CN218195175U - 一种助力上肢模块及上肢外骨骼系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种助力上肢模块及上肢外骨骼系统，涉及机械关节的技术领域，在第一支撑构件与第二支撑构件之间设置储能辅助件，储能辅助件包括位于转轴外周其中一侧的绕接部，弹性储能件过绕接部并抵绕于储能辅助件，当助力上肢模块由初始位置往工作位置运动时，绕接部由靠近连接端的一端往远离连接端的一端运动，以使两连接端至绕接部的间距加大，从而增大弹性储能件的拉伸量。通过改变力的传递方式，该弹性储能件相比传统力传递方式，以提高上肢外骨骼系统的助力效果，并且减小设备整机体积及重量，降低上肢外骨骼系统的穿戴难度以及穿戴者的负担，从而达到提高穿戴者穿戴体验的效果。

Description

一种助力上肢模块及上肢外骨骼系统

技术领域

本实用新型涉及机械关节的技术领域，尤其涉及一种助力上肢模块及上肢外骨骼系统。

背景技术

机械外骨骼，是一种可让人体穿上的机器装置，机械外骨骼主要用于辅助穿戴者肢体进行运动。

现有的无源上肢外骨骼组件中，一般采用两活动构件铰接的方式为人体肩关节提供活动自由度，为了对穿戴者肩关节提供助力效果，在两活动构件之间会设置储能件，储能件能够在穿戴者肩关节往后伸方向运动的过程中，以及处于后伸位置的状态下储能，并在穿戴者肩关节往前屈方向运动时释放能量，从而为穿戴者肩关节前屈运动提供助力。

但是，由于目前的上肢外骨骼系统结构设计的不合理，力传递方式存在一定的局限性，导致在活动构件之间的转动角度相同的情况下，储能件的储能效率以及能量转化效率较低，使至储能件所能提供的辅助作用力较小，助力效果较差，不但提高了穿戴者躯干负担，也影响了穿戴者的穿戴体验。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于：提供一种助力上肢模块及上肢外骨骼系统，通过改变助力上肢模块的力传递方式，解决上肢外骨骼系统能量转化效率低、助力效果差的问题。

为达上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

第一方面，提供一种助力上肢模块，包括：

第一支撑构件与第二支撑构件，所述第一支撑构件与所述第二支撑构件通过转轴转动连接以提供关节活动自由度，以使所述第一支撑构件与所述第二支撑构件可在初始位置和工作位置之间转动；

储能辅助件，设置于所述第一支撑构件上或所述第二支撑构件上；所述储能辅助件包括位于所述转轴外周侧的绕接部，当所述第一支撑构件与所述第二支撑构件绕所述转轴相对运动时，所述绕接部随所述第一支撑构件或所述第二支撑构件环绕所述转轴运动；以及

弹性储能件，抵绕于所述储能辅助件并至少部分作用于所述绕接部；

所述弹性储能件的相对两端形成有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端均连接在所述第一支撑构件上或所述第二支撑构件上；当所述储能辅助件设置于所述第一支撑构件，所述第一连接端和所述第二连接端均连接于所述第二支撑构件；当所述储能辅助件设置于所述第二支撑构件，所述第一连接端和所述第二连接端均连接于所述第一支撑构件；

当所述助力上肢模块由初始位置往工作位置运动时，所述绕接部远离所述第一连接端或第二连接端运动运动，以使所述第一连接端或所述第二连接端至所述绕接部的间距加大，从而增大所述弹性储能件的拉伸量。

作为一种可选的实施方式，所述工作位置至少包括第一工位和第二工位，所述助力上肢模块由初始位置往第一工位运动时，所述弹性储能件产生的力矩逐渐增大，所述助力上肢模块由第一工位往第二工位运动时，所述弹性储能件产生的力矩逐渐减小。

作为一种可选的实施方式，所述储能辅助件包括：

支撑滑轮，其外周面形成所述绕接部，所述支撑滑轮可转动地设置于所述第一支撑构件或所述第二支撑构件上，且位于所述转轴外周面的侧部；

当所述助力上肢模块在初始位置与工作位置之间运动时，所述支撑滑轮环绕所述转轴的转动轴线运动。

作为一种可选的实施方式，所述储能辅助件还包括：

力矩调节机构，设置在所述第一支撑构件或所述第二支撑构件上；

所述支撑滑轮通过所述力矩调节机构活动设置于所述第一支撑构件或所述第二支撑构件上，所述力矩调节机构提供所述支撑滑轮的调节空间，以使所述支撑滑轮可通过所述力矩调节机构在靠近和远离所述转轴的方向上活动调节。

作为一种可选的实施方式，所述力矩调节机构包括：

过渡构件，设置在所述第一支撑构件与所述第二支撑构件之间，所述过渡构件设置有沿靠近和远离所述转轴方向延伸的导向结构，所述支撑滑轮活动设置于所述导向结构；

所述过渡构件的一侧与所述第一支撑构件之间通过所述转轴连接，所述过渡构件的另一侧与所述第二支撑构件固定连接；或

所述过渡构件的一侧与所述第二支撑构件之间通过所述转轴连接，所述过渡构件的另一侧与所述第一支撑构件固定连接。

作为一种可选的实施方式，所述弹性储能件包括：

传动绳，其第一端形成所述第一连接端，所述传动绳过所述绕接部并抵绕于所述储能辅助件；

储能单元，所述储能单元的一端与所述传动绳的第二端连接，所述储能单元的另一端形成所述第二连接端。

作为一种可选的实施方式，所述第一支撑构件和/或所述第二支撑构件内形成有中空的安装腔，所述安装腔内设置有两个分别提供所述第一连接端和所述第二连接端固定的安装部；

所述安装腔靠近所述转轴的一侧腔壁开设有与外部环境连通的开口，所述开口提供所述传动绳穿出及穿入所述安装腔的空间，所述储能辅助件与所述开口相对设置。

作为一种可选的实施方式，在平行于所述转轴的轴向方向上，所述储能辅助件与所述储能单元位于所述转轴的同一侧。

作为一种可选的实施方式，所述第一支撑构件内形成有中空的安装腔，所述安装腔内安装有用于连接腰撑的腰撑安装机构，所述第一支撑构件具有内侧和外侧，所述内侧靠近穿戴者的腰部和/或背部，所述外侧远离穿戴者的腰部和 /或背部，所述腰撑安装机构位于所述安装腔的远离所述转轴的一端，且所述腰撑安装机构靠近所述第一支撑构件的内侧设置，所述安装腔内设置有两个分别提供所述第一连接端和第二连接端固定的安装部，用于固定所述第二连接端的安装部设置在所述安装腔内远离所述转轴的一端，且靠近所述第一支撑构件的外侧，使得所述储能单元的至少部分能够并排设置在所述第一支撑构件的外侧与所述腰撑安装机构之间，用于固定所述第一连接端的安装部靠近所述腰撑安装机构的指向所述转轴的一端设置。

作为一种可选的实施方式，所述腰撑安装机构为第一长度调节机构，所述腰撑可通过所述第一长度调节机构活动设置于所述第一支撑构件，以使所述腰撑可在靠近和远离所述第一支撑构件的方向上活动调节。

作为一种可选的实施方式，所述储能单元为弹力绳。

第二方面，提供一种上肢外骨骼系统，包括：

如上所述的助力上肢模块；以及

穿戴组件，所述助力上肢模块设置于所述穿戴组件，所述穿戴组件提供穿戴者躯干的穿戴空间。

作为一种可选的实施方式，所述助力上肢模块为两个，两所述助力上肢模块对称设置，以提供穿戴者左右两侧关节的活动自由度；

两所述助力上肢模块及所述穿戴组件围合形成所述穿戴空间。

作为一种可选的实施方式，所述助力上肢模块还包括：

臂撑，设置于所述第二支撑构件远离所述转轴的一端，所述臂撑被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的上臂；

所述臂撑与所述第二支撑构件之间设置有第二长度调节机构；

所述臂撑可通过所述第二长度调节机构活动设置于所述第二支撑构件，以使所述臂撑可在靠近和远离所述第二支撑构件的方向上活动调节。

本实用新型的有益效果为：该助力上肢模块，在转动连接的第一支撑构件与第二支撑构件之间设置储能辅助件，储能辅助件位于转轴外周其中一侧设有绕接部，弹性储能件的两端连接第一支撑构件或第二支撑构件并过绕接部并抵绕于储能辅助件。

在提供弹性储能件安装的位置尺寸不变的情况下，在相关技术的应用中，当弹性储能件处于拉伸储能状态，分别位于储能辅助件两侧部的弹性储能件所受作用力大致为传统力传递方式中储能件所受作用力的一半。而在第一支撑构件或第二支撑构件转动角度相同，以及助力效果不变的情况下，该弹性储能件相比传统力传递方式中储能件的能量转换效率更高，换言之，在储蓄相同能量的情况下，可采用比传统力传递方式中储能件的劲度系数更低的弹性储能件，从而提供上肢外骨骼系统更好的助力效果的同时，劲度系数的减小能够让弹性储能件的体积及重量下降，进而减小设备整机体积及重量，降低上肢外骨骼系统的穿戴难度以及穿戴者的负担，从而达到提高穿戴者穿戴体验的效果。

附图说明

下面根据附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

图1为本实用新型实施例所述助力上肢模块整体结构示意图之一；

图2为本实用新型实施例所述助力上肢模块整体结构示意图之二；

图3为本实用新型实施例所述助力上肢模块整体结构示意图之三；

图4为本实用新型实施例所述助力上肢模块爆炸图；

图5为本实用新型实施例所述助力上肢模块剖视图；

图6为本实用新型实施例所述力矩调节机构爆炸图；

图7为本实用新型实施例所述助力上肢模块受力分析图。

图中：10、第一支撑构件；11、弹性储能件；111、传动绳；112、储能单元；113、第一壳体；114、第二壳体；115、安装腔；116、安装部；117、开口；118、腰撑；119、第一长度调节机构；20、第二支撑构件；21、转轴；211、基准面；22、储能辅助件；221、支撑滑轮；2212、支撑轴；222、力矩调节机构；2221、过渡构件；22211、安装槽；22212、支撑壁；22213、通槽；223、臂撑；224、第二长度调节机构。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本实用新型实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”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。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。

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之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，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”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

本实施例提供一种助力上肢模块，旨意在于提高上肢外骨骼系统的助力效果，和/或解决上肢外骨骼系统在采用较大劲度系数的储能件后导致的重量、体积较大的问题。

参考图1-图3，为本实施例所述的助力上肢模块的整体结构示意图，本实施方式的助力上肢模块为上肢外骨骼系统中的一部分，用于提供穿戴者肩关节的活动自由度，从而减轻穿戴者肩关节在前屈方向运动的过程中，以及处于前屈位置状态下的负担，降低穿戴者上臂负重感，提高穿戴者在穿戴上肢外骨骼系统状态下的负重能力。

本实施方式的用于增强人体负重能力的上肢外骨骼系统以无源外骨骼为例，所述的助力上肢模块包括第一支撑构件10与第二支撑构件20，第一支撑构件10与第二支撑构件20通过转轴21转动连接以提供肩关节活动自由度，以使第一支撑构件10与第二支撑构件20可在初始位置和工作位置之间转动。本实施方式中，第二支撑构件20作为上肢外骨骼系统的上臂组件，其提供穿戴者上臂的穿戴位置，并在上肢外骨骼系统的穿戴组件的协同下，穿戴固定于穿戴者的上臂，第一支撑构件10作为上肢外骨骼系统的腰背组件，其提供穿戴者腰部和/或背部的穿戴位置，并在上肢外骨骼系统的穿戴组件的协同下，根据穿戴者的体型、上肢外骨骼的类型等条件穿戴固定于穿戴者的腰部和/或背部。当然，在其他实施方式中，第一支撑构件10也可设置在穿戴者上臂上，以及第二支撑件可设置在穿戴者腰部和/或背部上，或者，第一支撑构件10和第二支撑构件 20也可以绑定在人体上肢的上臂以及前臂，从而达到提供穿戴者肘关节的活动自由度。

其中，第一支撑构件10与第二支撑构件20之间根据转轴21所处位置以限定出第一转动轴线，在上肢外骨骼系统的应用上，当穿戴者处于穿戴上肢外骨骼系统时，应尽量将第一转动轴线配置为与穿戴者肩关节的前屈、后伸转动轴线重合，以尽可能提高上肢外骨骼系统在穿戴状态下的人机顺应性。同理，根据上述所提供的实施方式，当穿戴者将上肢外骨骼系统穿戴在上臂与前臂之间时，第一转动轴线应配置为尽量与穿戴者肘关节的屈伸转动轴线重合。

接上述，在本实施方式的助力上肢模块作为上肢外骨骼系统的应用场景下，助力上肢模块设置在穿戴组件上，穿戴组件能够提供穿戴者躯干的穿戴空间，从而达到上述对应构件保持穿戴在人体对应肢体上的效果。

而为了提高上肢外骨骼系统对穿戴者肢体的助力效果，本实施方式采用两套助力上肢模块配合使用，两助力上肢模块位在穿戴状态下以穿戴者的矢状面为界左右对称设置，这样，在穿戴状态下，两助力上肢模块能够分别穿戴在人体上肢的左右两侧，以提供穿戴者左右两侧肩关节的活动自由度，两助力上肢模块及穿戴组件围合形成上述的穿戴空间。

具体的，以第一支撑构件10与第二支撑构件20提供穿戴者肩关节活动自由度的方式为例，穿戴组件可以包括肩带以及腰部绑带，穿戴组件可以设置在助力上肢模块或作为上肢外骨骼系统整体支撑结构的背架(图未示)上，背架用于穿戴在穿戴者的腰背处，其作为上肢外骨骼系统的核心部分，能够让外骨骼系统与穿戴者之间具有良好的同步性，从而够决定穿戴者的各肢体与上肢外骨骼系统之间的顺应性。同样，助力上肢模块也可通过背架进行安装支撑，在穿戴状态下，位于穿戴者左右两侧的肩带由上往下从穿戴者的肩部环绕至穿戴者的腋下或腰部两侧，而腰带则可从穿戴者的一侧腰部环绕至其另一侧腰部，达到配合背架以及助力上肢模块形成围合穿戴者肢体的穿戴空间。

当然，在一些实施方式中，也可以直接将各穿戴组件相连接，从而包覆于穿戴者的背部，达到类似于背架的支撑、定位效果。

可以理解的是，上肢外骨骼系统中，第一支撑构件10与第二支撑构件20 为了达到一定的助力效果，其需要具有一定刚性，以达到可供力传递的目的，具体的，两构件可以采用金属材质，例如：铝质材料，铝合金材料、铜质材料、铜合金材料、铁质材料、不锈钢材料，也可以采用塑料、碳纤维材料等一种或多种的结合，一般采用刚性较高，具备一定抵抗切向扭矩能力，质量较小，适用于无源外骨骼的轻便要求的材料。同时，上肢外骨骼系统中还包括有软质材料，软质材料一般用于上述的穿戴组件中，以使穿戴组件能够适于不同身材体型的穿戴者肢体，从而让穿戴者肢体与上肢外骨骼系统之间具有良好的顺应性。

需要说明的是，现有的无源上肢外骨骼一般会在两活动构件之间会设置储能件，储能件的两端分别连接在两活动构件上，储能件在释放能量的过程中，其所储蓄的能量会从其中一活动构件直接传递至另一活动构件上，在活动构件之间的转动角度相同的情况下，这样的力传递方式具有一定的局限性，储能件的储能效率以及能量转化效率较低，使至储能件所能提供的辅助作用力较小，助力效果较差。并且，在外骨骼系统需要提供更大的辅助作用力以提高助力效果时，外骨骼系统只能够通过选用更大劲度系数的储能件(如更大劲度系数的线性弹簧)以达到其目的，但是，由于随着储能件的劲度系数的提高，其体积及其重量也会随之提高的缘故，在达到更好助力效果的同时，外骨骼系统整体重量及体积也会因此而增大，最终加大了穿戴者的穿戴难度的同时，不但提高了穿戴者躯干负担，也影响了穿戴者的穿戴体验。故，本实施方式提供以下方案。

参考图3，为了便于理解，各部件位于图示上放一侧为各部件的上部，即为附图中箭头所指示的“上”的方向，各部件位于图示下放一侧为各部件的下部，即为附图中箭头所指示的“下”的方向。

本实施方式所述的初始位置，是指第二支撑构件20受弹性储能件11的预拉力作用，被拉升到基本位于竖立状态，而不是人体穿戴后双手下垂的状态。另外人体穿戴上该助力上肢模块式，第二支撑构件20转动至与第一支撑构件10 基本垂直时，此时的力矩最大，对手臂支撑效果最佳。第二支撑构件20继续往下转动时，力矩会逐渐减小，直到人体双手基本下垂，此时力矩处于一个较小的值，避免影响人体正常垂壁的状态。

工作位置至少包括第一工位和第二工位，助力上肢模块由初始位置往第一工位运动时，弹性储能件11产生的力矩逐渐增大，助力上肢模块由第一工位往第二工位运动时，弹性储能件11产生的力矩逐渐减小。

需要说明的是，第一工位对应的是手臂基本水平状，此时提供最大力矩，以托举住手臂。第二工位对应的是手臂基本下垂，主要适用于在穿戴状态下，无需工作的一种放松站立。本实施方式的助力上肢模块在其第一支撑构件10或第二支撑构件20上设置有储能辅助件22，储能辅助件22包括位于转轴21外周侧的绕接部，储能辅助件22能够随其所固定的构件一同转动，当第一支撑构件 10与第二支撑构件20绕转轴21相对运动时，绕接部随第一支撑构件10或第二支撑构件20环绕转轴21运动。这里，储能辅助件22可以为相对于第一支撑构件10、第二支撑构件20独立的构件、组件，与第一支撑构件10或第二支撑构件20可拆卸的固定连接；也可以与第一支撑构件10或第二支撑构件20一体成型，视为第一支撑构件10或第二支撑构件20的一部分。

一实施方式中，当储能辅助件22设于第一支撑构件10的状态下，第二支撑构件20与储能辅助件22之间形成用于容纳助力元件的储能通道，该储能通道能够提供助力元件的安装位置，当第一支撑构件10与第二支撑构件20之间相对运动，储能辅助件22能够随第一支撑构件10运动，以在靠近或远离第二支撑构件20的方向上运动，达到延长或缩短储能通道长度的效果；

另一实施方式中，当储能辅助件22设于第二支撑构件20的状态下，第一支撑构件10与储能辅助件22之间形成用于容纳助力元件的储能通道，该储能通道能够提供助力元件的安装位置，当第一支撑构件10与第二支撑构件20之间相对运动，储能辅助件22能够随第二支撑构件20运动，以在靠近或远离第一支撑构件10的方向上运动，达到延长或缩短储能通道长度的效果。

本实施方式采用弹性储能件11作为上述的助力元件，弹性储能件11设置在上述的储能通道内，其相对两端形成有第一连接端和第二连接端，第一连接端和第二连接端均连接在第一支撑构件10上或第二支撑构件20上。具体的，在储能辅助件22设置于第一支撑构件10的情况下，第一连接端和第二连接端均连接于第二支撑构件20，第一连接端连接第二支撑构件20后往储能辅助件 22方向延伸，弹性储能件11抵绕于储能辅助件22并至少部分作用于绕接部后，第二连接端折回第二支撑构件20方向并连接于第二支撑构件20；如图4-图5 所示，在储能辅助件22设置于第二支撑构件20的情况下，第一连接端连接第一支撑构件10后往储能辅助件22方向延伸，并在绕过储能辅助件22，其抵于绕接部后，第二连接端折回第一支撑构件10方向并连接于第一支撑构件10。

这里的绕过储能辅助件22，指的是弹性储能件11由储能辅助件22的后侧延伸至其上侧后，继续沿着储能辅助件22表面延伸至其前侧折回；或弹性储能件11由储能辅助件22的前侧延伸至其上侧后，继续沿着储能辅助件22表面延伸至其后侧折回的方式，这样，能够让弹性辅助件挂在储能辅助件22上，避免弹性储能件11本体直接由其第一连接端往第二连接端方向延伸。

本实施方式所述的弹性储能件11为具有一定柔性以及弹性复位能力的部件，具有柔性的目的是让弹性复位件能够在其两端连接第一支撑构件10或第二支撑构件20的情况下能够绕过储能辅助件22，而具备弹性复位能力的目的是为了让第一支撑构件10与第二支撑构件20在相对运动过程中储蓄或释放能量。

本实施方式中，为了在穿戴者肩关节前屈位置或往前屈方向运动过程中提供助力，当助力上肢模块由工作位置往初始位置方向运动时，绕接部远离第一连接端或第二连接端运动，上述的储能通道长度会逐渐增长，这样，当助力上肢模块由初始位置往工作位置运动时，随着储能通道的增长，以使第一连接端或第二连接端至绕接部的间距加大，从而增大弹性储能件11的拉伸量，为后续的助力储蓄能量。

如图7所示，通过采用上述的实施方式，当弹性储能件11处于拉伸储能状态，分别位于储能辅助件22两侧部的弹性储能件11(即弹性储能件11靠近其第一端的一段，以及弹性储能件11靠近其第二端的一段)所受作用力分别大致为储能辅助件22所受作用力F的一半，单侧的弹性储能件11所受作用力大致为F/2。这样，在第一支撑构件10或第二支撑构件20转动/运动距离L角度相同，以及助力效果(弹性储能件11的劲度系数K)不变的情况下，该弹性储能件11相比传统力传递方式中储能件的能量转换效率更高，换言之，在储蓄相同能量的情况下，可采用比传统力传递方式中储能件的劲度系数更低的弹性储能件11，从而提供上肢外骨骼系统更好的助力效果的同时，劲度系数的减小能够让弹性储能件11的体积及重量下降，进而减小设备整机体积及重量，降低上肢外骨骼系统的穿戴难度以及穿戴者的负担。而在上肢外骨骼系统整机尺寸不变的情况下，本实施方式还可以采用更高劲度系数的弹性储能件11，以达到提高助力效果的目的，从而达到提升穿戴者穿戴体验的效果。

本实施方式提供两种储能辅助件22的结构形式：

一结构形式中，储能辅助件22包括支撑滑轮221，支撑滑轮221的外周面，即其用于滚动的表面形成上述的绕接部，支撑滑轮221可转动地设置于第一支撑构件10上或第二支撑构件20上，且位于转轴21外周面的其中一侧部。由支撑滑轮221形成的绕接部，当第一支撑构件10与第二支撑构件20相对转动时，储能辅助件22与支撑滑轮221抵顶绕接的部分不断的变化，支撑滑轮221能够适应性的发生滚动，进而避免储能辅助件22与支撑滑轮221之间产生摩擦，大大延长了使用寿命。

需要说明的是，支撑滑轮221的转动轴线与转轴21的转动轴线相互平行，当助力上肢模块在初始位置与工作位置之间运动时，支撑滑轮221环绕转轴21 的第一转动轴线运动。

如图5、图7所示，当弹性储能件11的两连接端均连接在第一支撑构件10 时，弹性储能件11绕过支撑滑轮221远离第一支撑构件10一侧的滑轮表面，在第一支撑构件10与第二支撑构件20相对转动的过程中，支撑滑轮221会随第二支撑构件20运动，从而在靠近和远离第一支撑构件10的方向上运动，与弹性储能件11之间形成动滑轮结构。当第二支撑构件20由工作位置往初始位置方向运动的过程中，支撑滑轮221会绕转轴21往远离第一支撑构件10的方向运动，随着支撑滑轮221逐渐远离第一连接端或第二连接端，储能通道也随之增长，支撑滑轮221表面的绕接部也会对弹性储能件11施加一定的作用力，此时，穿戴者需要克服弹性储能件11的弹性复位作用力，弹性储能件11会被拉伸延长，从而储蓄助力所需的能量，当第二支撑构件20由初始位置往工作位置方向运动的过程中，支撑滑轮221会绕转轴21往靠近第一支撑构件10的方向运动，随着支撑滑轮221逐渐靠近第一连接端或第二连接端，储能通道也随之缩短，拉伸蓄能状态下的弹性储能件11会释放其储蓄的能量，并对支撑滑轮 221表面的绕接部施加弹性复位作用力，以使支撑滑轮221将该作用力传递至第二支撑构件20以及穿戴者的上臂上，提供穿戴者上臂及肩关节在前屈方向运动过程中的助力。

为了提供一种便于调节助力上肢模块力矩的方式，本实施方式的储能辅助件22还包括力矩调节机构222，力矩调节机构222设置在第一支撑构件10上或第二支撑构件20上，用于调节第一支撑构件10与第二支撑构件20之间的力臂长短，从而让力矩大小得以调节。

本实施方式中的力矩调节机构222提供支撑滑轮221的安装位置，有利于提高助力上肢模块的结构紧凑性，支撑滑轮221通过力矩调节机构222活动设置于第一支撑构件10与第二支撑构件20之间，并且，力矩调节机构222提供支撑滑轮221的调节空间，以使支撑滑轮221可通过力矩调节机构222在靠近和远离转轴21的方向上活动调节。

具体的，该力矩调节机构222包括过渡构件2221，过度构件设置在第一支撑构件10与第二支撑构件20之间，过渡构件2221设置有沿靠近和远离转轴21 方向延伸的导向结构，支撑滑轮221活动设置于导向结构，导向结构可以为滑槽、通槽22213、导块等机械领域内常用的导向结构，本实施方式不作具体限定。并且，本实施方式提供一种导向结构的具体实施方式，如图6所示的过渡构件 2221内部形成有中空的安装槽22211，安装槽22211的相对两侧具有支撑壁 22212，两支撑壁22212之间间隔形成提供支撑滑轮221容纳的安装空间，两相对的支撑壁22212上分别设置有延伸方向相同的通槽22213，根据上述可知，通槽22213一端开设在靠近于转轴21的一侧，其另一端朝远离转轴21的方向延伸，支撑滑轮221设置在安装槽22211内且其两端通过支撑轴2212支撑在通槽 22213上，而为了让支撑滑轮221能够相对于过渡构件2221转动，适配第一支撑构件10与第二支撑构件20相对运动的过程中与弹性储能件11的相对运动，通过上述设置，支撑滑轮221就能够通过支撑轴2212沿通槽22213所延伸的方向移动，调节助力力矩的大小。

根据上述储能辅助件22能够设置在第一支撑构件10或第二支撑构件20上的实施方式，如图4-图7所示，当支撑滑轮221随第二支撑构件20运动，第一支撑构件10形成用于连接弹性储能件11的安装位置时，过渡构件2221的一侧与第一支撑构件10之间通过转轴21连接，过渡构件2221的另一侧与第二支撑构件20固定连接；

当支撑滑轮221随第一支撑构件10运动，第二支撑构件20形成用于连接弹性储能件11的安装位置时，过渡构件2221的一侧与第二支撑构件20之间通过转轴21连接，过渡构件2221的另一侧与第一支撑构件10固定连接。

过渡构件2221可以为独立于第一支撑构件10、第二支撑构件20的构件，通过单独加工成型后再进行装配，也可以当其与第一支撑构件10相对固定时，与第一支撑构件10一体成型，作为第一支撑构件10的一部分，还可以当其与第二支撑构件20相对固定时，与第二支撑构件20一体成型，作为第二支撑构件20的一部分。

过渡构件2221上，还可以设置用于调节锁定支撑滑轮221的调节自锁结构，调节自锁结构安装在过渡构件2221上并与支撑滑轮221传动连接，调节自锁结构被配置为能够调节支撑滑轮221在通槽22213上调节位移，并且在调节完成后能够锁定支撑滑轮221，让其保持相对于过渡构件2221固定的状态，其具体可采用丝杆结构等具有调节自锁功能的调节结构。

以支撑滑轮221固定在第二支撑构件20为例，第二支撑构件20远离转轴 21的一端至转轴21的中心点形成第一力臂，而转轴21中心点至支撑滑轮221 形成第二力臂，这样，通过调节支撑滑轮221的位置，从而调节第二力臂的长度，并且能够调节在第二支撑构件20相同的转动角度下支撑滑轮221所受到的作用力，实现调节弹性储能件11施加至第二支撑构件20的力矩大小。

可选择的是，即使助力上肢模块处于初始位置，弹性储能件11作用于储能辅助件22，对储能辅助件22提供一定的预紧作用力，除了能够让弹性储能件 11位于储能通道内保持一定的绷紧状态，保证其安装的稳定性。

进一步的，本实施方式的弹性储能件11具体包括传动绳111以及储能单元 112，传动绳111的第一端作为弹性储能件11的其中一端部以形成上述的第一连接端，传动绳111过绕接部并抵绕于储能辅助件22，储能单元112的一端与传动绳111的第二端连接，储能单元112的另一端形成弹性储能件11的另一端部以形成上述的第二连接端。

储能单元112用于储蓄或释放能量，而传动绳111则用于将储能单元112 所储蓄的能量施加至储能辅助件22上，以及在储能辅助件22相对远离储能单元112时，拉动储能单元112拉伸让储能单元112储蓄能量。采用传动绳111 与储能单元112配合的方式，能够便于弹性储能件11的装配，其可以将储能单元112安装于第一活动构件或第二活动构件后，将传动绳111连接在储能单元 112的一端，实现绕线后再将传动绳111的另一端连接在对应的活动构件上，降低部件的装配难度，并且，传动绳111相比储能单元112具有更高的柔性，也让弹性储能件11的绕线更为简单。

需要说明的是，位于储能辅助件22相对两侧的传动绳111之间形成有夹角β，这里，夹角β的角度应保持在一个相对较小的范围内，以提高储能单元112 的能量传递效率，在另一些实施方式中，以弹性储能件11连接在第一支撑构件 10为例，传动绳111远离储能单元112的一端其也可以设置在第二支撑构件20 上，但是采用这样的实施方式，助力上肢模块处于工作位置时夹角β的角度会处于一个相对较大的范围，其助力效果较低，但随着助力上肢模块往初始位置的运动，夹角的角度也会随着第二支撑构件20的运动而减小，但随着夹角的减小，其力传递效率又会越来越高，最终导致穿戴者在初始初始位置状态下所受的作用力最大，但随着其往工作位置方向运动，助力效果会越来越小，不利于提高穿戴者的助力效果。

为了提高助力上肢模块的结构紧凑性，第一支撑构件10和/或第二支撑构件 20内形成有中空的安装腔115，安装腔115内设置有两个分别提供第一连接端和第二连接端固定的安装部116，这里所述的安装部116具体为用于挂置传动绳 111以及储能单元112的挂柱，挂住与传动绳111以及储能单元112之间可通过挂钩实现挂接，并且，由于储能单元112即使在工作位置也具有一定的预紧弹性力，因此，挂钩也不会轻易从挂柱上脱落下来，能够保持弹性储能件11安装连接的稳定性。

形成有安装腔115的第一支撑构件10或第二支撑构件20靠近转轴21的一侧腔壁开设有用于与外部环境连通的开口117，开口117提供传动绳111穿出及穿入安装腔115的空间，储能辅助件22与开口117相对设置。

本实施方式以弹性储能件11连接于第一支撑构件10为例，第一支撑构件 10包括两相对拼接的第一壳体113以及第二壳体114，第一壳体113与第二壳体 114在拼接后为何形成上述的安装腔115，而所述的挂柱则可设置在第一壳体113 或第二壳体114的内壁上，通过第一壳体113与第二壳体114的拼接，使挂柱的两端分别被两壳体的内壁左限位，避免挂钩沿挂柱长度方向与其脱离配合。

如图1-图4所示，接上述方案，为了进一步提高上肢外骨骼系统的穿戴稳定性，所述的助力上肢模块还包括腰撑118，腰撑118设置于第一支撑构件10 远离转轴21的一端，腰撑118被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的腰和/或背部，腰撑118能够与上述的腰部绑带配合，从而与腰部绑带围合穿戴者的腰部、背部以及腹部，将上肢外骨骼系统的下侧固定于穿戴者。

而为了提高上肢外骨骼系统的通用性，腰撑118与第一支撑构件10之间设置有第一长度调节机构119，腰撑118可通过第一长度调节机构119活动设置于第一长度调节机构119，以使腰撑118可在靠近和远离第一支撑构件10的方向上活动调节，并且，第一长度调节机构119与腰撑118之间可以设置为转动连接，从而让其匹配不同腰背结构的穿戴者。

第一支撑构件10内形成有中空的安装腔115，所述安装腔115内安装有用于连接腰撑118的腰撑安装机构，第一支撑构件10具有内侧和外侧，内侧靠近穿戴者的腰部和/或背部，外侧远离穿戴者的腰部和/或背部，腰撑安装机构位于安装腔115的远离所述转轴21的一端，且腰撑安装机构靠近第一支撑构件10 的内侧设置，安装腔115内设置有两个分别提供第一连接端和第二连接端固定的安装部116，用于固定第二连接端的安装部116设置在安装腔115内远离转轴 21的一端，且靠近第一支撑构件10的外侧，使得储能单元112的至少部分能够并排设置在第一支撑构件10的外侧与腰撑安装机构之间，用于固定第一连接端的安装部116靠近腰撑安装机构的指向所述转轴21的一端设置。

由于腰撑118的安装，必须要贴合人体背部或者腰部设置，决定了腰撑安装机构必须要安装在第一支撑构件10的下方内侧，为了在较小的空间内尽可能大的增加弹性储能件11的形变行程，将弹性储能件11靠近腰撑安装机构的外侧设置，且与腰撑安装机构并列，充分利用了第一支撑构件10自身的长度，有利于增加弹性储能件11的形变行程，同时，第一连接端设置在第一长度调节机构119的上方，确保在第二支撑构件20相对第一支撑构件10相对转动时，用于固定第二连接端的安装部不会干涉到弹性储能件11的移动。该设置方式，既能够充分的减小第一支撑构件10的前侧与后侧之间的横向尺寸以及第一支撑构件10的纵向尺寸，也能够尽可能的增加弹性储能件11的形变行程，避免弹性储能件11形变过大后接触到储能辅助件22的绕接部，进而导致工作异常。

腰撑安装机构为第一长度调节机构119，所述腰撑118可通过所述第一长度调节机构119活动设置于所述第一支撑构件10，以使所述腰撑118可在靠近和远离所述第一支撑构件10的方向上活动调节。

为了进一步减小储能单元112的体积及重量，本实施方式采用弹力绳作为储能单元112，弹力绳无论是重量还是尺寸相较于传统采用的现形弹簧而言更小，虽然就劲度系数而言，弹力绳的劲度系数可能会比线性弹簧低，但是由于改变了助力上肢模块的力传递方式，因此，即使采用弹力绳作为储能单元112，其助力效果也会较传统力传递方式高。

并且，采用柔性的弹力绳，能够让弹力绳在拉伸储能，以及收缩释放能量的过程中避免与第一壳体113以及第二壳体114的摩擦、碰撞，避免了传统线性弹簧碰撞外骨骼外观件时产生的噪声的同时，还避免了线性弹簧长时间摩擦外观件造成的磨损甚至破坏。

可选的，助力上肢模块还包括臂撑223，臂撑223设置于第二支撑构件20 远离转轴21的一端，臂撑223被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的上臂，其可以与臂部绑带配合绑定穿戴者的上臂，让第二支撑构件20保持在穿戴者上臂上的固定。

而为了提高上肢外骨骼系统的通用性，臂撑223与第二支撑构件20之间设置有第二长度调节机构224，臂撑223可通过第二长度调节机构224活动设置于第二长度调节机构224，以使臂撑223可在靠近和远离第二支撑构件20的方向上活动调节。

上述的第一长度调节机构119以及第二长度调节机构224可采用机械领域中惯用的调节机构，如采用两个相互匹配的型材，型材之间通过沿导向方向插接配合的方式形成活动连接，并在两型材之间设置相应的锁止结构，使两型材在调节后能够锁止固定，而锁止结构则可采用通孔与锁销的配合方式，锁销通过弹性复位件安装于其中一型材，在另一型材上沿导向方向开设若干通孔，在需要对型材之间的位置进行调节时，克服弹性复位件的弹力将锁销从通孔中拔出，并在调节后松开弹性复位件，让弹性复位件带动锁销复位插接在对应位置的通孔内，完成第一支撑构件10或第二支撑构件20的长度调节。

综上，通过改变助力上肢模块的力传递方式，能够有效提高上肢外骨骼系统的助力效果，并且，在相同的助力效果的情况下，本实施方式的上肢外骨骼较传统助力方式的上肢外骨骼而言体积及重量更小，能够有效降低上肢外骨骼系统的穿戴难度，提升穿戴者的穿戴体验。

于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，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”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

以上结合具体实施例描述了本实用新型的技术原理。这些描述只是为了解释本实用新型的原理，而不能以任何方式解释为对本实用新型保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本实用新型的其它具体实施方式，这些方式都将落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种助力上肢模块，其特征在于，包括：

第一支撑构件(10)与第二支撑构件(20)，所述第一支撑构件(10)与所述第二支撑构件(20)通过转轴(21)转动连接以提供关节活动自由度，以使所述第一支撑构件(10)与所述第二支撑构件(20)可在初始位置和工作位置之间转动；

储能辅助件(22)，设置于所述第一支撑构件(10)上或所述第二支撑构件(20)上；所述储能辅助件(22)包括位于所述转轴(21)外周侧的绕接部，当所述第一支撑构件(10)与所述第二支撑构件(20)绕所述转轴(21)相对运动时，所述绕接部随所述第一支撑构件(10)或所述第二支撑构件(20)环绕所述转轴(21)运动；以及

弹性储能件(11)，抵绕于所述储能辅助件(22)并至少部分作用于所述绕接部；

所述弹性储能件(11)的相对两端形成有第一连接端和第二连接端，所述第一连接端和所述第二连接端均连接在所述第一支撑构件(10)上或所述第二支撑构件(20)上；当所述储能辅助件(22)设置于所述第一支撑构件(10)，所述第一连接端和所述第二连接端均连接于所述第二支撑构件(20)；当所述储能辅助件(22)设置于所述第二支撑构件(20)，所述第一连接端和所述第二连接端均连接于所述第一支撑构件(10)；

当所述助力上肢模块由初始位置往工作位置运动时，所述绕接部远离所述第一连接端或第二连接端运动，以使所述第一连接端或所述第二连接端至所述绕接部的间距加大，从而增大所述弹性储能件(11)的拉伸量。

2.根据权利要求1所述的助力上肢模块，其特征在于，所述工作位置至少包括第一工位和第二工位，所述助力上肢模块由初始位置往第一工位运动时，所述弹性储能件(11)产生的力矩逐渐增大，所述助力上肢模块由第一工位往第二工位运动时，所述弹性储能件(11)产生的力矩逐渐减小。

3.根据权利要求1所述的助力上肢模块，其特征在于，所述储能辅助件(22)包括：

支撑滑轮(221)，其外周面形成所述绕接部，所述支撑滑轮(221)可转动地设置于所述第一支撑构件(10)或所述第二支撑构件(20)上，且位于所述转轴(21)外周面的侧部；

当所述助力上肢模块在初始位置与工作位置之间运动时，所述支撑滑轮(221)环绕所述转轴(21)的转动轴线运动。

4.根据权利要求3所述的助力上肢模块，其特征在于，所述储能辅助件(22)还包括：

力矩调节机构(222)，所述支撑滑轮(221)通过所述力矩调节机构(222)活动设置于所述第一支撑构件(10)或所述第二支撑构件(20)上，所述力矩调节机构(222)提供所述支撑滑轮(221)的调节空间，以使所述支撑滑轮(221)可通过所述力矩调节机构(222)在靠近和远离所述转轴(21)的方向上活动调节。

5.根据权利要求4所述的助力上肢模块，其特征在于，所述力矩调节机构(222)包括：

过渡构件(2221)，设置在所述第一支撑构件(10)与所述第二支撑构件(20)之间，所述过渡构件(2221)设置有沿靠近和远离所述转轴(21)方向延伸的导向结构，所述支撑滑轮(221)活动设置于所述导向结构；

所述过渡构件(2221)的一侧与所述第一支撑构件(10)之间通过所述转轴(21)连接，所述过渡构件(2221)的另一侧与所述第二支撑构件(20)固定连接；或

所述过渡构件(2221)的一侧与所述第二支撑构件(20)之间通过所述转轴(21)连接，所述过渡构件(2221)的另一侧与所述第一支撑构件(10)固定连接。

6.根据权利要求1所述的助力上肢模块，其特征在于，所述弹性储能件(11) 包括：

传动绳(111)，其第一端形成所述第一连接端，所述传动绳(111)过所述绕接部并抵绕于所述储能辅助件(22)；

储能单元(112)，所述储能单元(112)的一端与所述传动绳(111)的第二端连接，所述储能单元(112)的另一端形成所述第二连接端。

7.根据权利要求6所述的助力上肢模块，其特征在于，所述第一支撑构件(10)和/或所述第二支撑构件(20)内形成有中空的安装腔(115)，所述安装腔(115)内设置有两个分别提供所述第一连接端和所述第二连接端固定的安装部(116)；

所述安装腔(115)靠近所述转轴(21)的一侧腔壁开设有用于与外部环境连通的开口(117)，所述开口(117)提供所述传动绳(111)穿出及穿入所述安装腔(115)的空间，所述储能辅助件(22)与所述开口(117)相对设置。

8.根据权利要求6所述的助力上肢模块，其特征在于，所述第一支撑构件(10)内形成有中空的安装腔(115)，所述安装腔(115)内安装有用于连接腰撑(118)的腰撑安装机构，所述第一支撑构件(10)具有内侧和外侧，所述内侧靠近穿戴者的腰部和/或背部，所述外侧远离穿戴者的腰部和/或背部，所述腰撑安装机构位于所述安装腔(115)的远离所述转轴(21)的一端，且所述腰撑安装机构靠近所述第一支撑构件(10)的内侧设置，所述安装腔(115)内设置有两个分别提供所述第一连接端和第二连接端固定的安装部(116)，用于固定所述第二连接端的安装部(116)设置在所述安装腔(115)内远离所述转轴(21)的一端，且靠近所述第一支撑构件(10)的外侧，使得所述储能单元(112)的至少部分能够并排设置在所述第一支撑构件(10)的外侧与所述腰撑安装机构之间，用于固定所述第一连接端的安装部(116)靠近所述腰撑安装机构的指向所述转轴(21)的一端设置。

9.根据权利要求8所述的助力上肢模块，其特征在于，所述腰撑安装机构为第一长度调节机构(119)，所述腰撑(118)可通过所述第一长度调节机构(119)活动设置于所述第一支撑构件(10)，以使所述腰撑(118)可在靠近和远离所述第一支撑构件(10)的方向上活动调节。

10.根据权利要求6-9中任一项所述的助力上肢模块，其特征在于，所述储能单元(112)为弹力绳。

11.一种上肢外骨骼系统，其特征在于，包括：

如权利要求1-10中任一项所述的助力上肢模块；以及

穿戴组件，所述助力上肢模块设置于所述穿戴组件，所述穿戴组件提供穿戴者躯干的穿戴空间。

12.根据权利要求11所述的上肢外骨骼系统，其特征在于，所述助力上肢模块为两个，两所述助力上肢模块对称设置，以提供穿戴者左右两侧关节的活动自由度；

两所述助力上肢模块及所述穿戴组件围合形成所述穿戴空间。

13.根据权利要求11所述的上肢外骨骼系统，其特征在于，所述助力上肢模块还包括臂撑(223)，设置于所述第二支撑构件(20)远离所述转轴(21)的一端，所述臂撑(223)被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的上臂；所述臂撑(223)与所述第二支撑构件(20)之间设置有第二长度调节机构(224)；所述臂撑(223)可通过所述第二长度调节机构(224)活动设置于所述第二支撑构件(20)，以使所述臂撑(223)可在靠近和远离所述第二支撑构件(20)的方向上活动调节。

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