TWI748638B - 輔助支撐穿戴式外骨骼裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，適用於穿戴人體的下半身。將下半身的每一活動關節位置裝設有關節輔助模組，並利用支撐連桿模組將所有關節輔助模組彼此連接，且所有支撐連桿模組彼此連接後的總長度大於下半身之下肢部的總高度。再將彈性元件裝設於人體髖關節處的關節輔助模組中。本發明無須任何動力驅動，主要是運用穿戴者本身重量，透過所有支撐連桿模組傳遞到彈性元件以產生向上推力，進而產生對穿戴者本身重量足夠的輔助支撐力量，達成減輕穿戴者的活動肢體負擔之功效。

Description

輔助支撐穿戴式外骨骼裝置

本發明是有關於一種輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，特別是有關於一種利用連桿模組與彈性元件使人體下半身的伸展動作而相應調整各活動關節輔助機構，據以產生足夠支撐人體重量之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置。

按，能利用雙腳行走，是人類由原始動物進化為人的一大關鍵，因為能使用雙腳行走，方可空出雙手來做其他事情，進而發展出許多工具。然而再健壯的人行走久了也是會感到疲勞，或是年長者因為膝蓋骨骼退化，導致無法久站或長距離的走動，但並不是所有地方或場地都有椅子可供人坐下休息，以及有些職業需要長久的站立或半蹲，此種職業場所也不能隨意讓人坐下，因此就有許多的輔助設備出現，如讓老人家使用的拐杖。但現有的拐杖功能僅為增加行走時的支撐點， 使用時需額外施力於握把才能維持該手杖的支撐效果。使用傳統雙枴杖(手杖)情況下， 步行方式需配合左右手杖做調整， 上下坡使用傳統手杖亦須調整步行方式， 才能達到輔助支點的功能。不論是使用何種枴杖，都需要靠使用者手部力量， 藉由拐杖著地產生分擔支撐重量的位置， 實際上減輕使用者腳步負擔，但卻增加手部負擔。

為因應如上所述對於輔助工具應用上的需求，業者研發出可增加使用便利性與省力方式的輔助工具結構改良。例如可安裝於腿部的外骨骼裝置，而一般的外骨骼裝置都需要使用電源、動力驅動元件、感測元件以及搭配相當複雜的機構設計，使得現有的下肢外骨骼輔助裝置整體重量沉重、穿戴不便利也不舒適、價格昂貴以及維修困難度高等諸多缺失。因此，如何簡化結構設計及降低製作成本，讓穿戴便利、維修簡單且價格親民的下半身外骨骼輔助裝置是亟待解決的問題。

有鑑於上述習知技藝之問題，本發明之主要目的就是提供一種無須額外的動力驅動，能夠穿戴於人體下半身並直覺性的使用，可根據下半身運動而相應調整輔助支撐力，不僅符合人體工學的穿戴舒適度以及提高使用便利性之外，更簡化整體結構的複雜度、提升維修方便性且製作成本也能有效地降低。

本發明之次要目的就是提供一種透過支撐連桿模組連動彈性元件產生向上推力，進而產生對穿戴者本身重量足夠的輔助支撐力量，不需要手部施力或是額外動力驅動輔助，即可減輕穿戴者的腳步負擔以及減輕穿戴者額外攜帶負重物的諸多功效。

根據本發明之目的，提出一種輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，適用於穿戴人體的下半身，下半身包含一腰部與一下肢部。輔助支撐穿戴式外骨骼裝置包含複數個關節輔助模組、複數個支撐連桿模組以及至少一彈性元件。複數個關節輔助模組係分別裝設於下半身的每一活動關節位置。複數個支撐連桿模組係裝設於關節輔助模組之間，以將此些關節輔助模組彼此連接，且此些支撐連桿模組彼此連接後的總長度大於下肢部的總高度。彈性元件係位於最靠近腰部之下肢部位置，且彈性元件係分別連接於前述下肢部的關節輔助模組與支撐連桿模組。其中，此些關節輔助模組、此些支撐連桿模組與彈性元件係根據下半身的彎曲程度及站立模式而相應調整，以產生人體身體重量的支撐力，彈性元件的彈性壓縮量等於此些支撐連桿模組的總長度與下肢部的總高度之間的差異量。

依據上述技術特徵，其中該複數個關節輔助模組係包括由上至下設置的一腰部關節輔助模組、一髖關節輔助模組、一膝關節輔助模組與一踝關節輔助模組，上述關節輔助模組之間連接有該支撐連桿模組，該彈性元件係裝設於該髖關節輔助模組中。

依據上述技術特徵，其中於該人體下半身呈站立模式時，該些支撐連桿模組連動展開為最大直線長度，並頂向該髖關節輔助模組中的該彈性元件，使該彈性元件為彈性壓縮狀態，該髖關節輔助模組根據該彈性壓縮狀態以產生對腰部關節輔助模組的向上推力，據以產生該人體身體重量的支撐力。

依據上述技術特徵，其中該支撐連桿模組包括一第一支撐連桿模組、一第二支撐連桿模組、一第三支撐連桿模組以及一第四支撐連桿模組。第一支撐連桿模組係裝設於該腰部關節輔助模組與該髖關節輔助模組之間；第二支撐連桿模組係連接於該第一支撐連桿模組，且該第二支撐連桿模組之兩端分別裝設有該髖關節輔助模組與該膝關節輔助模組；第三支撐連桿模組係鄰近該第二支撐連桿模組之一端，該第三支撐連桿模組之兩端裝設有該膝關節輔助模組與踝關節輔助模組；第四支撐連桿模組係連接於該第三支撐連桿模組，且該第四支撐連桿模組之兩端裝設有該踝關節輔助模組與一抵靠件。

依據上述技術特徵，其中該抵靠件係為一防滑墊，該防滑墊用以抵靠一地面。

依據上述技術特徵，其中該腰部關節輔助模組位於該腰部，該腰部關節輔助模組包括一腰部支撐座，該腰部支撐座具有對稱之二連通空間，該第一支撐連桿模組包括一第一延伸管與一第二延伸管，該第二延伸管之一端套設連接於該第一延伸管，該第二延伸管之另一端連接該髖關節輔助模組，每一該連通空間中係用以容置該第一延伸管與該第二延伸管相連接的區域。

依據上述技術特徵，其中該第一延伸管係具有一握持部。

依據上述技術特徵，其中該腰部支撐座之兩端部分別具有一鎖固孔，該鎖固孔連通該安裝空間，於該第一延伸管與每一該第二延伸管的之間調整至預設延伸長度後，藉由一鎖固件對應該鎖固孔鎖固至該第一延伸管與每一該第二延伸管相連接的區域，以形成固定狀態。

依據上述技術特徵，其中該髖關節輔助模組位於下肢部，且鄰近腰部，該髖關節輔助模組包括一髖關節底座、一髖關節固定座、一旋轉座以及一線性伸縮套管。髖關節底座具有一第一側部與一第二側部，該第一支撐連桿模組裝設於該第一側部；髖關節固定座位於第二側部，該髖關節固定座具有一安裝穿孔，該安裝穿孔係供該第二支撐連桿模組貫穿連接固定；旋轉座設置於該髖關節底座之該第二側部與該髖關節固定座之間；線性伸縮套管的內部設置有該彈性元件，該線性伸縮套管之一端連接該髖關節底座之該第二側部，另一端連接該第二支撐連桿模組。

依據上述技術特徵，其中該線性伸縮套管係包括一避震器外管與一避震器內管，該避震器外管之一端套設於該避震器內管，另一端連接該髖關節底座之該第二側部，該避震器內管遠離該避震器外管之一端係連接於該第二支撐連桿模組。

依據上述技術特徵，其中該避震器內管具有一嵌合部，該嵌合部係嵌合該第二支撐連桿模組，且利用一樞軸件貫穿連接該嵌合部與該第二支撐連桿模組，該樞軸件係根據該避震器內管與該第二支撐連桿模組之作動而相應樞轉。

依據上述技術特徵，其中該關節輔助模組位於下肢部，該關節輔助模組包括一上固定板、一下固定板以及一膝關節底座。上固定板設置於該膝關節底座上，且位於該下固定板的鏡像對應位置。下固定板具有一活動件；膝關節底座具有一旋轉軸件、至少一固定桿與一滑塊，該滑塊裝設於該固定桿上，該旋轉軸件連接於該下固定板之該活動件與該滑塊之間，該滑塊具有一第一安裝件與一第二安裝件，該第一安裝件與該第二安裝件位於該旋轉軸件的相對側，該第一安裝件連接於該第二支撐連桿模組，該第二安裝件連接於該第三支撐連桿模組。其中，根據該人體的膝關節活動狀態，該第二支撐連桿模組與該第三支撐連桿模組之間產生夾角時，該第三支撐連桿模組連動該活動件與該旋轉軸件旋轉，同時，該滑塊根據該旋轉軸件的旋轉幅度以相應於固定桿上進行下降移動。若該第二支撐連桿模組與該第三支撐連桿模組之間為直線狀態時，該第三支撐連桿模組連動該活動件與該旋轉軸件旋轉，同時，該滑塊根據該旋轉軸件的旋轉幅度以相應於固定桿上進行上升移動。

依據上述技術特徵，其中該踝關節輔助模組位於下肢部，該踝關節輔助模組包括一線性導引筒、一導引三角座、對稱之二小腿護板以及一腳部支撐件。線性導引筒具有一貫穿軸孔，貫穿軸孔係供第四支撐連桿模組貫穿連接固定；導引三角座設置於該線性導引筒上，該導引三角座具有一第一對接件；其中一者的小腿護板具有一第二對接件，該第二對接件係對應該第一對接件彼此對接固定；腳部支撐件之兩端分別連接該小腿護板。

依據上述技術特徵，其中該腳部支撐件具有一踩踏板與自該踩踏板兩側垂直向上延伸的延伸部，以及該踩踏板與該延伸部之間形成的一腳支撐空間，該延伸部的端部係連接該小腿護板。

依據上述技術特徵，其中該延伸部之間的寬度大於該踩踏板的寬度。

依據上述技術特徵，其中該彈性元件係為一壓縮彈簧。

依據上述技術特徵，進一步包括複數個環扣件，分別裝設於各關節輔助模組，該環扣件用以環扣固定該人體的該活動關節位置。

為利 貴審查員瞭解本發明之技術特徵、內容與優點及其所能達成之功效，茲將本發明配合附圖，並以實施例之表達形式詳細說明如下，而其中所使用之圖式，其主旨僅為示意及輔助說明書之用，未必為本發明實施後之真實比例與精準配置，故不應就所附之圖式的比例與配置關係解讀、侷限本發明於實際實施上的權利範圍，合先敘明。

請同時參閱第1圖及第2圖，第1圖為本發明之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置之立體結構圖；第2圖為本發明穿戴於人體之結構示意圖。在此先說明本發明的整體結構組成，輔助支撐穿戴式外骨骼裝置1適用於穿戴人體40的下半身41，下半身41包括一腰部411與下肢部412。輔助支撐穿戴式外骨骼裝置1包括複數個關節輔助模組10、複數個支撐連桿模組20以及至少一彈性元件30。複數個關節輔助模組10係分別裝設於下半身41的每一活動關節位置，例如腰部、髖關節、膝關節及踝關節等。複數個支撐連桿模組20係裝設於關節輔助模組10之間，以將此些關節輔助模組10彼此連接，且此些支撐連桿模組20彼此連接後的總長度L大於下肢部412的總高度H。彈性元件30係位於最靠近腰部411之下肢部412位置，例如髖關節位置，且彈性元件30分別連接於前述下肢部412的關節輔助模組10與支撐連桿模組20。

具體而言，複數個關節輔助模組10係由上至下設置的一腰部關節輔助模組11、一髖關節輔助模組12、一膝關節輔助模組13與一踝關節輔助模組14所構成。上述關節輔助模組10之間連接有支撐連桿模組20，彈性元件30係裝設於髖關節輔助模組12中。支撐連桿模組20包括一第一支撐連桿模組21、一第二支撐連桿模組22、一第三支撐連桿模組23以及一第四支撐連桿模組24。第一支撐連桿模組21係裝設於腰部關節輔助模組11與髖關節輔助模組12之間。第二支撐連桿模組22係連接於第一支撐連桿模組21，且第二支撐連桿模組22之兩端分別裝設有髖關節輔助模組12與膝關節輔助模組13。第三支撐連桿模組23係鄰近第二支撐連桿模組22之一端，第三支撐連桿模組23之兩端裝設有膝關節輔助模組13與踝關節輔助模組14。第四支撐連桿模組24係連接於第三支撐連桿模組23，且第四支撐連桿模組24之兩端裝設有踝關節輔助模組14與一抵靠件50。其中抵靠件50係為一防滑墊，防滑墊用以抵靠一地面。

由於腰部411以下的下肢部412是為二個相同骨骼結構的左腳與右腳，因此左腳與右腳分別都會配戴一組相同結構設計的髖關節輔助模組12、膝關節輔助模組13、踝關節輔助模組14、複數個支撐連桿模組20及一個彈性元件30。其中，輔助支撐穿戴式外骨骼裝置1進一步包括複數個環扣件60，分別裝設於各關節輔助模組10。在本實施中，是將複數個環扣件60裝設於下肢部412的膝關節輔助模組13及踝關節輔助模組14。當然，腰部關節輔助模組11也可以裝設環扣件60，本發明在此不加以侷限環扣件60的應用數量與關節輔助模組11種類。環扣件60用以環扣固定人體的活動關節位置，以提升固定強度。環扣件60可以是彈性材料所製成，能夠因應人體40的肢體活動而相應彈性調整，使得穿戴時更加舒適。

瞭解上述此些關節輔助模組10、此些支撐連桿模組20與彈性元件30之間的連接關係之後，其中的連動關係是此些關節輔助模組10、此些支撐連桿模組20與彈性元件30根據下半身41的彎曲程度及站立模式而相應調整，以產生人體40身體重量的支撐力。舉例來說，人體40的下肢部412在行走活動時，左腳與右腳的髖關節輔助模組12、膝關節輔助模組13、踝關節輔助模組14、複數個支撐連桿模組20及彈性元件30的連動關係有可能是不相同的，因此彈性元件30的彈性壓縮量等於此些支撐連桿模組20的總長度L與下肢部412的總高度H之間的差異量，能夠根據下半身41運動而相應調整輔助支撐力。彈性元件30係為一壓縮彈簧，其具有較佳的彈性變形量。

為能進一步了解本發明如何達到穿戴舒適且可直覺式的使用功效，接著說明本發明的整體結構各細部元件說明。首先，請參閱第4圖，為本發明之腰部關節輔助模組之部分結構分解圖。腰部關節輔助模組11位於下半身41的腰部411位置。腰部關節輔助模組11包括一腰部支撐座111，腰部支撐座111具有對稱之二連通空間112。第一支撐連桿模組21包括一第一延伸管211與二第二延伸管212。二第二延伸管212之一端分別套設連接於第一延伸管211，二第二延伸管212之另一端分別連接於左腳與右腳的髖關節輔助模組12，每一連通空間112中係用以容置第一延伸管211與第二延伸管212相連接的區域。第一延伸管211係具有一握持部213，握持部213是提供穿戴者於使用時握持穿戴便利，或是可提供穿戴者身上攜帶物件(例如背包)的抵靠作用。

其中，腰部支撐座111之兩端部分別具有一鎖固孔113，鎖固孔113連通安裝空間112。由於每個穿戴者的身材不同，腰圍寬度也隨之不同，故可調整第一延伸管211與每一第二延伸管212之間距離行程，直到調整至預設延伸長度後，藉由一鎖固件114對應鎖固孔113鎖固至第一延伸管211與每一第二延伸管212相連接的區域，以形成固定狀態；如此一來，本發明能夠依照不同身材來調整適合穿戴者的腰圍寬度，進而提升應用彈性。

接著，請參閱第5圖，為本發明之髖關節輔助模組之結構示意圖。髖關節輔助模組12位於下肢部412，且鄰近腰部411。髖關節輔助模組12包括一髖關節底座121、一髖關節固定座122、一旋轉座123以及一線性伸縮套管124。髖關節底座121具有一第一側部1211與一第二側部1212，第一支撐連桿模組21裝設於第一側部1211。髖關節固定座122位於第二側部1212，髖關節固定座122具有一安裝穿孔1221，安裝穿孔1221係供第二支撐連桿模組22貫穿連接固定。旋轉座123設置於髖關節底座121之第二側部1212與髖關節固定座122之間。線性伸縮套管124，其內部設置有彈性元件30，請同時參閱第3圖。線性伸縮套管124之一端連接髖關節底座121之第二側部1212，另一端連接第二支撐連桿模組22。

其中，線性伸縮套管124係包括一避震器外管1241與一避震器內管1242。避震器外管1241之一端套設於避震器內管1242，另一端連接髖關節底座121之第二側部1212。避震器內管1242遠離避震器外管1241之一端係連接於第二支撐連桿模組22。避震器內管1242具有一嵌合部1243。嵌合部1243係嵌合第二支撐連桿模組22，且利用一樞軸件1244貫穿連接嵌合部1243與第二支撐連桿模組22。樞軸件1244係根據避震器內管1242與第二支撐連桿模組22之作動而相應樞轉。避震器內管1242可根據第二支撐連桿模組22向上頂撐力量，於避震器外管1241以線性方向向上移動，並對彈性元件30進行彈性壓縮動作。使用避震材料目的在於髖關節的活動幅度較大，可以藉由避震材料來抵銷行走活動時的反作用力，使得穿戴時更加穩固且舒適。

請同時參閱第6圖、第7圖及第8圖，第6圖為本發明之膝關節輔助模組之部分結構分解圖；第7圖本發明之膝關節輔助模組之結構示意圖；第8圖為本發明之膝關節輔助模組組裝有支撐連桿模組之結構示意圖。膝關節輔助模組13位於下肢部412。膝關節輔助模組13包括一上固定板131、一下固定板132以及一膝關節底座133。上固定板131設置於膝關節底座133上，且位於下固定板132的鏡像對應位置。下固定板132具有一活動件1321。膝關節底座133具有一旋轉軸件1331、至少一固定桿1332與一滑塊1333。滑塊1333裝設於固定桿1332上，旋轉軸件1331連接於下固定板132之活動件1321與滑塊1333之間。滑塊1333具有一第一安裝件1334與一第二安裝件1335，第一安裝件1334與第二安裝件1335位於旋轉軸件1331的相對側。如第8圖所示，第一安裝件1334連接於第二支撐連桿模組22，第二安裝件1335連接於第三支撐連桿模組23。

值得注意的是，膝關節輔助模組13裝設於膝關節位置，介於人體40的大腿與小腿之間，也屬於活動變化較大的關節。為能提高穿戴的舒適度與活動靈活度，故上固定板131是配戴於大腿末端位置，而下固定板132配戴於小腿頂端位置。根據人體40的膝關節活動狀態，也就是小腿於行走時的離地抬升高度，使第二支撐連桿模組22與第三支撐連桿模組23之間產生夾角θ時，第三支撐連桿模組23連動活動件1321與旋轉軸件1331旋轉，同時，滑塊1333根據旋轉軸件1331的旋轉幅度以相應於固定桿1332上進行下降移動。當腳著地時，使第二支撐連桿模組22與第三支撐連桿模組23之間為直線狀態，第三支撐連桿模組23連動活動件1321與旋轉軸件1331旋轉，同時，滑塊1333根據旋轉軸件1331的旋轉幅度以相應於固定桿1332上進行上升移動。

請參閱第9圖，為本發明之踝關節輔助模組組裝有支撐連桿模組之部分結構分解圖。踝關節輔助模組14位於下肢部412。踝關節輔助模組14包括一線性導引筒141、一導引三角座142、對稱之二小腿護板143以及一腳部支撐件144。線性導引筒141具有一貫穿軸孔1411，係供第四支撐連桿模組24貫穿連接固定。導引三角座142設置於線性導引筒141上，導引三角座142具有一第一對接件1421。其中一者的小腿護板143具有一第二對接件1431，第二對接件1431係對應第一對接件1421彼此對接固定。其中，第一對接件1421與第二對接件1431係為相配合的公母扣結構；當然，兩個相匹配的對接件可以是任何種類的結構設計，本發明在此不加以侷限第一對接件1421與第二對接件1431的結構設計，只要能互相對接固定，即為本發明的專利保護範疇。腳部支撐件144之兩端分別連接小腿護板143。其中，使用二個小腿護板143是為了配戴單腳的小腿的相對兩側部，目的在於小腿的活動幅度大且鄰近腳踝關節，故使用二個小腿護板143可以增加配戴的穩固性。

其中，腳部支撐件144具有一踩踏板1441與自踩踏板1441兩側垂直向上延伸的延伸部1442，以及踩踏板1441與延伸部1442之間形成的一腳支撐空間1443。延伸部1442的自由端係連接小腿護板143，且延伸部1442的自由端之間的寬度大於踩踏板1441的寬度。寬度設計是配合腳踝關節的寬度小於小腿寬度，為能提升配戴方便性，故延伸部1442的自由端是朝向外側傾斜折彎，以搭配小腿寬度設計。其中，延伸部1442的自由端與小腿護板143可透過一樞軸(圖中未示)軸接，當人體40的足部容置於腳支撐空間1443時，根據踝關節活動幅度，能夠相應連動樞軸旋轉，進而讓腳部支撐件144與小腿護板143之間產生較大的活動欲度，於配戴行走時可以更加舒適且能直覺式的活動。

由上述可得知本發明各細部結構與運作原理之後，進一步說明整體結構的實際運作方式以及如何達到無需動力驅動即可達到所需要的支撐功效。請同時參閱第10圖及第11圖，第10圖為本發明穿戴於人體且於站立模式之結構示意圖；第11圖為第10圖之局部剖視之結構作動狀態圖。當輔助支撐穿戴式外骨骼裝置1穿戴於人體40的下半身41後，人體40的下半身41呈站立模式時，此些支撐連桿模組20，如第二支撐連桿模組22、第三支撐連桿模組23與第四支撐連桿模組24連動展開為最大直線長度。具體而言，抵靠件50用以抵靠地面，由於腳呈現著地狀態，使第二支撐連桿模組22、第三支撐連桿模組23與第四支撐連桿模組24之間為直線狀態。第三支撐連桿模組23連動活動件1321與旋轉軸件1331旋轉，同時，滑塊1333根據旋轉軸件1331的旋轉幅度以相應於固定桿1332上進行上升移動。

接著，髖關節輔助模組12的線性伸縮套管124根據第二支撐連桿模組22以相應作動。詳細來說，線性伸縮套管124之避震器內管1242可根據第二支撐連桿模組22向上頂撐力量，於避震器外管1241以線性方向向上移動，並對彈性元件30進行彈性壓縮動作。此時，彈性元件30為彈性壓縮狀態，髖關節輔助模組12根據彈性壓縮狀態以產生對腰部關節輔助模組11的向上推力，據以產生人體40身體重量的支撐力。由於彈性元件30的彈性壓縮量等於此些支撐連桿模組20的總長度L與下肢部412的總高度H之間的差異量，因此可產生對穿戴者本身重量足夠的輔助支撐力量，不需要手部施力或是額外動力驅動輔助，即可減輕穿戴者的腳步負擔。

再一實施例，當穿戴者負重時，例如背著背包，負重物可抵靠腰部關節輔助模組11，將荷重傳遞到上述的髖關節輔助模組12、膝關節輔助模組13、踝關節輔助模組14與各支撐連桿模組20，分擔穿戴者荷重，即可減輕穿戴者額外攜帶負重物的功效。

再一實施例，請同時參閱第12圖及第13圖，第12圖為本發明穿戴於人體且於活動模式之結構示意圖；第13圖為第12圖之局部剖視之結構作動狀態圖。當輔助支撐穿戴式外骨骼裝置1穿戴於人體40的下半身41後，人體40的下半身41呈活動模式時，例如行走，抵靠件50用以抵靠地面，由於腳呈現著地狀態，故此些支撐連桿模組20，如第二支撐連桿模組22、第三支撐連桿模組23與第四支撐連桿模組24連動樞轉為夾角長度。具體而言，踝關節輔助模組14根據踝關節活動幅度，能夠相應連動樞軸旋轉，進而讓腳部支撐件144與小腿護板143之間產生較大的活動欲度。

接著，第三支撐連桿模組23與第四支撐連桿模組24呈直線展開，小腿於行走時的離地抬升高度，會連動膝關節輔助模組13運作，使第二支撐連桿模組22與第三支撐連桿模組23之間產生夾角θ時，第三支撐連桿模組23連動活動件1321與旋轉軸件1331旋轉，同時，滑塊1333根據旋轉軸件1331的旋轉幅度以相應於固定桿1332上進行下降移動。髖關節輔助模組12的旋轉座123根據第二支撐連桿模組22的移動而相應樞轉，此時第二支撐連桿模組22無任何向上頂撐力量，因此避震器內管1242受彈性元件30的彈性釋放而於避震器外管1241以線性方向向下移動。因此，在行走狀態下，輔助支撐穿戴式外骨骼裝置不需要提供太多輔助支撐力量給穿戴者。

綜觀上述，可見本發明在突破先前之技術下，提供一種無須額外的動力驅動，能夠穿戴於人體的下半身且隨下肢部運動， 根據下半身運動而相應調整輔助支撐力，使用者不須另外調整步態即可直覺使用。如此本發明不僅符合人體工學的穿戴舒適度以及提高使用便利性之外，更簡化整體結構的複雜度、提升維修方便性且製作成本也能有效地降低，確實已達到所欲增進之功效，且也非熟悉該項技藝者所易於思及。再者，本發明申請前未曾公開，且其所具之進步性、實用性，顯已符合專利之申請要件，爰依法提出專利申請，懇請  貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

1:輔助支撐穿戴式外骨骼裝置 10:關節輔助模組 11:腰部關節輔助模組 111:腰部支撐座 112:安裝空間 113:鎖固孔 114:鎖固件 12:髖關節輔助模組 121:髖關節底座 1211:第一側部 1212:第二側部 122:髖關節固定座 1221:安裝穿孔 123:旋轉座 124:線性伸縮套管 1241:避震器外管 1242:避震器內管 1243:嵌合部 1244:樞軸件 13:膝關節輔助模組 131:上固定板 132:下固定板 1321:活動件 133:膝關節底座 1331:旋轉軸件 1332:固定桿 1333:滑塊 1334:第一安裝件 1335:第二安裝件 14:踝關節輔助模組 141:線性導引筒 1411:貫穿軸孔 142:導引三角座 1421:第一對接件 143:小腿護板 1431:第二對接件 144:腳部支撐件 1441:踩踏板 1442:延伸部 1443:腳支撐空間 20:支撐連桿模組 21:第一支撐連桿模組 211:第一延伸管 212:第二延伸管 213:握持部 22:第二支撐連桿模組 23:第三支撐連桿模組 24:第四支撐連桿模組 30:彈性元件 40:人體 41:下半身 411:腰部 412:下肢部 50:抵靠件 60:環扣件 L:總長度 H:總高度 θ:夾角

第1圖 為本發明之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置之立體結構圖。 第2圖  為本發明穿戴於人體之結構示意圖。 第3圖  為第2圖之局部結構示意圖。 第4圖 為本發明之腰部關節輔助模組之部分結構分解圖。 第5圖 為本發明之髖關節輔助模組之結構示意圖。 第6圖 為本發明之膝關節輔助模組之部分結構分解圖。 第7圖 為本發明之膝關節輔助模組之結構示意圖。 第8圖 為本發明之膝關節輔助模組組裝有支撐連桿模組之結構示意圖。 第9圖 為本發明之踝關節輔助模組組裝有支撐連桿模組之部分結構分解圖。 第10圖 為本發明穿戴於人體且於站立模式之結構示意圖。 第11圖 為第10圖之局部剖視之結構作動狀態圖。 第12圖 為本發明穿戴於人體且於活動模式之結構示意圖。 第13圖 為第12圖之局部剖視之結構作動狀態圖。

1:輔助支撐穿戴式外骨骼裝置

10:關節輔助模組

11:腰部關節輔助模組

111:腰部支撐座

12:髖關節輔助模組

121:髖關節底座

1211:第一側部

1212:第二側部

122:髖關節固定座

1221:安裝穿孔

123:旋轉座

124:線性伸縮套管

1241:避震器外管

1242:避震器內管

1243:嵌合部

1244:樞軸件

13:膝關節輔助模組

131:上固定板

132:下固定板

1321:活動件

133:膝關節底座

1332:固定桿

1333:滑塊

1334:第一安裝件

1335:第二安裝件

14:踝關節輔助模組

141:線性導引筒

1411:貫穿軸孔

142:導引三角座

143:小腿護板

144:腳部支撐件

1441:踩踏板

1442:延伸部

1443:腳支撐空間

20:支撐連桿模組

21:第一支撐連桿模組

212:第二延伸管

213:握持部

22:第二支撐連桿模組

23:第三支撐連桿模組

24:第四支撐連桿模組

50:抵靠件

Claims (17)

1. 一種輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，適用於穿戴人體(40)的下半身(41)，該下半身(41)包含一腰部(411)與一下肢部(412)，包含：複數個關節輔助模組(10)，係分別裝設於該下半身(41)的每一活動關節位置；複數個支撐連桿模組(20)，係裝設於該關節輔助模組(10)之間，以將該些關節輔助模組(10)彼此連接，且該些支撐連桿模組(20)彼此連接後的總長度(L)大於該下肢部(412)的總高度(H)，該支撐連桿模組(20)包括一第一支撐連桿模組(21)，係裝設於該腰部關節輔助模組(11)與該髖關節輔助模組(12)之間；一第二支撐連桿模組(22)，係連接於該第一支撐連桿模組(21)，且該第二支撐連桿模組(22)之兩端分別裝設有該髖關節輔助模組(12)與該膝關節輔助模組(13)；一第三支撐連桿模組(23)，係鄰近該第二支撐連桿模組(22)之一端，該第三支撐連桿模組(23)之兩端裝設有該膝關節輔助模組(13)與該踝關節輔助模組(14)；以及一第四支撐連桿模組(24)，係連接於該第三支撐連桿模組(23)，且該第四支撐連桿模組(24)之兩端裝設有該踝關節輔助模組(14)與一抵靠件(50)；以及至少一彈性元件(30)，係位於最靠近該腰部(411)之該下肢部(412)位置，且該彈性元件(30)分別連接於前述下肢部(412)的該關節輔助模組(10)與該支撐連桿模組(20)；其中，該些關節輔助模組(10)、該些支撐連桿模組(20)與該彈性元件(30)係根據該下半身(41)的彎曲程度及站立模式而相應調整，以產生該人體(40)身體重量的支撐力。
2. 如請求項1所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該複數個關節輔助模組(10)係由上至下設置的一腰部關節輔助模組(11)、一髖關節輔助模 組(12)、一膝關節輔助模組(13)與一踝關節輔助模組(14)所構成，各該關節輔助模組之間連接有該支撐連桿模組(20)，該彈性元件(30)係裝設於該髖關節輔助模組(12)中。
3. 如請求項2所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中於該人體(40)的下半身(41)呈站立模式時，該些支撐連桿模組(20)連動展開為最大直線長度，並頂向該髖關節輔助模組(12)中的該彈性元件(30)，使該彈性元件(30)為彈性壓縮狀態，該髖關節輔助模組(12)根據該彈性壓縮狀態以產生對腰部關節輔助模組(11)的向上推力，據以產生該人體(40)身體重量的支撐力。
4. 如請求項3所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中，該彈性元件(30)的彈性壓縮量等於該些支撐連桿模組(20)的該總長度(L)與該下肢部(412)的該總高度(H)之間的差異量。
5. 如請求項4所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該抵靠件(50)係為一防滑墊，該防滑墊用以抵靠一地面。
6. 如請求項4所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該腰部關節輔助模組(11)位於該腰部(411)，該腰部關節輔助模組(11)包括一腰部支撐座(111)，該腰部支撐座(111)具有對稱之二安裝空間(112)，該第一支撐連桿模組(21)包括一第一延伸管(211)與二第二延伸管(212)，二該第二延伸管(212)之一端分別套設連接於該第一延伸管(211)，二該第二延伸管(212)之另一端分別連接二個該髖關節輔助模組(12)，每一該安裝空間(112)中係用以容置該第一延伸管(211)與每一該第二延伸管(212)相連接的區域。
7. 如請求項6所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該第一延伸管(211)係具有一握持部(213)。
8. 如請求項6所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該腰部支撐座(111)之兩端部分別具有一鎖固孔(113)，該鎖固孔(113)連通該安裝空間 (112)，於該第一延伸管(211)與每一該第二延伸管(212)的之間調整至預設延伸長度後，藉由一鎖固件(114)對應該鎖固孔(113)鎖固至該第一延伸管(211)與每一該第二延伸管(212)相連接的區域，以形成固定狀態。
9. 如請求項4所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該髖關節輔助模組(12)位於該下肢部(412)，且鄰近該腰部(411)，該髖關節輔助模組(12)包括：一髖關節底座(121)，具有一第一側部(1211)與一第二側部(1212)，該第一支撐連桿模組(21)裝設於該第一側部(1211)；一髖關節固定座(122)，位於該第二側部(1212)，該髖關節固定座(122)具有一安裝穿孔(1221)，該安裝穿孔(1221)係供該第二支撐連桿模組(22)貫穿連接固定；一旋轉座(123)，設置於該髖關節底座(121)之該第二側部(1212)與該髖關節固定座(122)之間；以及一線性伸縮套管(124)，其內部設置有該彈性元件(30)，該線性伸縮套管(124)之一端連接該髖關節底座(121)之該第二側部(1212)，另一端連接該第二支撐連桿模組(22)。
10. 如請求項9所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該線性伸縮套管(124)係包括一避震器外管(1241)與一避震器內管(1242)，該避震器外管(1241)之一端套設於該避震器內管(1242)，另一端連接該髖關節底座(121)之該第二側部(1212)，該避震器內管(1242)遠離該避震器外管(1241)之一端係連接於該第二支撐連桿模組(22)。
11. 如請求項10所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該避震器內管(1242)具有一嵌合部(1243)，該嵌合部(1243)係嵌合該第二支撐連桿模組(22)，且利用一樞軸件(1244)貫穿連接該嵌合部(1243)與該第二支撐連桿模組 (22)，該樞軸件(1244)係根據該避震器內管(1242)與該第二支撐連桿模組(22)之作動而相應樞轉。
12. 如請求項4所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該膝關節輔助模組(13)位於該下肢部(412)，該膝關節輔助模組(13)包括：一下固定板(132)，具有一活動件(1321)；一膝關節底座(133)，具有一旋轉軸件(1331)、至少一固定桿(1332)與一滑塊(1333)，該滑塊(1333)裝設於該固定桿(1332)上，該旋轉軸件(1331)連接於該下固定板(132)之該活動件(1321)與該滑塊(1333)之間，該滑塊(1333)具有一第一安裝件(1334)與一第二安裝件(1335)，該第一安裝件(1334)與該第二安裝件(1335)位於該旋轉軸件(1331)的相對側，該第一安裝件(1334)連接於該第二支撐連桿模組(22)，該第二安裝件(1335)連接於該第三支撐連桿模組(23)；以及一上固定板(131)，設置於該膝關節底座(133)上，且位於該下固定板(132)的鏡像對應位置；其中，根據該人體(40)的膝關節活動狀態，該第二支撐連桿模組(22)與該第三支撐連桿模組(23)之間產生夾角(θ)時，該第三支撐連桿模組(23)連動該活動件(1321)與該旋轉軸件(1331)旋轉，該滑塊(1333)根據該旋轉軸件(1331)的旋轉幅度以相應於該固定桿(1332)上進行下降移動，該第二支撐連桿模組(22)與該第三支撐連桿模組(23)之間為直線狀態時，該第三支撐連桿模組(23)連動該活動件(1321)與該旋轉軸件(1331)旋轉，該滑塊(1333)根據該旋轉軸件(1331)的旋轉幅度以相應於該固定桿(1332)上進行上升移動。
13. 如請求項4所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該踝關節輔助模組(14)位於該下肢部(412)，該踝關節輔助模組(14)包括： 一線性導引筒(141)，具有一貫穿軸孔(1411)，係供該第四支撐連桿模組(24)貫穿連接固定；一導引三角座(142)，設置於該線性導引筒(141)上，該導引三角座(142)具有一第一對接件(1421)；對稱之二小腿護板(143)，其中一者的該小腿護板(143)具有一第二對接件(1431)，該第二對接件(1431)係對應該第一對接件(1421)彼此對接固定；以及一腳部支撐件(144)，其兩端分別連接該小腿護板(143)。
14. 如請求項13所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該腳部支撐件(144)具有一踩踏板(1441)與自該踩踏板(1441)兩側垂直向上延伸的延伸部(1442)，以及該踩踏板(1441)與該延伸部(1442)之間形成的一腳支撐空間(1443)，該延伸部(1442)的自由端係連接該小腿護板(143)。
15. 如請求項14所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該延伸部(1442)的該自由端之間的寬度大於該踩踏板(1441)的寬度。
16. 如請求項1所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，其中該彈性元件(30)係為一壓縮彈簧。
17. 如請求項1所述之輔助支撐穿戴式外骨骼裝置，進一步包括複數個環扣件(60)，分別裝設於各該關節輔助模組，該環扣件(60)用以環扣固定該人體(40)的該活動關節位置。

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