CN218195273U - 一种力矩可调的关节模组、助力上肢模块及外骨骼系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种力矩可调的关节模组、助力上肢模块及外骨骼系统，涉及机械关节的技术领域，在第一关节构件与第二关节构件之间设置弹性储能件，弹性储能件包括储能单元与传动绳，储能单元设置于安装腔内，第一关节构件上开设有与安装腔连通的维修口，所述储能单元设置成与维修口相对应，安装腔内设置有用于提供储能单元固定的第一安装部，储能单元的一端可拆卸地连接在第一安装部上，另外一端可拆卸地连接在传动绳上，从而通过改变第一关节构件的结构以及改变弹性储能件的设置方式，以实现方便更换弹性储能件的规格来解决助力大小调整范围较小的问题。

Description

一种力矩可调的关节模组、助力上肢模块及外骨骼系统

技术领域

本公开涉及机械关节的技术领域，尤其涉及一种力矩可调的关节模组、助力上肢模块及外骨骼系统。

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，储能件提供的助力能够作用在穿戴者的手臂上，使得穿戴者在工作时手臂能够得到持续支撑，进而达到助力效果。

为了适应不同的工作场景或者不同的工作强度，需要对储能件提供的助力大小进行调节或调整。现有的上肢外骨骼其调节方式一般是通过调节储能件的力臂来实现力矩大小的调节，其调节范围较小，难以满足不同的工作场景或不同的工作强度。

公开内容

本公开实施例的目的在于：提供一种力矩可调的关节模组、助力上肢模块及外骨骼系统，通过改变第一关节构件的结构以及改变弹性储能件的设置方式，以实现方便更换弹性储能件的规格来解决助力大小调整范围较小的问题。

为达上述目的，本公开采用以下技术方案：

第一方面，提供一种力矩可调的关节模组，包括：

第一关节构件与第二关节构件，所述第一关节构件与所述第二关节构件通过转轴转动连接以提供关节活动自由度；

所述第一关节构件内形成有中空的安装腔；

弹性储能件，连接于所述第一关节构件和所述第二关节构件，所述弹性储能件包括储能单元和传动绳，所述储能单元设置于所述安装腔内，第一关节构件上开设有与所述安装腔连通的维修口，所述储能单元设置成与维修口相对应，所述安装腔内设置有用于提供所述储能单元固定的第一安装部，所述储能单元的一端可拆卸地连接在所述第一安装部上，另外一端可拆卸地连接在所述传动绳上。

第二方面，提供一种助力上肢模块，包括：

如上所述的力矩可调的关节模组，所述第一关节构件与所述第二关节构件分别用于绑定穿戴者的躯干及上臂，以提供穿戴者肩关节的活动自由度。

第三方面，提供一种外骨骼系统，包括：

如上所述的助力上肢模块，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肩关节的活动自由度；

穿戴组件，所述助力上肢模块设置于所述穿戴组件，两所述助力上肢模块及所述穿戴组件围合形成穿戴空间；

腰撑，设置于所述第一关节构件远离所述转轴的一端，所述腰撑被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的躯干；

臂撑，设置于所述第二关节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。

本公开的有益效果为：该力矩可调的关节模组，在转动连接的第一关节构件与第二关节构件之间设置弹性储能件，其中，弹性储能件包括储能单元和传动绳，且储能单元分别和传动绳以及第一关节构件可拆卸连接，相比现有的助力外骨骼中采用的弹性储能件整体均为储能单元的方案，本公开有利于操作者通过维修口对储能单元进行拆卸和更换，储能单元可以制作成多种规格，以满足不同的工作场景或者不同的工作强度的要求，进而达到力矩大小的大范围调节。

附图说明

下面根据附图和实施例对本公开作进一步详细说明。

图1为本公开实施例所述力矩可调的关节模组及助力上肢模块整体结构示意图之一；

图2为本公开实施例所述力矩可调的关节模组及助力上肢模块整体结构示意图之二；

图3为本公开实施例所述力矩可调的关节模组及助力上肢模块整体结构示意图之三；

图4为本公开实施例所述力矩可调的关节模组及助力上肢模块爆炸图；

图5为本公开实施例所述力矩可调的关节模组及助力上肢模块剖视图；

图6为图5的A部放大视图；

图7为本公开实施例所述力矩调节机构爆炸图；

图8为本公开实施例所述第一关节构件及盖板的爆炸示意图。

图中：10、第一关节构件；11、弹性储能件；111、传动绳；112、储能单元；12、第一壳体；13、第二壳体；14、安装腔；15、第一安装部；16、开口；17、腰撑；18、维修口；19、第二安装部；20、第二关节构件；21、转轴；22、储能辅助件；221、限位结构；222、辅助件主体；223、支撑件；23、丝杆调节机构；231、调节丝杠；2311、调节旋钮；232、调节座；233、丝杆螺母；24、关节支撑杆；25、连接座；251、导向结构；252、支撑壁；253、调节槽；254、槽口；26、臂撑；30、盖板。

具体实施方式

为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本公开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公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，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，都属于本公开保护的范围。

在本公开的描述中，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公开中的具体含义。

在本公开中，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。

本实施例提供一种力矩可调的关节模组，旨意在于提高助力上肢模块以及外骨骼系统中助力矩调节的便捷性，降低其调节过程的操作难度，并解决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，为本实施例所述的力矩可调的关节模组在助力上肢模块中的应用示意图，该助力上肢模块为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，能够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，并能够在调节下提供不同助力矩，适配不同穿戴者的穿戴习惯以及助力要求，提高穿戴者在穿戴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关节构件10与第二关节构件20，第一关节构件10与第二关节构件20通过转轴21转动连接以提供肩关节活动自由度。本实施方式中，第二关节构件20作为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，第一关节构件10作为外骨骼系统的躯干组件，其提供穿戴者躯干(腰部和/或背部)的穿戴位置，并在穿戴组件的协同下，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，第一关节构件10也可设置在穿戴者上臂上，以及第二支撑件223可设置在穿戴者腰部和/或背部上，或者，第一关节构件10和第二关节构件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。

此外，第一关节构件10也可作为上述的上臂组件，在此情况下，第二关节构件20即作为上述的躯干组件。

其中，第一关节构件10与第二关节构件20之间根据转轴21所处位置以限定出第一转动轴线，在外骨骼系统的应用上，当穿戴者处于穿戴状态下，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，以第一关节构件10与第二关节构件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躯干，其作为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较高的同步率，从而够决定穿戴者的各肢体与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，外骨骼系统中，第一关节构件10与第二关节构件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，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传递至另一活动构件上，为了提供不同的助力效果，外骨骼系统一般通过调节活动构件之间的间距，以改变储能件的力臂，或采用不同劲度系数的弹性件以达到改变活动构件提供穿戴者不同大小的辅助作用力的目的。但是，现在技术方案在改变储能件的力臂时，操作较为麻烦，给用户在调节过程中带来诸多的不便；而若更大劲度系数的储能件，也意味着储能件的体积和重量会进一步增大，从而导致外骨骼的体积和重量也会随之增加，限制了外骨骼力矩调节范围，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。

如图1-图5所示，本实施方式的力矩可调的关节模组中，第一关节构件10或第二关节构件20上设置有储能辅助件22，储能辅助件22包括位于转轴21外周其中一侧的抵顶部，储能辅助件22能够随其所固定的构件一同转动，当第一关节构件10与第二关节构件20绕转轴21相对运动时，抵顶部随第一关节构件10或第二关节构件20环绕转轴21运动。这里，储能辅助件22可以为相对于第一关节构件10、第二关节构件20独立的构件、组件，也可以与第一关节构件10或第二关节构件20一体成型。

一实施方式中，当储能辅助件22设于第一关节构件10的状态下，第二关节构件20与辅助储能件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，当第一关节构件10与第二关节构件20之间相对运动，辅助储能件能够随第一关节构件10运动，以在靠近或远离第二关节构件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设于第二关节构件20的状态下，第一关节构件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，当第一关节构件10与第二关节构件20之间相对运动，储能辅助件22能够随第二关节构件20运动，以在靠近或远离第一关节构件10的方向上运动，达到延长或缩短储能通道长度的效果。

弹性储能件11，与所述第一关节构件10连接并作用于所述储能辅助件22；

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，弹性储能件11与所述第一关节构件10连接并作用于所述储能辅助件22，用于将其弹性作用力通过储能辅助件22传递至第二关节构件20上，从而为穿戴者的上臂施加助力矩。

如图4-图6所示，具体的弹性储能件11连接结构，弹性储能件11的相对两端形成连接端，用于均连接在第一关节构件10或第二关节构件20上，而本实施例则是将弹性储能件11的两端均连接在第一关节构件10上。具体的，弹性储能件11的两连接端包括第一端以及第二端，在储能辅助件22设置于第一关节构件10的情况下，弹性储能件11两连接端均连接于第二关节构件20，弹性储能件11的第一端连接第二关节构件20后往储能辅助件22方向延伸，并在绕过储能辅助件22，其抵于抵顶部后，储能辅助件22的第二端折回第二关节构件20方向并连接于第二关节构件20；如图4-图5所示，在储能辅助件22设置于第二关节构件20的情况下，弹性储能件11两连接端均连接于第一关节构件10，弹性储能件11的第一端连接第一关节构件10后往储能辅助件22方向延伸，并在绕过储能辅助件22，其抵于抵顶部后，储能辅助件22的第二端折回第一关节构件10方向并连接于第一关节构件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本体直接由其第一端往第二端方向延伸，并保证储能通道延长后，弹性储能件11能稳定的将弹性作用力作用在储能辅助件22上。

可以理解的是，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关节构件10或第二关节构件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关节构件10与第二关节构件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，当助力上肢模块由初始位置往工作位置方向运动时，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，以使弹性储能件11两连接端至抵顶部的间距加大，从而增大弹性储能件11的拉伸量，为后续的助力储蓄能量。当助力上肢模块由工作位置往初始位置方向运动时，上述的储能通道长度会逐渐缩短，这样，当在储能通道内设置有弹性储能件11，随着储能通道的逐渐缩短，抵顶部由远离连接端的一端往靠近连接端的一端运动，以使两连接端至抵顶部的间距减小，从而释放弹性储能件11的能量，为穿戴者前屈方向运动提供助力。

当然，上述的助力方式，以弹性储能件11的第一端连接关节构件，其第二端连接于储能辅助件22的连接方式也同样能够实现。

为了解决助力大小调整范围较小的问题，第一关节构件10内形成有中空的安装腔14，安装腔14内设置有两个分别提供连接端固定的第一安装部15，这里所述的第一安装部15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。

第一关节构件10的安装腔14靠近转轴21的一侧腔壁开设有与外部环境连通的开口16，开口16提供传动绳111穿出及穿入安装腔14的空间，储能辅助件22与开口16相对设置。

第一关节构件10包括两相对拼接的第一壳体12以及第二壳体13，第一壳体12与第二壳体13在拼接后为何形成上述的安装腔14，而所述的挂柱则可设置在第一壳体12或第二壳体13的内壁上，通过第一壳体12与第二壳体13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4-图5、图8所示，弹性储能件11包括储能单元112和传动绳111，储能单元112设置于安装腔14内，第一关节构件10上开设有与安装腔14连通的维修口18，储能单元112设置成与维修口18相对应，维修口18处可拆卸地设置有盖板30。安装腔14内设置有用于提供储能单元112固定的第一安装部15，储能单元112的一端可拆卸地连接在第一安装部15上，另外一端可拆卸地连接在传动绳111上。

安装腔14还内设置有用于提供传动绳111固定的第二安装部19，传动绳111具有第一端和第二端，传动绳111的第一端与第二安装部19连接，传动绳111的第二端与所述储能单元112可拆卸地连接，所述传动绳111抵绕作用于所述储能辅助件22。在储能单元112为弹力绳的情况下，弹力绳的一端通过设置在传动绳111的第二端的卡扣结构锁扣，弹力绳的另一端套设在第一安装部15上。

根据上述方案，安装腔14能够提供该关节模组中各部件的安装位置，从而让关节模组中的各部件能够在一定的空间范围内合理的实施装配布局。

而将弹性储能件11设置为储能单元112和传动绳111，且储能单元分别和传动绳以及第一关节构件可拆卸连接，相比现有的助力外骨骼中采用的储能件整体均为弹性件的方案，本公开有利于操作者通过维修口18对储能单元112进行拆卸和更换，储能单元112可以制作成多种规格，以满足不同的工作场景或者不同的工作强度的要求，进而达到力矩大小的大范围调节。同时，采用传动绳111实现构件与储能单元112的力传递的方式能够节省更多的安装腔空间，从而预留更大的空间以供其他部件装配使用，也能够为操作者提供更大的拆装空间，有利于操作者对各部件的装配与拆卸，进而降低关节模组的拆装难度。

而维修口18则能够提供操作者对关节模组日常检修维护的空间，避免在上述过程中对关节模组整体进行拆卸，提高操作者的检修维护效率。

接上述，以储能辅助件22可随第二关节构件20的转动绕转轴21运动的方式为例，第二关节构件20上设置有丝杆调节机构23，丝杆调节机构23包括有固定端以及驱动端，所述丝杆调节机构23的固定端安装于第二关节构件20，丝杆调节机构23的驱动端与储能辅助件22连接，实现与储能辅助件22传动连接，用户在需要对储能辅助件22的相对位置进行调节时，用户可通过对丝杆调节机构23的操作实驱动储能辅助件22在靠近和远离转轴21的方向上活动调节。

可以理解的是，本实施方式中，第二关节构件20用于提供穿戴者助力矩的一端与转轴21之间的连接，与储能辅助件22与转轴21之间的连接之间呈夹角设置，从而让弹性储能件11施加至储能辅助件22的作用力在传递至第二关节构件20后，能够让第二关节构件20绕转轴21的第一转动轴线相对于第一关节构件10朝工作位置方向转动。

如图5所示，以支储能辅助件22固定在第二关节构件20为例，第二关节构件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中心点至储能辅助件22形成第二力臂，这样，通过调节储能辅助件22的位置，从而调节第二力臂的长度，进而改变弹性储能件11作用在第二力臂上的力矩，最终对第一力臂绕转轴21运动的力矩大小进行调节。进一步，当储能辅助件22往靠近转轴21的方向运动时，第二力臂的长度逐渐减小，在弹性储能件11所施加的作用力大致相同的情况下，第二力臂所受助力矩会随之减小，进而让第一力臂的助力矩也随之下降，减轻外骨骼系统的助力效果；当储能辅助件22往远离转轴21的方向运动时，第二力臂的长度逐渐增大，在弹性储能件11所施加的作用力大致相同的情况下，第二力臂所受助力矩会随之增大，进而让第一力臂的助力矩也随之上升，提高外骨骼系统的助力效果。

如图4-图7所示，通过丝杆调节机构23对外骨骼系统助力矩进行调节，用户无需进行相关零件的拆装，也无需更换不同劲度系数的弹性储能件11，大大降低了力矩调节过程中的操作难度，丝杆调节机构23也让力矩大小的调节精度更高，其所具备的自锁特性也免去了用户在操作前后需要进行解锁或重新锁定的动作，提高了用户的便捷性，也节省了调节机构所采用的物料数量，让助力上肢模块及外骨骼系统结构更为紧凑。

同时，本公开提出的将更换弹性储能件11的规格与通过丝杆调节机构23对外骨骼系统助力矩进行调节相结合的方式，能够实现力矩更大范围的调节，进而能够满足多种的工作场景或大跨度工作强度的需求。通过改变第一关节构件的结构以及改变弹性储能件的设置方式，以实现方便更换弹性储能件的规格来解决助力大小调整范围较小的问题。

接上述方案，本实施方式的第二关节构件20包括关节支撑杆24以及连接座25，关节支撑杆24优选采用杆状结构，其被配置为随穿戴者肢体或躯干运动而运动，而根据上述方案，本实施方式的关节支撑杆24则作为配合穿戴组件绑定于穿戴者的上臂使用。

连接座25设置在关节支撑杆24与第一关节构件10之间，连接座25作为第一关节构件10与第二关节构件20之间的过渡件，连接座25可以为相对关节支撑杆24独立，也可以与关节支撑杆24一体成型，本实施方式采用连接座25与关节支撑杆24单独加工后进行装配的方案，目的是为了降低力矩可调的关节模组的装配难度。连接座25一侧与关节支撑杆24固定连接，连接座25的另一侧通过转轴21与第一关节构件10转动连接，丝杆调节机构23安装于连接座25，储能辅助件22活动设置于连接座25，连接座25沿调节方向提供储能辅助件22的调节空间。

进一步，连接座25设置有沿调节方向延伸的导向结构251，储能辅助件22匹配安装于导向结构251，用于限定储能辅助件22在调节力臂长度过程中的移动方向，导向结构251可以为滑槽、通槽、导块等机械领域内常用的导向结构251，本实施方式不作具体限定。

为了提高储能辅助件22在调节运动过程中的稳定性，连接座25包括两间隔设置的支撑壁252，两支撑壁252能够对储能辅助件22的相对两端提供支撑，避免储能辅助件22与连接座25脱离配合，两支撑壁252之间形成有调节槽253以及连通调节槽253的槽口254，上述导向结构251设置于支撑壁252，以使储能辅助件22可活动安装于调节槽253，弹性储能件11可从槽口254穿入调节槽253并抵绕于储能辅助件22。

在装配状态下，弹性储能件11两连接端均连接于第一关节构件10，弹性储能件11的第一端连接第一关节构件10后往储能辅助件22方向延伸经槽口254穿入调节槽253内，在调节槽253内抵绕于储能辅助件22后折回第一关节构件10方向，实现其第二端与第一关节构件10的连接。

两支撑壁252上分别设有位置相对的导向结构251，导向结构251为贯通支撑壁252两侧的导向槽，储能辅助件22的相对两端分别可活动地穿过导向槽，本实施方式中，储能辅助件22包括辅助件主体222以及支撑件223，辅助件主体222提供弹性储能件11的作用位置。可以理解的是，支撑件223可以分别设置在辅助件主体222的相对两端，用于分别从两侧支撑壁252上的导向槽内穿出；支撑件223也可以贯穿辅助件主体222的两端，从而实现从两侧支撑壁252上的导向槽穿出的方案。支撑件223配置为与导向槽活动配合，能够与导向槽配合提供辅助件主体222支撑在支撑壁252上的位置的同时，在辅助件主体222调节位置的过程中，支撑件223还能够沿导向槽所导方向移动，限制辅助件主体222的移动方向。

在上述结构基础上，为了提高储能辅助件22的运动稳定性，以及保证储能辅助件22与连接座25之间的装配稳定性，储能辅助件22的相对两端分别设置有限位结构221，限位结构221分置于支撑壁252的相对两侧，用于限制储能辅助件22脱出导向槽。

本实施方式的储能辅助件22为支撑滑轮，可以理解的是，上述的辅助件主体222为支撑滑轮，支撑滑轮的外周面提供弹性储能件11的作用位置，支撑滑轮可转动地设置于第一关节构件10与第二关节构件20之间，并且支撑滑轮的转动轴线与转轴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，支撑滑轮环绕转轴21的第一转动轴线运动。

如图所示，当弹性储能件11的两连接端均连接在第一关节构件10，弹性储能件11绕过支撑滑轮远离第一关节构件10一侧的滑轮表面，在第一关节构件10与第二关节构件20相对转动的过程中，支撑滑轮会随第二关节构件20运动，从而在靠近和远离第一关节构件10的方向上运动，与弹性储能件11之间形成动滑轮结构。当第二关节构件20由工作位置往初始位置方向运动的过程中，支撑滑轮会绕转轴21往远离第一关节构件10的方向运动，随着支撑滑轮逐渐远离弹性储能件11的连接端，储能通道也随之增长，支撑滑轮表面的抵顶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，当第二关节构件20由初始位置往工作位置方向运动的过程中，支撑滑轮会绕转轴21往靠近第一关节构件10的方向运动，随着支撑滑轮逐渐靠近弹性储能件11的连接端，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，并对支撑滑轮表面的抵顶部施加弹性复位作用力，以使支撑滑轮将该作用力传递至第二关节构件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。

如图5-图7所示，作为丝杆调节机构23的具体方案，本实施方式的丝杆调节机构23包括：

调节丝杠231，调节丝杠231作为控制调节储能辅助件22的操作构件，调节丝杠231可绕自身转动轴线周向转动的安装于第二关节构件20，调节丝杠231一端位于第二关节构件20的外部，其另一端绕其外周面设置有丝杆螺纹并活动穿入第二关节构件20内，调节丝杠231的一端设有可操控其转动的调节部，如图所示，调节丝杠231位于第二关节构件20外部的一端安装有调节旋钮2311，调节旋钮2311与调节丝杠231固定连接，以提供用户操作调节丝杠231转动的操作位置。

调节座232，沿调节方向可活动地设置于第二关节构件20，这里，第二关节构件20内提供有调节座232活动的空间，调节座232活动设置于第二关节构件20内，以使储能辅助件22能够与调节座232连接。

丝杆螺母233，固定安装于调节座232并与调节丝杠231传动啮合，通过调节丝杠231的转动，以驱使丝杆螺母233带动调节座232沿调节丝杠231所延伸的方向往复运动，可以理解的是，为了配合储能辅助件22的调节运动，调节丝杠231所延伸的方向与上述导向槽所延伸的方向一致，这样，在调节丝杠231转动的过程中，丝杆螺母233带动调节座232运动的方向即与储能辅助件22沿导向槽运动的方向相同，确保了支撑滑轮与调节座232之间能够保持在可控的相对位置范围内，避免调节座232与支撑滑轮之间相对位移过大导致硬接触卡死，或磨损破坏等问题。

接上述方案，调节座232设置在调节槽253内，调节丝杠231一端通过轴向固定的方案安装于连接座25上，其另一端穿入调节槽253以及调节座232内并与设置在调节座232上的丝杆螺母233传动啮合。上述的支撑件223为轴体结构，其贯穿于支撑滚轮并从调节座232的两侧穿出，与支撑壁252上的导向槽导向配合。在用户操作调节旋钮2311，以使调节丝杠231转动时，调节丝杠231上的丝杆螺纹会带动丝杆螺母233沿其延伸方向运动，进而让丝杆螺母233带动调节座232运动，此时，由于支撑滑轮可转动地设置在调节座232内，其运动除了能够被调节丝杠231所导向以外，还能够通过两端的支撑件223与导向槽的配合实现导向。

进一步，上述的限位结构221为设置在支撑件223两端的阻挡件，阻挡件分别设置在支撑壁252的外侧以及内侧，这样，通过支撑件223与导向槽的配合，能够实现对支撑滑轮径向方向上的限位，而通过阻挡件，能够限制支撑滑轮在轴向上的限位，并且，位于支撑壁252两侧的阻挡件间隙只需要稍大于支撑壁252的厚度，能够提供相对于支撑壁252运动的空间即可。

一实施例中，本实施方式的弹性储能件11具体包括以及储能单元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连接端，传动绳111过抵顶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，实现绕线后再讲传动绳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。

如图5所示，为了减小储能单元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。本实施方式还提供另一种改变可调的关节模组助力矩的方式，即通过增加或减少弹力绳的数量，从而增加或减小储能单元112作用于传动绳111的作用力，进而控制传动绳111与支撑滑轮的相互作用力，改变第二关节构件20的助力矩。

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12以及第二壳体13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。

如图1-图2所示，为了进一步提高外骨骼系统的穿戴稳定性，助力上肢模块还包括腰撑17，腰撑17设置于第一关节构件10远离转轴21的一端，腰撑17被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的躯干，腰撑17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，将外骨骼系统的下侧固定于穿戴者。

而为了提高外骨骼系统的通用性，腰撑17与第一支撑构件之间设置有第一长度调节机构，腰撑17可通过第一长度调节机构活动设置于第一长度调节机构，以使腰撑17可在靠近和远离第一支撑构件的方向上活动调节，并且，第一长度调节机构与腰撑17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。

可选的，助力上肢模块还包括臂撑26，臂撑26设置于第二关节构件20远离转轴21的一端，臂撑26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，让第二支撑构件保持在穿戴者上臂上的固定。

而为了提高外骨骼系统的通用性，臂撑26与第二支撑构件之间设置有第二长度调节机构，臂撑26可通过第二长度调节机构活动设置于第二长度调节机构，以使臂撑26可在靠近和远离第二支撑构件的方向上活动调节。

上述的第一长度调节机构以及第二长度调节机构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，完成第一支撑构件或第二支撑构件的长度调节。

综上，通过丝杆传动机构对助力矩实现调节，能够有效提高外骨骼系统在助力矩调解过程中的便捷性，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公开的限制。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公开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公开的技术原理。这些描述只是为了解释本公开的原理，而不能以任何方式解释为对本公开保护范围的限制。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公开的其它具体实施方式，这些方式都将落入本公开的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种力矩可调的关节模组，其特征在于，包括：

第一关节构件(10)与第二关节构件(20)，所述第一关节构件(10)与所述第二关节构件(20)通过转轴(21)转动连接以提供关节活动自由度；

所述第一关节构件(10)内形成有中空的安装腔(14)；

弹性储能件(11)，连接于所述第一关节构件(10)和所述第二关节构件(20)，所述弹性储能件(11)包括储能单元(112)和传动绳(111)，所述储能单元(112)设置于所述安装腔(14)内，第一关节构件(10)上开设有与所述安装腔(14)连通的维修口(18)，所述储能单元(112)设置成与维修口(18)相对应，所述安装腔(14)内设置有用于提供所述储能单元(112)固定的第一安装部(15)，所述储能单元(112)的一端可拆卸地连接在所述第一安装部(15)上，另外一端可拆卸地连接在所述传动绳(111)上。

2.根据权利要求1所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，还包括：储能辅助件(22)，所述储能辅助件(22)设置于所述第二关节构件(20)并位于所述转轴(21)的周侧，所述储能辅助件(22)可随所述第二关节构件(20)的转动绕所述转轴(21)运动，所述传动绳连接并作用于所述储能辅助件(22)；以及

丝杆调节机构(23)，所述丝杆调节机构(23)安装于所述第二关节构件(20)并与所述储能辅助件(22)传动连接，用于驱动所述储能辅助件(22)在靠近和远离所述转轴(21)的方向上活动调节。

3.根据权利要求2所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，第二关节构件(20)包括：

关节支撑杆(24)，其被配置为随穿戴者肢体或躯干运动而运动；

连接座(25)，其一侧与所述关节支撑杆(24)固定连接，所述连接座(25)的另一侧通过所述转轴(21)与所述第一关节构件(10)转动连接；

所述丝杆调节机构(23)安装于所述连接座(25)，所述储能辅助件(22)活动设置于所述连接座(25)，所述连接座(25)沿调节方向提供所述储能辅助件(22)的调节空间。

4.根据权利要求3所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，所述连接座(25)设置有沿调节方向延伸的导向结构(251)，所述储能辅助件(22)匹配安装于所述导向结构(251)，所述连接座(25)包括两间隔设置的支撑壁(252)，两所述支撑壁(252)之间形成有调节槽(253)以及连通所述调节槽(253)的槽口(254)；

所述导向结构(251)设置于所述支撑壁(252)，以使所述储能辅助件(22)可活动安装于所述调节槽(253)，所述传动绳(111)可从所述槽口(254)穿入所述调节槽(253)并抵绕于所述储能辅助件(22)。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，所述储能辅助件(22)为支撑滑轮，所述支撑滑轮的外周面提供所述传动绳(111)的作用位置；

所述支撑滑轮可转动地设置于所述第二关节构件(20)，并且所述支撑滑轮的转动轴线与所述转轴(21)的转动轴线相互平行。

6.根据权利要求3所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，所述丝杆调节机构(23)包括：

调节丝杠(231)，可周向转动的安装于所述第二关节构件(20)，所述调节丝杠(231)的一端设有可操控其转动的调节部；

调节座(232)，沿调节方向可活动地设置于所述第二关节构件(20)；

丝杆螺母(233)，固定安装于所述调节座(232)并与所述调节丝杠(231)传动啮合。

7.根据权利要求2-4中任一项所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，所述安装腔(14)内设置有用于提供所述传动绳(111)固定的第二安装部(19)，所述传动绳(111)具有第一端和第二端，所述传动绳(111)的第一端与所述第二安装部(19)连接，所述传动绳(111)的第二端与所述储能单元(112)可拆卸地连接，所述传动绳(111)抵绕作用于所述储能辅助件(22)。

8.根据权利要求7所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，所述储能单元(112)为弹力绳，所述弹力绳的一端通过设置在传动绳(111)的第二端的卡扣结构锁扣，所述弹力绳的另一端套设在所述第一安装部(15)上。

9.根据权利要求7所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，

所述安装腔(14)靠近所述转轴(21)的一侧腔壁开设有与外部环境连通的开口(16)，所述开口(16)提供所述传动绳(111)穿过的空间，所述储能辅助件(22)与所述开口(16)相对设置。

10.根据权利要求1至4任一项所述的力矩可调的关节模组，其特征在于，维修口(18)处可拆卸地设置有盖板(30)。

11.一种助力上肢模块，其特征在于，包括：

如权利要求1-10中任一项所述的力矩可调的关节模组，所述第一关节构件(10)与所述第二关节构件(20)分别用于绑定穿戴者的躯干及上臂，以提供穿戴者肩关节的活动自由度。

12.一种外骨骼系统，其特征在于，包括：

如权利要求11所述的助力上肢模块，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肩关节的活动自由度；

穿戴组件，所述助力上肢模块设置于所述穿戴组件，两所述助力上肢模块及所述穿戴组件围合形成穿戴空间；

腰撑(17)，设置于所述第一关节构件(10)远离所述转轴(21)的一端，所述腰撑(17)被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的躯干；

臂撑(26)，设置于所述第二关节构件(20)远离所述转轴(21)的一端，所述臂撑(26)被配置为穿戴状态下支撑于穿戴者的上臂。

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