CN113545966B - 腿部绑缚自动收紧装置及外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种腿部绑缚自动收紧装置及外骨骼，其中，腿部绑缚自动收紧装置包括：气囊、气吹以及柔性绑带；气囊初始处于未充气状态，气吹初始处于充气状态，气囊初始状态下的直径小于气吹初始状态下的直径；气囊和气吹均为若干个，若干个气囊和若干个气吹交替地连接于柔性绑带的内侧，且若干个气囊和若干个气吹通过气管彼此连通；柔性绑带两端能够连接形成一适于穿戴的环形结构。本发明通过气吹给气囊充气实现收紧，结构简单试用方便。本发明腿部绑缚自动收紧装置通过人体行走时和绑缚之间的交互力即可完成充气收紧过程，不需要外部供电和驱动装置。本发明腿部绑缚自动收紧装置穿戴方便，避免了手动调节绑缚带长度，卡扣扣合后可自动收紧。

Description

腿部绑缚自动收紧装置及外骨骼

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人技术领域，尤其涉及一种腿部绑缚自动收紧装置及外骨骼。

背景技术

外骨骼是一种可穿戴的机电智能系统，可跟随穿戴者的动作获取运动信息或者通过外骨骼自身动力装置起到增强穿戴者身体机能的作用。作为外骨骼的重要组成部分，绑缚系统不仅负责外骨骼与人体的连接与固定，还是外骨骼系统中承担人机交互的物理界面。因在外骨骼的使用过程中需要人体持续穿戴进行操作，所以从可穿戴性的角度关注人机之间的接触状态和交互体验尤为重要，这也是外骨骼性能评价的关键指标之一。

绑缚系统是由作用在肢体、腰部或背部等用于实现人机匹配和协同运动的包覆件所构成的柔性支撑。作为穿戴者与外骨骼刚性结构之间的物理接触界面，绑缚系统也是人体与外骨骼之间运动及力反馈等信息传递的重要渠道。人机之间的高度耦合和人机随动通过绑缚系统实现，其设计除需满足基本穿戴要求与人机联动性等功能外，还期望有助于减缓穿戴疲劳感、增加操作持久力并为穿戴者营造良好的生理与心理感受。

然而，现有的外骨骼腿部绑缚收紧系统主要由魔术贴、能量带、BOA旋钮等组成。上述结构的绑缚收紧系统在穿戴时均需要根据不同人的体型手动调节，需要穿戴者有一段时间的学习过程；使用一段时间后会逐渐松动，影响外骨骼正常的助力效果；调节后多余的长度未经处理会垂吊在绑缚系统上，会影响外骨骼观感及某些工况的使用。

因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提供一种腿部绑缚自动收紧装置及外骨骼，以克服现有技术中存在的不足。

为实现上述发明目的，本发明提供一种腿部绑缚自动收紧装置，其包括：气囊、气吹以及柔性绑带；

所述气囊初始处于未充气状态，所述气吹初始处于充气状态，所述气囊初始状态下的直径小于所述气吹初始状态下的直径；

所述气囊和气吹均为若干个，若干个气囊和若干个气吹交替地连接于所述柔性绑带的内侧，且所述若干个气囊和若干个气吹通过气管彼此连通；

所述柔性绑带两端能够连接形成一适于穿戴的环形结构。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述气囊初始处于未充气状态时为一圆柱形气囊。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述气吹初始处于充气状态时为一锥形气吹。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述气囊为三个，所述气吹为两个，三个气囊和两个气吹交替排列，并共同连接于一弧形的气管上。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述气囊上还连接有一能够打开或者关闭的出气口。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述腿部绑缚自动收紧装置还包括：挡板和卡扣，所述挡板具有适于穿戴的弧度，所述柔性绑带一端与所述挡板的一端相连接，另一端通过所述卡扣与所述挡板的另一端相连接。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述挡板上形成有若干镂空区域，所述若干镂空区域适于所述挡板弯曲形成所述弧度。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述腿部绑缚自动收紧装置还包括腿杆，所述腿杆连接于所述挡板上。

作为本发明腿部绑缚自动收紧装置的改进，所述柔性绑带的长度至少为所述环形结构弧长的三分之一。

为实现上述发明目的，本发明提供一种外骨骼，其包括：外骨骼关节以及如上所述的腿部绑缚自动收紧装置，所述外骨骼关节能够通过所述腿部绑缚自动收紧装置绑缚于穿戴者的腿部。

与现有技术相比，本发明至少具有如下有益效果：

本发明腿部绑缚自动收紧装置通过气吹给气囊充气实现收紧，结构简单试用方便。

本发明腿部绑缚自动收紧装置通过人体行走时和绑缚之间的交互力即可完成充气收紧过程，不需要外部供电和驱动装置。

本发明腿部绑缚自动收紧装置穿戴方便，避免了根据不同人的身材手动调节绑缚带长度，卡扣扣合后可自动收紧。

本发明腿部绑缚自动收紧装置穿戴佩戴时，当人体和绑缚系统之间贴合时，间隙消失，气吹不再给气囊充气，不会造成绑缚对腿部压力过大。行走时，若绑缚松开，气吹可继续为气囊充气，实现行走过程中始终贴合。

本发明腿部绑缚自动收紧装置中，所有的气吹和气囊通过气管连接，从而实现压强一致，不会因为局部压力不均匀造成不适。

本发明腿部绑缚自动收紧装置中，更换穿戴者时若卡扣无法扣合，则可以打开出气口迅速放气，使气囊瘪下，使用快捷方便。且整个装置没有多余的带子垂吊，外观简洁美观。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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发明中记载的一些实施例，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为本发明的腿部绑缚自动收紧装置一实施例的立体示意图；

图2为图1中腿部绑缚自动收紧装置另一角度的立体示意图；

图3为若干个气囊与气吹通过气管彼此连通的结构示意图。

具体实施方式

下面结合各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

本发明目的在于提供一种可实现外骨骼腿部绑缚自动收紧的装置，该装置不需要外部供电或驱动装置；穿戴简单，不需要根据不同人的身材手动调节绑缚带长度；其可在外骨骼使用过程中自动收紧，不会出现松动和错位；外观简洁，没有复杂的绑缚带。

下面结合一实施例，对本发明腿部绑缚自动收紧装置的技术方案进行举例说明。

如图1、2所示，本实施例的腿部绑缚自动收紧装置包括：气囊10、气吹20以及柔性绑带30。

其中，气囊10初始处于未充气状态，气吹20初始处于充气状态，且气囊10初始状态下的直径小于气吹20初始状态下的直径。一个实施方式中，气囊10初始处于未充气状态时为一圆柱形气囊10；气吹20初始处于充气状态时为一锥形气吹20。

如图3所示，气囊10和气吹20均为若干个，若干个气囊10和若干个气吹20交替地连接于柔性绑带30的内侧，且若干个气囊10和若干个气吹20通过气管70彼此连通。柔性绑带30两端能够连接形成一适于穿戴的环形结构。上述柔性绑带30还应当具备一定的弹性，即可在穿戴时被拉长，以适应不同身材的穿戴者。优选地，柔性绑带30的长度至少为形成的环形结构弧长的三分之一。

如此穿戴于腿部时，由于气囊10初始状态下的直径小于气吹20初始状态下的直径，气囊10与人体之间的间隙大于气吹20与人体之间的间隙。从而，当穿戴者行走时，腿部反复挤压、放松气吹20，气吹20进一步给相连通的气囊10充气，气囊10鼓起，进而人体腿部能够与绑缚装置完全贴紧。

贴紧后人体腿部与绑缚装置间隙消失，无法挤压、放松气吹20，进而人体腿部和绑缚装置保持在正好贴紧的状态。所以不再挤压、放松气吹20，保持在贴合状态且不会压力过大造成不适。穿戴外骨骼行走一段时间后，绑缚装置若出现松动，则人体腿部可继续挤压、放松气吹20直到贴紧。

如上所述，若干个气囊10和若干个气吹20通过气管70彼此连通，如此能够防止绑缚装置局部过填充和局部欠填充。一个实施方式中，气囊10为三个，气吹20为两个，三个气囊10和两个气吹20交替排列，并共同连接于一弧形的气管70上。

腿部绑缚自动收紧装置还包括：挡板40和卡扣50。挡板40具有适于穿戴的弧度，相应的，挡板40上形成有若干镂空区域，若干镂空区域使得挡板40易于发生形变，进而适于挡板40弯曲形成弧度。柔性绑带30一端与挡板40的一端相连接，另一端通过卡扣50与挡板40的另一端相连接。其中，卡扣50用于防止绑缚装置与人体腿部分离。从而，穿戴时只需将卡扣50卡上，不需要调节绑缚带长度，绑缚带松紧由系统自动调节。

此外，气囊10上还连接有一能够打开或者关闭的出气口101。如此，在穿戴时若气囊10内残留气体导致卡扣无法卡上，可打开出气口101给所有气囊10放气。且释放气囊10中的残留气体，还可克服更换腿部直径较大穿戴者时卡扣无法卡上的问题。

腿部绑缚自动收紧装置还包括腿杆60，腿杆60连接于挡板40上，以用于连接腿部绑缚自动收紧装置与外骨骼的关节。一个实施方式中，该推杆连接于挡板40外侧的中间位置，并与挡板40保持垂直。此时，挡板40上的镂空区域对称地分布于推杆的两侧。

本发明另一实施例还提供一种外骨骼，其包括：外骨骼关节以及如上所述的腿部绑缚自动收紧装置，该外骨骼关节能够通过腿部绑缚自动收紧装置绑缚于穿戴者的腿部。

综上所述，本发明腿部绑缚自动收紧装置通过气吹给气囊充气实现收紧，结构简单试用方便。

本发明腿部绑缚自动收紧装置通过人体行走时和绑缚之间的交互力即可完成充气收紧过程，不需要外部供电和驱动装置。

本发明腿部绑缚自动收紧装置穿戴方便，避免了根据不同人的身材手动调节绑缚带长度，卡扣扣合后可自动收紧。

本发明腿部绑缚自动收紧装置穿戴佩戴时，当人体和绑缚系统之间贴合时，间隙消失，气吹不再给气囊充气，不会造成绑缚对腿部压力过大。行走时，若绑缚松开，气吹可继续为气囊充气，实现行走过程中始终贴合。

本发明腿部绑缚自动收紧装置中，所有的气吹和气囊通过气管连接，从而实现压强一致，不会因为局部压力不均匀造成不适。

本发明腿部绑缚自动收紧装置中，更换穿戴者时若卡扣无法扣合，则可以打开出气口迅速放气，使气囊瘪下，使用快捷方便。且整个装置没有多余的带子垂吊，外观简洁美观。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述腿部绑缚自动收紧装置包括：气囊、气吹以及柔性绑带；

所述气囊初始处于未充气状态，所述气吹初始处于充气状态，所述气囊初始状态下的直径小于所述气吹初始状态下的直径；

所述气囊初始处于未充气状态时为一圆柱形气囊；所述气囊为三个，所述气吹为两个，三个气囊和两个气吹交替地连接于所述柔性绑带的内侧，且三个气囊和两个气吹共同连接于一弧形的气管上；

所述柔性绑带两端能够连接形成一适于穿戴的环形结构；

所述腿部绑缚自动收紧装置通过气吹给气囊充气实现收紧，且通过人体行走时和绑缚之间的交互力即可完成充气收紧过程。

2.根据权利要求1所述的腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述气吹初始处于充气状态时为一锥形气吹。

3.根据权利要求1所述的腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述气囊上还连接有一能够打开或者关闭的出气口。

4.根据权利要求1所述的腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述腿部绑缚自动收紧装置还包括：挡板和卡扣，所述挡板具有适于穿戴的弧度，所述柔性绑带一端与所述挡板的一端相连接，另一端通过所述卡扣与所述挡板的另一端相连接。

5.根据权利要求4所述的腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述挡板上形成有若干镂空区域，所述若干镂空区域适于所述挡板弯曲形成所述弧度。

6.根据权利要求4所述的腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述腿部绑缚自动收紧装置还包括腿杆，所述腿杆连接于所述挡板上。

7.根据权利要求1所述的腿部绑缚自动收紧装置，其特征在于，所述柔性绑带的长度至少为所述环形结构弧长的三分之一。

8.一种外骨骼，其特征在于，所述外骨骼包括：外骨骼关节以及如权利要求1至7任一项所述的腿部绑缚自动收紧装置，所述外骨骼关节能够通过所述腿部绑缚自动收紧装置绑缚于穿戴者的腿部。