CN116831876A - 一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架 - Google Patents

Abstract

本发明涉及医疗康复设备技术领域，公开了一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，它包括可移动底盘、座椅部和升降部，所述座椅部包括固定在底盘框架上的支撑架、设置在支撑架上的座椅机构和驱动座椅机构在支撑架上滑动的连杆机构；通过座椅机构在支撑架上的滑动实现座椅机构在支撑架上的展开和收回的收放动作；所述升降部的升降动作与所述座椅机构的收放动作为联动连接，所述升降部的升降位移量控制所述座椅机构的收放幅度。本发明提供的外骨骼辅助吊架，其座椅可随吊架立柱的升降进行自动收放并可随患者动作悬停提供支撑，从而让使用外骨骼的患者实现自主自由休息，更有利于脊髓损伤患者使用下肢康复外骨骼机器人进行康复训练。

Description

一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架

技术领域

本发明涉及医疗康复设备技术领域，具体涉及一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架。

背景技术

近年来，世界人口老龄化问题日益严重，由于运动系统损伤、脑血管疾病以及脊髓损伤等疾病造成的患者下肢运动功能障碍的情况大幅增加。在面对下肢运动能力受损患者的康复治疗中，外骨骼机器人可协助下肢功能障碍的患者进行功能和步态的康复训练，由于大脑具有可塑性，通过训练可使大脑重建下肢运动功能，从而使患者逐渐恢复下肢运动的能力，实现自主行走。

外骨骼作为辅助下肢功能障碍患者进行行走的机器人，可根据患者的损伤程度以及个体化差异生成个性化运动康复方案，代替康复医师进行重复繁琐的康复训练，但对于发病初期的患者或者病情较为严重的患者，还不能在使用外骨骼的时候维持身体平衡，需要通过其他人员扶持或固定装置辅助。此外，由于下肢外骨骼康复机器人具有一定重量，目前现有的相关设备中，重量普遍在12公斤到30公斤，若该部分重量施加在本就有运动功能障碍的患者身上，会大大降低康复治疗效果。为解决上述问题，将辅助吊架配合外骨骼机器人使用，可使患者在康复训练过程中达到减重和平衡维持的目的。

在现有技术中，已有辅助吊架帮助患者在步态下肢外骨骼机器人康复训练中解决了平衡维持以及设备减重的问题，但辅助吊架在结构和功能上仍存在一些问题需要进一步完善。如专利公布号为CN 112315752 A的中国发明专利公开了一种多功能无源跟随吊架，所述吊架包括底盘、设置在底盘上的立柱以及设置在立柱上的用于连接外骨骼机器人的环形力臂，还包括了可进入跟随吊架内部供使用者随时休息的C型椅，所述环形力臂的臂端部设置有连接外骨骼机器人的连接件，所述连接件与环形力臂之间设置有纵向滑动调节部，所述纵向滑动调节部通过滑块在导轨内的上下纵向滑动实现对使用者在行走过程中髋部的上下起伏调节。所述吊架中C型椅的设置可以为使用者提供休息座位，避免了当使用者体力不支或出现其他情况时由于无快速休息位置时，强行坚持行走到休息位置时发生的安全隐患，或者无法快速提供休息座位，需要挑选座位塞进跟随吊架内。但C型椅需要借助他人的辅助将其移动到合适位置使用者才可坐下休息，使用者并不能对C型椅进行自主控制和使用，并不能根据使用者的意愿实现随时的快速休息。

专利公布号为CN 115804705 A的中国发明专利公开的一种可拆卸式移动下肢外骨骼装置，其中具体公开了一种用于辅助下肢外骨骼的外骨骼辅助支架，所述外骨骼辅助支架包括主架结构、坐具结构、腰部结构以及用于带动腰部结构上下移动的升降结构，其中腰部结构下降时，坐具结构伸出；当所述腰部结构上升，坐具结构折叠。所述坐具结构通过与升降结构的机械联动，实现了座椅的随动收放，使得使用者能够对座椅进行自行控制和使用，实现使用者的随时快速休息。在该发明中，所述坐具结构包括基板、凳板组件、支撑条和底部固定件；所述基板一侧与所述腰部结构固定连接，所述基板底部与所述凳板组件铰接；所述支撑条一端与所述凳板组件铰接，所述支撑条另一端与所述底部固定件铰接；所述底部固定件与所述外骨骼辅助支架固定连接。由此可见，该发明座椅采用的是一端固定、另一端承重的悬臂梁式结构，而悬臂梁式的座椅将会对相关零部件、材料提出更高的要求来满足座椅的承载结构强度。同时由于下肢康复外骨骼的使用群体为下肢运动功能障碍人群，在使用外骨骼康复训练时，从坐到站立的这个过程是一个缓慢升降的过程，会持续受到人体及外骨骼设备的重力影响，需要升降结构的升降电推杆电机提供推力去抵消这部分力量，导致升降电推杆的负载大，容易出故障，而且该重力的影响会让使用者潜意识的使用上肢力量去减轻由于臀部没有支撑带来的下坠感，使得使用者在起立过程中得不到放松，体验感不好，甚至由于用力过大对上肢造成伤害。

发明内容

有鉴于此，针对上述现有技术的不足，本发明提供一种座椅可随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架。

为部分地解决或缓解以上技术问题，本发明的技术方案提供了一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，它包括：

可移动底盘，包括用于支撑座椅部和升降部的底盘框架和固定在底盘框架下用于辅助吊架移动的滑动轮组；

座椅部，包括固定在底盘框架上的支撑架、设置在支撑架上的座椅机构和驱动座椅机构在支撑架上滑动的连杆机构；通过座椅机构在支撑架上的滑动实现座椅机构在支撑架上的向下展开和向上收回的收放动作；

升降部，包括固定在底盘框架上的下立柱和套设在下立柱外可沿下立柱上下移动的上立柱，所述上立柱外部固定有外骨骼连接机构，所述外骨骼连接机构与外骨骼机器人可拆卸连接；所述外骨骼连接机构包括:外骨骼连接装置，所述外骨骼连接装置包括与外骨骼机器人对接的插销连接底座，所述插销连接底座内固定有导向杆，所述导向杆从上至下依次套设有第一刚度弹簧、直线轴承和第二刚度弹簧，所述直线轴承上固定插销块，所述外骨骼机器人以插销连接的方式固定在插销块上；其中，第一刚度小于第二刚度；

传感模块，设置在所述上立柱和下立柱之间，用于获取所述上立柱沿下立柱向上的移动位移量，或向下的移动位移量；

控制设备，用于根据所述上立柱的上下移动动作联动控制所述座椅机构的收放动作，包括根据所述上立柱沿下立柱向上的移动位移量控制所述座椅机构在支撑架上的向上收回幅度，所述上立柱沿下立柱向下的移动位移量控制所述座椅机构在支撑架上的向下展开幅度；令θ表征所述座椅机构在的收回幅度或展开幅度，令L表征所述上立柱的移动位移量，则其中，d为所述连杆机构中座椅电推杆的行程距离。

上述技术方案提供的外骨骼辅助支架，通过座椅部与升降部的联动设计，可以使座椅随外骨骼连接机构的下降而展开，上升而折叠，让使用外骨骼机器人的患者能够对座椅进行自主控制和使用，使患者可脱离他人辅助自主进行外骨骼康复训练，降低康复治疗师的工作负担。本发明通过升降部的升降位移量来精确控制座椅的收放幅度，使座椅能够在使用者的站立或坐下过程中随时对使用者臀部提供支撑，一方面可以减轻立柱电推杆的负载，另一方面也可以使用户放松上肢力量。而座椅部通过支撑架的结构设计对座椅提供支撑，可以加强座椅的承载结构强度，保证使用者的安全。并且，本发明在与外骨骼机器人的连接处，通过直线轴承和设置在直线轴承上下不同刚度的弹簧实现外骨骼在垂直轴方向上的变阻尼运动，达到运动过程中人体重心上下跟随的目的。

由于人的行走过程是一个对称性运动，当外骨骼机器人在行走动作时，支撑一侧的外骨骼的骨盆位置降低，重心向支撑侧偏移，而摆动侧的骨盆位置会相对变高，并存在一个施加在摆动侧骨盆向上的力，该向上的力会传递至摆动侧的吊架上，进而导致对辅助吊架两侧施加的力不平衡，破坏吊架的稳定性。本申请基于步态对称性，通过设置上下不同刚度的弹簧，将重心偏移导致对吊架的力，缓冲到支撑侧直线轴承下方的大刚度弹簧，以及摆动侧直线轴承上方的小刚度弹簧，可进一步提高设备使用期间的稳定性，提高舒适性。

进一步地，在站立状态下，外骨骼与辅助吊架连接处，也就是插销块销孔中心轴线所在平面，应当与人体重心所处平面一致，此时直线轴承上下方的弹簧均不受力，而致使弹簧压缩的力来源于重心所处平面上方的人体重量，将该部分重量平分到直线轴承的上下方弹簧，在行走时，由于摆动侧下肢悬空，直线轴承上方的弹簧所承受的力为分担之后的力再减去单侧下肢的重力，因此，在直线轴承的上方设置小刚度弹簧，下方设置大刚度弹簧。

进一步的，所述座椅机构包括连接在一起的前座椅杆和后座椅杆，所述连杆机构包括座椅电推杆、座椅摇杆以及铰接连接座椅电推杆和座椅摇杆的连杆，所述后座椅杆的两端与所述座椅摇杆铰接，所述前座椅杆的两端设置在支撑架上。座椅电推杆推动连杆动作，连杆推动座椅摇杆动作，座椅摇杆推动前座椅杆在支撑架上滑动从而实现座椅机构在支撑架上的展开和收回的收放动作。

优选的是，所述支撑架上设置有导轨，所述前座椅杆的两端设置有导向滑块，所述导向滑块设置在所述导轨内。通过导轨的设置可以对前座椅杆的滑动进行导向，避免前座椅杆偏离运动方向。

进一步的，所述上立柱与立柱电推杆连接，通过立柱电推杆带动上立柱沿下立柱进行上下的移动动作。

进一步的，所述立柱电推杆由步进电机驱动，通过步进电机脉冲结合丝杠螺距可计算出上立柱移动的位移量，从而可通过上立柱的移动位移量来控制座椅机构的收放幅度。

进一步的，所述传感模块为设置在所述上立柱与下立柱之间的磁致伸缩位移传感器，通过磁致伸缩位移传感器可快速测量得到上立柱沿下立柱移动的位移量。

进一步的，所述外骨骼连接机构还包括外骨骼宽度调节装置、与外骨骼宽度调节装置连接的支撑扶手部，所述外骨骼连接装置固定在支撑扶手部下方。

进一步的，所述外骨骼宽度调节装置包括扶手滑块和驱动扶手滑块左右移动的手摇丝杠结构，所述支撑扶手部与所述扶手滑块连接，可通过手摇丝杠结构调节吊架的两侧宽度。

进一步的，所述支撑扶手部包括连接管和L型把手，所述连接管一端固定在所述扶手滑块上，另一端通过楔块式夹紧机构与所述L型把手连接。扶手长度可通过楔块式夹紧机构调节。

进一步的，所述支撑扶手部上设置有前臂支撑软垫，所述前臂支撑软垫的下方设置所述外骨骼连接装置。

与现有技术相比，本发明提供了一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，该吊架供患者使用的座椅可随吊架立柱的升降进行自动收放，从而让使用外骨骼的患者在需要休息的时候，不再需要他人辅助即可自行控制座椅的使用，实现自主休息，在对外骨骼设定好康复训练方案后，患者可完全脱离康复医师进行自主康复训练，可降低康复治疗师的工作负担。此为，本发明提供的外骨骼辅助吊架还具备以下优点：

1)现有技术中，通过将座椅与升降机构中的外立柱进行机械联动，当外立柱向上运动来带动座椅向下折叠，外立柱向下运动带动座椅展开，这就使得无论是从坐到站立过程中，还是从站立到坐下过程中臀部都没有任何支撑，虽然可通过升降电推杆来抵消部分重力影响，然而重力的影响仍然会让使用者使用上肢力量去减轻由于臀部没有支撑带来的下坠感，从而使得使用者在无论是在起立过程中还是坐下过程中得不到放松，体验感不好，甚至由于用力过大对上肢造成疲劳和伤害。而本发明通过根据升降部上立柱的移动位移量来控制座椅的收放幅度：即当上立柱上移动时，通过控制座椅向上收回，而当上立柱下移动时，通过控制座椅向下展开，并且根据上立柱上下移动量来精确控制座椅向上收回或向下开展的幅度，从而使得座椅能够在使用者的站立或坐下过程中随时对使用者臀部提供支撑，进而使用户一定程度地放松上肢力量，提升设备使用感受(即用户体验)；同时，也可以减轻立柱电推杆的负载。

2)座椅部通过支撑架的结构设计对座椅提供支撑，可以加强座椅的承载结构强度，保证使用者的安全。

3)外骨骼连接装置中通过在直线轴承的上下方设置不同刚度的弹簧实现外骨骼在垂直轴方向上的变阻尼运动，达到运动过程中人体重心上下跟随的目的，从而提高设备在使用期间的稳定性和舒适性。

4)外骨骼宽度调节装置可通过手摇丝杠结构同步调节吊架的两侧宽度，支撑扶手部通过楔块式夹紧机构可在一定范围内对其长度进行自由调节，手摇丝杠调节宽度的方式和楔块式夹紧机构调节长度的方式简单快捷，可使设备适用于不同身形的患者使用。

5)本发明辅助吊架基于人体工程学而进行结构设计，更有利于脊髓损伤患者使用下肢康复外骨骼机器人进行康复训练。

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。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。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性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的外骨骼辅助吊架的结构示意图，图中使用者处于站姿状态；

图2为本发明实施例提供的外骨骼辅助吊架的结构示意图，图中使用者处于坐姿状态；

图3为本发明实施例提供的外骨骼辅助吊架的左示图，图中使用者处于站姿状态；

图4为本发明实施例提供的外骨骼辅助吊架的左示图，图中使用者处于坐姿状态；

图5为本发明实施例提供的座椅部的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的外骨骼连接机构的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的楔块式夹紧机构的爆炸图；

图8为本发明实施例提供的外骨骼连接装置的结构示意图；

图9为图8的正视图；

图10为图3中连杆机构的放大示意图。

附图标记：底盘1、承重臂13、连接臂14、底盘连接杆15、底盘上层杆16、摇杆固定底座17、座椅电推杆固定底座18、定向轮21、万向轮22、升降电推杆电机3、升降电推杆固定底座4、坐垫5、座椅电推杆51、座椅滚轮52、座椅杆53、座椅连杆54、座椅摇杆55、下立柱6、上立柱7、上立柱扶手71、矩型管72、手轮81、滑块82、滑块直线轴承导杆83、梯形丝杠84、连接管85、前臂支撑软垫86、楔块式夹紧机构87、楔形块871、L型把手88、橡胶把手套89、插销连接底座9、小刚度弹簧91、插销块92、大刚度弹簧93、导向杆94、插销挡片95、直线轴承96。

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，下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。但是应当理解，这些说明只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。

本文中，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。本文中，术语“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发明和简化描述，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发明的限制。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。

本文中，除非另有明确的规定和限定，术语“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发明中的具体含义。本文中“和/或”包括任何和所有一个或多个列出的相关项的组合。本文中“多个”意指两个或两个以上，即其包含两个、三个、四个、五个等。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

本文中“向上收回”是指座椅折叠过程中，座椅中心在竖直方向上向上运动(即与外立柱上移动方向相同)，在水平方向上向靠近上立柱方向运动，从而使得可在用户从坐到站立过程中向其臀部提供支撑。例如，参见图3和图4，当用户从坐到站立过程中，座椅从图4所示的展开状态变为图3所示的折叠状态。

本文中“向下展开”是指座椅展开过程中，座椅中心在竖直方向上向下运动(即与外立柱下移动方向相同)，在水平方向上向远离上立柱方向运动，从而使得可在用户从站立到坐的过程中向其臀部提供支撑。例如，参见图3和图4，当用户从站立到座过程中，座椅从图3所示的折叠状态变为图4所示的展开状态。

参见图1至图4，本实施例提供了一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，包括可移动底盘1、座椅部和升降部。可移动底盘1包括底盘框架和固定在底盘框架下的滑动轮组，底盘框架由承重臂13与两侧的连接臂14焊接形成，综合考虑结构强度和重量，承重臂13和连接臂14采用中空碳钢矩管，在连接臂14的两端分别安装有一个定向轮21和一个万向轮22组成滑动轮组，万向轮22安装在靠近承重臂13的一侧。

参见图1至图5，所述座椅部包括固定在底盘框架上的支撑架、设置在支撑架上的座椅机构和驱动座椅机构在支撑架上滑动的连杆机构。所述支撑架由底盘上层杆16组成，底盘上层杆16通过底盘连接杆15焊接固定在底盘框架上，综合考虑结构强度和重量，底盘上层杆16和底盘连接杆15采用中空碳钢矩管。所述座椅机构包括通过方管焊接到一起的四根座椅杆53，四根座椅杆53包括相互平行的前座椅杆和后座椅杆，在前座椅杆和后座椅杆之间，通过木板固定有坐垫5，坐垫5材质为泡沫材料，在其表面包裹着一层人造革。在四根座椅杆53的末端，装备了座椅滚轮52，前座椅杆上的座椅滚轮始终贴合在底盘上层杆16上。所述连杆机构包括座椅电推杆51、座椅摇杆55以及铰接连接座椅电推杆51和座椅摇杆55的座椅连杆54，所述后座椅杆的两端与所述座椅摇杆55铰接，具体为在底盘上层杆16靠近承重臂13的一侧，固定有摇杆固定底座17和座椅电推杆固定底座18，座椅摇杆55转动固定在摇杆固定底座17上，座椅电推杆51固定在座椅电推杆固定底座18上，摇杆固定底座17和座椅电推杆固定底座18之间的间距由座椅摇杆55长度和座椅电推杆51的行程决定，座椅摇杆55的一端通过连杆54和座椅电推杆51连接，另一端与后座椅杆的两端铰链连接。

座椅电推杆51驱动座椅机构在底盘上层杆16上向下展开和向上收回的动作行程为：参见图2和图4，座椅电推杆51伸出动作，带动座椅连杆54推动座椅摇杆55顺时针转动，推动前座椅杆在底盘上层杆16向前滚动完成座椅机构在支撑架上的向下展开动作；相反的，参见图1和图3，座椅电推杆51的收缩动作完成座椅机构在支撑架上的向上收回动作。

参见图10，将座椅电推杆固定底座18的中心点定为A点，座椅电推杆51与座椅连杆54的连接中心点定为B点，座椅连杆54与座椅摇杆55的连接中心点定为C点，摇杆固定底座17的中心点定为D点，由图可见，A、B、C、D四点构成一个封闭的四边形，且AD、DC、CB的长度固定，角DAB的角度固定，AB的长度为座椅电推杆51的长度加座椅电推杆51的行程距离d，将座椅摇杆55与底盘上层杆16之间的夹角定为θ，连接BD将四边形ABCD分为两个三角形△DCB和△ABD，然后根据正弦定理计算可得到座椅摇杆55与底盘上层杆16之间的夹角θ与座椅电推杆51的行程距离d的关系式，从而可通过控制座椅电推杆51的行程距离来控制座椅的收放幅度。本实施例中，计算得到的座椅摇杆55与底盘上层杆16之间的夹角θ与座椅电推杆51的行程距离d的关系式为θ＝-0.95d+79.39(0≤d≤69.08)。

参见图1至图4，所述升降部包括固定在底盘框架上的下立柱6和套设在下立柱外可沿下立柱上下移动的上立柱7，上立柱与升降电推杆连接，升降电推杆电机3通过驱动连接在升降电推杆固定底座4上的升降电推杆，带动上立柱7沿着下立柱6上下运动，根据上立柱7的移动位移量来确定座椅电推杆51的行程距离，座椅电推杆51带动座椅摇杆55运动，进而精确控制座椅收放的幅度。其中升降电推杆电机3为步进电机，可通过脉冲计算旋转角度，结合丝杠螺距可计算上立柱的移动位移量，但该方法需要校准原点，精度相对较低，因此，在本实施例中通过在上立柱7和下立柱6之间安装磁致伸缩位移传感器来测量上立柱的移动位移量。

上立柱7的移动位移量与座椅电推杆51的行程距离的关系推导为：人在坐下的时候标准姿势为大腿与躯干夹角为90°，小腿与大腿为90°，此时，座椅电推杆51的行程为0，由座椅电推杆51行程与座椅摇杆55角度的关系式得，此时座椅摇杆55角度为13.48°，在站立时，座椅电推杆行程为69.08，此时座椅摇杆55为79.39°，辅助吊架上立柱的升降过程为一个缓慢的匀速的过程，升降立柱电推杆的螺距为1.5mm，行程为500mm，而根据《中国成年人人体尺寸GB10000-88》，坐姿状态下，18-60岁男性的坐深为407mm到510mm，该升降立柱电推杆的行程能满足升降范围要求，在立柱上升过程中，要保持座椅始终与臀部接触才能起到良好的辅助支撑作用，因此座椅的悬停角度和大腿与躯干的角度正相关。

在使用过程中，会先测量用户的坐深，设为L，坐深即为辅助吊架需要升降的行程，而座椅摇杆的角度变化为13.48°到79.39°，因此，每升降1mm，座椅摇杆的角度变化为(79.39°-13.48°)/L，结合座椅电推杆51行程与座椅摇杆55角度的关系式可得，升降立柱电推杆每升降1mm，座椅电推杆51的变化的长度变化为：

具体到使用过程中，将通过磁致伸缩位移传感器实时测量得到的上立柱的移动位移量即坐深数据L实时传输到外骨骼机器人内部的控制板上，控制板内预先设定了L与d的计算关系式，控制板根据该关系式计算并控制座椅电推杆51收缩或伸出距离d，从而精确控制了座椅的收放幅度。

参见图1至图4以及图6至图9，在上立柱7的左右两侧设置有供人推动的扶手71，外骨骼连接机构通过矩型管72固定在上立柱7上，外骨骼机器人通过外骨骼连接机构与辅助支架可拆卸连接。所述外骨骼连接机构包括外骨骼宽度调节装置、与外骨骼宽度调节装置连接的支撑扶手部和固定在支撑扶手部下方的外骨骼连接装置，所述外骨骼宽度调节装置具体由手轮81、滑块82、滑块直线轴承导杆83、梯形丝杠84组成，所述支撑扶手部具体由连接管85、前臂支撑软垫86、楔块式夹紧机构87、L型把手88、橡胶把手套89组成，在梯形丝杠84两侧，各有一滑块直线轴承导杆83，导杆方向与梯形丝杠84平行，两侧的滑块82与直线轴承固定，穿过滑块直线轴承导杆83，并与梯形丝杠84连接，连接管85与滑块82固定，两侧的手轮81可带动梯形丝杠84运动，进而带动两侧连接管85相对或背向运动，实现吊架宽度的同步调节。前臂支撑软垫86用抱箍的方式固定在连接管85上，软垫位置可调，橡胶把手套89套在L型把手88的末端，方便人抓握，L型把手88插入到连接管85中，连接管85的末端外围有螺纹，楔块式夹紧机构87与螺纹配合，在调到合适长度后，可通过楔块式夹紧机构87夹紧固定。更为具体的，如图7所示，楔块式夹紧机构87的外壳内部有一楔形块871，当顺时针旋转外壳时，楔形块871内径变小，直到与L型把手88接触，当逆时针旋转外壳时，楔形块871内径变大，此时L型把手88可在连接管85中自由活动。

外骨骼机器人可通过外骨骼连接装置与辅助吊架连接，更为具体的，如图8和图9所示，所述外骨骼连接装置包括固定在支撑扶手部下方的插销连接底座9，具体的，在前臂支撑软垫下方插销连接底座9以焊接的方式固定在连接管85上，所述插销连接底座9内固定有导向杆94，所述导向杆94从上至下依次套设有小刚度弹簧91(即第一刚度弹簧)、直线轴承96和大刚度弹簧93(即第二刚度弹簧)，所述直线轴承96上固定插销块92，外骨骼机器人通过销钉插入到插销块92上的销孔时，用插销挡片95卡在销钉的卡槽中，即可实现外骨骼机器人与辅助吊架的连接。此外导向杆94穿过插销连接底座9和直线轴承96，在直线轴承96的上方设置有小刚度弹簧91，小刚度弹簧可实现人穿戴外骨骼行走过程中重心的向上阻尼调节，在直线轴承96的下方设置有大刚度弹簧93，大刚度弹簧可实现人穿戴外骨骼行走过程中重心的向下阻尼调节。

在一些实施例中，大刚度弹簧承受最大压力为【头颈体段处的质量+上躯干体段处的质量+下躯干体段处的质量+(上臂体段处的质量+前臂体段处的质量+手体段处的质量)*2】×重力系数/2；小刚度弹簧承受最大压力为【头颈体段处的质量+上躯干体段处的质量+下躯干体段处的质量+(上臂体段处的质量+前臂体段处的质量+手体段处的质量)*2】×重力系数/2-(大腿体段处的质量+小腿体段处的质量+足体段处的质量)，弹簧最大压缩量100mm，可根据胡克定律得到弹簧刚度。其中，各段处的质量参见《GB/T17245-2004成年人人体惯性参数》。

本申请中，通过控制板根据上立柱的移动位移量来控制座椅电推杆收缩或伸出距离，从而精确控制座椅的收放幅度，并且相较于现有技术中的机械式联动向下折叠座椅的方式，通过控制座椅向上折叠，从而使得在用户完全站直前，都可持续对人体臀部施加支撑力，一方面可以减轻升降电推杆的负载，另一方面也可以使用户放松上肢力量。

然而，也正是由于采用了主动式，从坐到站立或者从站立到坐的过程，以及人行走过程中，对座椅跟随人体臀部升降，以及外骨骼机器人跟随人体重心升降的一致性要求更高，这样才能够提供较好的支撑；并且在站立状态下，外骨骼与辅助吊架连接处，也就是插销块92销孔中心轴线所在平面，应当与人体重心所处平面一致，此时直线轴承96上下方弹簧均不受力，而致使弹簧压缩的力来源于重心所处平面上方的人体重量，将该部分重量平分到直线轴承96上下方弹簧，并且由于摆动侧下肢悬空，直线轴承96上方的弹簧所承受的力为分担之后的力再减去单侧下肢的重力，因此，在直线轴承96上下方设置为不同刚度的弹簧。

另外，由于人行走过程是实际上一个对称性运动，若在主动式联动座椅的基础上，忽略该对称性运动的影响，仅仅只设置下方的大刚度弹簧，会因重心偏移而导致对吊架的力对辅助吊架两侧施加的力不平衡，因此，在该主动式联动座椅的基础上，本实施例基于步态对称性的考量，通过将重心偏移导致对吊架的力，缓冲到支撑侧直线轴承96下方弹簧，以及摆动侧直线轴承96上方弹簧，可进一步提高设备使用期间的稳定性及提高舒适性，同时也保证了外骨骼跟随人体重心升降的一致性。

可以理解的是，本发明提供的辅助支架通常情况下需要搭配下肢外骨骼康复机器人使用，在特殊情况下，也可用作助行器，使用者通过抓住设置上立柱7左右两侧的扶手71实现上肢的扶持，下肢可以在辅助吊架内进行活动并带动辅助吊架行进，但对于运动功能损伤等级较高的患者不建议将本发明提供的辅助支架作为助行器使用。

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)

1.一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于，包括：

可移动底盘，包括底盘框架和固定在所述底盘框架下的滑动轮组；

座椅部，包括固定在所述底盘框架上的支撑架、设置在所述支撑架上的座椅机构和驱动所述座椅机构在所述支撑架上滑动的连杆机构；通过驱动所述座椅机构在所述支撑架上的滑动实现所述座椅机构在所述支撑架上的向下展开和向上收回的收放动作；

升降部，包括固定在所述底盘框架上的下立柱和套设在所述下立柱外可沿所述下立柱上下移动的上立柱，所述上立柱外部固定有外骨骼连接机构，所述外骨骼连接机构与外骨骼机器人可拆卸连接；所述外骨骼连接机构包括:外骨骼连接装置，所述外骨骼连接装置包括与外骨骼机器人对接的插销连接底座，所述插销连接底座内固定有导向杆，所述导向杆从上至下依次套设有第一刚度弹簧、直线轴承和第二刚度弹簧，所述直线轴承上固定插销块，所述外骨骼机器人以插销连接的方式固定在插销块上；其中，第一刚度小于第二刚度；

传感模块，设置在所述上立柱和所述下立柱之间，用于获取所述上立柱沿下立柱向上的移动位移量，或向下的移动位移量；

控制设备，用于根据所述上立柱的上下移动动作联动控制所述座椅机构的收放动作，包括根据所述上立柱沿下立柱向上的移动位移量控制所述座椅机构在所述支撑架上的向上收回幅度，根据所述上立柱沿下立柱向下的移动位移量控制所述座椅机构在所述支撑架上的向下展开幅度；令θ表征所述座椅机构的收回幅度或展开幅度，令L表征所述上立柱的移动位移量，则其中，d为所述连杆机构中座椅电推杆的行程距离。

2.根据权利要求1所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述座椅机构包括连接在一起的前座椅杆和后座椅杆，所述连杆机构包括座椅电推杆、座椅摇杆，以及铰接连接座椅电推杆和座椅摇杆的连杆，所述后座椅杆的两端与所述座椅摇杆铰接，所述前座椅杆的两端设置在所述支撑架上。

3.根据权利要求2所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述支撑架上设置有导轨，所述前座椅杆的两端设置有导向滑块，所述导向滑块设置在所述导轨内。

4.根据权利要求1所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述上立柱与立柱电推杆连接。

5.根据权利要求4所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述立柱电推杆由步进电机驱动。

6.根据权利要求1所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述传感模块为设置在所述上立柱与所述下立柱之间的磁致伸缩位移传感器。

7.根据权利要求1所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述外骨骼连接机构还包括外骨骼宽度调节装置、与外骨骼宽度调节装置连接的支撑扶手部，所述外骨骼连接装置固定在支撑扶手部的下方。

8.根据权利要求7所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述外骨骼宽度调节装置包括扶手滑块和驱动所述扶手滑块左右移动的手摇丝杠结构，所述支撑扶手部与所述扶手滑块连接。

9.根据权利要求8所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述支撑扶手部包括连接管和L型把手，所述连接管一端固定在所述扶手滑块上，另一端通过楔块式夹紧机构与所述L型把手连接。

10.根据权利要求7所述的一种座椅随动悬停支撑的外骨骼辅助吊架，其特征在于：所述支撑扶手部上设置有前臂支撑软垫，所述前臂支撑软垫的下方设置所述外骨骼连接装置。