CN113084780A - 一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅 - Google Patents

Abstract

本发明涉及下肢助力外骨骼领域，特别提供一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，由腰部固定器和两条支撑腿组成，每条支撑腿包括有小腿结构，大腿结构，内部运动组件和腿部固定器；小腿杆的一端连接在大腿壳体的一端，承重杆的一端连接在小腿杆的中部，另一端连接减震器，减震器在腔体内作直线运动，腔体嵌入在大腿壳体内，小腿杆，承重杆，减震器共同构成了一个曲柄滑块机构；腔体有卡槽孔，调节卡扣在腔体内作直线运动，可手动将调节卡扣固定在腔体内的不同位置；调节卡扣会限制减震器的运动距离，从而限制小腿杆和大腿壳体的转动角度，本下肢助力外骨骼可调整多种角度，以适应穿戴者对不同坐姿的需求，穿戴后不影响穿戴者的正常行走。

Description

一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅

技术领域

本发明涉及下肢助力外骨骼领域，特别提供一种基于人体重力支撑的可穿戴式座椅外骨骼。

背景技术

在社会上许多工作都需要人长期从事屈膝动作，有些需要保持长时间站立，有些需要保持长时间半蹲，如车间工人，做手术的医务人员等，许多工作环境不允许，或是不满足摆放座椅的条件。一方面人体在长时间保持站立或半蹲姿势时身体各处肌肉会容易劳累，影响工作效率，另一方面在此工作环境长期工作会给人体肌肉和关节带来巨大损伤，引发职业病。

支撑外骨骼的发展为此类工作人员提供了很好的选择，利用人体重力来为人体不同坐姿提供重力支撑，可使解决此类问题的支撑外骨骼变得轻便可靠。目前此领域的支撑外骨骼多存在不足，如专利CN109330257A公布了一种穿戴式外骨骼座椅，包括大腿结构部件，小腿结构部件，不足处为调节坐姿角度不方便，无减震系统，并且绑带设计有待优化，人体穿戴时重心靠后，易向后倒去。在本领域依然存在着人机协同性更好的支撑外骨骼的需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，为从事长期站立或屈膝的工作人员所设计，本发明在人体穿戴后不影响人体正常行走，结构可靠，手动调节调节卡扣，可为人体提供多种坐姿的支撑。

本发明技术方案如下：一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，由腰部固定器和两条支撑腿组成，两条支撑腿结构相同，每条支撑腿包括有小腿结构，大腿结构，内部运动组件和腿部固定器，其特征在于：

腰部固定器用于固定人体腰部；两条柔性布带a一端分别固定在腰部固定器，另一端分别连接于大腿壳体；大腿壳体通过转轴a与小腿杆的一端相连，小腿杆的另一端与承重杆通过转轴b相连，承重杆的另一端通过转轴c与减震器相连，减震器后方有与其不相连的调节卡扣，减震器与调节卡扣在腔体内作直线运动；腔体嵌入在大腿壳体内，下盖板固定在大腿壳体下表面，大腿壳体与下盖板相互作用使腔体嵌入在大腿壳体内固定不动；腔体两侧有多个对称贯穿的卡槽孔，调节卡扣可与腔体内的卡槽相嵌合锁死其运动位置，当调节卡扣位置锁死，其一端会阻碍减震器向后运动，限制减震器在腔体内的运动距离；多个贯穿的卡槽可以让调节卡扣有多个锁死的运动位置，进而让减震器有多种运动距离的限制，减震器的一端通过转轴c与承重杆相连，承重杆的另一端通过转轴b与小腿杆相连，小腿杆的另一端通过转轴a与大腿壳体相连，进而使小腿杆和大腿壳体有多种转动角度范围的限制；大腿固定器固定在坐垫的前端，用于固定人体大腿，坐垫铰接在底座上，可作一定角度的转动，底座固定在大腿壳体的上表面，通过两排螺纹定位孔可在大腿壳体的上表面调整位置，用以适应不同腿长的人；柔性布带b的两端分别与两条大腿结构上坐垫的后端相连；固定器连杆的一端与小腿杆的末端铰接在一起，可作一定角度的旋转，固定器连杆的另一端与小腿固定器铰接在一起，小腿固定器相对于固定杆连杆可作一定角度的转动；小腿固定器用于固定人体小腿；小腿伸缩杆插入在小腿杆内部，通过多个单排定位孔可调整与小腿杆的相对位置，用以适应不同腿长的人；橡胶套嵌入在小腿伸缩杆的末端，在接触地面时用以增大摩擦力。

进一步的，所述调节卡扣由柱形壳体、长杆、短杆、弹簧a组成；柱形壳体呈圆柱体壳状结构，在圆柱体的侧面有两个对称呈椭圆形状贯穿于柱形壳体孔a，孔a旋转90度处有一贯穿于柱形壳体的孔b；长杆横穿两个孔a，短杆穿过孔b固定在长杆上，弹簧a套在短杆上，一端顶在长杆侧边，另一端顶在柱形壳体内部；当人手握在长杆一端时可带动长杆沿短杆杆体方向作直线运动，当人手松开时，由于弹簧a作用，长杆恢复至原来的位置。

进一步的，所述减震器整体为柱状结构，由活塞杆阻尼套弹簧b组成；活塞杆的一端通过转轴c连接在承重杆上，另一端插在阻尼套内，弹簧b(2203)套在活塞杆上， 一端顶在活塞杆底部，另一端顶在阻尼套内的环形凸起处；阻尼套为柱形桶状结构，底部会与柱形壳体一侧的底面接触；对活塞杆施力，活塞杆在腔体内，带动弹簧b和阻尼套作直线运动，当顶在柱形壳体的底面固定不动， 活塞杆会继续向前运动一定的距离，当撤销外力，活塞杆因弹簧b作用会恢复至当阻尼套顶在柱形壳体时的位置。

进一步的，所述腔体为圆柱体壳状结构，腔体两侧有多个对称贯穿的卡槽孔，卡槽孔垂直处有一长条形开口。

进一步的，所述腔体嵌在大腿壳体内，下盖板盖在大腿壳体下部，通过螺纹孔固定，使腔体固定在大腿壳体内部。

进一步的，所述调节卡扣的长杆与腔体的卡槽孔相嵌合，长杆末端伸出于腔体外，长杆嵌入到不同的卡槽孔时会使调节卡扣所在的位置不同。

进一步的，所述小腿杆绕大腿壳体旋转，带动承重杆运动，承重杆带动减震器在腔体内作直线运动，共同组成曲柄滑块的运动结构。

进一步的，所述小腿杆与固定器连杆铰接在一起，固定器连杆可绕小腿杆作一定角度的转动；小腿固定器与固定器连杆铰接在一起，小腿固定器可绕固定器连杆作一定角度的转动；小腿杆、固定器连杆、小腿固定器、共同组成了两自由度的铰链结构。

进一步的，所述腰部固定器、大腿固定器、小腿固定器为柔性材料。

本发明所构思的技术方案与现有技术相比，本发明提供的一种基于人体重力支撑的可穿戴式座椅外骨骼有益效果为：

1.本发明的内部运动构件减震器、腔体、调节卡口都集中于大腿部位，质量分布合理，其小腿杆、承重杆、减震器成曲柄滑块机构，运动可靠。

2.本发明采用腔体加调节卡口的闭锁结构，调节卡扣和减震器均在腔体内作直线运动，调节卡扣的长杆与腔体的卡槽孔相嵌合，长杆末端伸出于腔体外，长杆嵌入到不同的卡槽孔时会使调节卡扣所在的位置不同，进一步的限制减震器的运动范围，进一步的限制小腿杆与大腿壳体的运动角度，为穿戴者带来不同的坐姿支撑。

3.本发明采用的减震器为弹簧减震器，减震器在腔体内运动，当穿戴者下坐时可以为其带来良好的减震效果。

4.本发明的小腿杆与固定器连杆铰接在一起，固定器连杆可绕小腿杆作一定角度的转动；小腿固定器与固定器连杆铰接在一起，小腿固定器可绕固定器连杆作一定角度的转动；小腿杆、固定器连杆、小腿固定器、共同组成了两自由度的铰链结构，穿戴后，当人体站起时小腿杆会离开地面一定的距离，当人体坐下时小腿固定器会使得小腿杆末端与人体脚部有一段距离，使得人体重心靠前，坐姿稳定。

附图说明

图1是本发明可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅的结构示意图。

图2是本发明大腿结构部分大腿壳体部位从侧面刨开后的内部示意图。

图3是本发明大腿结构部分的零件分解示意图。

图4是本发明小腿结构部分的零件分解示意图。

图5是本发明调节卡扣的零件分解示意图。

图6是本发明减震器的零件分解示意图。

图7中的a图、b图、c图，分别是图1中的可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅的几种不同坐姿高度时的结构示意图。

图8中的a图、b图、c图、d图，分别是图1中的可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅在适应不同身高的穿戴者时的结构示意图。

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：

1腰部固定器、2柔性布带a、3柔性布带b、4大腿壳体、5底座、 6坐垫、7大腿固定器、8螺纹定位孔、9调节卡扣、10下盖板、11腔体、12转轴a、13转轴b、14转轴c、15小腿杆、16定位孔、17小腿伸缩杆、18橡胶套19螺纹孔、20、固定器连杆、21小腿固定器、22减震器、23承重杆、901柱形壳体、902长杆、903短杆、904弹簧a、905孔a、906孔b、2201活塞杆、2202阻尼套、2203弹簧b、2204环形凸起、1101卡槽孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案更加清晰，下面结合附图和实施例，说明本发明的具体实施方式。

参阅图1-8，本发明为一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，由腰部固定器和两条支撑腿组成，两条支撑腿结构相同，每条支撑腿包括有小腿结构，大腿结构，内部运动组件和腿部固定器，其特征在于：腰部固定器1用于固定人体腰部；两条柔性布带a2一端分别固定在腰部固定器1另一端分别连接于大腿壳体4；大腿壳体通过转轴a12与小腿杆15的一端相连，小腿杆的另一端与承重杆23通过转轴b13相连，承重杆23的另一端通过转轴c14与减震器22相连，减震器22后方有与其不相连的调节卡扣9，减震器22与调节卡扣9在腔体11内作直线运动；腔体11嵌入在大腿壳体内4，下盖板10固定在大腿壳体4下表面，大腿壳体4与下盖板10相互作用使腔体11嵌入在大腿壳体4内固定不动；腔体11两侧有多个对称贯穿的卡槽孔1101，调节卡扣9可与腔体内的卡槽1101相嵌合锁死其运动位置，当调节卡扣9位置锁死，其一端会阻碍减震器22向后运动，限制减震器22在腔体11内的运动距离；多个贯穿的卡槽1101可以让调节卡扣9有多个锁死的运动位置，进而让减震器22有多种运动距离的限制，减震器22的一端通过转轴c14与承重杆23相连，承重杆23的另一端通过转轴b13与小腿杆15相连，小腿杆15的另一端通过转轴a12与大腿壳体4相连，进而使小腿杆15和大腿壳体4有多种转动角度范围的限制；大腿固定器7固定在坐垫5的前端，用于固定人体大腿，坐垫6铰接在底座5上，可作一定角度的转动，底座5固定在大腿壳体4的上表面，通过两排螺纹定位孔8可在大腿壳体4的上表面调整位置，用以适应不同腿长的人；柔性布带b3的两端分别与两条大腿结构上坐垫6的后端相连；固定器连杆20的一端与小腿杆15的末端铰接在一起，可作一定角度的旋转，固定器连杆20的另一端与小腿固定器21铰接在一起，小腿固定器21相对于固定杆连杆20可作一定角度的转动；小腿固定器用于固定人体小腿；小腿伸缩杆17插入在小腿杆15内部，通过多个单排定位孔16可调整与小腿杆15的相对位置，用以适应不同腿长的人；橡胶套18嵌入在小腿伸缩杆17的末端，在接触地面时用以增大摩擦力。

所述调节卡扣9由柱形壳体901、长杆902、短杆903、弹簧a904组成；柱形壳体901呈圆柱体壳状结构，在圆柱体的侧面有两个对称呈椭圆形状贯穿于柱形壳体901孔a905，孔a旋转90度处有一贯穿于柱形壳体901的孔b(906)；长杆902横穿两个孔a905，短杆903穿过孔b906固定在长杆902上，弹簧a904套在短杆903上，一端顶在长杆902侧边，另一端顶在柱形壳体901内部；当人手握在长杆902一端时可带动长杆902沿短杆903杆体方向作直线运动，当人手松开时，由于弹簧a904作用，长杆902恢复至原来的位置。

所述减震器22整体为柱状结构，由活塞杆2201阻尼套2202弹簧b2203组成；活塞杆的一端通过转轴c14连接在承重杆23上，另一端插在阻尼套2202内，弹簧b(2203)套在活塞杆2201上， 一端顶在活塞杆2201底部，另一端顶在阻尼套(2202)内的环形凸起处；阻尼套2202为柱形桶状结构，底部会与柱形壳体901一侧的底面接触；对活塞杆2201施力，活塞杆2201在腔体11内，带动弹簧b2203和阻尼套2202作直线运动，当顶在柱形壳体901的底面固定不动， 活塞杆2201会继续向前运动一定的距离，当撤销外力，活塞杆2201因弹簧b2203作用会恢复至当阻尼套2202顶在柱形壳体901时的位置。

所述的腔体11为圆柱体壳状结构，腔体11两侧有多个对称贯穿的卡槽孔1101，卡槽孔垂直处有一长条形开口。

所述的腔体11嵌在大腿壳体4内，下盖板10盖在大腿壳体4下部，通过螺纹孔19固定，使腔体固定在大腿壳体4内部。

所述的调节卡扣9的长杆902与腔体11的卡槽孔1101相嵌合，长杆902末端伸出于腔体11外，长杆902嵌入到不同的卡槽孔1101时会使调节卡扣9所在的位置不同。

所述的小腿杆15绕大腿壳体4旋转，带动承重杆23运动，承重杆23带动减震器22在腔体11内作直线运动，共同组成曲柄滑块的运动结构。

所述的小腿杆15与固定器连杆20铰接在一起，固定器连杆20可绕小腿杆15作一定角度的转动；小腿固定器21与固定器连杆20铰接在一起，小腿固定器21可绕固定器连杆20作一定角度的转动；小腿杆15、固定器连杆20、小腿固定器21、共同组成了两自由度的铰链结构。

所述的腰部固定器1、大腿固定器7、小腿固定器21为柔性材料。

本发明未尽事宜为公知技术。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，由腰部固定器和两条支撑腿组成，两条支撑腿结构相同，每条支撑腿包括有小腿结构，大腿结构，内部运动组件和腿部固定器，其特征在于：腰部固定器（1）用于固定人体腰部；两条柔性布带a（2）一端分别固定在腰部固定器（1）另一端分别连接于大腿壳体（4）；大腿壳体通过转轴a（12）与小腿杆（15）的一端相连，小腿杆的另一端与承重杆（23）通过转轴b（13）相连，承重杆（23）的另一端通过转轴c（14）与减震器（22）相连，减震器（22）后方有与其不相连的调节卡扣（9），减震器（22）与调节卡扣（9）在腔体（11）内作直线运动；腔体（11）嵌入在大腿壳体内（4），下盖板（10）固定在大腿壳体（4）下表面，大腿壳体（4）与下盖板（10）相互作用使腔体（11）嵌入在大腿壳体（4）内固定不动；腔体（11）两侧有多个对称贯穿的卡槽孔（1101），调节卡扣（9）可与腔体内的卡槽（1101）相嵌合锁死其运动位置，当调节卡扣（9）位置锁死，其一端会阻碍减震器（22）向后运动，限制减震器（22）在腔体（11）内的运动距离；多个贯穿的卡槽（1101）可以让调节卡扣（9）有多个锁死的运动位置，进而让减震器（22）有多种运动距离的限制，减震器（22）的一端通过转轴c（14）与承重杆（23）相连，承重杆（23）的另一端通过转轴b（13）与小腿杆（15）相连，小腿杆（15）的另一端通过转轴a（12）与大腿壳体（4）相连，进而使小腿杆（15）和大腿壳体（4）有多种转动角度范围的限制；大腿固定器（7）固定在坐垫（5）的前端，用于固定人体大腿，坐垫（6）铰接在底座（5）上，可作一定角度的转动，底座（5）固定在大腿壳体（4）的上表面，通过两排螺纹定位孔（8）可在大腿壳体（4）的上表面调整位置，用以适应不同腿长的人；柔性布带b（3）的两端分别与两条大腿结构上坐垫（6）的后端相连；固定器连杆（20）的一端与小腿杆（15）的末端铰接在一起，可作一定角度的旋转，固定器连杆（20）的另一端与小腿固定器（21）铰接在一起，小腿固定器（21）相对于固定杆连杆（20）可作一定角度的转动；小腿固定器用于固定人体小腿；小腿伸缩杆（17）插入在小腿杆（15）内部，通过多个单排定位孔（16）可调整与小腿杆（15）的相对位置，用以适应不同腿长的人；橡胶套（18）嵌入在小腿伸缩杆（17）的末端，在接触地面时用以增大摩擦力。

2.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于所述调节卡扣（9）由柱形壳体（901）、长杆（902）、短杆（903）、弹簧a（904）组成；柱形壳体（901）呈圆柱体壳状结构，在圆柱体的侧面有两个对称呈椭圆形状贯穿于柱形壳体（901）孔a（905），孔a旋转90度处有一贯穿于柱形壳体（901）的孔b(906)；长杆（902）横穿两个孔a（905），短杆（903）穿过孔b（906）固定在长杆（902）上，弹簧a（904）套在短杆（903）上，一端顶在长杆（902）侧边，另一端顶在柱形壳体（901）内部；当人手握在长杆（902）一端时可带动长杆（902）沿短杆（903）杆体方向作直线运动，当人手松开时，由于弹簧a（904）作用，长杆（902）恢复至原来的位置。

3.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于所述所述减震器（22）整体为柱状结构，由活塞杆（2201）阻尼套（2202）弹簧b（2203）组成；活塞杆的一端通过转轴c（14）连接在承重杆（23）上，另一端插在阻尼套（2202）内，弹簧b(2203)套在活塞杆（2201）上，一端顶在活塞杆（2201）底部，另一端顶在阻尼套(2202)内的环形凸起处；阻尼套（2202）为柱形桶状结构，底部会与柱形壳体（901）一侧的底面接触；对活塞杆（2201）施力，活塞杆（2201）在腔体（11）内，带动弹簧b（2203）和阻尼套（2202）作直线运动，当顶在柱形壳体（901）的底面固定不动，活塞杆（2201）会继续向前运动一定的距离，当撤销外力，活塞杆（2201）因弹簧b（2203）作用会恢复至当阻尼套（2202）顶在柱形壳体（901）时的位置。

4.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于腔体（11）为圆柱体壳状结构，腔体（11）两侧有多个对称贯穿的卡槽孔（1101），卡槽孔垂直处有一长条形开口。

5.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于腔体（11）嵌在大腿壳体(4)内，下盖板（10）盖在大腿壳体（4）下部，通过螺纹孔（19）固定，使腔体固定在大腿壳体（4）内部。

6.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于调节卡扣（9）的长杆（902）与腔体（11）的卡槽孔（1101）相嵌合，长杆（902）末端伸出于腔体（11）外，长杆（902）嵌入到不同的卡槽孔（1101）时会使调节卡扣（9）所在的位置不同。

7.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于小腿杆（15）绕大腿壳体（4）旋转，带动承重杆（23）运动，承重杆（23）带动减震器（22）在腔体（11）内作直线运动，共同组成曲柄滑块的运动结构。

8.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于小腿杆（15）与固定器连杆（20）铰接在一起，固定器连杆（20）可绕小腿杆（15）作一定角度的转动；小腿固定器（21）与固定器连杆（20）铰接在一起，小腿固定器（21）可绕固定器连杆（20）作一定角度的转动；小腿杆（15）、固定器连杆（20）、小腿固定器（21）、共同组成了两自由度的铰链结构。

9.根据权利要求1所述的一种可多角度调节的下肢助力外骨骼座椅，其特征在于腰部固定器（1）、大腿固定器（7）、小腿固定器（21）为柔性材料。

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