申请/专利权人：河北工业大学

申请日：2018-10-29

公开（公告）日：2023-11-07

公开（公告）号：CN109048872B

主分类号：B25J9/00

分类号：B25J9/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.11.07#授权;2019.01.15#实质审查的生效;2018.12.21#公开

摘要：本发明公开一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼，包括上身绑带、大腿支撑部分、小腿支撑部分、脚部固定部分；上身绑带的下部的两个连接端分别与两个大腿支撑部分的远离膝关节的一端相连，大腿支撑部分的另一端与小腿支撑部分的一端相连，两者连接处形成膝关节，小腿支撑部分的另一端与脚部固定部分相连；一个大腿支撑部分、一个小腿支撑部分和一个脚部固定部分构成一个单侧下肢辅助起立外骨骼，两个单侧下肢辅助起立外骨骼呈对称装配。使用者将其穿戴在身上，当进行起立动作时，它能够提供足够的支撑力，同时也在人体进行步行时，可对人体提供行走的动力，针对制造业、医院等需长时间站立、下蹲的环境，具有广阔的应用前景。

主权项：1.一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼，其特征在于，包括上身绑带、大腿支撑部分、小腿支撑部分、脚部固定部分；上身绑带的下部的两个连接端分别与两个大腿支撑部分的远离膝关节的一端相连，大腿支撑部分的另一端与小腿支撑部分的一端相连，两者连接处形成膝关节，小腿支撑部分的另一端与脚部固定部分相连；一个大腿支撑部分、一个小腿支撑部分和一个脚部固定部分构成一个单侧下肢辅助起立外骨骼，两个单侧下肢辅助起立外骨骼呈对称装配；所述大腿支撑部分由调节支撑板、大腿主支撑、大腿副支撑构成，大腿主支撑上设有腿部绑带；调节支撑板设置于大腿主支撑的上方，大腿副支撑设置于大腿主支撑的下方，调节支撑板底面的两侧有滑轨，底面上设置有多个卡槽；大腿主支撑靠近上身绑带的一端的末端上设置有末端开口的键槽，键槽内部的中间设置有一排与卡槽相匹配的卡块，键槽内部的两侧设置有与滑轨对应的滑槽；卡块内部装有弹簧以使卡块顶起或者下落，当卡块顶起时卡入调节支撑板的卡槽内，从而使大腿主支撑与调节支撑板位置固定；当卡块下落时，调节支撑板可在滑槽内滑动，卡块通过与不同的卡槽卡合以调节大腿支撑部分长度以适应不同的使用者；大腿副支撑在靠近上身绑带的一端设置有向上的带通孔的凸起，大腿主支撑在对应位置设有两个向下的带通孔凸起，大腿副支撑上的带通孔凸起位于大腿主支撑上的两个带通孔凸起之间，两者通过销钉铰接在一起；大腿主支撑与大腿副支撑与小腿支撑部分连接的一端的末端的两侧均有延长部，大腿副支撑上的延长部较大腿主支撑上的延长部长，延长部上均设置有通孔；大腿副支撑与大腿主支撑的延长部通过一号螺钉铰接在一起；小腿支撑部分包括小腿支撑、起立支撑连杆、可调节杆，小腿支撑上安装有丝杠模块、电机模块，丝杠模块包括丝杠、两个螺母座、滑台，电机模块包括电机、减速器、电机座、联轴器；大腿主支撑的延长部末端通过二号螺钉与起立支撑连杆的一端铰接，大腿副支撑的延长部末端通过三号螺钉与小腿支撑的一端铰接；小腿支撑为带弧度且设置有若干安装孔的连接板，其与大腿副支撑连接的一端的两侧设置有延长部，两个延长部的末端设置有用于与大腿副支撑连接的安装孔；小腿支撑中部的上端设置有四个螺纹孔以安装螺母座，小腿支撑中部的下端设置四个通孔用以安装电机座；小腿支撑下部的背面设置有凸台，其下部的末端端面上设置有两个方形孔，用以容纳可调节杆的上部，通过插入不同的深浅可起到调节长度的作用；电机座、两个螺母座安装于小腿支撑的背面，丝杠安装于两个螺母座上，滑台安装在丝杠上；联轴器一端与丝杠的下端连接，联轴器的另一端与减速器相连，减速器与电机的输出端相连，电机的下侧设置于小腿支撑下部的背面的凸台上；起立支撑连杆的另一端通过螺钉与滑台的上端铰接在一起；可调节杆的下端设置有安装孔，通过螺钉与支撑块的上端连接；支撑块的两侧面均设置有安装孔；支撑块上连接有脚部固定装置，脚部固定装置包括两个弧形固定板、脚底固定板和两个脚部绑带；两个弧形固定板相对呈“U”型安装，两者的一端通过螺钉分别固定在支撑块两侧面上的安装孔内；两个脚部绑带分别横向安装在两个弧形固定板开口端的不同位置，两个脚部绑带的一端均分别固定在一个弧形固定板上，两者的另一端通过魔术贴粘贴在另一个弧形固定板上，以与脚部固定；脚底固定板设置于两个弧形固定板的下方，其两端设置有两个向上的凸起，该两个凸起通过螺钉分别固定在两个弧形固定板上的两个脚部绑带之间；调节支撑板的靠近上身绑带的一端的末端为朝下弯曲的曲面结构。

全文数据：一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼技术领域本发明涉及一种辅助起立外骨骼，具体涉及一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼。技术背景随着我国老龄化的逐渐到来，起立这一日常简单动作对于老年人存在着一定程度的困难；此外不少行业的员工在很多时候需进行长时间站立或者屈膝工作，这往往会给双脚以及膝关节带来不适进而影响工作效率，日积月累甚至会引发职业病。但由于工作空间以及工作场合的原因，不适合摆放传统座椅。现有的外骨骼装置绝大部分是为人体提供行走的动力或者提高人体的外负重能力，其主要穿戴在人体身体两侧，无法满足对人体自身的重力支持，且现有外骨骼在工作过程当中需要外部动力源，动力源使整体的结构较为复杂，并且比较笨重。例如，专利文献“穿戴式外骨骼座椅CN201410705631”涉及的外骨骼座椅通过大腿和小腿的两个支架以及支架间的伸缩杆实现工人休息时的坐姿支持，该装置通过绑带绑定在小腿上，其存在较大的缺陷：例如无法与人体进行很好的绑定，膝部仅通过一个铰接进行连接，稳定性较差等。专利文献“一种坐式下肢外骨骼CN201510384049”涉及的坐式下肢外骨骼通过两腿间的座椅可以使人体能够随时坐在座椅上，并且通过电机的驱动，可以辅助人体行走；但是人体的坐姿支持是通过膝部的阻尼离合器实现的，因此当人体坐下时并不稳定，此外由于电机的原因使整体的复杂程度以及重量增加，能耗较高。发明内容针对现有技术的不足，本发明提供一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼，以辅助人体完成起立动作，同时可对人体坐姿进行辅助支撑，解决人体因长期站立、屈膝时对脚部以及膝关节的损害问题。本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼，其特征在于，包括上身绑带、大腿支撑部分、小腿支撑部分、脚部固定部分；上身绑带的下部的两个连接端分别与两个大腿支撑部分的远离膝关节的一端相连，大腿支撑部分的另一端与小腿支撑部分的一端相连，两者连接处形成膝关节，小腿支撑部分的另一端与脚部固定部分相连；一个大腿支撑部分、一个小腿支撑部分和一个脚部固定部分构成一个单侧下肢辅助起立外骨骼，两个单侧下肢辅助起立外骨骼呈对称装配；所述大腿支撑部分由调节支撑板、大腿主支撑、大腿副支撑构成，大腿主支撑上设有腿部绑带；调节支撑板设置于大腿主支撑的上方，大腿副支撑设置于大腿主支撑的下方，调节支撑板底面的两侧有滑轨，底面上设置有多个卡槽；大腿主支撑靠近上身绑带的一端的末端上设置有末端开口的键槽，键槽内部的中间设置有一排与卡槽相匹配的卡块，键槽内部的两侧设置有与滑轨对应的滑槽；卡块内部装有弹簧以使卡块顶起或者下落，当卡块顶起时卡入调节支撑板的卡槽内，从而使大腿主支撑与调节支撑板位置固定；当卡块下落时，调节支撑板可在滑槽内滑动，卡块通过与不同的卡槽卡合以调节大腿支撑部分长度以适应不同的使用者；大腿副支撑在靠近上身绑带的一端设置有向上的带通孔的凸起，大腿主支撑在对应位置设有两个向下的带通孔凸起，大腿副支撑上的带通孔凸起位于大腿主支撑上的两个带通孔凸起之间，两者通过销钉铰接在一起；大腿主支撑与大腿副支撑与小腿支撑部分连接的一端的末端的两侧均有延长部，大腿副支撑上的延长部较大腿主支撑上的延长部长，延长部上均设置有通孔；大腿副支撑与大腿主支撑的延长部通过一号螺钉铰接在一起；小腿支撑部分包括小腿支撑、起立支撑连杆、可调节杆，小腿支撑上安装有丝杠模块、电机模块，丝杠模块包括丝杠、两个螺母座、滑台，电机模块包括电机、减速器、电机座、联轴器；大腿主支撑的延长部末端通过二号螺钉与起立支撑连杆的一端铰接，大腿副支撑的延长部末端通过三号螺钉与小腿支撑的一端铰接；小腿支撑为带弧度且设置有若干安装孔的连接板，其与大腿副支撑连接的一端的两侧设置有延长部，两个延长部的末端设置有用于与大腿副支撑连接的安装孔；小腿支撑中部的上端设置有四个螺纹孔以安装螺母座，小腿支撑中部的下端设置四个通孔用以安装电机座；小腿支撑下部的背面设置有凸台，其下部的末端端面上设置有两个方形孔，用以容纳可调节杆的上部，通过插入不同的深浅可起到调节长度的作用；电机座、两个螺母座安装于小腿支撑的背面，丝杠安装于两个螺母座上，滑台安装在丝杠上；联轴器一端与丝杠的下端连接，联轴器的另一端与减速器相连，减速器与电机的输出端相连，电机的下侧设置于小腿支撑下部的背面的凸台上；起立支撑连杆的另一端通过螺钉与滑台的上端铰接在一起；可调节杆的下端设置有安装孔，通过螺钉与支撑块的上端连接；支撑块的两侧面均设置有安装孔；支撑块上连接有脚部固定装置，脚部固定装置包括两个弧形固定板、脚底固定板和两个脚部绑带；两个弧形固定板相对呈“U”型安装，两者的一端通过螺钉分别固定在支撑块两侧面上的安装孔内；两个脚部绑带分别横向安装在两个弧形固定板开口端的不同位置，两个脚部绑带的一端均分别固定在一个弧形固定板上，两者的另一端通过魔术贴粘贴在另一个弧形固定板上，以与脚部固定；脚底固定板设置于两个弧形固定板的下方，其两端设置有两个向上的凸起，该两个凸起通过螺钉分别固定在两个弧形固定板上的两个脚部绑带之间。与现有技术相比，本发明有以下有益效果：一.本发明辅助起立采用丝杠带动滑台通过滑台上的支撑连杆将人体撑起，人体正常行走时利用滑台的移动辅助人体行走，当人体处于坐姿时，可利用丝杠或电机的自锁完成对坐姿的支撑，本装置仅对膝关节处提供动力，节省能量。二.本发明穿戴在人体下肢后部，可穿戴在人体衣服内，通过调节小腿支撑装置、大腿支撑调节板的长度，以适用不同的人群。是一项人性化的设计。当人体起立或行走时均能够起到很好的支撑作用，有效减轻人体疲劳。三.本发明结构十分简便，整体重量小，方便穿戴和携带。不需要复杂的操作。附图说明图1为本发明一种实施例的整体结构示意图。图2为本发明一种实施例的大腿支撑结构示意图。图3为本发明一种实施例的小腿支撑结构示意图。图4为本发明一种实施例的膝关节结构示意图。图5为本发明一种实施例的脚部固定装置结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本发明作详细说明。本发明提供一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼参见图1-5，包括上身绑带1、大腿支撑部分、小腿支撑部分、脚部固定部分；上身绑带1的下部的两个连接端分别与两个大腿支撑部分的远离膝关节的一端相连，大腿支撑部分的另一端与小腿支撑部分的一端相连，两者连接处形成膝关节，小腿支撑部分的另一端与脚部固定部分相连。一个大腿支撑部分、一个小腿支撑部分和一个脚部固定部分构成一个单侧下肢辅助起立外骨骼，两个单侧下肢辅助起立外骨骼呈对称装配。下面以一个单侧下肢辅助起立外骨骼来进行阐述。所述大腿支撑部分由调节支撑板2、大腿主支撑3、大腿副支撑5构成，大腿主支撑3上设有腿部绑带4；调节支撑板2设置于大腿主支撑3的上方，大腿副支撑5设置于大腿主支撑3的下方，调节支撑板2底面的两侧有滑轨，底面上设置有多个卡槽；大腿主支撑3靠近上身绑带的一端的末端上设置有末端开口的键槽，键槽内部的中间设置有一排与卡槽相匹配的卡块，键槽内部的两侧设置有与滑轨对应的滑槽；卡块内部装有弹簧以使卡块顶起或者下落，当卡块顶起时卡入调节支撑板2的卡槽内，从而使大腿主支撑3与调节支撑板2位置固定；当卡块下落时，调节支撑板2可在滑槽内滑动，卡块通过与不同的卡槽卡合以调节大腿支撑部分长度以适应不同的使用者；大腿副支撑5在靠近上身绑带的一端设置有向上的带通孔的凸起，大腿主支撑3在对应位置设有两个向下的带通孔凸起，大腿副支撑5上的带通孔凸起位于大腿主支撑3上的两个带通孔凸起之间，两者通过销钉铰接在一起。大腿主支撑3与大腿副支撑5与小腿支撑部分连接的一端的末端的两侧均有延长部，大腿副支撑5上的延长部较大腿主支撑3上的延长部长，延长部上均设置有通孔；大腿副支撑5与大腿主支撑3的延长部通过一号螺钉101铰接在一起。小腿支撑部分包括小腿支撑7、起立支撑连杆6、可调节杆15，小腿支撑7上安装有丝杠模块、电机模块，丝杠模块包括丝杠滚珠丝杠或梯形丝杠10、两个螺母座8、滑台9，电机模块包括电机14、减速器13、电机座12、联轴器11。大腿主支撑3的延长部末端通过二号螺钉102与起立支撑连杆6的一端铰接，大腿副支撑5的延长部末端通过三号螺钉103与小腿支撑7的一端铰接。小腿支撑7为带弧度且设置有若干安装孔的连接板，其与大腿副支撑5连接的一端的两侧设置有延长部，两个延长部的末端设置有用于与大腿副支撑5连接的安装孔206；小腿支撑7中部的上端设置有四个螺纹孔201以安装螺母座8，小腿支撑7中部的下端设置四个通孔202用以安装电机座12；小腿支撑7下部的背面设置有凸台，其下部的末端端面上设置有两个方形孔305，用以容纳可调节杆15的上部，通过插入不同的深浅可起到调节长度的作用。电机座12、两个螺母座8安装于小腿支撑7的背面，丝杠10安装于两个螺母座8上，滑台9安装在丝杠10上。联轴器11一端与丝杠10的下端连接，联轴器11的另一端与减速器13相连，减速器13与电机14的输出端相连，电机14的下侧设置于小腿支撑7下部的背面的凸台上。起立支撑连杆6的另一端通过螺钉203与滑台9的上端铰接在一起。可调节杆15的下端设置有安装孔，通过螺钉302与支撑块16的上端连接。支撑块16的两侧面均设置有安装孔；支撑块16上连接有脚部固定装置，脚部固定装置包括两个弧形固定板17、脚底固定板18和两个脚部绑带19。两个弧形固定板17相对呈“U”型安装，两者的一端通过螺钉304分别固定在支撑块16两侧面上的安装孔内。两个脚部绑带19分别横向安装在两个弧形固定板17开口端的不同位置，两个脚部绑带19的一端均分别固定在一个弧形固定板17上，两者的另一端通过魔术贴303粘贴在另一个弧形固定板17上，以与脚部固定。脚底固定板18设置于两个弧形固定板17的下方，其两端设置有两个向上的凸起，该两个凸起通过螺钉301分别固定在两个弧形固定板17上的两个脚部绑带19之间。本发明工作原理：将该穿戴式下肢辅助起立外骨骼穿戴于人体后侧，当人体起立时时，膝关节处的滑台带动支撑连杆将大腿支撑部分撑起从而帮助人体完成起立动作。当人体处于坐姿时，滑台移动到节在一相适当的长度，通过电机或者丝杠的自锁对人体起到坐姿支撑作用。此外当人体正常行走时利用滑台的移动完成辅助人体行走。本发明解决了现有技术的不足，使用者只需要将其穿戴在身上，当进行起立动作时，它能够提供足够的支撑力，就好像一张无形的支撑板凳一样，同时也在人体进行步行时，可对人体提供行走的动力，针对制造业、医院等需长时间站立、下蹲的环境，其具有广阔的应用前景。本发明未述及之处适用于现有技术。

权利要求：1.一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼，其特征在于，包括上身绑带、大腿支撑部分、小腿支撑部分、脚部固定部分；上身绑带的下部的两个连接端分别与两个大腿支撑部分的远离膝关节的一端相连，大腿支撑部分的另一端与小腿支撑部分的一端相连，两者连接处形成膝关节，小腿支撑部分的另一端与脚部固定部分相连；一个大腿支撑部分、一个小腿支撑部分和一个脚部固定部分构成一个单侧下肢辅助起立外骨骼，两个单侧下肢辅助起立外骨骼呈对称装配；所述大腿支撑部分由调节支撑板、大腿主支撑、大腿副支撑构成，大腿主支撑上设有腿部绑带；调节支撑板设置于大腿主支撑的上方，大腿副支撑设置于大腿主支撑的下方，调节支撑板底面的两侧有滑轨，底面上设置有多个卡槽；大腿主支撑靠近上身绑带的一端的末端上设置有末端开口的键槽，键槽内部的中间设置有一排与卡槽相匹配的卡块，键槽内部的两侧设置有与滑轨对应的滑槽；卡块内部装有弹簧以使卡块顶起或者下落，当卡块顶起时卡入调节支撑板的卡槽内，从而使大腿主支撑与调节支撑板位置固定；当卡块下落时，调节支撑板可在滑槽内滑动，卡块通过与不同的卡槽卡合以调节大腿支撑部分长度以适应不同的使用者；大腿副支撑在靠近上身绑带的一端设置有向上的带通孔的凸起，大腿主支撑在对应位置设有两个向下的带通孔凸起，大腿副支撑上的带通孔凸起位于大腿主支撑上的两个带通孔凸起之间，两者通过销钉铰接在一起；大腿主支撑与大腿副支撑与小腿支撑部分连接的一端的末端的两侧均有延长部，大腿副支撑上的延长部较大腿主支撑上的延长部长，延长部上均设置有通孔；大腿副支撑与大腿主支撑的延长部通过一号螺钉铰接在一起；小腿支撑部分包括小腿支撑、起立支撑连杆、可调节杆，小腿支撑上安装有丝杠模块、电机模块，丝杠模块包括丝杠、两个螺母座、滑台，电机模块包括电机、减速器、电机座、联轴器；大腿主支撑的延长部末端通过二号螺钉与起立支撑连杆的一端铰接，大腿副支撑的延长部末端通过三号螺钉与小腿支撑的一端铰接；小腿支撑为带弧度且设置有若干安装孔的连接板，其与大腿副支撑连接的一端的两侧设置有延长部，两个延长部的末端设置有用于与大腿副支撑连接的安装孔；小腿支撑中部的上端设置有四个螺纹孔以安装螺母座，小腿支撑中部的下端设置四个通孔用以安装电机座；小腿支撑下部的背面设置有凸台，其下部的末端端面上设置有两个方形孔，用以容纳可调节杆的上部，通过插入不同的深浅可起到调节长度的作用；电机座、两个螺母座安装于小腿支撑的背面，丝杠安装于两个螺母座上，滑台安装在丝杠上；联轴器一端与丝杠的下端连接，联轴器的另一端与减速器相连，减速器与电机的输出端相连，电机的下侧设置于小腿支撑下部的背面的凸台上；起立支撑连杆的另一端通过螺钉与滑台的上端铰接在一起；可调节杆的下端设置有安装孔，通过螺钉与支撑块的上端连接；支撑块的两侧面均设置有安装孔；支撑块上连接有脚部固定装置，脚部固定装置包括两个弧形固定板、脚底固定板和两个脚部绑带；两个弧形固定板相对呈“U”型安装，两者的一端通过螺钉分别固定在支撑块两侧面上的安装孔内；两个脚部绑带分别横向安装在两个弧形固定板开口端的不同位置，两个脚部绑带的一端均分别固定在一个弧形固定板上，两者的另一端通过魔术贴粘贴在另一个弧形固定板上，以与脚部固定；脚底固定板设置于两个弧形固定板的下方，其两端设置有两个向上的凸起，该两个凸起通过螺钉分别固定在两个弧形固定板上的两个脚部绑带之间。2.根据权利要求1所述的一种穿戴式下肢辅助起立外骨骼，其特征在于，所述丝杠为滚珠丝杠或梯形丝杠。

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