申请/专利权人：上海交通大学

申请日：2019-09-09

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110638605B

主分类号：A61H1/02

分类号：A61H1/02

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2020.02.04#实质审查的生效;2020.01.03#公开

摘要：本发明提供一种刚软一体式下肢外骨骼，包括髋关节气动软体驱动器，膝关节气动软体驱动器，踝关节气动软体驱动器，腰部刚性连杆，大腿刚性连杆，小腿刚性连杆，脚刚性连杆，腰部穿戴机构，大腿穿戴机构，小腿穿戴机构和脚穿戴机构，其中：各关节气动软体驱动器采用具有双层气囊的椭圆柱形或椭圆环形结构，向不同气囊充气实现双向弯曲变形；刚性连杆将各关节气动软体驱动器连接起来，在刚性连杆上安装穿戴机构，用于将外骨骼穿戴在人体上；关节气动软体驱动器的弯曲变形和弯曲力矩，通过刚性连杆和穿戴机构传递给人体下肢，从而驱动人体下肢关节的转动，达到辅助人体下肢运动的目的。

主权项：1.一种刚软一体式下肢外骨骼，其特征在于：由关节气动软体驱动器、刚性连杆和穿戴机构构成，其中：所述软体驱动器包括髋关节气动软体驱动器，膝关节气动软体驱动器和踝关节气动软体驱动器；所述刚性连杆包括腰部刚性连杆，大腿刚性连杆，小腿刚性连杆和脚刚性连杆；所述穿戴机构包括腰部穿戴机构，大腿穿戴机构，小腿穿戴机构和脚穿戴机构；所述髋关节气动软体驱动器连接在所述腰部刚性连杆和所述大腿刚性连杆之间，所述膝关节气动软体驱动器连接在所述大腿刚性连杆与所述小腿刚性连杆之间，所述踝关节气动软体驱动器连接在所述小腿刚性连杆和所述脚刚性连杆之间；所述腰部穿戴机构、大腿穿戴机构、小腿穿戴机构和脚穿戴机构分别对应安装在所述腰部刚性连杆、所述大腿刚性连杆、所述小腿刚性连杆和所述脚刚性连杆上，用于将外骨骼穿戴在人体上；所述髋关节气动软体驱动器、所述膝关节气动软体驱动器以及所述踝关节气动软体驱动器可弯曲变形和弯曲力矩并分别通过对应的所述刚性连杆和所述穿戴机构传递给人体下肢，从而驱动人体下肢关节的转动；所述髋关节气动软体驱动器、所述膝关节气动软体驱动器和所述踝关节气动软体驱动器内部均设置有双层气囊，通过分别向所述双层气囊充气实现双向弯曲变形，即向其中一层气囊充气使各关节气动软体驱动器向另一侧气囊弯曲；当所述髋关节气动软体驱动器向穿戴者的前方弯曲时，辅助穿戴者进行髋关节的弯曲运动；当所述髋关节气动软体驱动器向穿戴者的后方弯曲时，辅助穿戴者进行髋关节的伸展运动；当所述膝关节气动软体驱动器向穿戴者的前方弯曲时，辅助穿戴者进行膝关节的伸展运动，当所述膝关节气动软体驱动器向穿戴者的后方弯曲时，辅助穿戴者进行膝关节的弯曲运动；当所述踝关节气动软体驱动器向穿戴者的前方弯曲时，辅助穿戴者进行踝关节的弯曲运动，当所述踝关节气动软体驱动器向穿戴者的后方弯曲时，辅助穿戴者进行踝关节的伸展运动；所述髋关节气动软体驱动器、所述膝关节气动软体驱动器采用椭圆柱形结构，所述踝关节气动软体驱动器采用椭圆环形结构，各关节气动软体驱动器的自然弯曲角度与人体各关节的自然弯曲角度相适应；所述腰部刚性连杆、所述大腿刚性连杆、所述小腿刚性连杆和所述脚刚性连杆的内部均设置有蜗轮蜗杆螺旋式长度调节机构，通过涡轮驱动蜗杆的伸长，实现所述各刚性连杆长度的连续调节，以使各刚性连杆的长度与穿戴者的身体尺寸相适应；长度调节机构具有左、右对称分布的双装置结构；所述膝关节气动软体驱动器为由左弹性纺织材料、右弹性纺织材料组成的具有两层气囊结构的椭圆柱形弯曲驱动器，且两层气囊内分别设有左内芯、右内芯以保证气密性；所述左内芯、右内芯均有一个向上伸出的气嘴，安装时分别穿过左上端盖、右上端盖的通孔；所述左上端盖、右上端盖在安装时分别部分插入到左弹性纺织材料、右弹性纺织材料的内腔中，然后用上束紧带扎紧；左下端盖、右下端盖在安装时分别部分插入到所述左弹性纺织材料、右弹性纺织材料的内腔中，然后用下束紧带扎紧；所述左上端盖、右上端盖的上部各有一环形槽，该环形槽用于与大腿刚性连杆的下端部快速接头连接；所述左下端盖、右下端盖的下部各有一环形槽，该环形槽用于与小腿刚性连杆的上端部快速接头连接；大腿刚性连杆的左下连杆、右下连杆在分界面附近钻有两个左右对称相互平行的竖直螺纹孔，分别旋入左螺杆、右螺杆；在左上连杆、右上连杆的分界面附近钻有两个左右对称相互平行的竖直通孔，分别用于通过左螺杆、右螺杆的无螺纹部分；在左螺杆、右螺杆的上端分别固连左蜗轮、右蜗轮，在左蜗轮和右蜗轮之间配合一个蜗杆，构成蜗轮蜗杆传动机构，容纳于左上连杆和右上连杆之间的空腔内；蜗杆的左端固连旋钮，旋钮穿过左上连杆的水平通孔，供用户进行旋转操作；当逆时针旋转旋钮时，蜗杆亦逆时针旋转，通过蜗轮蜗杆副传动，使左蜗轮逆时针旋转、右蜗轮顺时针旋转，从而带动与之固连的左螺杆逆时针旋转、右螺杆顺时针旋转，由于左螺杆的下端是右旋螺纹、右螺杆的下端是左旋螺纹，因此左螺杆、右螺杆均相对下半连杆向上运动，使上半连杆和下半连杆之间的间隙增大，从而使整个大腿刚性连杆伸长；反之，当顺时针旋转旋钮时，大腿刚性连杆缩短，从而实现大腿刚性连杆的长度调节。

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