[发明专利]柔性下肢外骨骼及其控制方法

说明书

本发明涉及一种柔性下肢外骨骼，包括穿戴组件、弹性储能组件及离合装置。穿戴组件包括腰部穿戴件、膝关节穿戴件及鞋底穿戴件，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，第一弹性储能元件的两端分别连接鞋底穿戴件及膝关节穿戴件，第二弹性储能元件的两端分别连接膝关节穿戴件及腰部穿戴件。离合装置包括第一离合装置及第二离合装置，第一离合装置可选择地锁定或松开第一弹性储能元件，第二离合装置可选择地锁定或者松开第二弹性储能元件。本发明还涉及一种柔性下肢外骨骼的控制方法。上述柔性下肢外骨骼及其控制方法，可以提升步态能量的利用效率，降低人体行走过程中的代谢能耗。

技术领域

本发明涉及下肢康复技术领域，特别是涉及一种柔性下肢外骨骼及其控制方法。

背景技术

无动力下肢外骨骼以步态能量作为能量源，实现人体低代谢能耗、高自适应和持续稳定行走，可应用于康复医疗、运动训练及医疗设备等领域。传统的无动力下肢外骨骼包含的装置主要借助于跨越髋、踝关节的弹性连杆，吸收运动过程中的机械能，来为人体正常行走提供助力。

目前，国内外对于下肢外骨骼均有较多的研究。但是，这些无动力下肢外骨骼的主流是采用刚性弹性元件进行单关节助力，不能最大程度利用步态过程中的能量，步态能量的利用效率较低。

发明内容

基于此，本发明提供一种柔性下肢外骨骼及其控制方法，以提升步态能量的利用效率，降低人体行走过程中的代谢能耗。

一种柔性下肢外骨骼，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。

在其中一个实施例中，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对应的穿戴件上，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。

在其中一个实施例中，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，所述齿轮可转动地设置于所述穿戴件上，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。

在其中一个实施例中，所述传动带包括钢丝绳及齿轮带，所述钢丝绳的一端与所述动力源的输出端连接，所述钢丝纲的另一端与所述安装架滑动连接，所述齿轮带连接在所述钢丝绳之间，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。

在其中一个实施例中，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。

在其中一个实施例中，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。

在其中一个实施例中，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。