动式腰部助力外骨骼的随动助行。

具体原理过程为：搬抬助力时，人体大腿与左腿部模块4、右腿部模块、左腿部绑缚系统5、右腿部绑缚系统可看作静止不动，而人体腰部及以上可弯腰；此时，左腰部模块3中的驱动模组30提供主动的动力力矩，抬升力经过左腰部模块3、腰部绑缚系统6、背部模块1，最后传导至背部绑缚系统7，背部绑缚系统7提拉人体8双肩，以此最后减少穿戴者抬举负载时产生的能量消耗，减少包括腰部、手部肌肉的疲劳，实现搬抬助力功能。随动助行时，可把人体腰部及以上包括左腰部模块3、右腰部模块、腰背连接模块2、背部模块1等看作一直竖直，而人体腰部及以下看为可绕髋关节摆动即人体腿部与左腿部模块4、右腿部模块、左腿部绑缚系统5、右腿部绑缚系统摆动；此时，驱动模组30可根据人体腿部摆动步态，实时产生主动的动力力矩，摆动力通过左腿部模块4、右腿部模块、左腿部绑缚系统5、右腿部绑缚系统传导至大腿，以此减少腿部肌肉疲劳，实现随动助行功能。

进一步结合图2所示，背部模块1还包括背部底壳9、电池箱10a、电池盖10b、控制盖14、背部横杆12和总线插头13；其中，背部底壳9、电池箱10a、电池盖10b、控制盖14围设成内部中空的封闭箱体结构，电池组件置于封闭箱体结构内，并且电池组件电连接于控制盖14；背部横杆12沿水平方向设置在封闭箱体结构侧面，背部横杆12用于连接背部绑缚系统7；总线插头13设置封闭箱体结构外侧，总线插头13连接于控制盖14；实施例中，总线插头13插接系统总线2a；电池组件通过设置刀片连接口18与控制盖14实现电连接，具体为电池组件放入背部底壳9后，其上的刀片连接口18与控制盖14上的另一半刀片连接口连接，实现通电。

结合图3所示，电池组件包括电池10c、电池PCB板16和电池快拆组件，电池快拆组件包括快卸限位11a、快卸片11b、快卸钮11c和压簧；具体结构为，快卸限位11a设在电池上10c，快卸限位11a远离电池10c的一端经压簧连接于快卸片11b，并且压簧处于压缩状态；背部底壳9靠近快卸限位11a的侧面上设置有与快卸片11b位置对应的快卸孔9a，快卸片11b自快卸孔9a部分突出于封闭箱体结构外侧；快卸钮11c设置在背部底壳9外侧，且部分伸入封闭箱体结构内部；快卸钮11c位于封闭箱体结构内部的部分抵接于快卸片11b，快卸钮11c在外力作用下具有向快卸片11b施加压力、并使之沿平行于压簧伸缩方向向快卸限位11a运动的自由度。通过按动封闭箱体结构外侧的快卸钮11c，电池组件整体可从背部模块1中便捷的拆卸，以便于穿戴者在具有几套电池组件时，可轮换使用工作，增加设备续航。

实施例中，为便于背部模块1的使用，由背部底壳9、电池箱10a、电池盖10b、控制盖14围设成的封闭箱体结构外侧还设置有电连接于电池10c的充电口15、电量指示灯17和连接于控制盖14的电源开关19，充电口15可用来给电池10c充电，电量指示灯17用于指示电池10c当前电量，电源开关19可用来控制切换主动式腰部助力外骨骼的开关机与待机。

结合图4所示，左腰背连接模块2包括腰杆23、腰杆上端头20、腰杆下端头24、腰杆连接销21、腰杆下端头固定销25和快拆销22；其中，腰杆23一端采用快拆销22可拆卸连接于腰杆上端头20，腰杆23另一端采用腰杆下端头固定销25连接于腰杆下端头24；腰杆上端头20采用腰杆连接销21转动连接于背部横杆12左端，腰杆下端头24采用腰杆连接销21转动连接于左腰部模块3。背部横杆12沿其长度方向的两端端部分别设置有腰背连接上销孔12a，腰杆上端头20与背部横杆12一端的腰背连接上销孔12a经腰杆连接销21转动连接。快拆销22实现腰杆上端头20与腰杆23的快卸，具体为，快拆销22上设置有快拆销按钮22a，按动快拆销按钮22a，快拆销22从腰杆23脱出，腰杆上端头20与腰杆23分离；为了防止快拆销22丢失，用于连接腰杆上端头20和背部横杆12的腰杆连接销21上还设置有快拆销防丢片22b，快拆销防丢片22b连接于快拆销22。

当本发明外骨骼需要运输时，可按动快拆销按钮22a拔出快拆销22，拔出总线插头13，即可实现背部模块1以及背部绑缚系统7与其他模块的脱离，分模块运输，减少体积占用。

另外，由于右腰背连接模块与左腰背连接模块2结构完全相同，安装结构对称，实施例不再赘述。

结合图5所示，左腰部模块3还包括腰部绑缚板26、驱动仓28、驱动仓盖31、输出法兰34、导电滑环A35、导电滑环B37和编码器盖38；驱动仓28设置为开口朝向远离人体8一侧的筒形结构，驱动仓盖31封闭驱动仓28的开口；驱动仓28顶部设置有突出于驱动仓28顶部的腰背连接下销孔29，腰背连接下销孔29与腰杆下端头24采用腰杆连接销21转动连接。

腰部绑缚板26设置在驱动仓28靠近人体8侧，腰部绑缚板26连接于腰部绑缚系统6；驱动模组30自驱动仓28内部连接于驱动仓盖31，并且驱动模组30的输出端贯穿驱动仓盖31后连接于输出法兰34，输出法兰34在驱动模组30的驱动下具有相对于驱动仓28转动的自由度；驱动仓盖31远离驱动仓28的侧面上设置有屈伸前摆限位32与屈伸后摆限位33，输出法兰34在屈伸前摆限位32与屈伸后摆限位33之间的限位转动；并且输出法兰34下端自屈伸前摆限位32与屈伸后摆限位33之间向下延伸并连接于左腿部模块4，输出法兰34转动，带动左腿部模块4运动。

导电滑环A35连接于输出法兰34，包括PCB板A、若干弹簧针和霍尔传感器，PCB板A固连于输出法兰34，若干弹簧针和霍尔传感器分别安装在PCB板A远离输出法兰34侧板面上，若干弹簧针布置在PCB板A板面的同一直线上，并且依次靠近霍尔传感器；编码器盖38自驱动仓28开口侧连接于驱动仓盖31，导电滑环B37固设在编码器盖38靠近驱动仓盖31的侧面上，包括PCB板B、磁柱36和导电滑环B出线端子；PCB板B与PCB板A板面相对，PCB板B远离PCB板A的板面连接于编码器盖38，并且PCB板B靠近PCB板A的板面上嵌设有若干同心的铜片滑环，铜片滑环的数量与弹簧针数量相等，并且位于同一直线的若干弹簧针对应抵触于同一径向上的若干铜片滑环，构成若干导电滑环；磁柱36连接于编码器盖38，磁柱36位置对应于霍尔传感器，并与霍尔传感器构成角度检测绝对编码器，角度检测绝对编码器用于检测输出法兰34相对编码器盖38的角度变化量；导电滑环B出线端子设置在PCB板B侧边上，电连接于PCB板B；

输出法兰34还设置有导电滑环A线材入口40，该入口用于汇集并通过输出法兰34左侧下方的线材连接于导电滑环A35；驱动仓盖31上设置有导电滑环B线材出口39，该出口用于汇合并通过电连接于导电滑环B37的线材和电连接于驱动模组30的线材构成主动式腰部助力外骨骼的系统总线2a。

上述结构中，驱动模组30通过输出法兰34提供向外传递的主动力矩，因此驱动模组30输出力调节可通过调节驱动模组30来实现，达到选择助力等级的技术效果，例如驱动模组30为电机，调节电机转速实现输出力调节。

由于右腰部模块与左腰部模块3结构完全相同，安装结构对称，实施例中不再赘述。

从图1的实施图可知，左腰背连接模块2作为枢纽，连接了背部模块1和左腰部模块3；假设背部模块1固定，则左腰部模块3可通过上下的腰杆连接销21转动或移动。当不同腰部宽度的人穿戴本发明外骨骼时，左腰部模块3、右腰部模块可自适应的沿着如图5所示的中驱动模组30的轴线方向左右平移。运动逻辑如下：由于腰杆23长度一定，当左腰部模块3沿图5驱动模组30轴线方向向右也即人体腰部宽度向两侧扩张，则背部模块1向下移动；当左腰部模块3沿图5驱动模组30轴线方向向左也即人体腰部宽度向内侧內缩，则背部模块1向上移动。

实际上，左腰部模块3、右腰部模块中的驱动模组30的轴线方向必须尽可能的与人体髋关节大转子旋转中心对齐，所以，当不同穿戴者穿戴本外骨骼时，背部模块1会在一定范围内上下移动，此时可以通过如图9所示的背部绑缚系统7的肩带来调节，确保与人体8背部相贴合。上述方式的腰部宽度调节不用人为操作按钮或其他方式进行调节，只需穿上即可自适应调节，对胖瘦及身高的包容性强。

另外，结合图1和图6所示，具体使用时，左腰部模块3和右腰部模块均固定在腰部绑缚系统6上，腰部绑缚系统6包括腰部绑缚垫56b、环设在腰部绑缚垫56b外侧的纵深调节带56a，以及用于调节松紧的腰部调节扣56；腰部绑缚板26沿前后方向对称设置有腰部绑缚板前腰孔26a与腰部绑缚板后腰孔26b，纵深调节带依次连接腰部绑缚板前腰孔26a、腰部绑缚板后腰孔26b后连接于人体8腰部。当穿戴者的腰部纵深尺寸不一时，可通过挪动腰部绑缚板26前后移动，来保证与腰部绑缚板26所在的左腰部模块3或右腰部模块中的驱动模组30轴线与人体的髋关节大转子旋转中心尽可能一致，此调节实现了腰部纵深尺寸无极调节。

结合图7所示，左腿部模块4包括腿杆45、内外翻转接杆42、腿杆固定销44、内外翻销43、交互力传感器安装座47、交互力传感器48和大腿绑缚板49；

定义输出法兰34向下延伸并与左腿部模块4连接的部分为输出法兰下端头；腿杆45上端采用腿杆固定销44固连于内外翻转接杆42，内外翻转接杆42采用内外翻销43转动连接于输出法兰下端头；腿杆45下端采用腿杆固定销44连接于交互力传感器安装座47，大腿绑缚板49自交互力传感器安装座47靠近人体8侧连接于交互力传感器安装座47；交互力传感器48设置在大腿绑缚板49与交互力传感器安装座47之间，交互力传感器48采用交互力传感器线材46电连接于左腰部模块3。

由于右腿部模块与左腿部模块4结构完全相同，安装结构对称，实施例中不再赘述。另外，为了避免输出法兰34转动时带动进入导电滑环A线材入口40的线材与其他零件干涉，导电滑环A线材入口40设置在输出法兰下端头，并且输出法兰下端头还设置有压线片41，压线片41位于导电滑环A线材入口处40，用于压线。

结合图8所示，具体使用时，右腿部模块与左腿部模块4分别采用左腿部绑缚系统5、右腿部绑缚系统连接于人体8大腿。左腿部绑缚系统5包括腿部绑带和用于设置在腿部绑带上用于调节松紧的腿部调节扣57；大腿绑缚板49沿左右方向对称设置有腿绑缚板左腰孔49a与腿绑缚板右腰孔49b，腿部绑带依次连接腿绑缚板左腰孔49a与腿绑缚板右腰孔49b后连接于人体8。左腿部模块4中的交互力传感器48通过左腿部绑缚系统5与人体8耦合，能够及时的检测到穿戴者的运动意图，如能够实现快速摆腿也即快速行走助行，能够使驱动实现更顺滑的弯腰搬抬主动助力力矩。右腿部绑缚系统与左腿部绑缚系统5结构完全相同，对称安装，实施例中不再赘述。

结合图9所示，背部绑缚系统7包括背部马甲50、横杆固定带52、扣环53、横杆锁紧孔54和手部搬运组件51；背部模块1中背部横杆12沿其长度方向的两端分别设置有横杆固定孔12c，背部马甲50上对应于横杆固定孔12c位置分别固设有横杆固定带52，横杆固定带52采用扣环53连接于横杆固定孔12c；横杆固定带52可以缝制在背部马甲50上，当背部绑缚系统7需要拆下清洗时，只需把扣环53去掉即可实现与背部模块1的拆卸。横杆锁紧孔54沿背部横杆12长度方向均匀设置有若干个，用于与背部模块1锁紧固定。

手部搬运组件51包括两根手部搬运带51a和两个手部搬运把手51b；背部横杆12沿其长度方向的两端分别还设置有手部搬运组件固定孔12b，手部搬运带分别一端连接于手部搬运把手51b，另一端连接于背部横杆12端部的手部搬运组件固定孔12b。当穿戴者弯腰搬抬重物时，穿戴者手部套入手部搬运把手51b向内扣紧负载，左腰部模块3或右腰部模块提供的主动辅助力会压在背部马甲50上的肩带处，由于手部搬运带51a长度不变，重物即可提升，极大地减缓穿戴者手臂的肌肉疲劳。

结合图10所示，本发明的实施例进一步为主动式腰部助力外骨骼配置了遥控器，该遥控器采用无线遥控方式与控制盖14连接，进行系统的开关机、助力等级调节等功能操控，如通过控制盖14调节电机转速。如图10，该遥控器包括系统启动钮60、助力等级调高钮58和助力等级调低钮59；按动系统启动钮60，系统即可启动。此时，当穿戴者需要提高腰部的主动助力扭矩时，按动助力等级调高钮58即可，当穿戴者需要降低腰部的主动助力扭矩时，按动助力等级调低钮59。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (9)

1.一种主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,包括外骨骼本体和与人体连接的绑缚系统；所述外骨骼本体包括背部模块、左腰背连接模块、右腰背连接模块、左腰部模块、右腰部模块、左腿部模块和右腿部模块，所述绑缚系统包括左腿部绑缚系统、右腿部绑缚系统、腰部绑缚系统和背部绑缚系统；所述左腰背连接模块一端连接于左腰部模块、另一端连接于背部模块，所述右腰背连接模块一端连接于右腰部模块、另一端连接于背部模块；所述左腿部模块一端连接于左腿部绑缚系统、另一端连接于左腰部模块，所述右腿部模块一端连接于右腿部绑缚系统、另一端连接于右腰部模块，并且所述左腰部模块和右腰部模块均连接于腰部绑缚系统；所述左腰背连接模块和右腰背连接模块、左腰部模块和右腰部模块、左腿部模块和右腿部模块、左腿部绑缚系统和右腿部绑缚系统的结构组成和连接方式关于人体中轴线完全对称；

所述背部模块设置有电池组件，所述左腰部模块和右腰部模块均设置有驱动模组，所述电池组件电连接于驱动模组，用于给驱动模组供电；

所述背部模块还包括背部底壳、电池箱、电池盖、控制盖、背部横杆和总线插头；所述背部底壳、电池箱、电池盖、控制盖围设成内部中空的封闭箱体结构，所述电池组件置于封闭箱体结构内，并且电池组件电连接于控制盖；所述背部横杆沿水平方向设置在封闭箱体结构侧面，背部横杆用于连接背部绑缚系统；所述总线插头设置封闭箱体结构外侧，总线插头连接于控制盖；

所述电池组件包括电池、电池PCB板和电池快拆组件，所述电池快拆组件包括快卸限位、快卸片、快卸钮和压簧；所述快卸限位设在电池上，快卸限位远离电池的一端经压簧连接于快卸片，并且压簧处于压缩状态；所述背部底壳靠近快卸限位的侧面上设置有与快卸片位置对应的快卸孔，快卸片自快卸孔部分突出于封闭箱体结构外侧；

所述快卸钮设置在背部底壳外侧，且部分伸入封闭箱体结构内部；所述快卸钮位于封闭箱体结构内部的部分抵接于快卸片，所述快卸钮在外力作用下具有向快卸片施加压力、并使之沿平行于压簧伸缩方向向快卸限位运动的自由度；

所述驱动模组用于向对应的左腰部模块或右腰部模块提供主动的动力力矩，形成抬升力或摆动力；所述抬升力依次经过左腰背连接模块或右腰背连接模块、腰部绑缚系统、背部模块、背部绑缚系统传导至人体双肩，实现所述主动式腰部助力外骨骼的搬抬助力；所述摆动力依次经过左腿部模块或右腿部模块、左腿部绑缚系统或右腿部绑缚系统传导至人体大腿，实现所述主动式腰部助力外骨骼的随动助行。

2.根据权利要求1所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述左腰背连接模块包括腰杆、腰杆上端头、腰杆下端头、腰杆连接销、腰杆下端头固定销和快拆销；

所述腰杆一端采用快拆销可拆卸连接于腰杆上端头，所述腰杆另一端采用腰杆下端头固定销连接于腰杆下端头；所述腰杆上端头采用腰杆连接销转动连接于背部横杆左端，所述腰杆下端头采用腰杆连接销转动连接于左腰部模块。

3.根据权利要求2所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述左腰部模块还包括腰部绑缚板、驱动仓、驱动仓盖、输出法兰、导电滑环A、导电滑环B和编码器盖；

所述驱动仓设置为开口朝向远离人体一侧的筒形结构，所述驱动仓盖封闭驱动仓的开口；所述驱动仓顶部设置有突出于驱动仓顶部的腰背连接下销孔，所述腰背连接下销孔与腰杆下端头采用腰杆连接销转动连接；

所述腰部绑缚板设置在驱动仓靠近人体侧，腰部绑缚板连接于腰部绑缚系统；所述驱动模组自驱动仓内部连接于驱动仓盖，并且驱动模组的输出端贯穿驱动仓盖后连接于输出法兰，所述输出法兰在驱动模组的驱动下具有相对于驱动仓转动的自由度；

所述驱动仓盖远离驱动仓的侧面上设置有屈伸前摆限位与屈伸后摆限位，所述输出法兰在屈伸前摆限位与屈伸后摆限位之间的限位转动；所述输出法兰下端自屈伸前摆限位与屈伸后摆限位之间向下延伸并连接于左腿部模块；

所述导电滑环A连接于输出法兰，包括PCB板A、若干弹簧针和霍尔传感器，所述PCB板A固连于输出法兰，所述若干弹簧针和霍尔传感器分别安装在PCB板A远离输出法兰侧板面上，所述若干弹簧针布置在PCB板A板面的同一直线上，并且依次靠近霍尔传感器；

所述编码器盖自驱动仓开口侧连接于驱动仓盖，所述导电滑环B固设在编码器盖靠近驱动仓盖的侧面上，包括PCB板B、磁柱和导电滑环B出线端子；所述PCB板B与PCB板A板面相对，PCB板B远离PCB板A的板面连接于编码器盖，并且所述PCB板B靠近PCB板A的板面上嵌设有若干同心的铜片滑环，所述铜片滑环的数量与弹簧针数量相等，并且位于同一直线的若干弹簧针对应抵触于同一径向上的若干铜片滑环，构成若干导电滑环；所述磁柱连接于编码器盖，所述磁柱位置对应于霍尔传感器，并与霍尔传感器构成角度检测绝对编码器，所述角度检测绝对编码器用于检测输出法兰相对编码器盖的角度变化量；所述导电滑环B出线端子设置在PCB板B侧边上，电连接于PCB板B；

所述输出法兰还设置有导电滑环A线材入口，该入口用于汇集并通过输出法兰左侧下方的线材连接于导电滑环A；所述驱动仓盖上设置有导电滑环B线材出口，该出口用于汇合并通过电连接于导电滑环B的线材和电连接于驱动模组的线材构成主动式腰部助力外骨骼的系统总线。

4.根据权利要求3所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述左腿部模块包括腿杆、内外翻转接杆、腿杆固定销、内外翻销、交互力传感器安装座、交互力传感器和大腿绑缚板；

定义输出法兰向下延伸并与左腿部模块连接的部分为输出法兰下端头；

所述腿杆上端采用腿杆固定销固连于内外翻转接杆，所述内外翻转接杆采用内外翻销转动连接于输出法兰下端头；所述腿杆下端采用腿杆固定销连接于交互力传感器安装座，所述大腿绑缚板自交互力传感器安装座靠近人体侧连接于交互力传感器安装座；所述交互力传感器设置在大腿绑缚板与交互力传感器安装座之间，所述交互力传感器电连接于左腰部模块。

5.根据权利要求4所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述左腿部绑缚系统包括腿部绑带和用于设置在腿部绑带上用于调节松紧的腿部调节扣；所述大腿绑缚板沿左右方向对称设置有腿绑缚板左腰孔与腿绑缚板右腰孔，所述腿部绑带依次连接腿绑缚板左腰孔与腿绑缚板右腰孔后连接于人体。

6.根据权利要求1所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述背部绑缚系统包括背部马甲、横杆固定带、扣环、横杆锁紧孔和手部搬运组件；

所述背部横杆沿其长度方向的两端分别设置有横杆固定孔，所述背部马甲上对应于横杆固定孔位置分别固设有横杆固定带，所述横杆固定带采用扣环连接于横杆固定孔；

所述手部搬运组件包括两根手部搬运带和两个手部搬运把手；所述背部横杆沿其长度方向的两端分别还设置有手部搬运组件固定孔，所述手部搬运带分别一端连接于手部搬运把手，另一端连接于背部横杆端部的手部搬运组件固定孔。

7.根据权利要求3所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述腰部绑缚系统包括腰部绑缚垫、环设在腰部绑缚垫外侧的纵深调节带，以及用于调节松紧的腰部调节扣；所述腰部绑缚板沿前后方向对称设置有腰部绑缚板前腰孔与腰部绑缚板后腰孔，所述纵深调节带依次连接腰部绑缚板前腰孔、腰部绑缚板后腰孔后连接于人体腰部。

8.根据权利要求2所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述用于连接腰杆上端头和背部横杆的腰杆连接销上还设置有快拆销防丢片，所述快拆销防丢片连接于快拆销。

9.根据权利要求4所述的主动式腰部助力外骨骼,其特征在于,所述导电滑环A线材入口设置在输出法兰下端头，所述输出法兰下端头还设置有压线片，所述压线片位于导电滑环A线材入口处。

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