CN216940673U - 有源下肢型外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种有源下肢型外骨骼，包括：背部单元、腰部单元、髋关节、大腿单元、膝关节、小腿单元、动力装置、踝关节、脚部单元、拉绳锁紧装置、控制装置、拉绳和传感装置。当穿戴者借助背部托板背负重物并进行行走时，脚底压力传感器可对左右脚的步态相位完成测量，腿部惯性传感器可对左右脚的膝关节的弯曲角度进行测量，并将测量到的压力信号和运动信号(即角度变化值)进行特征提取与识别后传输至控制装置内，控制装置根据压力信号和运动信号(即角度变化值)识别穿戴者的人体动态意图控制动力装置执行，使拉绳实现在动力装置的驱动下对左右脚膝关节的旋转助力，最终达到减轻膝关节受力，减少人体所承担的负载重量，增强人体负重能力的目的。

Description

有源下肢型外骨骼

技术领域

本实用新型涉及外骨骼装备技术领域，特别是涉及一种有源下肢型外骨骼。

背景技术

随着现代化战争发展，武器装备不断改善，士兵背负重量呈越来越重的趋势，直接影响了士兵的战斗力和健康状况。近年来，应用于体能增强的外骨骼作为具有强大功能的可穿戴机械设备，越来越受到国内外众多学者和科研人员的重视，成为新的研究热点，并开始逐步运用到军工领域。外骨骼这一名词来源于生物学中昆虫和壳类动物的坚硬外壳，外骨骼主要为昆虫和壳类动物提供了防护和支撑功能。人体机械外骨骼系统是一种穿戴在操作者身体外部的，在为操作者提供了诸如保护、身体支撑等功能的基础上，为穿戴者提供了额外的动力或能力，增强了人体机能，能够在操作者的控制下完成一定的功能和任务。

无源下肢型外骨骼是一种人体负重助力装置，为穿戴者设计一套体外支架，通过将外挂物重量传导到地面的同时，放大穿戴者的肢体动感，做到既增强士兵作业能力，又保持其行动灵活性的，无源下肢型外骨骼可以在不限制运动灵活度的前提下，增强士兵负重能力，减小士兵疲劳程度，降低受伤几率，提高战斗力，有效解决城市复杂地形环境、高原山地缺氧环境的士兵体能问题。无源下肢型外骨骼要实现为人体助力，在支撑相需要体现出“刚性”对人体进行负载支撑，在摆动相负载不干扰人体的正常行走，达到人机交互力最小，两者既有明显不同的功能需求又有着“同一机械结构”这一本质联系。

然而，现有的无源下肢型外骨骼仅能在穿戴者进行屈身拾起或放置重物时起到助力作用，而在穿戴者负重行走过程中，无法对穿戴者的膝关节进行有效助力，无法在穿戴者移动过程中承担负载重量。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种有源下肢型外骨骼，旨在解决现有技术无法在穿戴者步行过程中对膝关节进行助力的问题。

本申请提供一种有源下肢型外骨骼，所述有源下肢型外骨骼包括：

背部单元，所述背部单元包括背部托板和腰背板，所述背部托板与所述腰背板连接，所述背部托板用于装载重物；

动力装置和控制装置，所述动力装置和所述控制装置电性连接并分别安装在所述腰背板上；

腰部单元，所述腰部单元与所述背部单元活动连接；

髋关节和大腿单元，所述腰部单元通过所述髋关节与所述大腿单元活动连接；

膝关节和小腿单元，所述大腿单元通过所述膝关节与所述小腿单元活动连接；

踝关节和脚部单元，所述小腿单元通过所述踝关节与所述脚部单元活动连接；

拉绳和拉绳锁紧装置，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿单元上，所述拉绳的一端与所述动力装置连接，另一端与所述拉绳锁紧装置固定，所述动力装置能够驱动所述拉绳卷收变短或卷放变长，以带动所述大腿单元通过所述膝关节相对所述小腿单元进行旋转；以及

传感装置，所述传感装置包括分别与所述控制装置电性连接的脚底压力传感器和腿部惯性传感器，所述脚底压力传感器设置于所述脚部单元上，所述腿部惯性传感器设置于所述大腿单元和所述小腿单元上。

上述方案的有源下肢型外骨骼用于使穿戴者穿戴在身上，具体穿戴在身体的背部及以下的下肢部位，用以减轻穿戴者进行负重劳动时的体力损耗。具体而言，穿戴者在搬运重物时，可以将重物放置在背部托板上，此时，重物产生的重力经由背部托板传递至腰部单元，之后沿着腰部单元、髋关节、大腿单元、膝关节、小腿单元、踝关节再到脚部单元，最终从脚部单元传递至地面，整个重力的传递路径笔直向下，传力路径短，重力传导到地面高效，可有效减轻穿戴者的负重；此外，当穿戴者借助背部托板背负重物并进行行走时，脚底压力传感器可对左右脚的步态相位完成测量，腿部惯性传感器可对左右脚的膝关节的弯曲角度进行测量，并将测量到的压力信号和运动信号(即角度变化值)进行特征提取与识别后传输至控制装置内，控制装置通过智能模糊推理算法，进行认知决策，从而根据压力信号和运动信号(即角度变化值)识别穿戴者的人体动态意图，再将决策命令通过CAN接口传递到动力装置执行，此时动力装置可对拉绳进行卷收，以使拉绳变短而对小腿单元起到向上提拉作用，小腿单元相对大腿单元发生弯曲，匹配行走中腿部离地屈曲动作，或者对拉绳进行卷放，以使拉绳变长而配合小腿单元向下旋转落下的动作，从而使拉绳实现在动力装置的驱动下对左右脚膝关节的旋转助力，最终达到减轻膝关节受力，减少人体所承担的负载重量，增强人体负重能力的目的。

下面对本申请的技术方案作进一步的说明：

在其中一个实施例中，所述动力装置包括电机和卷轮，所述电机的驱动轴与所述卷轮连接，所述拉绳的一端卷绕并固定在所述卷轮的外周。

在其中一个实施例中，所述有源下肢型外骨骼还包括电池，所述电池设置于所述腰背板上并与所述控制装置电性连接。

在其中一个实施例中，所述有源下肢型外骨骼还包括腰背调节锁紧装置，所述背部单元还包括背板、背部支撑条和背带，所述腰部单元还包括腰部支撑杆，所述背部托板转动设置于所述腰背板上，所述背板通过所述背部支撑条与所述腰背板连接，所述背带与所述背板连接并用于固定在穿戴者的肩部上；所述腰背板通过所述腰背调节锁紧装置与所述腰部支撑杆的一端可调锁紧连接，所述腰部支撑杆的另一端与所述髋关节连接。

在其中一个实施例中，所述拉绳依次穿过所述腰部支撑杆、所述髋关节、所述大腿单元和所述小腿单元的内腔后，与内置于所述小腿单元内的所述拉绳锁紧装置连接固定。

在其中一个实施例中，所述背部支撑条上沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔开设有至少两个第一调节孔，所述腰背板通过卡扣可择一与任一所述第一调节孔卡扣连接，以实现所述背板与所述腰背板的间距调节；

所述背部托板向上倾斜设置并与所述背板之间呈锐角设置；

所述腰背板上沿水平方向开设有腰型孔，所述腰背调节锁紧装置可滑动设置于所述腰型孔内固定，以实现所述腰部单元的宽度调节。

在其中一个实施例中，所述大腿单元包括大腿支撑条、大腿骨架和大腿关节座，所述小腿单元包括小腿关节座，所述大腿关节座与所述小腿关节座通过所述膝关节转动连接；所述大腿骨架通过所述大腿支撑条与所述髋关节相连，所述大腿骨架采用中空结构设计；

所述小腿单元还包括与所述小腿关节座连接的小腿骨架，所述小腿骨架采用中空结构设计，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿骨架的中空腔内并与所述拉绳相连。

在其中一个实施例中，所述大腿支撑条沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔设置有至少两个第二调节孔，所述大腿骨架通过卡扣能够择一与任一所述第二调节孔卡扣连接，以实现所述大腿单元的长度调节；

所述大腿单元还包括大腿挡板和大腿绑带，所述大腿挡板设置于所述大腿骨架上，所述大腿绑带连接于所述大腿挡板与所述大腿骨架之间；

所述大腿挡板开设有第一散热孔。

在其中一个实施例中，所述小腿单元还包括小腿支撑条，所述小腿骨架与所述小腿支撑条连接，所述小腿支撑条通过所述踝关节与所述脚部单元活动连接；

所述小腿支撑条沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向开设有间隔设置的至少两个第三调节孔，所述小腿骨架通过卡扣能够择一与任一所述第三调节孔卡扣连接，以实现所述小腿单元的长度调节；

所述小腿单元还包括小腿挡板和小腿绑带，所述小腿挡板设置于所述小腿骨架上，所述小腿绑带连接于所述小腿挡板与所述小腿骨架支架；所述小腿挡板开设有第二散热孔。

在其中一个实施例中，所述脚部单元包括踝关节支撑座、脚底板和脚部绑带，所述踝关节通过所述踝关节支撑座连接于所述脚底板上，所述脚部绑带设置于所述脚底板上；

所述脚部绑带设置有调节扣，所述调节扣用于使所述脚部绑带的长度可调。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例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实用新型的一些实施例，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为本实用新型一实施例所述的有源下肢型外骨骼的结构示意图；

图2为图1的另一视角的结构示意图。

附图标记说明：

10、背部单元；11、背部托板；12、背板；13、背部支撑条；14、背带；20、重物；30、腰部单元；31、腰背板；32、腰部支撑杆；33、腰带；40、髋关节；50、大腿单元；51、大腿支撑条；52、大腿骨架；53、大腿关节座；54、大腿挡板；541、第一散热孔；55、大腿绑带；60、膝关节；70、小腿单元；71、小腿关节座；72、小腿支撑条；73、小腿挡板；731、第二散热孔；74、小腿绑带；75、小腿骨架；80、动力装置；81、电机；82、卷轮；90、踝关节；100、脚部单元；110、踝关节支撑座；120、脚底板；130、脚部绑带；200、腰背调节锁紧装置；300、拉绳锁紧装置；400、控制装置；500、脚底压力传感器；600、腿部惯性传感器。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，为本申请一实施例展示的一种有源下肢型外骨骼，有源下肢型外骨骼的设计可以帮助人类负重行走，增强行走能力和速度，减轻长途跋涉负重后的疲劳。因此其不仅在军事领域具有重要的应用价值，还可广泛应用于抢险救灾、攀登、建筑与工业辅助等民用领域。

有源下肢型外骨骼主要根据仿生学的思想，为穿戴者设计一套体外支架，通过将外挂物重量传导到地面的同时，放大穿戴者的肢体动感，做到既增强士兵作业能力，又保持其行动灵活性的，它不受地面路况、天气环境、作业时间与空间的约束，其拟人化结构设计可以使外骨骼与使用者的四肢运动保持协调一致，负重通过外骨骼骨架转移到腿部与地面，士兵感受的负重只有实际负重的40％甚至更低，从而极大地减少士兵的体能消耗，使其在高强度作业后仍然保持较充沛的体能，提高作业效率。单兵作业，尤其是针对单兵在高寒高海拔环境下的携行机动、巡逻、作战等作业的迫切应用需求，研究以增强人体负重能力，降低人体代谢消耗为主要设计目标的有源下肢型外骨骼，具有重要的意义。

双足行走是典型的周期性运动，人体通过双侧下肢的对称性运动使身体重心有效移动。人体单腿的步态主要可以分为两个主要阶段：始于脚跟着地止于脚尖离地的支撑相(ST)，和始于脚尖离地至再次脚跟着地的摆动相(SW)，支撑相与摆动相这两种姿态交替进行。在支撑相中，支撑腿与地面保持接触并支撑人体质心向前移动，大约占用了整个步态的60％。而支撑相又可以进一步划分为三个阶段，一个由脚跟着地(HS)、脚掌着地(TS)构成的初始阶段(支撑相初期，SF)，一个由中段支撑构成的承载阶段(支撑相中期，MST)，和一个由末端支撑和预摆构成的支撑相末期阶段(支撑相末期，TST)。摆动相中，摆动腿离地后先弯曲而后伸直并向前迈步开始下一步的支撑相。

请继续参阅图1和图2，示例性地，本实施例中所述有源下肢型外骨骼包括：背部单元10、腰部单元30、髋关节40、大腿单元50、膝关节60、小腿单元70、动力装置80、踝关节90、脚部单元100、拉绳锁紧装置、控制装置400、拉绳和传感装置。

所述背部单元10包括背部托板11和腰背板31，所述背部托板11与所述腰背板31连接，所述背部托板11用于装载重物20。所述动力装置80和所述控制装置400电性连接并分别安装在所述腰背板31上。所述腰部单元30与所述背部单元10活动连接；所述腰部单元30通过所述髋关节40与所述大腿单元50活动连接；所述大腿单元50通过所述膝关节60与所述小腿单元70活动连接。所述拉绳锁紧装置300设置于所述小腿单元70上，所述拉绳的一端与所述动力装置80连接，另一端与所述拉绳锁紧装置300固定，所述动力装置80能够驱动所述拉绳卷收变短或卷放变长，以带动所述大腿单元50通过所述膝关节60相对所述小腿单元70进行旋转；以及所述传感装置包括分别与所述控制装置400电性连接的脚底压力传感器500和腿部惯性传感器600，所述脚底压力传感器500设置于所述脚部单元100上，所述腿部惯性传感器600设置于所述大腿单元50和所述小腿单元70上。

综上，实施本实施例技术方案将具有如下有益效果：上述方案的有源下肢型外骨骼用于使穿戴者穿戴在身上，具体穿戴在身体的背部及以下的下肢部位，用以减轻穿戴者进行负重劳动时的体力损耗。具体而言，穿戴者在搬运重物20时，可以将重物20放置在背部托板11上，此时，重物20产生的重力经由背部托板11传递至腰部单元30，之后沿着腰部单元30、髋关节40、大腿单元50、膝关节60、小腿单元70、踝关节90再到脚部单元100，最终从脚部单元100传递至地面，整个重力的传递路径笔直向下，传力路径短，重力传导到地面高效，可有效减轻穿戴者的负重；此外，此外，当穿戴者借助背部托板11背负重物20并进行行走时，脚底压力传感器500可对左右脚的步态相位完成测量，腿部惯性传感器600可对左右脚的膝关节的弯曲角度进行测量，并将测量到的压力信号和运动信号(即角度变化值)进行特征提取与识别后传输至控制装置400内，控制装置400通过智能模糊推理算法，进行认知决策，从而根据压力信号和运动信号(即角度变化值)识别穿戴者的人体动态意图，再将决策命令通过CAN接口传递到动力装置80执行，此时动力装置80可对拉绳进行卷收，以使拉绳变短而对小腿单元70起到向上提拉作用，小腿单元70相对大腿单元50发生弯曲，匹配行走中腿部离地屈曲动作，或者对拉绳进行卷放，以使拉绳变长而配合小腿单元70向下旋转落下的动作，从而使拉绳实现动力装置80的驱动下对左右脚膝关节的旋转助力，最终达到减轻膝关节受力，减少人体所承担的负载重量，增强人体负重能力的目的。

在一些实施例中，所述动力装置80包括电机81和卷轮82，所述电机81的驱动轴与所述卷轮82连接，所述拉绳的一端卷绕并固定在所述卷轮82的外周。电机81驱动卷轮82顺时针旋转时，卷轮82可卷放拉绳使拉绳变长，从而适配脚部由抬起向地面放下的动作运动；电机81驱动卷轮82逆时针旋转时，卷轮82可卷收拉绳以使拉绳变短，拉绳便可拉动小腿单元70向上旋转，从而实现对膝关节助力，减轻膝关节受力，减少人体所承担的负载重量，增强人体负重能力的目的。

此外，为保证有源下肢型外骨骼能够在户外长时间使用，所述有源下肢型外骨骼还包括电池，所述电池设置于所述腰背板31上并与所述控制装置400电性连接。电池用于为控制装置400和动力装置80供电，保证外骨骼长时间持续可靠工作。

请继续参阅图1和图2，在上述实施例中，所述有源下肢型外骨骼还包括腰背调节锁紧装置200，所述背部单元10还包括背板12、背部支撑条13和背带14，所述腰部单元30还包括腰部支撑杆32，所述背部托板11转动设置于所述腰背板31上，所述背板12通过所述背部支撑条13与所述腰背板31连接，所述背带14与所述背板12连接并用于固定在穿戴者的肩部上；所述腰背板31通过所述腰背调节锁紧装置200与所述腰部支撑杆32的一端可调锁紧连接，所述腰部支撑杆32的另一端与所述髋关节40连接。

背部单元10中，背部托板11和背板12充当主要的承力部件，当重物20放置到背部托板11上后，首先承载重物20的重力并将重力进行传递。此时背部承受的负重重量通过背部托板11一部分通过背部支撑条13和背板12向上传递给背带14，从而由穿戴者的肩部承担。另一部分重量则会通过腰背板31向下传递到腰部单元30。

较佳地，所述拉绳依次穿过所述腰部支撑杆32、所述髋关节40、所述大腿单元50和所述小腿单元70的内腔后，与内置于所述小腿单元70内的所述拉绳锁紧装置300连接固定。因而拉绳被隐藏安装，拉绳可受到有效防护，利于提高使用寿命和可靠性，同时拉绳未外露，还可提高外骨骼装置的外观美观度。

请继续参阅图1，腰部单元30包括腰带33，腰带33的两端分别与两侧的髋关节40连接，背带14设置为两根，且一端与腰带33相连，实现背部单元10与穿戴者背部紧固绑接。

腰背板31能够通过腰背调节锁紧装置200与腰部支撑杆32活动调节，从而根据不同穿戴者的背部长度调整背部单元10的长度，之后将腰背调节锁紧装置200锁紧，使背部单元10能够很好的适用当前穿戴者。

在一些实施例中，所述背部支撑条13上沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔开设有至少两个第一调节孔，所述腰背板31通过卡扣可择一与任一所述第一调节孔卡扣连接，以实现所述背板12与所述腰背板31的间距调节，也即完成背部单元10的长度调节，从而使背部单元10能够适配不同穿戴者的穿戴需要，提升外骨骼装置的适用范围。

请继续参阅图2，所述背部托板11向上倾斜设置并与所述背板12之间呈锐角设置。具体地，本实施例中优选背部托板11与背板12间的夹角为75°。这样能够防止背部负重向后滑落，且可使重物20的中心更加贴靠穿戴者背部，减小重物20对人体腰部的力矩，使穿戴者感受到的负重感更低，提升穿戴者舒适感。

进一步地，所述腰背板31上沿水平方向开设有腰型孔，所述腰背调节锁紧装置200可滑动设置于所述腰型孔内固定，以实现所述腰部单元30的宽度调节。例如，腰型孔的长度设置为60mm。腰背调节锁紧装置200采用螺钉。当螺钉在腰型孔内滑动且调节到位时，锁紧螺钉，此时完成了对腰部单元30的宽度的灵活调节，从而满足具有不同体格宽度的穿戴者的穿戴需要。

本方案中，髋关节40设置了三个空间方向的旋转自由度，分别为屈曲/伸展、内收/外摆与左旋/右旋自由度，以匹配人体的髋关节40运动。腰带33实现了外骨骼腰部单元30与人体腰部的连接，具体而言腰带33的一端通过魔术贴、夹板螺钉等连接结构连接到外骨骼腰部单元30上，另一端通过织带、插扣与环扣等连接结构绑缚到人体腰部上。

请继续参阅图1和图2，在一些实施例中，所述大腿单元50包括大腿支撑条51、大腿骨架52和大腿关节座53，所述小腿单元70包括小腿关节座71，所述大腿关节座53与所述小腿关节座71通过所述膝关节60转动连接；所述大腿骨架52通过所述大腿支撑条51与所述髋关节40相连，所述大腿骨架52采用中空结构设计。

背部单元10向下传递的重量会进入大腿单元50，具体而言重量会通过大腿支撑条51传递至大腿骨架52，之后传递到大腿关节座53上，实现对重物20重量的进一步向地面传递。

大腿骨架52采用中空结构设计，有助于减轻外骨骼装置的整体重量。

膝关节60设定一个屈曲/伸展方向自由度，在膝关节60弯曲过程中，拉绳82沿着小腿关节座71的外轮廓面旋转。外轮廓采用凸轮形线，在拉绳82从开始缠绕到60度位置时，凸轮直径为35mm；在大于60度位置时，凸轮直径变为50mm；凸轮的大圆轮廓与小圆轮廓采用平滑过渡连接。

请继续参阅图2，进一步地，所述小腿单元70还包括与所述小腿关节座71连接的小腿骨架75，所述小腿骨架75采用中空结构设计，所述拉绳锁紧装置300设置于所述小腿骨架75的中空腔内并与所述拉绳82相连。从而可改变膝关节60弯曲过程的被动拉伸力与直立过程的恢复力，满足不同负重工况下对穿戴者的支撑力需求。拉绳82穿过大腿关节座53后，穿过小腿关节座71，与拉绳锁紧装置固定连接。此时拉绳82被隐藏在大腿关节座53和小腿关节座71内部，既保证拉绳82安全、又提高了外骨骼装置的美观度。

在其中一个实施例中，所述大腿支撑条51沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔设置有至少两个第二调节孔，所述大腿骨架52通过卡扣能够择一与任一所述第二调节孔卡扣连接，以实现所述大腿单元50的长度调节。例如，本实施例中大腿支撑条51上均布有8个宽10mm、间距15mm的方形孔，根据不同穿戴者的身高，大腿骨架52通过卡扣可与任意一个第二调节孔卡扣连接，从而获得不同长度的大腿单元50，以适应不同人群的大腿段长度，提高外骨骼装置的适用能力。

请继续参阅图1和图2，此外，所述大腿单元50还包括大腿挡板54和大腿绑带55，所述大腿挡板54设置于所述大腿骨架52上，所述大腿绑带55连接于所述大腿挡板54与所述大腿骨架52之间。大腿挡板54与大腿骨架52采用螺钉固定连接，连接稳固可靠。大腿挡板54与穿戴者大腿紧密贴合，其作用是将人机交互力沿法线方向传递到人体大腿，大腿挡板54设置尽可能大的面积，以减轻局部压强。大腿绑带55用于保证大腿挡板54与穿戴者大腿紧密贴合。可选地，大腿绑带55采用带有弹性的纺织材料，并通过魔术贴实现粘连固定。

请继续参阅图2，所述大腿挡板54开设有第一散热孔541。以达到减重与散热的目的。较佳地，第一散热孔541设置为间隔布置的三个，且散热孔采用椭圆形通孔，以进一步加强减重和散热效果。

请继续参阅图2，在上述任一实施例的基础上，所述小腿单元70还包括小腿支撑条72，所述小腿骨架75与所述小腿支撑条72连接，所述小腿支撑条72通过所述踝关节90与所述脚部单元100活动连接。从大腿单元50向下传递的重量会进一步通过小腿骨架75传递至小腿支撑条72上，并最终由踝关节90和脚部单元100传递至地面，以此实现对穿戴者的负重减轻。

所述小腿支撑条72沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向开设有间隔设置的至少两个第三调节孔，所述小腿骨架75通过卡扣能够择一与任一所述第三调节孔卡扣连接，以实现所述小腿单元70的长度调节。以适应不同人群的小腿段长度，提升外骨骼装置的适用范围。

请继续参阅图1和图2，进一步地，所述小腿单元70还包括小腿挡板73和小腿绑带74，所述小腿挡板73设置于所述小腿骨架75上，所述小腿绑带74连接于所述小腿挡板73与所述小腿骨架75支架。小腿挡板73与小腿骨架75采用螺钉固定连接，小腿挡板73与穿戴者小腿紧密贴合，其作用是将人机交互力沿法线方向传递到人体小腿，小腿挡板73设置尽可能大的面积，以减轻局部压强。小腿绑带74用于保证小腿挡板73与穿戴者小腿紧密贴合，小腿绑带74分别与小腿挡板73和小腿骨架75固定连接，小腿绑带74采用带有弹性的纺织材料，并通过魔术贴实现粘连固定。

请继续参阅图1，所述小腿挡板73开设有第二散热孔731。以达到减重与散热的目的。较佳地，第二散热孔731设置为间隔布置的两个，且散热孔采用椭圆形通孔，孔面积大，以进一步加强减重和散热效果。

此外，在上述任一实施例的基础上，所述脚部单元100包括踝关节支撑座110、脚底板120和脚部绑带130，所述踝关节90通过所述踝关节支撑座110连接于所述脚底板120上，所述脚部绑带130设置于所述脚底板120上。脚部单元100通过踝关节90与踝关节支撑座110连接，将从小腿单元70传递过来的重物20重力传递到地面，由于这部分重力没有经过人体肌肉与内骨架的传递，因此可达到减轻人体负重的目的。踝关节90设定两个方向的自由度，分别为前屈/后伸、内收/外摆，脚部踝关节90的左旋/右旋自由度与髋关节40共用；外骨骼踝关节90的自由度与人体踝关节90的自由度完全匹配，以实现外骨骼与人体运动的一致。

具体地，本实施例中踝关节支撑座110与绑带间采用螺钉固连，绑带另一端与脚底板120连接。

脚部单元100通过脚部的前后绑带与脚底板120将人脚紧密包裹，所述脚部绑带130设置有调节扣，所述调节扣用于使所述脚部绑带130的长度可调，以适应不同人脚的大小。可选地，调节扣可以是但不限于磁扣、伸缩扣等。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

Claims (10)

1.一种有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述有源下肢型外骨骼包括：

背部单元，所述背部单元包括背部托板和腰背板，所述背部托板与所述腰背板连接，所述背部托板用于装载重物；

动力装置和控制装置，所述动力装置和所述控制装置电性连接并分别安装在所述腰背板上；

腰部单元，所述腰部单元与所述背部单元活动连接；

髋关节和大腿单元，所述腰部单元通过所述髋关节与所述大腿单元活动连接；

膝关节和小腿单元，所述大腿单元通过所述膝关节与所述小腿单元活动连接；

踝关节和脚部单元，所述小腿单元通过所述踝关节与所述脚部单元活动连接；

拉绳和拉绳锁紧装置，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿单元上，所述拉绳的一端与所述动力装置连接，另一端与所述拉绳锁紧装置固定，所述动力装置能够驱动所述拉绳卷收变短或卷放变长，以带动所述大腿单元通过所述膝关节相对所述小腿单元进行旋转；以及

传感装置，所述传感装置包括分别与所述控制装置电性连接的脚底压力传感器和腿部惯性传感器，所述脚底压力传感器设置于所述脚部单元上，所述腿部惯性传感器设置于所述大腿单元和所述小腿单元上。

2.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述动力装置包括电机和卷轮，所述电机的驱动轴与所述卷轮连接，所述拉绳的一端卷绕并固定在所述卷轮的外周。

3.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述有源下肢型外骨骼还包括电池，所述电池设置于所述腰背板上并与所述控制装置电性连接。

4.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述有源下肢型外骨骼还包括腰背调节锁紧装置，所述背部单元还包括背板、背部支撑条和背带，所述腰部单元还包括腰部支撑杆，所述背部托板转动设置于所述腰背板上，所述背板通过所述背部支撑条与所述腰背板连接，所述背带与所述背板连接并用于固定在穿戴者的肩部上；所述腰背板通过所述腰背调节锁紧装置与所述腰部支撑杆的一端可调锁紧连接，所述腰部支撑杆的另一端与所述髋关节连接。

5.根据权利要求4所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述拉绳依次穿过所述腰部支撑杆、所述髋关节、所述大腿单元和所述小腿单元的内腔后，与内置于所述小腿单元内的所述拉绳锁紧装置连接固定。

6.根据权利要求4所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述背部支撑条上沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔开设有至少两个第一调节孔，所述腰背板通过卡扣可择一与任一所述第一调节孔卡扣连接，以实现所述背板与所述腰背板的间距调节；

所述背部托板向上倾斜设置并与所述背板之间呈锐角设置；

所述腰背板上沿水平方向开设有腰型孔，所述腰背调节锁紧装置可滑动设置于所述腰型孔内固定，以实现所述腰部单元的宽度调节。

7.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述大腿单元包括大腿支撑条、大腿骨架和大腿关节座，所述小腿单元包括小腿关节座，所述大腿关节座与所述小腿关节座通过所述膝关节转动连接；所述大腿骨架通过所述大腿支撑条与所述髋关节相连，所述大腿骨架采用中空结构设计，所述拉绳锁紧装置设置于所述大腿骨架的中空腔内；

所述小腿单元还包括与所述小腿关节座连接的小腿骨架，所述小腿骨架采用中空结构设计，所述拉绳锁紧装置设置于所述小腿骨架的中空腔内并与所述拉绳相连。

8.根据权利要求7所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述大腿支撑条沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向间隔设置有至少两个第二调节孔，所述大腿骨架通过卡扣能够择一与任一所述第二调节孔卡扣连接，以实现所述大腿单元的长度调节；

所述大腿单元还包括大腿挡板和大腿绑带，所述大腿挡板设置于所述大腿骨架上，所述大腿绑带连接于所述大腿挡板与所述大腿骨架之间；

所述大腿挡板开设有第一散热孔。

9.根据权利要求7所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述小腿单元还包括小腿支撑条，所述小腿骨架与所述小腿支撑条连接，所述小腿支撑条通过所述踝关节与所述脚部单元活动连接；

所述小腿支撑条沿所述有源下肢型外骨骼的高度方向开设有间隔设置的至少两个第三调节孔，所述小腿骨架通过卡扣能够择一与任一所述第三调节孔卡扣连接，以实现所述小腿单元的长度调节；

所述小腿单元还包括小腿挡板和小腿绑带，所述小腿挡板设置于所述小腿骨架上，所述小腿绑带连接于所述小腿挡板与所述小腿骨架支架；所述小腿挡板开设有第二散热孔。

10.根据权利要求1所述的有源下肢型外骨骼，其特征在于，所述脚部单元包括踝关节支撑座、脚底板和脚部绑带，所述踝关节通过所述踝关节支撑座连接于所述脚底板上，所述脚部绑带设置于所述脚底板上；

所述脚部绑带设置有调节扣，所述调节扣用于使所述脚部绑带的长度可调。

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