CN114714326A - 腰部助力机构及腰部外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种腰部助力机构及腰部外骨骼，所述腰部助力机构包括穿戴于人体的弹性蓄能机构以及力传输件；所述力传输件连接弹性蓄能机构以及穿戴者肢体，使得当穿戴者肢体关节弯曲时力传输件驱动弹性蓄能机构蓄能，而当穿戴者腰部舒展时弹性蓄能机构释放弹性势能为穿戴者腰部助力,其中，所述蓄能机构包括弹性蓄能部件和动滑轮组；所述力传输件为拉线，拉线绕过动滑轮组，并且当拉线拉动动滑轮组发生位移时，动滑轮组对弹性蓄能部件作用使得弹性蓄能部件蓄能。本发明的原理在于通过弯曲关节如腰部、腿部关节促使弹性蓄能机构蓄能，而当腰部和腿部关节舒展时弹性蓄能机构释放蓄积的弹性势能从而达到助力的效果。

Description

腰部助力机构及腰部外骨骼

本申请要求2021年1月4日提交的中国专利申请CN202110001245.6和2021年7月6日提交的中国专利申请CN2021107621582的优先权，上述优先权中国专利申请以引用方式全文并入。

技术领域

本发明属于穿戴设备技术领域，具体涉及一种能为腰部助力的外骨骼装置。

背景技术

虽然当今物流运输、物资搬运等可以通过陆海空多种途径进行，然而人力搬运始终是一种重要且难以替代的搬运方式。例如地质灾害救援时，最急需物质运输时却因为道路损毁，只能靠人力搬运物资。

而人体受到自身生理结构的限制，长时间搬运物资的能力通常难以超过20kg。若采用背包或背架等负重装置，则长时间负重能力可以提升至30～50kg。但因为背包和背架仍然要依靠人体肩部和背部承受负重重力，并通过人体下肢骨骼肌进行支撑，因此背包和背架的辅助负重能力有限。

外骨骼装置是一种穿戴在人体外部的机械装置，该装置可以顺应人体肢体运动，辅助人体承受负重或人体自身体重，甚至辅助人体肢体进行运动，因此它在灾难救援、单兵负重、消防抢险、户外徒步、物流运输等领域都有较强的应用前景。尽管现今已有多种外骨骼用于辅助人体负重，然而人体在举升重物的瞬间主要依靠腰部发力，然而现有的外骨骼并且没有考虑腰部助力，使得穿戴者在举升重物的瞬间依然只能依靠自身腰部力量将重物抬起。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种腰部助力机构及腰部外骨骼，可对穿戴者腰部进行助力。

为解决以上技术问题，本发明的技术方案为采用一种腰部助力机构，包括穿戴于人体的弹性蓄能机构以及力传输件；所述力传输件连接弹性蓄能机构以及穿戴者肢体，使得当穿戴者肢体关节弯曲时力传输件驱动弹性蓄能机构蓄能，而当穿戴者腰部舒展时弹性蓄能机构释放弹性势能为穿戴者腰部助力。本发明的原理在于通过弯曲关节如腰部、腿部关节促使弹性蓄能机构蓄能，而当腰部和腿部关节舒展时弹性蓄能机构释放蓄积的弹性势能从而达到助力的效果。

作为一种改进，所述弹性蓄能机构包括弹性蓄能部件和动滑轮组；所述力传输件为拉线，拉线绕过动滑轮组，并且当拉线拉动动滑轮组发生位移时，动滑轮组对弹性蓄能部件作用使得弹性蓄能部件蓄能。通过动滑轮组来驱动弹性蓄能部件蓄能，使得蓄能过程更加省力。并且动滑轮组使得弹性蓄能部件蓄能的行程缩短，让整个机构更加的小型化。

作为一种进一步的优选，所述弹性蓄能部件为压簧，拉线拉动动滑轮组驱动压簧压缩时蓄能。压簧为压缩蓄能，能够进一步减小行程，使得设备小型化。

作为一种进一步的优选，所述弹性蓄能部件为拉簧，拉线拉动动滑轮组驱动拉簧拉伸时蓄能。拉簧为拉伸蓄能。

作为另一种更进一步的改进，还包括定滑轮组，所述拉线绕过定滑轮组；所述定滑轮组和动滑轮组分设于弹性蓄能部件的两端并位于弹性蓄能部件伸缩方向上，并且动滑轮组的运动方向与弹性蓄能部件伸缩方向一致。利用定滑轮组改变拉力的方向以符合弹性蓄能部件的蓄能方向。

作为一种改进，所述动滑轮组中的动滑轮数量比定滑轮组中的定滑轮多一个，使得定滑轮正对两个动滑轮之间的间隙。使得受力均衡，并且让拉线的方向尽量与动滑轮组的运动方向一致。

作为一种改进，还包括沿弹性蓄能部件伸缩方向设置的导向柱，所述动滑轮组安装在导向柱上且可沿导向柱滑动。

作为一种改进，还包括可沿导向柱滑动的动滑轮座，所述动滑轮设置在动滑轮座上；当穿戴者肢体关节弯曲带动拉线拉动动滑轮组时，动滑轮座能够驱使弹性蓄能部件蓄能。

作为一种改进，还包括缓冲部件，所述缓冲部件在弹性蓄能部件释放弹性势能时产生阻力。避免弹性蓄能部件释放弹性势能过于猛烈对穿戴者造成不适甚至伤害。

作为一种改进，所述缓冲部件为气弹簧。

作为一种改进，所述弹性蓄能部件为偶数个，对称设置于缓冲部件两侧，使得两侧受力平衡。

作为一种改进，所述弹性蓄能机构固定在穿戴者躯干部，所述拉线绕过动滑轮组后其两端分别与穿戴者左右下肢连接。拉线与下肢连接后，无论是穿戴者弯腰、下蹲均可以带动拉线促使弹性蓄能部件蓄能，符合人体提升重物时的姿态。

作为一种改进，所述弹性蓄能机构固定在穿戴者腰部，所述拉线与穿戴者的小腿或/和足部连接。

作为一种改进，所述拉线两端分别与穿戴者穿戴的左右下肢外骨骼连接。

作为一种改进，所述弹性蓄能机构利用腰部安装板固定在穿戴者腰部上。

作为一种改进，所述腰部安装板固定在穿戴者穿戴的腰部外骨骼本体上。

作为一种改进，还包括壳体，所述弹性蓄能机构安装在壳体内。

作为一种改进，所述壳体内设置有对动滑轮组进行限位的限位板，用于对动滑轮组的最大行程进行限定。

作为一种改进，所述拉线为带状；所述壳体上开有供拉线两端穿出的开口；所述开口处设置有用于将拉线整理舒展的导向组件。带状的拉线在接触人体时舒适性更高。

作为一种改进，所述导向组件包括左右两个导向安装座，所述两个导向安装座之间设置有导向杆。

作为一种改进，所述拉线为丝状；所述壳体上开有供拉线两端穿出的开口；所述开口处连接有供拉线穿出的线管。

作为一种改进，所述壳体内设置有固定线管的线管架。

本发明还提供一种带腰部助力的腰部外骨骼，包括腰部外骨骼本体，还包上述的腰部助力机构。

本发明的有益之处在于：通过设置腰部助力机构来向穿戴者腰部提供相应的助力，使得穿戴者在搬运重物或运动过程中更加省力，从而起到了保护腰部肌肉的作用，避免长期搬运或运动而导致穿戴者的肌肉疲劳而导致的肌肉酸痛，甚至肌肉损伤或拉伤等情况。

附图说明

图1为本发明穿戴在人体上的示意图；

图2为本发明与其他外骨骼组合时的示意图；

图3为实施例1的示意图；

图4为实施例1的爆炸图；

图5为实施例1中动滑轮组的结构示意图；

图6为实施例2的示意图；

图7为穿戴者穿戴本发明搬运重物弯腰时，该腰部助力机构中力传输件带动弹性蓄能机构蓄能的示意图；

图8为穿戴者穿戴本发明进行正常行走迈右腿时，该腰部助力机构中力传输件运动方向示意图；

图9为穿戴者穿戴本发明进行正常行走迈左腿时，该腰部助力机构中力传输件运动方向示意图；

图10为本发明一示例性实施例的用于辅助搬运的外骨骼的实施例结构示意图；

图11为穿戴者穿戴所示的用户辅助搬运的外骨骼的示意图；

图12为反映本发明一示例性实施例的用于辅助搬运的外骨骼中腰部助力机构的蓄能机构安装结构示意图；

图13为本发明一示例性实施例的用于辅助搬运的外骨骼中腰部助力机构的第一视角爆炸示意图；

图14为本发明一示例性实施例的用于辅助搬运的外骨骼中腰部助力机构的第二视角爆炸示意图；

图15为本发明一示例性实施例的用于辅助搬运的外骨骼中腰部助力机构的动滑轮组安装示意图；

图16为反映穿戴者穿戴本发明一示例性实施例的用于辅助搬运的外骨骼搬运重物弯腰时，该腰部助力机构中力传输件压缩蓄能机构的示意图；

图17为反映穿戴者穿戴本发明一示例性实施例的用于辅助搬运进行正常行走迈右腿时，该腰部助力机构中力传输件在滑轮中滑动的示意图；

图18为反映穿戴者穿戴本发明一示例性实施例的用于辅助搬运进行正常行走迈左腿时，该腰部助力机构中力传输件在滑轮中滑动的示意图。

图中标记：1上肢外骨骼、2腰部助力机构、3下肢外骨骼、4腰部外骨骼本体；

21弹性蓄能机构、22力传输件、23腰部安装板、31腿部外骨骼、32足部外骨骼；

211弹性蓄能部件、212缓冲部件、213动滑轮组、214动滑轮座、215定滑轮组、216定滑轮座、217导向柱、218限位板、219壳体、210导向组件、221线管、222线管架；

2131第一动滑轮、2132第二动滑轮、2133第三动滑轮、2134滑轮保护盖、2141动滑轮座壳体、2142上盖、2143下盖、2144销轴、2145直线轴承、2151第一定滑轮、2152第二定滑轮、2161轴承座、219a前盖、219b后盖、2101导向安装座、2102导向杆；

3下肢外骨骼、31小腿外骨骼、32足部外骨骼；

4腰部外骨骼本体。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

本发明中所谓的“助力”是指弹性蓄能机构释放弹性势能产生的力的方向与穿戴者腰部舒展的方向一致，从而推动穿戴者的腰部舒展。当穿戴者需要拾取重物时，通常需要向前前倾或弯曲腰部，而当穿戴者拾取起重物，且该重要较重时，在搬运过程中，穿戴者的腰部会有一定的前倾或者后倾。因此，为了保护穿戴者的腰部肌肉，同时向穿戴者腰部提供一定的助力。

本发明中使用用于表示元件的诸如“模块”、“部件”或“单元”的后缀仅为了有利于本发明的说明，其本身没有特定的意义。因此，“模块”、“部件”或“单元”可以混合地使用。

本发明中所谓的“上”、“下”、“内”、“外”“前”、“后”、“一端”、“另一端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

本发明中，除非另有明确的规定和限定，所谓的“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

本发明中所谓的“拉线”是指能够传递助力的线状或条状或带状部件，例如钢丝，或绳索，或编织带等等。其中，条状或带状的力传输件由于其具有一定的宽度，因此，在组装过程中，或者穿戴者运动过程中，其可能会扭呈一股或在宽度方向方发生折叠等使其宽度方向发生变化(例如宽度减小)的状态，这种状态称之为非舒展状态；相应地，无论是自然状态下，还是外作用力作用下，条状或带状的力传输力在其宽度方向上始终处于展开(即宽度方向没有发生改变，或宽度没有减小)的状态，则称之为舒展状态。

实施例1

如图1、图2所示，本发明提供一种腰部助力机构2，包括穿戴于人体的弹性蓄能机构21以及力传输件22；所述力传输件22连接弹性蓄能机构21以及穿戴者肢体，使得当穿戴者肢体关节弯曲时力传输件22驱动弹性蓄能机构21蓄能，而当穿戴者腰部舒展时弹性蓄能机构21释放弹性势能为穿戴者腰部助力。

例如，弹性蓄能机构21固定在穿戴者躯干部，力传输件22连接弹性蓄能机构21以及穿戴者的下肢，当穿戴者弯腰、下蹲、行走过程中关节弯曲时，都能通过力传输件22带动弹性蓄能机构21蓄能，从而使得当穿戴者腰部、腿部关节舒展时弹性蓄能机构21蓄积的弹性势能释放出来为穿戴者的腰部助力。

本发明提供的腰部助力机构2也可以协同其他外骨骼一起工作，例如与上肢外骨骼1、下肢外骨骼3配合使用，当然，优选地还要配合腰部外骨骼本体4一起使用。但并不排除腰部助力机构单独使用直接与人体躯干和肢体连接产生助力。

如图3～4所示，具体地，弹性蓄能机构21包括弹性蓄能部件211和动滑轮组213；所述力传输件22为拉线，拉线绕过动滑轮组213，并且当拉线拉动动滑轮213组发生位移时，动滑轮组213对弹性蓄能部件211作用使得弹性蓄能部件211蓄能。也可以是其他形式的力传输件22如刚性的拉杆直接带动弹性蓄能部件211蓄能，只是本发明优选上述拉线及动滑轮组213的形式。

动滑轮组213有着省力但施力距离变长的特性，本发明中两种特性都得到了很好的应用。在弯曲关节驱动弹性蓄能部件211蓄能的过程中，首先动滑轮组213能够省力，使得驱动弹性蓄能部件211蓄能时用的力大大小于弹性蓄能部件211释放弹性势能所产生的助力，做到了真正的省力，使得助力行为更加有意义。其次穿戴者抬起重物实际上最需要的是将重物抬离地面一瞬间的助力，尽管拉动拉线是一个较长的过程，但反过来说，弹性蓄能部件211所蓄积的弹性势能在短距离就能完全释放，与上述抬起重物时的所需要的爆发力相吻合。同时，较短的释放距离还能让整个装置更加的小型化。

弹性蓄能部件211是多种多样的，只要能够通过形变蓄积弹性势能即可，包括压簧、拉簧、橡皮筋等。可以预见的是，当弹性蓄能部件211为压簧，拉线拉动动滑轮组213驱动压簧压缩时蓄能。当弹性蓄能部件211为拉簧，拉线拉动动滑轮组213驱动拉簧拉伸时蓄能。

为了使得腰部或者腿部弯曲时能拉动拉线带动驱动动滑轮组213压缩压簧或者拉伸拉簧蓄能，腰部助力机构2还包括定滑轮组215，所述拉线绕过定滑轮组215；所述定滑轮组215和动滑轮组213分设于弹性蓄能部件211的两端并位于弹性蓄能部件211伸缩方向上，并且动滑轮组213的运动方向与弹性蓄能部件211伸缩方向一致。例如当弹性蓄能部件211为压簧并且其与穿戴者脊柱走向一致时，动滑轮组213和定滑轮组215分设于压簧上、下方向，并且当动滑轮组213向定滑轮组215靠近压簧被压缩蓄能。

另外，本发明中所述的定滑轮组215和动滑轮213组中定滑轮和动滑轮的数量≥1个，优选地，动滑轮组213中的动滑轮数量比定滑轮组215中的定滑轮多一个，使得定滑轮正对两个动滑轮之间的间隙。

为了让动滑轮组213按既定路线运动，本发明还包括沿弹性蓄能部件211伸缩方向设置的导向柱217，所述动滑轮组213安装在导向柱217上且可沿导向柱217滑动。还包括可沿导向柱217滑动的动滑轮座214，所述动滑轮设置在动滑轮座214上；当穿戴者肢体关节弯曲带动拉线拉动动滑轮组213时，动滑轮座214能够驱使弹性蓄能部件211蓄能。

本发明还设置了缓冲部件212，所述缓冲部件212在弹性蓄能部件211释放弹性势能时产生阻力。并且弹性蓄能部件211为偶数个，对称设置于缓冲部件212两侧，使得两侧受力平衡。

为了穿戴的舒适性，弹性蓄能机构21利用腰部安装板23固定在穿戴者腰部上，也可以利用腰部安装板23固定在穿戴者穿戴的腰部外骨骼本体4上。

本发明还设置有壳体29，所述弹性蓄能机构21安装在壳体内。壳体内设置有对动滑轮组211进行限位的限位板218，用于对动滑轮组213的最大行程进行限定。

实施1中，弹性蓄能部件211为压簧，所述压簧为并排设置的两根。而缓冲部件212为气弹簧，两根压簧分设与气弹簧左右两侧。动滑轮组213和定滑轮组215分设于压簧上下。气弹簧释放的速度远小于压簧，能够给压簧一定阻力并且保证压簧平稳释放，避免瞬间的爆发力对穿戴者的腰部带来冲击。

导向柱217为平行设置的两根，与压簧方向一致。动滑轮座213设置在导向柱217上并可沿导向柱217上下运动从而驱使压簧压缩蓄能。动滑轮座214具体结构如图5所示，包括动滑轮座壳体2411、上盖2412、下盖2413，本实施例中的动滑轮组213包含的第一动滑轮2131、第二动滑轮2132、第三动滑轮2133通过销轴2144可转动地连接在动滑轮座壳体2141上。另外还包括设置在动滑轮座壳体2141上的直线轴承2144，用于与导向柱217配合运动。缓冲部件212气弹簧与下盖2143连接。

定滑轮组包括第一定滑轮2151和第二定滑轮2152，其可转动地连接在定滑轮座216上。

另外，本实施例中壳体219由前壳219a和背壳219b拼合而成，由于本实施例中拉线为扁平的带状如编织带，因此壳体219上开有供拉线两端穿出的开口；所述开口处设置有用于将拉线整理舒展的导向组件210。导向组件210包括左右两个导向安装座2101，所述两个导向安装座2101之间设置有导向杆2102。两个导向安装座2101的间距与带状拉线的宽度一致或者略大，而导向杆2102的高度于拉线的厚度一致或者略大，这样就能防止拉线卷曲。

本实施例中，弹性蓄能机构21利用腰部安装板23固定在穿戴者穿戴的腰部外骨骼本体4上。拉线与下肢外骨骼3中的小腿外骨骼31以及足部外骨骼32均有连接点。具体地，腰部安装板23的结构设计符合人体工学的弧度。腰部安装板23与背盖219b之间可通过螺钉等固定件可拆卸地连接，也可通过卡扣配合等方式可拆卸地连接。

实施例2

实施例2如图6所示，与实施例1不同的是，本实施例中动滑轮组213包含两个动滑轮即第一动滑轮2131和第二动滑轮2132，而定滑轮组215仅一个定滑轮。另外动滑轮外设置有滑轮保护盖2134包裹，而定滑轮座216上设置有轴承座2161。

本实施例中，拉线为丝状如钢丝，因此壳体219上开有供拉线两端穿出的开口；所述开口处连接有供拉线穿出的线管221，线管221能有效避免拉线打结。所述壳体219内设置有固定线管221的线管架222。

另外，本发明还提供一种带腰部助力的腰部外骨骼，包括穿戴于人体的腰部外骨骼本体4，还包上述的腰部助力机构2。所述腰部助力机构2固定在腰部外骨骼本体4上，可与上肢外骨骼1、下肢外骨骼3配合使用。

附图7～9展示了穿戴者弯腰或者行走时，关节弯曲对弹性蓄能部件211的驱动蓄能情况，箭头标示运动方向。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，在后续实施例(实施例3)中采用不同的附图标记和表述方式对本发明的技术方案作进一步的解释与说明。

实施例3

通常，当穿戴者穿戴外骨骼进行负载或运动时，穿戴者的背部通常会弯曲，例如，当穿戴者需要拾取重物时，通常需要向前前倾或弯曲腰部，而当穿戴者拾取起重物，且该重要较重时，在搬运过程中，穿戴者的腰部会有一定的前倾或者后倾。因此，为了保护穿戴者的腰部肌肉，同时向穿戴者腰部提供一定的助力，本发明提供了一种用于辅助搬运的外骨骼。

参见图10，本发明的一示例性实施例的外骨骼包括：腰部助力机构P2，用于当穿戴者弯腰时，向穿戴者的腰部提供助力并保护腰部。具体地，参见图12，该腰部助力机构P2包括：可安装在穿戴者腰部(或穿戴者所穿戴的腰部外骨P4上)，且用于提供助力的蓄能机构，以及用于传递助力的力传输件P204(如钢丝或者编织带等拉线)，其中，该力传输件P204安装在该蓄能机构内，且其两个自由端穿出该蓄能机构外，可分别与穿戴者所穿戴的下肢外骨骼P3相连。

参见图16，当穿戴者弯腰，使得力传输件P204被拉出时，力传输件P204压缩该蓄能机构，使得蓄能机构蓄能；且在穿戴者腰部逐渐回正过程中，该蓄能机构释能，并通过该力传输件P204向腰部提供助力。

当穿戴者下蹲，使得力传输件P204被拉出时，力传输件P204压缩该蓄能机构，使得蓄能机构蓄能；当穿戴者逐渐起身过程中，该蓄能机构释能，并匀速或逐渐缓慢收回该力传输件P204，避免了快速收到力传输件而导致产生一定的冲击，从而提高了外骨骼的稳定性，也提高了用户体验。

参见图17和图18，当穿戴者单腿上抬(例如，正常行走或上台阶)，使得力传输件P204的一端被拉出时，该力传输件P204的两个自由端在蓄能机构内(的动滑轮组和定滑轮之间)左右相互滑动(例如，参见图17，穿戴者迈右腿时，力传输件P204对应于右腿侧的自由端被拉伸，相应地，其对应于左腿侧的自由端向右腿侧滑动；参见图18，穿戴者迈左腿时，力传输件P204对应于左腿侧的自由端被拉伸，相应地，对应于右腿侧的自由端向左腿侧滑动)，从而不会压缩蓄能机构，相应地，该蓄能机构也就不会产生相应的阻力，也即不会对穿戴者的正常步态有任何干扰，提高了外骨骼灵活性的同时，也提高了用户体验。

参见图13、图14和图15，在一些实施例中，该蓄能机构具体包括：由两个定滑轮P211a、P211b组成的定滑轮组P211，由三个动滑轮P2051、P2052、P2053组成的动滑轮组P205，一安装背板P203，以及两个第一蓄能部件P206和一个第二蓄能部件P208，其中，定滑轮组P211固定在该安装背板P203的底部(具体地，在该安装背板P203的底部设置一轴承安装座P2030，参见图13)，动滑轮组P205安装在该安装背板P203的顶部(具体地，该安装背板P203的顶部设置有一限位挡板P2031，用于限制动滑轮组P205的行程，且该限位挡板P2031和轴承安装座P2030之间设置两根行程轴P202，以可沿该行程轴P202轴向滑动的方式安装在该行程轴P202顶部的一个滑轮安装座P207，三个动滑轮P2051、P2052、P2053以可相对于该滑轮安装座P207转动的方式间隔安装在该滑轮安装座P207上，参见图12和图15)，且该动滑轮组P205以可相对于该安装背板P203向定滑轮组P211方向滑动，而两个第一蓄能部件P206和一个第二蓄能部件P208则安装在该动滑轮P422和定滑轮P421之间(具体地，两个第一蓄能部件P206采用压簧，其套设在前述的行程轴P202上，且其两端分别抵住该轴承安装座P2030顶部和滑轮安装座P2504内侧，参见图12；而第二蓄能部件P208采用气弹簧，其安装在两跟行程轴P202之间，且其两端分别抵住该轴承安装座P2030顶部和滑轮安装座P2504内侧，参见图12；当动滑轮组P205向定滑轮组P211滑动时，该滑轮安装座P207同时压缩该第一蓄能部件和第二蓄能部件，使得三个蓄能部件同时蓄能)。

参见图16，当穿戴者弯腰时，由于力传输件P204的两个自由端与穿戴者的下肢或下肢外骨骼相连，因此，力传输件P204的两个自由端被向下拉出，并带动动滑轮组P205在行程轴P202上向靠近定滑轮组P211方向滑动，使得滑轮安装座P2504压缩套设在两根行程轴P202上的两个第一蓄能部件P206，以及设置在两根行程轴P202之间的第二蓄能部件P208，使得第一蓄能部件P206和第二蓄能部件P208同时蓄能。由于力传输件P204被动滑轮组P205和定滑轮组P211分隔为六段，因此，当力传输件P204的两个自由端均被拉出的长度为L时，第一蓄能部件P206和第二蓄能部件P208被压缩的行程即为L/6。也即是说，力传输件P204的自由端被拉出相同长度的前提下，相较于设置一个定滑轮和两个动滑轮的方式(力传输件P204被分隔为四段，且当其自由端被拉出的长度为L时，蓄能部件被压缩的行程为L/4)，蓄能部件被压缩或被拉伸的行程更小(L/6<L/4)，相应地，当蓄能部件被压缩或拉伸相同长度(例如，被压缩l)时，力传输部件P204被拉伸的长度更长(6l>4l)，这就使得相同条件下，降低了行程轴、腰部背板等部件的长度，从而使得腰部助力机构和整体外骨骼更加轻便、灵巧，也更加便于与其他外骨骼，如上肢助力外骨骼之间的组装。

当穿戴者腰部恢复时，第一蓄能部件P206和第二蓄能部件P208同时释能，且在第一蓄能部件P206和第二蓄能部件P208的回复力作用下，滑轮安装座P207在该行程轴P202上向远离定滑轮组P211方向滑动，并带动动滑轮组P205沿远离定滑轮组P211方向移动，同时收缩力传输件P204，以向穿戴者腰部提供助力。

在一些实施例中，上述第一蓄能部件P206采用压簧，第二蓄能部件P208采用气弹簧。由于该气弹簧被压缩过程中，受到其内部摩擦力的作用，使其运动的速度较为稳定，从而使得动滑轮组P205向定滑轮组P211靠近的速度也较为稳定，因此，避免了力传输件被拉伸时，直接压缩压簧时，因被压缩速度快速而产生的冲击，从而提高了外骨骼的稳定性；同理，动滑轮组P205向定滑轮组远离的速度也较为稳定，避免了因力传输件被收回过程中，因压簧自身的回复力较大而快速将力传输件收回时产生的冲击，进一步提高了外骨骼的稳定性。

在一些实施例中，参见图12和图15，动滑轮组P205中位于两侧的动滑轮P2501、P2503的轴线(或转轴P215)在同一水平线上，而位于中间的动滑轮P2502的轴线(或其转轴P215)在竖直方向上(或滑轮顶盖P207的高度方向)上略高于两侧动滑轮P2501、P2503的轴线(或转轴P215)所在平面。

在一些实施例中，参见图15，该滑轮顶盖P207包括：主体P2071以及设置在其顶部的顶盖P2072；其中，该主体P2071内被分隔为至少三个安装空间，而三个动滑轮P2051、P2052、P2053分别通过三个对锁螺钉(分别作为三个动滑轮的转轴P215)和螺母转动安装在该主体P2071中设置的三个安装空间内；两根行程轴P202的顶部通过各自对应的轴承P214安装在主体P2071中两侧的安装空间，并连接至顶盖P2072的两侧；中间的安装空间的底部设置有可与气弹簧的气推杆顶部连接的顶块P218，即气弹簧的气推杆顶部与该顶块P218固定连接，从而使得该动滑轮组P205通过该顶块P218压缩该气弹簧。

在一些实施例中，参见图13-图15，该腰部背板P203包括：前盖P203a和后盖P203b，且当前盖P203a和后盖P203b相配合(例如，扣合在一起)时，两者之间形成用于安装上述蓄能机构中的动滑轮组P205和定滑轮组P211的安装空间(具体地，参见图13，可在该后盖P203b内侧顶部设置该限位挡板P2031，并在其底部设置用于安装定滑轮组P211的轴承安装座P2030，同时在该轴承安装座P2030上方设置用于安装第二蓄能部件P208的蓄能部件安装座P2033)，且其底部设置有分别对应于力传输件P204的两个自由端穿出的出口。

在一些实施例中，参加图13图14，该腰部背板P203通过一腰部安装板P209安装在穿戴者所穿戴者的腰部外骨骼P4上；且该腰部安装板P209的结构设计符合穿戴者腰部弧度。具体地，该腰部安装板P209和该腰部背板P203(的后盖P203b)之间可通过螺钉等固定件可拆卸地连接，也可通过卡扣配合等方式可拆卸地连接。

在一些实施例中，当该力传输件P204采用钢丝等线状拉线时，该腰部助力机还包括：用于引导线状拉线的线管。具体地，该线管的固定端通过一线管固定件固定在该安装背板上，例如，在该安装背板P203内设置有可与该线管固定件相配合的固定槽，当该线管固定件与该固定槽相配合时，可将该线管的固定端固定在该安装背板P203上。

在一些实施例中，当该力传输件P204采用编织带等条状或带状拉线时，该腰部助力机构还包括：分别设置在上述腰部背板P203上对应于力传输件P204的两个自由端穿出的出口处的导向组件P210，用于在穿戴者运动过程中或者外骨骼组装过程中，防止带状或条状的力传输件P204呈非舒展状态。

参见图10和图12，当该力传输件P204采用编织带等带状或条状拉线时，由于动滑轮组P205和定滑轮组P211的转轴均是垂直于该腰部背板P203的，因此，该编织带的宽度方向也是垂直于该腰部背板P203的；然而，当其两个自由端穿出腰部背板P203后连接至穿戴者下肢或下肢外骨骼时，其方向将发生扭转，从而使得其穿出腰部背板P203连接至下肢或下肢外骨骼的部分可能扭成一股或者在宽度方向上发生部分/完成重叠(即处于非舒展状态)，这不仅仅将给穿戴者臀部和腿部造成不适(例如勒住臀部和腿部)，也不便于其与下肢或下肢外骨骼之间的连接，甚至可能使得滑轮上的编织带出现非舒展状态，从而导致故障等问题。因此，为了缓解该问题，本实施例中通过在腰部背板P203上靠近两个自由端的出口处分别设置了一个定位组件P210，来保证条状或带状拉线穿出后始终处于舒展状态，从而使得其一侧表面(即宽度方向)贴合在穿戴者臀部和腿部上，提高了穿戴者的舒适感，也使得其能够更好地与下肢外骨骼进行对接。

在一些实施例中，参见图13，该导向组件P210具体包括：间隔设置在腰部背板P203上的两个导向安装座P2101，以及固定设置在两个导向安装座之间的导向件(具体地，该导向件为一根导向柱P2102，其宽度等于或略大于该条状或带状拉线的宽度)，且导向件与腰部背板P203之间的内侧之间形成可供带状或条状的力传输件P204通过的导向空间，具体地实施时，当穿戴者穿戴后，有穿戴者臀部弧度的作用，使得该拉线的一侧表面仅仅贴合在该导向件上，从而保证该拉线始终处于舒展状态。优选地，该导向空间的高度略大于带状或条状的力传输件P204的厚度，从而使得当该带状或条状的力传输件P204仅仅处于舒展状态时才能够通过，因此，即时在穿出之前该力传输件P204的部分扭呈了一股或者在宽度方向发生了折叠等情况，其通过该导向件也能够使其保持舒展状态。

在一些实施例中，参见图10和图11，该下肢外骨骼P3包括：可穿戴在穿戴者脚上或鞋上的脚部穿戴件P301可绑缚在穿戴者小腿或大腿上的腿部绑缚件P302(具体地，该腿部绑缚件采用柔性材料制成，且适应于腿部轮廓的形状)，以及分别连接该脚部穿戴件P301、腿部绑缚件P302和上述力传输件P204自由端的连接件P303，其中，该连接件P303与该脚部穿戴件P301之间的长度可调，且其与上述力传输件P204的自由端之间的长度也可调(例如，可通过十字扣件的方式实现)。当然，在另一些实施例中，也可在该脚部穿戴件P301和该腿部绑缚件P302，以及腿部绑缚件P302和力传输件P204自由端之间分别各设置一连接件。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种腰部助力机构，其特征在于：包括穿戴于人体的弹性蓄能机构以及力传输件；所述力传输件连接弹性蓄能机构以及穿戴者肢体，使得当穿戴者肢体关节弯曲时力传输件驱动弹性蓄能机构蓄能，而当穿戴者腰部舒展时弹性蓄能机构释放弹性势能为穿戴者腰部助力；其中，所述蓄能机构包括弹性蓄能部件和动滑轮组；所述力传输件为拉线，拉线绕过动滑轮组，并且当拉线拉动动滑轮组发生位移时，动滑轮组对弹性蓄能部件作用使得弹性蓄能部件蓄能。

2.根据权利要求1所述的一种腰部助力机构，其特征在于：所述弹性蓄能部件为压簧，拉线拉动动滑轮组驱动压簧压缩时蓄能；和/或，

所述弹性蓄能部件为拉簧，拉线拉动动滑轮组驱动拉簧拉伸时蓄能；和/或，

还包括定滑轮组，所述拉线绕过定滑轮组；所述定滑轮组和动滑轮组分设于弹性蓄能部件的两端并位于弹性蓄能部件伸缩方向上，并且动滑轮组的运动方向与弹性蓄能部件伸缩方向一致。

3.根据权利要求2所述的一种腰部助力机构，其特征在于：所述动滑轮组中的动滑轮数量比定滑轮组中的定滑轮多一个，使得定滑轮正对两个动滑轮之间的间隙。

4.根据权利要求1所述的一种腰部助力机构，其特征在于：还包括沿弹性蓄能部件伸缩方向设置的导向柱，所述动滑轮组安装在导向柱上且可沿导向柱滑动，所述腰部助力机构可选地还包括可沿导向柱滑动的动滑轮座，所述动滑轮设置在动滑轮座上；当穿戴者肢体关节弯曲带动拉线拉动动滑轮组时，动滑轮座能够驱使弹性蓄能部件蓄能。

5.根据权利要求1所述的一种腰部助力机构，其特征在于：还包括缓冲部件，所述缓冲部件在弹性蓄能部件释放弹性势能时产生阻力；

其中，所述缓冲部件可选地为气弹簧；

其中，所述弹性蓄能部件可选地为偶数个，并对称设置于缓冲部件两侧。

6.根据权利要求1所述的一种腰部助力机构，其特征在于：所述弹性蓄能机构固定在穿戴者躯干部，所述拉线绕过动滑轮组后其两端分别与穿戴者左右下肢连接；所述弹性蓄能机构可选地固定在穿戴者腰部，且所述拉线与穿戴者的小腿或/和足部连接；

所述弹性蓄能机构可选地利用腰部安装板固定在穿戴者腰部上。

7.根据权利要求6所述的一种腰部助力机构，其特征在于：所述拉线两端分别与穿戴者穿戴的左右下肢外骨骼连接；和/或，

所述腰部安装板固定在穿戴者穿戴的腰部外骨骼本体上。

8.根据权利要求2所述的一种腰部助力机构，其特征在于：还包括壳体，所述弹性蓄能机构安装在壳体内；

所述壳体内可选地设置有对动滑轮组进行限位的限位板；

所述拉线可选地为带状，且所述壳体上开有供拉线两端穿出的开口，所述开口处设置有用于将拉线整理舒展的导向组件。

9.根据权利要求8所述的一种腰部助力机构，其特征在于：所述导向组件包括左右两个导向安装座，所述两个导向安装座之间设置有导向杆；和/或，

所述拉线为丝状；所述壳体上开有供拉线两端穿出的开口；所述开口处连接有供拉线穿出的线管，其中，所述壳体内可选地设置有固定线管的线管架。

10.一种带腰部助力的腰部外骨骼，包括腰部外骨骼本体，其特征在于：还包括权利要求1～9所述的腰部助力机构。

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