[发明专利]柔性下肢外骨骼及其控制方法

权利要求书

1.一种柔性下肢外骨骼，其特征在于，包括：

穿戴组件，包括腰部穿戴件、膝关节穿戴件及鞋底穿戴件，所述腰部穿戴件用于穿戴于腰部，所述膝关节穿戴件用于穿戴于膝关节上，所述鞋底穿戴件用于穿戴于脚底；

弹性储能组件，包括第一弹性储能元件及第二弹性储能元件，所述第一弹性储能元件的两端分别连接所述鞋底穿戴件及所述膝关节穿戴件，所述第二弹性储能元件的两端分别连接所述膝关节穿戴件及所述腰部穿戴件；及

离合装置，包括第一离合装置及第二离合装置，所述第一离合装置安装于所述膝关节穿戴件上，所述第一离合装置可选择地锁定或松开所述第一弹性储能元件，所述第二离合装置安装于所述腰部穿戴件上，所述第二离合装置可选择地锁定或者松开所述第二弹性储能元件；

所述第一弹性储能元件和所述第二弹性储能元件上均设有倒刺，所述第一离合装置和所述第二离合装置均包括摆杆及摆动组件，所述摆动组件安装于所述膝关节穿戴件和所述腰部穿戴件上，所述摆动组件与所述摆杆连接以驱动所述摆杆摆动，以使所述摆杆与所述倒刺啮合或者分离；

所述柔性下肢外骨骼的控制方法包括以下步骤：

判定足跟是否着地，若足跟着地，则第一离合装置将第一弹性储能元件锁定，所述第一弹性储能元件被拉伸，存储步态能量；

判断足跟是否离地，若足跟离地，则所述第一离合装置将所述第一弹性储能元件松开，所述第一弹性储能元件回缩，释放步态能量进行肌力补偿；

判断足撑或足尖是否着地，若足撑或足尖着地，则第二离合装置将第二弹性储能元件锁定，第二弹性储能元件被拉伸，存储步态能量；

判断足尖是否离地，若足尖离地，则所述第二离合装置将所述第二弹性储能元件松开，所述第二弹性储能元件回缩，释放步态能量进行肌力补偿。

2.根据权利要求1所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述摆动组件包括安装架、动力源、传动带及齿轮，所述动力源安装于所述安装架上，所述齿轮转动地设置于所述膝关节穿戴件和所述腰部穿戴件上，所述动力源通过所述传动带驱动所述齿轮往复旋转，所述摆杆与所述齿轮连接。

3.根据权利要求2所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述传动带包括钢丝绳及齿轮带，钢丝绳包括两段，一段钢丝绳的一端与所述动力源的输出端连接，另一段钢丝绳的一端与所述安装架滑动连接，所述齿轮带连接在两段钢丝绳之间，所述齿轮带与所述齿轮相啮合，所述动力源驱动所述钢丝绳往复移动，使所述齿轮带带动所述齿轮往复旋转。

4.根据权利要求2所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述安装架上设有挡板，所述挡板能够与所述摆杆抵接，以保持所述摆杆与所述倒刺的啮合。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述膝关节穿戴件上设有第一调节机构，所述第一调节机构用于调节所述第一弹性储能元件的起始长度；和/或

所述腰部穿戴件上设有第二调节机构，所述第二调节机构用于调节所述第二弹性储能元件的起始长度。

6.根据权利要求1-4任意一项所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，还包括信息采集模块，所述信息采集模块包括压力传感器、关节角度传感器和肌电传感器，所述压力传感器布置于所述鞋底穿戴件内，所述关节角度传感器用于设置于下肢关节处，所述肌电传感器用于安装于下肢肌肉上。

7.根据权利要求6所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述信息采集模块还包括第一拉力传感器和第二拉力传感器，所述第一拉力传感器安装于所述第一弹性储能元件与所述膝关节穿戴件的连接处，所述第二拉力传感器安装于所述第二弹性储能元件与所述腰部穿戴件的连接处。

8.根据权利要求7所述的柔性下肢外骨骼，其特征在于，所述控制方法还包括以下步骤：

获取所述第一弹性储能元件和所述第二弹性储能元件的拉伸力和伸长量，计算出所述第一弹性储能元件和所述第二弹性储能元件产生的功，并进一步计算获得存储步态能量的效率。