用于可穿戴外骨骼的主体结构的制作方法

1.本实用新型涉及用于可穿戴外骨骼的主体结构，属于辅助行走装置技术领域。


背景技术：

2.现有的人体外骨骼大多采用刚性结构，在人体肢体外侧提供支撑并以此连接固定人体躯干和四肢，为肢体提供支撑和扭矩，来实现额外的强度或力量输出。这样的外骨骼难以避免的沉重并且外形奇特，难以在日常生活中为人们提供帮助。
3.而柔性外骨骼方面的研究可以产生自重较轻的方案，但是它助力方式局限在绳索能够牵引的方向上，如果需要多个部位的力，就需要多个方案来安置绳索使它恰好在绳索的拉力方向上。而且能提供的力量较小而且全部重量需要由使用者承担。所以多局限在医疗康复领域，适用于肌肉力量较强但是由于各种病患失去平衡或者正常行动能力的患者。
4.因此，迫切需要对现有外骨骼进行改进，解决目前刚性结构色和柔性结构存在的沉重和结构复杂的问题。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是为了解决现有刚性外骨骼和柔性外骨骼的缺陷，提供一种体感重量小、易于施力控制活动灵活性的用于可穿戴外骨骼的主体结构。
6.本实用新型为实现上述目的，采用以下技术方案：
7.用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于：包括
8.若干个围绕身体部位的中空环；
9.刚性连接件，每个中空环设有刚性连接件，若干个中空环通过刚性连接件连接；
10.每个关节至少由一套绳索控制，由顶部中空环连接至待控关节的中空环，控制关节处的中空环活动；
11.弹性件，设于相邻的中空环之间，能够使移动的中空环复位。
12.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于每个中空环设有两个相对的刚性连接件，同一侧的刚性连接件串联形成链条。
13.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述的中空环至少由两个环段可拆卸地连接而成，其中至少一个环段为刚性或半刚性环段。
14.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述的刚性连接件设有连接所述中空环的槽孔。
15.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述的刚性连接件一端设有连接公端，另一端设有连接母端，相邻两个刚性连接件之间枢接连接。
16.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述刚性连接件的连接母端设有转动限位槽，所述刚性连接件的连接公端设有装配后能够在所述转动限位槽内滑动的凸筋。
17.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述的弹性件以中空环两
侧刚性连接件中心点的连线为轴，对称设置，前后力矩相等。
18.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于每套绳索为前后对称两组，每组绳索至少为一根。
19.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述的中空环由两个半圆环段可拆卸地连接而成，每个半环沿弧线设有至少一组弹性件连接环。
20.如上所述的用于可穿戴外骨骼的主体结构，其特征在于所述的中空环周向设有穿绳孔。
21.本实用新型相对于现有技术而言，有以下优点：
22.本实用新型每个关节至少设置一套绳索控制对应的中空环活动，需要多套绳索控制不同部位的中空环时，使用者对肢体各部位(腰腿、膝部、脚踝)可以以相同的模式施力，可以用统一的方式驱动和控制，骨架传动结构包裹肢体，施力均匀，易于控制，同时可以将动力驱动部分集中在绳索的腰部一端，靠近人体重心，外骨骼体感重量更小。相邻中空环之前的弹性件有利于中空环转动后的复位，使用更轻松安全。
附图说明
23.图1为本实用新型的直立状态结构示意图；
24.图2为本实用新型部分结构分解示意图；
25.图3为本实用新型的一个环节的分解结构示意图；
26.图4为本实用新型的一个弯曲状态结构示意图；
27.图5为本实用新型的一个弯曲状态装配弹簧的示意图；
28.图中没有显示所有施力和传动用的绳索和弹性件结构，避免过于繁复遮挡视线。
具体实施方式
29.下面结合具体实施例对本实用新型作进一步详细介绍：
30.如图1
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图5所示，用于可穿戴外骨骼的主体结构，包括：若干个围绕身体部位的中空环1，每个中空环1设有刚性连接件2，若干中空环1通过刚性连接件2连接，若干个中空环1沿轴向串联连接，串联的刚性连接件2连接成链条；若干中空环1之间、每个关节至少设置一套绳索控制，由顶部中空环连接至待控关节的中空环，控制关节处的中空环活动；对于多个关节，相邻的中空环1之间设有能够使移动的中空环1复位的弹性件4。若干中空环1由刚性连接件2串联后，形成刚性骨架结构，有足够强度支撑主体结构的同时，多套柔性的绳索3传动拉力控制相应的中空环1以刚性连接件2为中心转动从而实现肢体的弯曲。对于多个关节的活动，需要多套绳索3，分别连接不同数量的中空环1，控制不同的中空环1活动，可以集多套绳索3的驱动为一体，同模式施加不同大小的加矩，更有利于使用控制中空环1的活动，而弹性件4在无绳索施力或其他外力情况下使转动的中空环1自动复位到平衡位置。
31.优选每个中空环1设有两个相对的刚性连接件2，进一步提高骨架强度的同时，保证了中空环1转动的对称性，使得中空环1转动更灵活，可控性更好。更优选的，弹性件4以中空环两侧刚性连接件中心点的连线为轴，对称设置，前后力矩以对称。即：中空环以其转动中心轴为对称轴，轴对称设置弹性件，使得前后弹性件的力矩对称，更有力于中空环1的自动复位。
32.优选的，中空环1至少由两个环段11可拆卸地连接而成，其中至少一个环段为刚性环段或半刚性环段。中空环1由环段11可拆卸地连接，便于使用者穿脱外骨骼，并且可以部分环段11为刚性环段或半刚性环段，部分环段为柔性环段，进一步减轻外骨骼的重量。多个环段11可以以卡接、螺接或其他便于拆卸安装的方式连接。
33.优选的，刚性连接件2设有连接中空环1的槽孔21，中空环1装配槽孔21后可以固定，保持骨架的稳定性，固定方式可以为过盈套接或其他卡接、螺接，嵌压等方式锁定中空环1相对于刚性连接件2的周移动。刚性连接件2一端设有连接公端22，另一端设有连接母端23。相邻中空环1之间的刚性连接件2铰接连接，在不需要活动灵活性的相邻中空环1之间，刚性连接件2可以固定连接。本实用新型的一个优选实施例，在没有关节而且施力要求低的小腿部位可以加大相邻中空环1的间距，并增加单独的刚性连接件2连接相邻的中空环1。
34.优选的，刚性连接件2的连接母端23设有转动限位槽231，刚性连接件2的连接公端22设有装配后能够在转动限位槽231内滑动的凸筋221。更优选的，转动限位槽231为弧形，凸筋221可以相应为弧形，也可以为较短的直线形。相邻两个刚性连接件2相对转动时被限定在转动限位槽231所限定的角度内转动。每个刚性连接件2根据所在位置需要的转动角度和方向，定制限位槽231和凸筋221，防止过度转动导致上下链条叠合到一起以及多个中空环1转动过度，对使用者造成伤害。优选的，转动限位槽231在垂直的中心位置向下凹陷稍多于两侧，使得整个链条在垂直竖立时处于较稳定状态。
35.优选的，只需要控制一个关节时，绳索可以为一套，控制某一关节的中空环活动，需要控制多个关节时，绳索为每个关节至少一套，便于同时独立控制不同关节的活动,上部绳索的施力力矩需大于下部绳索。
36.本实用新型的一个优选实施例，绳索3为三套，第一套绳索由上方腰部的中空环1a向下连接至膝盖上部的中空环1b，第二套绳索由上方腰部的中空环1a向下连接至膝盖下方小腿上部的中空环1d，第三套绳索连接全部中空环，从中空环1a依次连接至中空环1e。每套绳索3为前后对称至少两组，每组绳索串联连接所控制的中空环1，每组绳索至少为一根绳线，优选一至四根，更优选的，需要施力较多较大的每组绳线多些，需要施力较小较少的每组绳线少些，例如不同于图1中的绳线数量：连接至中空环1b和中空环1d处的第一套和第二套绳索每组四根绳索，第三套每组两根绳索。本实施例中，多套绳索3分别驱动上、中、下三个环节，使得骨架操控起来更灵活快捷。
37.优选的，当中空环1由两个半圆的环段11组成时，如图3所示，每个半环段11沿弧线设有至少一组弹性件连接环12，优选为3
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5个，一个弹性件连接环12连接一个弹性件4，一组弹性件连接环12连接上下两个弹性件4，弹性件连接环12分别设置于绳索3附近，相邻中空环1之间多个对称的弹性件4的设置，使得相邻中空环1间距不管在哪个方向上发生变化都可以回复到平衡位置。更优选的，相邻中空环1之间轴向对称的弹性件4的力矩也对称，更有利于没有外力时复位骨架。
38.进一步的，中空环1周向设有穿绳孔13连接绳索。每个环段11的周向设若干个穿绳孔13，一个环段11连接一套绳索中的一组，优选每个环段11的周向设五个穿绳孔13，每个环段11沿弧向设有五组绳索。一组弹性件连接环12设于一个穿绳孔13处的上下环面，同等弹性系数下拥有最大的力矩。
39.本实用新型的另一个优选实施例，绳索3为五套，其中两套靠近中空环1两侧刚性
连接件2，通过穿绳孔13a自中空环1a连接膝盖下方小腿上方的中空环1d，其中一套穿过两侧刚性连接件2中间的穿绳孔13b连接自上向下的全部中空环1a
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1e，另外两套绳索通过穿绳孔13c连接中空环1a至膝盖上的中空环1b。每套绳索3的每组绳索至少有一根绳线，进一步优选为两到四根绳线，保证每组绳索的强度。具体也可以根据所要传动的距离调节绳索的粗细和施力的大小。
40.优选的，串联的若干中空环1周向长度不同。如图1、2或4
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5所示，在大腿位置中空环的周长大些，从上至下，中空环1的周长根据肢体腿径变化逐渐变小，穿戴合体也可以减重外骨骼。当然，刚性连接件2也可以根据相邻中空环1直径周长变化而有相应的变化，例如具有倾斜角或折弯，如图2中所示具有不同形状的刚性连接件2，保证刚性连接件2强度的同时，使得相邻刚性连接件2连接更顺畅。
41.本实用新型使用时，将骨架的中空环1打开配置肢体周围，绳索连接腰部驱动，底部可以连接脚部骨架，也可以不连接。辅助直立时如图1所示，串联的多个中空环1保持直线，当然，图1中的弹性件和绳索分别是其中一种实施方式，且图1中并未示出全部弹性件4和绳索3，只示出了部分弹性件4和绳索3。需要弯曲时，如图5所示(图5中未示出绳索)，一套或两套绳索3受力拉动中空环1a至中空环1b的多个中空环，一套或两套绳索3受力拉动中空环1a至中空环1d的多个中空环，还有一套绳索受力拉动从始端中空环1a连接至底部的中空环1e。图5还示出了弹性件4一种实施方式的变化，在相邻中空环间距变大的部分，弹性件4被拉长，如图5中4a所示，在相邻中空环间距变小的部分，弹性件4被压缩，如图5中4b所示，当再次直立腿时，中空环在弹性件4的弹力下快速复位。
42.上述使用方式仅是本实用新型的一个实施例的使用方式，也可以根据需要设置更多不同的控制点，便于更灵活的控制整个骨架的活动。
43.本实用新型将刚性链条节点分布于中空环两侧，放弃一个方向的自由度换取整个骨架传动的中空结构，骨架的中空环、链条和绳索的刚柔结合，减轻了外骨骼的重量，提高了外骨骼的活动灵活性和易控性。