CN216372179U - 一种机械外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及穿戴设备技术领域，公开了一种机械外骨骼，包括腿部系统和储能系统。腿部系统包括大腿骨架、膝关节组件以及小腿骨架，膝关节组件包括膝关节支撑座和膝关节转轴。储能系统包括凸轮、绳、大腿弹簧以及小腿弹簧，凸轮固定设置于膝关节支撑座，绳的两端之间的部分活动卷绕于凸轮的外周部，大腿弹簧活动设置于大腿骨架，小腿弹簧活动设置于小腿骨架，绳的两端分别连接于大腿弹簧以及小腿弹簧的远离凸轮的一端，大腿弹簧和小腿弹簧的相对端分别与凸轮的外周部抵接。在膝关节弯曲相同角度的情况下，弹簧总形变量更大，弹性势能储存更多，释放出的助力更大，此外，能够有效缩减弹簧占用大、小腿骨架在长度方向上的空间。

Description

一种机械外骨骼

技术领域

本实用新型涉及穿戴设备技术领域，特别是涉及一种机械外骨骼。

背景技术

机械外骨骼或称动力外骨骼(Powered exoskeleton)，是一种由钢铁的框架构成并且可让人穿上的机器装置，这个装备可以提供额外能量来供四肢运动。别称：强化服、动力服(Power Suit)、动力装甲(Power armor或Powered armor)、Exoframe、Hardsuit或Exosuit等。

在无源机械外骨骼中，一般会在外骨骼的膝关节处设置弹簧，用于压缩储能。然而，为了保证膝关节足够的旋转角度，需对弹簧设置较大的压缩长度，导致弹簧过长，占用大、小腿骨架在长度方向上的空间过长，从而影响大、小腿骨架的长度调节，降低了人体的适用身高范围。

实用新型内容

本实用新型实施例旨在提供一种机械外骨骼，以解决现有技术中弹簧占用大、小腿骨架在长度方向上的空间过长的问题。

本实用新型实施例解决其技术问题采用以下技术方案：提供一种机械外骨骼，包括：腿部系统，包括大腿骨架、膝关节组件以及小腿骨架，所述膝关节组件包括膝关节支撑座和膝关节转轴，所述膝关节支撑座和所述膝关节转轴相铰接，所述膝关节支撑座和所述膝关节转轴两者之一固定连接所述大腿骨架，另一者固定连接所述小腿骨架；以及储能系统，包括凸轮、绳、大腿弹簧以及小腿弹簧，所述凸轮固定设置于所述膝关节支撑座，所述绳的两端之间的部分活动卷绕于所述凸轮的外周部，所述大腿弹簧活动设置于所述大腿骨架，所述小腿弹簧活动设置于所述小腿骨架，所述绳的两端分别连接于所述大腿弹簧以及小腿弹簧的远离凸轮的一端，所述大腿弹簧和所述小腿弹簧的相对端分别与所述凸轮的外周部抵接。

在一些实施例中，所述储能系统还包括大腿压块和小腿压块；

所述大腿压块活动设置于所述大腿骨架，所述小腿压块活动设置于所述小腿骨架，所述大腿压块和所述小腿压块分别抵靠于所述大腿弹簧以及所述小腿弹簧的远离所述凸轮的一端，所述绳的两端分别固定连接于所述大腿压块和所述小腿压块。

在一些实施例中，所述大腿弹簧和所述大腿压块皆套设于所述大腿骨架内，所述小腿弹簧和所述小腿压块皆套设于所述小腿骨架内。

在一些实施例中，在所述凸轮的外周部上设置有用于限位所述绳的卷绕路径的凹槽。

在一些实施例中，所述凸轮与所述膝关节支撑座为一体成型件。

在一些实施例中，所述大腿骨架包括第一大腿连接杆、第二大腿连接杆以及第一大腿锁紧机构，所述第一大腿连接杆和所述第二大腿连接杆滑动连接，所述第一大腿锁紧机构将所述第一大腿连接杆可释放地锁紧在所述第二大腿连接杆上，在锁紧时，所述第一大腿连接杆和所述第二大腿连接杆相固定，在释放时，容许所述第一大腿连接杆和所述第二大腿连接杆相对移动；和/或，所述小腿骨架包括第一小腿连接杆、第二小腿连接杆以及第一小腿锁紧机构，所述第一小腿连接杆和所述第二小腿连接杆滑动连接，所述第一小腿锁紧机构将所述第一小腿连接杆可释放地锁紧在所述第二小腿连接杆上，在锁紧时，所述第一小腿连接杆和所述第二小腿连接杆相固定，在释放时，容许所述第一小腿连接杆和所述第二小腿连接杆相对移动。

在一些实施例中，所述腿部系统包括腿部挡板，所述腿部挡板包括挡板主体和挡板锁紧机构；所述挡板主体滑动连接所述大腿骨架，所述挡板锁紧机构用于将所述挡板主体可释放地锁紧在所述大腿骨架上，在锁紧时，所述挡板主体和所述大腿骨架固定，在释放时，容许所述挡板主体沿所述大腿骨架的长度方向移动。

在一些实施例中，所述机械外骨骼还包括背架系统，所述背架系统包括背架、托板、背带以及腰架；所述腿部系统还包括髋关节组件；所述背带和所述托板分别设置于所述背架的两相对侧，所述背架、所述腰架、所述髋关节组件以及所述大腿骨架依次相连。

在一些实施例中，所述腰架包括第一腰架连接杆和两组第二腰架连接杆；所述第一腰架连接杆固定在所述背架的下边缘处，所述两组第二腰架连接杆的第一端分别滑动连接于所述第一腰架连接杆的两端，并分别通过腰架锁紧机构锁紧于所述第一腰架连接杆的两端，所述两组第二腰架连接杆的第二端朝一侧延伸至与所述背带位于所述背架的同一侧，用于分别连接两组所述腿部系统的髋关节组件；所述腰架锁紧机构解锁时，容许所述两组第二腰架连接杆可分别相对于所述第一腰架连接杆移动，以使所述两组第二腰架连接杆的第二端相互靠近或者远离。

在一些实施例中，所述机械外骨骼还包括脚部系统，所述脚部系统包括踝关节组件、脚底连接板以及脚部绑缚装置；所述踝关节组件连接于所述小腿骨架和所述脚底连接板之间，所述脚部绑缚装置设置于所述脚底连接板。

与现有技术相比较，本实用新型实施例提供一种机械外骨骼，通过设置大、小腿弹簧，储能效率高，在膝关节弯曲相同角度的情况下，弹簧总形变量更大，弹性势能储存更多，释放出的助力更大，此外，能够有效缩减弹簧占用大、小腿骨架在长度方向上的空间，并且，可将弹簧的压缩长度平摊至两个弹簧的压缩中，从而较大程度地减少了单弹簧的压缩范围，提高设计的冗余度。

附图说明

一个或多个实施例通过与之对应的附图中的图片进行示例性说明，这些示例性说明并不构成对实施例的限定，附图中具有相同参考数字标号的元件表示为类似的元件，除非有特别申明，附图中的图不构成比例限制。

图1是本实用新型其中一实施例提供的机械外骨骼的结构示意图；

图2是图1所示的机械外骨骼在另一角度下的结构示意图；

图3是图1所示的机械外骨骼的背架系统的结构示意图；

图4是图3所示的背架系统在另一角度下的结构示意图；

图5是图1所示的机械外骨骼的腿部系统的结构示意图；

图6是图1所示的机械外骨骼的脚部系统的结构示意图；

图7是图1所示的机械外骨骼的储能系统的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型进行更详细的说明。需要说明的是，当元件被表述“连接”另一个元件，它可以直接在另一个元件上、或者其间可以存在一个或多个居中的元件。本说明书所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”、“上端”、“下端”、“顶部”以及“底部”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”、等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

除非另有定义，本说明书所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是用于限制本实用新型。

请参阅图1和图2，本实用新型其中一实施例提供一种机械外骨骼100，包括背架系统10、腿部系统20、脚部系统30以及储能系统40。腿部系统20连接在背架系统10和脚部系统30之间，储能系统40设置在腿部系统20上。

请参阅图3，背架系统10可用于承托负重11。背架系统10包括背架12、背带14、托板16、以及腰架18。背架12为背架系统10的基础平台，用于支撑整个背架系统10，并固定连接负重11。背带14用于将背架12固定在人体的肩背部上。托板16用于支撑负重11，并将负重11所施加的压力向背架12传递。腰架18连接在背架12和腿部系统20之间，用于将背架12所施加的压力向腿部系统20传递。

背架12整体呈板状，包括相背设置的第一表面120和第二表面122。背带14设置在第一表面120所面向的一侧，在背带14的作用下，第一表面120能够抵靠人体的肩背部，在第一表面120上可以设置有软垫，以提高舒适度。负重11和托板16设置在第二表面122所面向的一侧，在第二表面122上可以设置有用于固定连接负重11的固定机构，以避免负重11从托板16上意外脱落。

背架系统10包括两组背带14。两组背带14用于分别将背架12固定在人体的左、右肩背部。两组背带14的第一端皆设置在背架12上，两组背带14的第二端皆设置在腰架18上。可以理解，根据实际需要，两组背带14的第二端也可以皆设置在背架12上。

托板16铰接在背架12上，在未支撑负重11时可向上翻转，直至与背架12的第二表面122相贴合，利于收纳。

请参阅图4，腰架18大致呈“U”字形结构，包括第一腰架连接杆180和两组第二腰架连接杆182。第一腰架连接杆180固定在背架12的下边缘处，两组第二腰架连接杆182的第一端分别连接第一腰架连接杆180的两端，两组第二腰架连接杆182的第二端朝第一表面120所面向的一侧延伸，也即两组第二腰架组件182的第二端朝一侧延伸至与背带14位于背架12的同一侧，用于分别连接两组腿部系统20。

第一腰架连接杆180和两组第二腰架连接杆182之间的区域用于容纳人体的腰部，其中，第一腰架连接杆180的位置与人体的腰背部的位置相对应，两组第二腰架连接杆182的第二端分别与人体的左、右腰部的位置相对应。

第一腰架连接杆180的两端分别滑动连接两组第二腰架连接杆182的第一端，两组第二腰架连接杆182可分别相对于第一腰架连接杆180移动，以使得两组第二腰架连接杆182的第二端相互靠近或者远离，能够适应腰部宽度不同的人体。

两组背带14的第二端分别设置在两组第二腰架连接杆182上，以使得在两组第二腰架连接杆182的第二端相互靠近或者远离时，两组背带14的第二端相互靠近或者远离，用于配合腰架宽度调整的适应性调整。

第一腰架连接杆180的两端分别套接在两组第二腰架连接杆182的第一端上，以实现第一腰架连接杆180的两端分别滑动连接两组第二腰架连接杆182的第一端。其中，第一腰架连接杆180为内杆，两组第二腰架连接杆182皆为外杆，第一腰架连接杆180的两端分别套接在两组第二腰架连接杆182的两端内。第一、二腰架连接杆180、182的参数可以设置为如下，能够保证第一、二腰架连接杆180、182具有一定强度，并且重量较轻：第一腰架连接杆180的外径为22mm，第二腰架连接杆182的外径为24mm，第一、二腰架连接杆180、182的壁厚为1mm。

可以理解，根据实际需要，第一腰架连接杆180也可以为外杆，两组第二腰架连接杆182也可以皆为内杆，第一腰架连接杆180的两端分别套接在两组第二腰架连接杆182的两端外，只要第一、二腰架连接杆180、182两者之一为内杆，另一者为外杆即可。

两组第二腰架连接杆182的第一端分别通过腰架锁紧机构184可释放地锁紧在第一腰架连接杆180的两端上。在腰架锁紧机构锁紧184时，两组第二腰架连接杆182皆与第一腰架连接杆180相固定，在腰架锁紧机构184释放时，容许两组第二腰架连接杆182相对于第一腰架连接杆180移动。

腰架锁紧机构184可以为调节管夹。

请参阅图5，机械外骨骼100包括两组腿部系统20。每组腿部系统20包括髋关节组件22、大腿骨架24、腿部挡板26、膝关节组件28以及小腿骨架29。髋关节组件22连接在背架系统10和大腿骨架24之间，用于引导大腿骨架24相对于背架系统10旋转，并且将背架系统10所施加的压力向大腿骨架24传递。大腿骨架24连接在髋关节组件22和膝关节组件28之间，大腿骨架24用于支撑在髋关节组件22和膝关节组件28之间，并且将髋关节组件22所施加的压力向膝关节组件28传递。腿部挡板26设置在大腿骨架24上，用于将大腿骨架24固定在人体的大腿上。膝关节组件28连接在大腿骨架24和小腿骨架29之间，用于引导小腿骨架29相对于大腿骨架24旋转，并将大腿骨架24所施加的压力向小腿骨架29传递。小腿骨架29连接在膝关节组件28和脚部系统30之间，用于将膝关节组件28所施加的压力向脚部系统30传递。

髋关节组件22具有第一轴线x和第二轴线y，第一轴线x基本垂直于第二腰架连接杆182的第二端的长度方向，第二轴线y基本平行于第二腰架连接杆182的第二端的长度方向，髋关节组件22用于引导大腿骨架24分别绕第一、二轴线x、y相对于背架系统10转动。

髋关节组件22包括髋关节支撑座220和髋关节旋转轴222。髋关节支撑座220具有第一轴线x，铰接在第二腰架连接杆182的第二端上，髋关节支撑座220可绕第一轴线x相对于第二腰架连接杆182转动，以带动髋关节旋转轴222和大腿骨架24一并转动。髋关节旋转轴222具有第二轴线y，髋关节旋转轴222铰接在髋关节支撑座220上，髋关节旋转轴222可绕第二轴线y相对于髋关节支撑座220转动，以带动大腿骨架24一并转动。由此，能够实现髋关节组件22引导大腿骨架24分别绕第一、二轴线x、y相对于背架系统10转动的功能。

可以理解，根据实际需要，髋关节支撑座220和髋关节旋转轴222的位置可以互换，也即，髋关节旋转轴222也可以铰接在第二腰架连接杆182的第二端上，髋关节支撑座220也可以固定在大腿骨架24上，只要髋关节支撑座220和髋关节旋转轴222两者之一铰接在第二腰架连接杆182的第二端上，另一者固定在大腿骨架24上即可。

大腿骨架24包括第一大腿连接杆240和第二大腿连接杆242。第一大腿连接杆240的第一端连接髋关节组件22，第二大腿连接杆240的第二端连接膝关节组件28，第一大腿连接杆240的第二端滑动连接第二大腿连接杆242的第二端。第一、二大腿连接杆240、242的长度方向一致，第二大腿连接杆242可沿第一大腿连接杆240移动，以收入或者伸出于第一大腿骨架242，从而调整大腿骨架24的长度，能够适配大腿长度不同的人体。腿部挡板26设置在第一大腿连接杆240上，根据实际需要，也可以设置在第二大腿连接杆242上。

第一大腿连接杆240的第二端套接在第二大腿连接杆242的第二端上，以实现第一大腿连接杆240滑动连接第二大腿连接杆242。其中，第一大腿连接杆240为内杆，第二大腿连接杆242为外杆，第一大腿连接杆240的第二端套接在第二大腿连接杆242的第二端内。第一、二大腿连接杆240、242的参数可以设置为如下，能够保证第一、二大腿连接杆240、242具有一定强度，并且重量较轻：第一大腿连接杆240的外径为16mm，第二大腿连接杆242的外径为18mm，第一、二大腿连接杆240、242的壁厚为1mm。

可以理解，根据实际需要，第一大腿连接杆240也可以为外杆，第二大腿连接杆242也可以为内杆，第一大腿连接杆240的第二端套接在第二大腿连接杆242外，只要第一、二大腿连接杆240、242两者之一为内杆，另一者为外杆即可。

第一大腿连接杆240的第二端通过大腿锁紧机构244可释放地锁紧在第二大腿连接杆242的第二端上。在大腿锁紧机构244锁紧时，第一大腿连接杆240与第二大腿连接杆242相固定，在大腿锁紧机构244释放时，容许第一大腿连接杆240与第二大腿连接杆242相对移动。

大腿锁紧机构244可以为调节管夹。

腿部挡板26包括挡板主体260和挡板锁紧机构262。挡板主体260滑动连接大腿骨架24，用于固定在人体大腿上，挡板锁紧机构262用于将挡板主体260可释放地锁紧在大腿骨架24上，在锁紧时，挡板主体260与大腿骨架24固定，在释放时，容许挡板主体260沿大腿骨架24的长度方向移动，用于配合大腿骨架24长度调整的适应性调整。

挡板主体240设置有曲面部。曲面部用于与人体的大腿相贴合，以实现挡板主体240固定在人体大腿上。

挡板锁紧机构262可以为螺栓。

膝关节组件28具有第三轴线y'，第三轴线y'基本平行于第二轴线y。膝关节组件28用于引导小腿骨架29绕第三轴线相对于大腿骨架24转动。

膝关节组件28包括膝关节支撑座280和膝关节旋转轴282。膝关节支撑座280固定在大腿骨架24上，膝关节旋转轴282具有第三轴线，膝关节旋转轴282固定在小腿骨架29上，膝关节旋转轴282铰接在膝关节支撑座280上，膝关节旋转轴282可绕第三轴线y'相对于膝关节支撑座282转动，以带动小腿骨架29一并转动。由此，能够实现膝关节组件28引导小腿骨架29绕第三轴线y'相对于大腿骨架24转动。

可以理解，根据实际需要，膝关节支撑座280和膝关节旋转轴282的位置可以互换，也即，膝关节旋转轴282也可以固定在大腿骨架24上，膝关节支撑座280也可以固定在小腿骨架29上，只要膝关节支撑座280和膝关节旋转轴282两者之一固定在大腿骨架24上，另一者固定在小腿骨架29上即可。

小腿骨架29包括第一小腿连接杆290和第二小腿连接杆292。第一小腿连接杆290的第一端连接膝关节组件28，第二小腿连接杆292的第一端连接脚部系统30，第一小腿连接杆290的第二端滑动连接第二小腿连接杆292的第二端。第一、二小腿连接杆290、292的长度方向一致，第一、二小腿连接杆290、292可相对移动，以调整小腿骨架29的长度，从而适配小腿长度不同的人体。

第一小腿连接杆290的第二端套接在第二小腿连接杆292的第二端上，以实现第一小腿连接杆290滑动连接第二小腿连接杆292。其中，第一小腿连接杆290为内杆，第二小腿连接杆292为外杆，第一小腿连接杆290的第二端套接在第二小腿连接杆292的第二端内。第一、二小腿连接杆290、292的参数可以设置为如下，能够保证第一、二小腿连接杆290、292具有一定强度，并且重量较轻：第一小腿连接杆290的外径为15mm，第二小腿连接杆292的外径为17mm，第一、二小腿连接杆290、292的壁厚为1mm。

可以理解，根据实际需要，第一小腿连接杆290也可以为外杆，第二小腿连接杆292也可以为内杆，第一小腿连接杆290的第二端套接在第二小腿连杆杆外，只要第一、二小腿连接杆两者290、292之一为内杆，另一者为外杆即可。

第一小腿连接杆290的第二端通过小腿锁紧机构294可释放地锁紧在第二小腿连接杆292的第二端上。在小腿锁紧机构294锁紧时，第一小腿连接杆290与第二小腿连接杆292相固定，在大腿锁紧机构294释放时，容许第一小腿连接杆290与第二小腿连接杆292相对移动。

小腿锁紧机构294可以为调节管夹。

请参阅图6，脚部系统30包括踝关节组件32、脚底连接板34以及脚部绑缚装置36。踝关节组件32连接在小腿骨架29和脚底连接板34之间，用于引导脚底连接板34相对于小腿骨架29旋转，并且将小腿骨架29所施加的压力向脚底连接板34传递。脚底连接板34用于在地面支撑整个脚部系统30。脚部绑缚装置36连接脚底连接板34，用于将脚部连接板34固定在人体的脚部，可允许人体穿鞋。

踝关节组件32用于引导脚底连接板34朝任意方向相对于小腿骨架29转动。

踝关节组件32包括踝关节万向节320和踝关节支撑座322。踝关节万向节320固定连接小腿骨架29，踝关节支撑座322连接脚底连接板34，踝关节万向节320与踝关节支撑座322固定连接。

踝关节万向节320包括上引脚和下引脚。上引脚固定连接小腿骨架29，下引脚固定连接踝关节支撑座322，下引脚可朝任意方向相对于上引脚转动，以带动支撑座322、脚底连接板34一并转动。

上引脚螺接在小腿骨架29上，以实现上引脚固定连接小腿骨架29。其中，在小腿骨架29上设置有内螺纹结构，在上引脚上设置有外螺纹结构，内、外螺纹结构相配合，以实现上引脚螺接在小腿骨架29上。

可以理解，根据实际需要，内、外螺纹结构的位置可以互换，也即在小腿骨架29上设置有外螺纹结构，在上引脚上设置有内螺纹结构。另外，根据实际需要，上引脚还可以通过焊接、铆接等方式固定在小腿骨架29上。

下引脚螺接在踝关节支撑座322上，以实现下引脚固定连接踝关节支撑座322。其中，在下引脚上设置有外螺纹结构，在踝关节支撑座322上设置有内螺纹结构，在下引脚上设置有外螺纹结构，内、外螺纹结构相配合，以实现下引脚螺接在踝关节支撑座322上。

脚底连接板34的外端与踝关节支撑座322相螺接，以实现踝关节支撑座322固定连接脚底连接板34，根据实际需要，脚底连接板34也可以铆接、焊接在踝关节支撑座322上。

脚底连接板34的内端嵌入脚部绑缚装置36中，通过粘贴工艺固定连接。

请参阅图7，储能系统40包括凸轮41、大腿压块42、大腿弹簧43、小腿弹簧44、小腿压块45以及绳46。凸轮41固定设置于膝关节支撑座280上，凸轮41的中心线与第三中轴线y'相重合，大腿压块42和大腿弹簧43活动设置于大腿骨架24，小腿弹簧44和小腿压块45活动设置于小腿骨架29，大腿压块42和小腿压块45分别抵靠于大腿弹簧43以及小腿弹簧44的远离凸轮41的一端，大腿弹簧43以及小腿弹簧44的相对端分别抵接于凸轮41的外周部，绳46的两端分别固定连接于大腿压块42和小腿压块45，绳46的两端之间的部位活动卷绕于凸轮41的外周部。

在人体行走的过程中，人体屈膝时，膝关节支撑座280带动凸轮41转动至第一角度位置，凸轮41上卷绕的绳46的长度增加，凸轮41通过绳46拉动大、小腿压块42、45朝向凸轮41移动，以使大、小腿弹簧43、44压缩储存弹性势能；人体在步态的支撑相时，膝关节支撑座280带动凸轮41反向转动至第二角度位置，凸轮41上卷绕的绳46的长度减少，大、小腿弹簧43、44释放弹性势能，分别推动大、小腿压块42、45远离凸轮41移动，能够减轻腿部肌肉负荷。通过在大、小腿骨架24、29上分别设置大、小腿弹簧43、44，相比较于传统的单弹簧储能方式，具有以下优势：

储能效率高，在膝关节弯曲相同角度的情况下，弹簧总形变量更大，弹性势能储存更多，释放出的助力更大；

能够有效缩减弹簧占用大、小腿骨架在长度方向上的空间，在传统的单弹簧设计中，为了保证膝关节足够的旋转角度，需对弹簧设置较大的压缩长度，导致弹簧过长，占用大、小腿骨架在长度方向上的空间过长，从而影响大、小腿骨架的长度调节，降低了人体的适用身高范围，而采用双弹簧设计，可将弹簧的压缩长度平摊至两个弹簧的压缩中，从而较大程度地减少了单弹簧的压缩范围，提高设计的冗余度。

大、小腿弹簧43、44分别套设于在大小腿骨架24、29内，以分别实现大、小腿弹簧43、44活动设置于大小腿骨架24、29。

大、小腿压块42、45分别套设在大、小腿骨架24、29内，以分别实现大、小腿压块42、45活动设置于大、小腿骨架24、29。

具体地，大、小腿压块42、45分别套设在第二大腿连接杆242、第一小腿连接杆292内。相对应地，大、小腿弹簧43、44分别套设在第二大腿连接杆242、第一小腿连接杆292内。

凸轮41可以安装在膝关节支撑座280上，例如，通过螺接、铆接、焊接等方式安装在膝关节支撑座280上，也可以与膝关节支撑座280为一体成型件。

在凸轮41的外周部上设置有用于限位绳46的卷绕路径的凹槽。凹槽可以为U形凹槽。

绳46可以为钢丝绳。

可以理解，根据实际需要，大、小腿压块42、45可以省略，例如，绳46的两端分别直接连接大腿弹簧43以及小腿弹簧44的远离凸轮41的一端。

机械外骨骼100的支撑结构可由碳纤维材质制得，具有质量轻、柔韧性好、强度高的特点。支撑结构如背架12、托板16、第一腰架连接杆180、第二腰架连接杆182、第一大腿连接杆240、第二大腿连接杆242、第一小腿连接杆290、第二小腿连接杆292、脚部连接板34等。

与现有技术相比较，本实用新型实施例提供一种机械外骨骼100，通过设置大、小腿弹簧43、44，储能效率高，在膝关节弯曲相同角度的情况下，弹簧总形变量更大，弹性势能储存更多，释放出的助力更大，此外，能够有效缩减弹簧占用大、小腿骨架24、29在长度方向上的空间，并且，可将弹簧的压缩长度平摊至两个弹簧的压缩中，从而较大程度地减少了单弹簧的压缩范围，提高设计的冗余度。

另外，机械外骨骼100的支撑结构可由碳纤维材质制得，并且腿部系统20只有大腿挡板26，省略了传统的小腿绑缚，减轻了机械外骨骼100的自重，降低了机械外骨骼100的复杂程度，减少了穿戴时间，提高了机械外骨骼100与人体的交互性。

另外，机械外骨骼100采用拟人化设计，与人体的运动完全匹配，也即，髋关节组件22能够引导大腿骨架24绕两个轴线转动，膝关节组件28能够引导小腿骨架29绕一个轴线转动，踝关节组件32能够引导脚部底板34朝任意方向转动，能够允许人体进行任何动作而不产生干涉。

另外，腰架18包括滑动连接的第一、二腰架连接杆180、182，能够调整腰架18的宽度，能够适用腰部宽度不同的人体；大腿骨架24包括滑动连接的第一、二大腿连接杆240、242，能够调整大腿骨架24的长度，能够适用大腿长度不同的人体；小腿骨架29包括滑动连接的第小腿一、二连接杆290、292，能够调整小腿骨架29的长度，能够适用小腿长度不同的人体。由此，本实用新型实施例提供的机械外骨骼100适用的人群范围广。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；在本实用新型的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本实用新型的不同方面的许多其它变化，为了简明，它们没有在细节中提供；尽管参阅前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种机械外骨骼，其特征在于，包括：

腿部系统，包括大腿骨架、膝关节组件以及小腿骨架，所述膝关节组件包括膝关节支撑座和膝关节转轴，所述膝关节支撑座和所述膝关节转轴相铰接，所述膝关节支撑座和所述膝关节转轴两者之一固定连接所述大腿骨架，另一者固定连接所述小腿骨架；以及

储能系统，包括凸轮、绳、大腿弹簧以及小腿弹簧，所述凸轮固定设置于所述膝关节支撑座，所述绳的两端之间的部分活动卷绕于所述凸轮的外周部，所述大腿弹簧活动设置于所述大腿骨架，所述小腿弹簧活动设置于所述小腿骨架，所述绳的两端分别连接于所述大腿弹簧以及小腿弹簧的远离凸轮的一端，所述大腿弹簧和所述小腿弹簧的相对端分别与所述凸轮的外周部抵接。

2.根据权利要求1所述的机械外骨骼，其特征在于，所述储能系统还包括大腿压块和小腿压块；

所述大腿压块活动设置于所述大腿骨架，所述小腿压块活动设置于所述小腿骨架，所述大腿压块和所述小腿压块分别抵靠于所述大腿弹簧以及所述小腿弹簧的远离所述凸轮的一端，所述绳的两端分别固定连接于所述大腿压块和所述小腿压块。

3.根据权利要求2所述的机械外骨骼，其特征在于，所述大腿弹簧和所述大腿压块皆套设于所述大腿骨架内，所述小腿弹簧和所述小腿压块皆套设于所述小腿骨架内。

4.根据权利要求1所述的机械外骨骼，其特征在于，在所述凸轮的外周部上设置有用于限位所述绳的卷绕路径的凹槽。

5.根据权利要求1所述的机械外骨骼，其特征在于，所述凸轮与所述膝关节支撑座为一体成型件。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的机械外骨骼，其特征在于，所述大腿骨架包括第一大腿连接杆、第二大腿连接杆以及第一大腿锁紧机构，所述第一大腿连接杆和所述第二大腿连接杆滑动连接，所述第一大腿锁紧机构将所述第一大腿连接杆可释放地锁紧在所述第二大腿连接杆上，在锁紧时，所述第一大腿连接杆和所述第二大腿连接杆相固定，在释放时，容许所述第一大腿连接杆和所述第二大腿连接杆相对移动；和/或，

所述小腿骨架包括第一小腿连接杆、第二小腿连接杆以及第一小腿锁紧机构，所述第一小腿连接杆和所述第二小腿连接杆滑动连接，所述第一小腿锁紧机构将所述第一小腿连接杆可释放地锁紧在所述第二小腿连接杆上，在锁紧时，所述第一小腿连接杆和所述第二小腿连接杆相固定，在释放时，容许所述第一小腿连接杆和所述第二小腿连接杆相对移动。

7.根据权利要求6所述的机械外骨骼，其特征在于，所述腿部系统包括腿部挡板，所述腿部挡板包括挡板主体和挡板锁紧机构；

所述挡板主体滑动连接所述大腿骨架，所述挡板锁紧机构用于将所述挡板主体可释放地锁紧在所述大腿骨架上，在锁紧时，所述挡板主体和所述大腿骨架固定，在释放时，容许所述挡板主体沿所述大腿骨架的长度方向移动。

8.根据权利要求1至5任意一项所述的机械外骨骼，其特征在于，还包括背架系统，所述背架系统包括背架、托板、背带以及腰架；所述腿部系统还包括髋关节组件；

所述背带和所述托板分别设置于所述背架的两相对侧，所述背架、所述腰架、所述髋关节组件以及所述大腿骨架依次相连。

9.根据权利要求8所述的机械外骨骼，其特征在于，所述腰架包括第一腰架连接杆和两组第二腰架连接杆；

所述第一腰架连接杆固定在所述背架的下边缘处，所述两组第二腰架连接杆的第一端分别滑动连接于所述第一腰架连接杆的两端，并分别通过腰架锁紧机构锁紧于所述第一腰架连接杆的两端，所述两组第二腰架连接杆的第二端朝一侧延伸至与所述背带位于所述背架的同一侧，用于分别连接两组所述腿部系统的髋关节组件；

所述腰架锁紧机构解锁时，容许所述两组第二腰架连接杆可分别相对于所述第一腰架连接杆移动，以使所述两组第二腰架连接杆的第二端相互靠近或者远离。

10.根据权利要求8所述的机械外骨骼，其特征在于，还包括脚部系统，所述脚部系统包括踝关节组件、脚底连接板以及脚部绑缚装置；

所述踝关节组件连接于所述小腿骨架和所述脚底连接板之间，所述脚部绑缚装置设置于所述脚底连接板。

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