[发明专利]一种腰部外骨骼

说明书

本发明涉及一种腰部外骨骼装置，其包括贴合于人体腰部结构的腰板，以及与所述腰板相连的髋关节内旋/外旋连接部。本发明更好地实现了腰部外骨骼装置与人体腰部的同构运动，让人体在下肢不动的情况下灵活、舒适、可控地扭动腰部，优化、提升了用户穿戴外骨骼设置时的体验。

技术领域

本发明属于穿戴设备技术领域，具体涉及一种腰部外骨骼装置。

背景技术

外骨骼机器人是一种可穿戴在人体身体外部，并根据人体运动姿态或人脑意念，采用外部能源或便携式能源进行机械助力的主动式机械系统。这种装备在军事领域，可以使士兵携带更多的武器装备，增强士兵的运动能力，有效提高单兵的作战能力；在民用领域，可以广泛应用于登山、旅游、消防、救灾等需要背负沉重物资，而车辆又无法通行的情况；在医疗领域，外骨骼机器人还可以用于辅助残疾人、老年人行走，也可以帮助暂时丧失运动能力的患者进行机能恢复训练。因此，具有很广阔的应用前景。

但是，要推广外骨骼技术的实际应用还存在的许多的挑战。例如，虽然外骨骼能够帮助人体减轻承重负担，但是却容易因为机械结构无法灵活、稳定、贴身地与人体同构运动，导致用户体验往往较差，感觉被不灵活、坚硬的机械结构束缚或者被架住。

另一方面，为了适应于人体腰部髋关节的三种旋转自由度：内旋/外旋、外展/内收和屈曲/伸展，通常采用球接触机构作为髋关节。然而，一旦采用球接触机构作为髋关节将难以针对每个旋转自由度添加一定的弹性回弹力，并且球接触机构通常为内球面和外球面的面摩擦，容易磨损，且阻尼较大。故而，为了能够添加一定的弹性回弹力，从而使得外骨骼在负重情况下，各关节能够保持一个稳定位置的同时还能够提供一定的助力，采用单关节方式来实现髋关节的三种旋转自由度的研究也逐渐成为热门，即研究如何进行关节结构布局，使得在人体腿部通常的运动动作下不容易出现自由度降维(例如，在某个单关节旋转90度时，其它关节原本负责的自由度方向将会无转动自由度)的现象，从而提高用户体验。

因此，如何提高用户体验，使外骨骼装备，尤其是腰部外骨骼与人体在同构运动时更加流畅、和谐，是本发明尝试解决的技术问题。

发明内容

为了上述技术问题，本发明提供了一种腰部外骨骼装置，其包括腰部滑轨、腰部滑车、腰部弹性机构；所述腰部滑车可以沿所述腰部滑轨滑动；所述腰部弹性机构被放置在所述腰部滑轨上，并且与所述腰部滑车连接，在所述腰部滑车沿所述腰部滑轨滑动的过程中提供弹性蓄能。

进一步地，所述腰部滑轨由多段可以相对折叠的腰部滑轨片组成。

进一步地，所述腰部弹性机构为扭簧、拉簧、压簧或气推杆。

进一步地，所述腰部滑轨包括左腰部滑轨与右腰部滑轨；所述腰部滑车包括左腰部滑车与右腰部滑车；所述腰部弹性机构包括左腰部弹性机构与右腰部弹性机构；所述左腰部弹性机构被放置在所述左腰部滑轨上，并且与所述左腰部滑车连接，在所述左腰部滑车沿所述左腰部滑轨滑动的过程中提供弹性蓄能；所述右腰部弹性机构被放置在所述右腰部滑轨上，并且与所述右腰部滑车连接，在所述右腰部滑车沿所述右腰部滑轨滑动的过程中提供弹性蓄能。

进一步地，所述内旋/外旋连接部连接有髋关节侧转连接部，所述髋关节侧转连接部连接有前后转连接部，使得髋部三自由度运动从上往下分别为内旋/外旋、外展/内收、屈曲/伸展，用以降低出现自由度降维的概率。

进一步地，所述内旋/外旋连接部连接髋关节侧转连接部，所述髋关节侧转连接部与下肢外骨骼装置连接，并且可让所述下肢外骨骼装置向人体左右侧翻动。

进一步地，所述内旋/外旋连接部连接髋关前后转连接部，所述髋关节前后转连接部与下肢外骨骼装置连接，并且可让所述下肢外骨骼装置向人体前后侧转动。

进一步地，所述腰部滑车连接髋关节侧转连接部，所述髋关节侧转连接部与下肢外骨骼装置连接，并且让所述下肢外骨骼装置向人体左右侧翻动。