CN217168501U - 外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种外骨骼装置，包括：大腿单元；膝关节和小腿单元，大腿单元通过所述膝关节与小腿单元活动连接；蓄能支撑机构，蓄能支撑机构设置于大腿单元内并与小腿单元连接，且在大腿单元相对小腿单元发生弯曲时，蓄能支撑机构进行蓄能，在大腿单元与小腿单元恢复直立位姿时，蓄能支撑机构自动释放支撑力；以及拉绳长度调节组件，拉绳长度调节组件设置于小腿单元内并与蓄能支撑机构连接，拉绳长度调节组件用于调节所述蓄能支撑机构的初始压缩势能。通过操作拉绳长度调节组件可以灵活调整(调大或调小)蓄能支撑机构的初始压缩势能，从而使蓄能支撑结构具备不同的助力大小，达到满足不同助力需求，提高外骨骼装置适用范围的目的。

Description

外骨骼装置

技术领域

本实用新型涉及外骨骼装备技术领域，特别是涉及一种外骨骼装置。

背景技术

外骨骼装置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，外骨骼装置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。外骨骼装置要实现为人体助力，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。

无源下肢负重型外骨骼对人体的助力主要通过大腿处设置的压簧作为储能装置来实现。如果没有外骨骼的辅助，此时人体需要通过自身膝关节骨骼与腿部肌肉的作动，将背部负重的重心支撑起来并上移做功，而在有外骨骼的辅助作用下，这一过程将被外骨骼把上一阶段储存的能量(即人体弯曲时压缩弹簧，弹簧积蓄的弹性势能)进行释放，实现对人体膝关节的助力，从而达到减轻人体肌肉疲劳，助力人体负重行走的目的。

然而，不同人群对膝关节的助力需求是不一样的，而且不同的背部负重大小，也对膝关节助力值提出了不同的要求，目前仅设置弹簧的储能装置由于弹簧压缩长度是一定值，从根本上无法适用于不同的助力工作场合，极大地制约了外骨骼的使用性能和适用范围。

实用新型内容

基于此，有必要提供一种外骨骼装置，旨在解决现有技术助力大小不可调，无法适用于不同助力工作场合，适用范围存在局限的问题。

本申请提供一种外骨骼装置，所述外骨骼装置包括：

大腿单元；

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；

蓄能支撑机构，所述蓄能支撑机构设置于所述大腿单元上并与所述小腿单元连接，且在所述大腿单元相对所述小腿单元发生弯曲时，所述蓄能支撑机构进行蓄能，在所述大腿单元与所述小腿单元恢复直立位姿时，所述蓄能支撑机构自动释放支撑力；以及

拉绳长度调节组件，所述拉绳长度调节组件设置于所述小腿单元内并与所述蓄能支撑机构连接，所述拉绳长度调节组件用于调节所述蓄能支撑机构的初始压缩势能。

上述方案的外骨骼装置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，或者穿戴者到达目的地将重物释放到地面上时，此时穿戴者身体产生弯曲，也即大腿单元会通过膝关节相对小腿单元产生弯曲，蓄能支撑机构开始发生压缩而进行蓄能；在取完重物或者重物放置完毕后，蓄能支撑机构会自动释放支撑力，从而支撑大腿单元相对小腿单元向上转动并恢复至直立位姿，实现为人体膝关节提供助力，减轻人体膝关节的受力以及穿戴者恢复站姿所需的用力，协助穿戴者进行负重劳动时可以更加舒适和安全且高效。进一步地，当不同穿戴者由于自身身体状况或者负重大小不同，而对助力大小提出了不同需求时，由于小腿单元内安装有拉绳长度调节组件，通过操作拉绳长度调节组件可以灵活调整(调大或调小)蓄能支撑机构的初始压缩势能，从而使蓄能支撑结构具备不同的助力大小，达到满足不同助力需求，提高外骨骼装置适用范围的目的。

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，所述大腿单元包括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；所述大腿骨架采用中空结构设计，所述蓄能支撑机构设置于所述大腿骨架的中空腔内；

所述蓄能支撑机构包括拉绳压块、拉绳和大腿压簧，所述大腿压簧设置于所述拉绳压块与所述小腿关节座之间，所述拉绳的一端与所述拉绳压块连接，另一端穿过大腿关节座和所述小腿关节座后与所述拉绳长度调节组件连接，所述拉绳压块能够在所述拉绳的拉动下载所述大腿骨架内滑动从而调整所述大腿压簧的压缩量，

在其中一个实施例中，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，所述拉绳长度调节组件设置于所述小腿骨架的中空腔内并与所述拉绳相连，所述拉绳长度调节组件用于调节所述拉绳的初始长度以实现对所述大腿压簧的初始弹力的无级调节。

在其中一个实施例中，所述拉绳长度调节组件包括调节座、调节杆、调节旋钮和连接组件，所述连接组件与所述拉绳的一端连接，所述调节杆与所述连接组件连接，所述调节杆活动设置于所述调节座并与所述调节旋钮连接，所述调节旋钮用于驱动所述调节杆上下移动，从而带动所述拉绳改变所述大腿压簧的压缩量。

在其中一个实施例中，所述调节座设有螺纹通孔，所述调节杆设置为螺纹杆，所述螺纹杆的中部螺接于所述螺纹通孔内且两端分别伸出于所述螺纹通孔的两端孔口。

在其中一个实施例中，所述连接组件包括第一连接扣、第二连接扣和旋转关节，所述第一连接扣通过所述旋转关节与所述第二连接扣转动连接，且所述第一连接扣与所述拉绳的一端连接，所述第二连接扣与所述调节杆连接。

在其中一个实施例中，所述外骨骼装置还包括：

背部单元，所述背部单元包括背部托板，所述背部托板用于装载重物；

腰部单元，所述腰部单元与所述背部单元活动连接；

髋关节，所述腰部单元通过所述髋关节与所述大腿单元活动连接；以及

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。

在其中一个实施例中，所述外骨骼装置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，所述腰部单元包括腰背板和腰部支撑杆，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，所述背部支撑条上沿所述外骨骼装置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。

在其中一个实施例中，所述大腿单元还包括大腿支撑条，所述大腿支撑条沿所述外骨骼装置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；

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外骨骼装置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。

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外骨骼装置的结构示意图；

图2为图1的另一视角的结构示意图；

图3为图2中拉绳长度调节组件的结构示意图。

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、蓄能支撑机构；81、拉绳压块；82、拉绳；83、大腿压簧；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、拉绳长度调节组件；310、调节座；320、调节杆；330、调节旋钮；340、第一连接扣；350、第二连接扣；360、旋转关节。

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外骨骼装置，外骨骼装置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。

外骨骼装置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外骨骼装置，具有重要的意义。

请继续参阅图1和图2，示例性地，本实施例中所述外骨骼装置包括：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、蓄能支撑机构80、脚部单元100以及踝关节90。

所述背部单元10包括背部托板11，所述背部托板11用于装载重物20；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；所述蓄能支撑机构80设置于所述大腿单元50上并与所述小腿单元70连接，且在所述大腿单元50相对所述小腿单元70发生弯曲时，所述蓄能支撑机构80进行蓄能，在所述大腿单元50与所述小腿单元70恢复直立位姿时，所述蓄能支撑机构80自动释放支撑力；所述小腿单元70通过所述踝关节90与所述脚部单元100活动连接。

综上，实施本实施例技术方案将具有如下有益效果：上述方案的外骨骼装置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，当穿戴者到达目的地将重物20释放到地面上时，此时穿戴者身体产生弯曲，也即大腿单元50会相对小腿单元70产生弯曲，蓄能支撑机构80开始进行蓄能；在重物20放置完毕后，蓄能支撑机构80会自动释放支撑力，从而支撑大腿单元50相对小腿单元70向上转动并恢复至直立位姿，实现为人体膝关节60提供助力，减轻人体膝关节60的受力以及穿戴者恢复站姿所需的用力，协助穿戴者进行负重劳动时可以更加舒适和安全且高效。

请继续参阅图1和图2，在上述实施例中，所述外骨骼装置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包括腰背板31和腰部支撑杆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。

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上沿所述外骨骼装置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，所述蓄能支撑机构80设置于所述大腿骨架52的中空腔内。

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。

将蓄能支撑机构80安装在大腿骨架52的中空腔内，大腿骨架52对蓄能支撑机构80形成隐藏安装，不仅使外骨骼装置更加美观，同时大腿骨架52对蓄能支撑机构80也起到保护作用。

请继续参阅图2，在一些实施例中，所述蓄能支撑机构80包括拉绳压块81、拉绳82和大腿压簧83，所述大腿压簧83设置于所述拉绳压块81与所述小腿关节座71之间，所述拉绳82的一端与所述拉绳压块81连接，另一端穿过大腿关节座53后与所述小腿关节座71连接。当膝关节60弯曲的时候，拉绳82下移，将带动拉绳压块81压缩大腿压簧83，实现能量存储，并在膝关节60从弯曲恢复到直立的过程中释放能量，给人体膝关节60提供助力，以减轻人体膝关节60受力。

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，所述蓄能支撑机构80还包括拉绳长度调节组件300，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，所述拉绳长度调节组件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，所述拉绳长度调节组件300用于调节所述拉绳82的初始长度以实现对所述大腿压簧83的初始弹力的无级调节。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82长度调节装置固定连接。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。

请继续参阅图3，在一些实施例中，所述拉绳长度调节组件300包括调节座310、调节杆320、调节旋钮330和连接组件，所述连接组件与所述拉绳82的一端连接，所述调节杆320与所述连接组件连接，所述调节杆320活动设置于所述调节座310并与所述调节旋钮330连接，所述调节旋钮330用于驱动所述调节杆320上下移动，从而带动所述拉绳82改变所述大腿压簧83的压缩量。具体地，当驱动调节杆320向下移动时，通过连接组件拉动拉绳82下移，可加大大腿压簧83的压缩量，增大蓄能，进而加大助力大小，满足老弱或者大负重的人群和使用场合。相反，当驱动调节杆320向上移动时，则能够调小助力，满足身强体壮或者轻负重的人群和使用场合。

较佳地，所述调节座310设有螺纹通孔，所述调节杆320设置为螺纹杆，所述螺纹杆的中部螺接于所述螺纹通孔内且两端分别伸出于所述螺纹通孔的两端孔口。伸出螺纹通孔的螺纹杆的两端便于与调节旋钮330和第二连接扣350连接。此外，在需要调节膝关节60助力大小的过程中，通过手指顺时针与逆时针方向拨动调节旋钮330，可使得螺纹杆在调节座310上上下移动，从而带动拉绳82改变位置，实现大腿压簧83的初始长度及弹性势能的大小调节。

为保证手指拨动力尽可能小，且调节精度更高，螺纹杆采用细牙螺纹结构。

请继续参阅图3，进一步地，所述连接组件包括第一连接扣340、第二连接扣350和旋转关节360，所述第一连接扣340通过所述旋转关节360与所述第二连接扣350转动连接，且所述第一连接扣340与所述拉绳82的一端连接，所述第二连接扣350与所述调节杆320连接。

可选地，第一连接扣340设置为U型扣，第二连接扣350设置为环扣。一端固定于大腿压簧83顶端的拉绳82，穿过膝关节后，通过与环扣的缠绕锁死，实现与拉绳82长度调节装置的连接。环扣与旋转关节360的一端连接为一体，旋转关节360的另一端与U型扣连接为一体，旋转关节360使得U型扣在360度旋转过程中，环扣不会随之一同旋转，保证了拉绳的稳定拉伸。

可选地，拉绳采用钢丝绳。结构强度高，易于获得，使用可靠。

在其中一个实施例中，所述大腿支撑条51沿所述外骨骼装置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沿所述外骨骼装置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。

综上，在人体穿戴外骨骼后，将重物20放置到背部托板11上，重物20的部分重量将分别通过背部单元10、腰部单元30、大腿单元50、小腿单元70与脚部单元100传递到地面，具体为重物20的部分重量通过背部托板11传递到腰背板31，之后传递到腰部支撑杆32，然后通过髋关节40与大腿支撑条51将重力传递到大腿骨架52，之后分别经过大腿关节座53、小腿关节座71、小腿骨架75、小腿支撑条72、踝关节90与踝关节支撑座110，将重力传递到地面，从而实现对人体的负重减轻。

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)

1.一种外骨骼装置，其特征在于，所述外骨骼装置包括：

大腿单元；

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；

蓄能支撑机构，所述蓄能支撑机构设置于所述大腿单元上并与所述小腿单元连接，且在所述大腿单元相对所述小腿单元发生弯曲时，所述蓄能支撑机构进行蓄能，在所述大腿单元与所述小腿单元恢复直立位姿时，所述蓄能支撑机构自动释放支撑力；以及

拉绳长度调节组件，所述拉绳长度调节组件设置于所述小腿单元内并与所述蓄能支撑机构连接，所述拉绳长度调节组件用于调节所述蓄能支撑机构的初始压缩势能。

2.根据权利要求1所述的外骨骼装置，其特征在于，所述大腿单元包括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；所述大腿骨架采用中空结构设计，所述蓄能支撑机构设置于所述大腿骨架的中空腔内；

所述蓄能支撑机构包括拉绳压块、拉绳和大腿压簧，所述大腿压簧设置于所述拉绳压块与所述小腿关节座之间，所述拉绳的一端与所述拉绳压块连接，另一端穿过大腿关节座和所述小腿关节座后与所述拉绳长度调节组件连接，所述拉绳压块能够在所述拉绳的拉动下载所述大腿骨架内滑动从而调整所述大腿压簧的压缩量。

3.根据权利要求2所述的外骨骼装置，其特征在于，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，所述拉绳长度调节组件设置于所述小腿骨架的中空腔内并与所述拉绳相连，所述拉绳长度调节组件用于调节所述拉绳的初始长度以实现对所述大腿压簧的初始弹力的无级调节。

4.根据权利要求3所述的外骨骼装置，其特征在于，所述拉绳长度调节组件包括调节座、调节杆、调节旋钮和连接组件，所述连接组件与所述拉绳的一端连接，所述调节杆与所述连接组件连接，所述调节杆活动设置于所述调节座并与所述调节旋钮连接，所述调节旋钮用于驱动所述调节杆上下移动，从而带动所述拉绳改变所述大腿压簧的压缩量。

5.根据权利要求4所述的外骨骼装置，其特征在于，所述调节座设有螺纹通孔，所述调节杆设置为螺纹杆，所述螺纹杆的中部螺接于所述螺纹通孔内且两端分别伸出于所述螺纹通孔的两端孔口。

6.根据权利要求4所述的外骨骼装置，其特征在于，所述连接组件包括第一连接扣、第二连接扣和旋转关节，所述第一连接扣通过所述旋转关节与所述第二连接扣转动连接，且所述第一连接扣与所述拉绳的一端连接，所述第二连接扣与所述调节杆连接。

7.根据权利要求4所述的外骨骼装置，其特征在于，所述外骨骼装置还包括：

背部单元，所述背部单元包括背部托板，所述背部托板用于装载重物；

腰部单元，所述腰部单元与所述背部单元活动连接；

髋关节，所述腰部单元通过所述髋关节与所述大腿单元活动连接；以及

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。

8.根据权利要求7所述的外骨骼装置，其特征在于，所述外骨骼装置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，所述腰部单元包括腰背板和腰部支撑杆，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。

9.根据权利要求8所述的外骨骼装置，其特征在于，所述背部支撑条上沿所述外骨骼装置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。

10.根据权利要求9所述的外骨骼装置，其特征在于，所述大腿单元还包括大腿支撑条，所述大腿支撑条沿所述外骨骼装置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；

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外骨骼装置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。

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