外骨骼的制作方法

1.本实用新型涉及仿生关节设备技术领域，具体而言，涉及一种外骨骼。


背景技术：

2.现有技术中，膝关节的大小腿均有一个绑带连接位，部分绑带在腿的内外侧均有支撑件进行支撑，采用这样的连接方式难以避免在长时间穿戴膝关节外骨骼时，造成绑定位置的松动，以及会因为重力原因膝关节外骨骼产生的下坠。而且人体大腿是一个倒锥形，膝关节外骨骼的绑定容易下滑。另外，大腿部分采用一个绑带位连接，固定不牢固，容易松动。


技术实现要素：

3.本实用新型的主要目的在于提供一种外骨骼，以解决现有技术中膝关节外骨骼绑带容易下滑的问题。
4.为了实现上述目的，根据本实用新型的一个方面，提供了一种外骨骼，包括：腰部绑带，腰部绑带与穿戴者的腰部固定；膝关节组件，膝关节组件与腰部绑带连接，膝关节组件设置有绑带组件，绑带组件与穿戴者的腿部固定；其中，腰部绑带的第一端和腰部绑带的第二端具有连接时的锁紧状态，以及腰部绑带的第一端和腰部绑带的第二端具有分离时的解锁状态。
5.进一步地，腰部绑带由弹性材料制成，腰部绑带的第一端设置有第一卡扣件，腰部绑带的第二端设置有第二卡扣件，第一卡扣件与第二卡扣件配合连接时，腰部绑带处于锁紧状态，以及第一卡扣件与第二卡扣件脱离时，腰部绑带处于解锁状态。
6.进一步地，腰部绑带包括：本体，本体的第一端设置有第一卡扣件，本体的第二端设置有第二卡扣件；连接带，连接带的第一端与本体连接，连接带与膝关节组件连接，连接带的长度可调节地设置，以改变膝关节组件与本体之间的距离。
7.进一步地，连接带由弹性材料制成，连接带与本体一体成型。
8.进一步地，膝关节组件包括两个大腿组件，连接带为两个，两个连接带均与本体连接，且当本体处于锁紧状态时，两个连接带相对地设置，各连接带与一个大腿组件连接。
9.进一步地，绑带组件包括大腿绑带组件，至少一个大腿组件包括大腿连杆，大腿连杆与其中一个连接带连接，大腿连杆上设置有大腿绑带组件，大腿绑带组件包括第一连接件和第二连接件，第一连接件和第二连接件具有相连接的锁紧位置，以及第一连接件和第二连接件具有相互分离的解锁位置。
10.进一步地，第一连接件为刚性结构件，第二连接件为弹性结构件，且第一连接件呈弧形结构，第一连接件的第一端与大腿连杆连接，第一连接件的第二端开设有第一连接孔，第二连接件的第一端与大腿连杆连接，第二连接件的第二端通过第一连接孔与第一连接孔连接。
11.进一步地，大腿绑带组件为两个，两个大腿绑带组件沿大腿连杆的长度方向间隔
地设置。
12.进一步地，外骨骼还包括两个膝关节驱动模组和两个连接部，膝关节组件包括两个小腿组件；其中，两个大腿组件的大腿连杆分别设置有一个膝关节驱动模组，各膝关节驱动模组的输出端设置有一个连接部，各连接部与一个小腿组件连接，膝关节驱动模组用于向大腿组件和小腿组件提供辅助力和阻力。
13.进一步地，至少一个小腿组件包括：小腿连杆，小腿连杆的第一端与连接部铰接；小腿绑带组件，小腿绑带组件与小腿连杆的第二端活动地连接，小腿绑带组件沿小腿连杆的长度方向可滑动地设置，以及小腿绑带组件可相对小腿连杆做旋转运动。
14.进一步地，小腿绑带组件包括：导轨，导轨与小腿连杆连接，导轨沿小腿连杆的长度方向延伸设置；滑块，滑块与导轨连接，滑块沿导轨的长度方向可滑动地设置；转轴，转轴与滑块连接，转轴的轴线方向垂直于滑块的滑动方向设置，转轴可绕转轴的轴线做圆周运动；第三连接件，第三连接件的第一端与转轴连接；第四连接件，第四连接件的第一端与转轴连接，第四连接件的第二端与第三连接件的第二端可拆卸地连接。
15.进一步地，第三连接件为刚性结构件，第四连接件为弹性结构件，且第三连接件为弧形结构，第三连接件的第一端与转轴连接，第三连接件的第二端设置有第二连接孔，第四连接件的第一端与转轴连接，第四连接件的第二端通过第二连接孔与第三连接件连接。
16.进一步地，至少一个膝关节驱动模组包括安装座、电机、减速机和力矩传感器，安装座与连接部连接，电机与安装座连接，减速机与电机连接，力矩传感器与安装座连接，力矩传感器用于检测小腿组件和大腿组件的受力信息。
17.进一步地，至少一个连接部包括法兰，膝关节驱动模组的输出端与法兰的一端连接，小腿组件与法兰的另一端可活动地连接，以使小腿组件可沿平行额状面的方向运动，膝关节驱动模组可驱动法兰带动小腿组件沿平行矢量面的方向运动。
18.进一步地，腰部绑带处于锁紧状态时，腰部绑带呈环形结构，腰部绑带形成的环形结构的周长可调节地设置。
19.应用本实用新型的技术方案，通过设置腰部绑带与穿戴者的腰部固定，使得膝关节外骨骼牢固地与穿戴者固定，穿戴者在长时间穿戴该外骨骼的过程中不会发生绑带组件松脱造成膝关节组件下滑的问题。同时通过将腰部绑带的两端设置成可拆卸的方式，使得该外骨骼便于使用者穿戴，提高了该外骨骼的实用性。
附图说明
20.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
21.图1示出了根据本发明的外骨骼的实施例的结构示意图；
22.图2示出了根据本发明的外骨骼的大腿组件的第一施例的爆炸结构示意图；
23.图3示出了根据本发明的外骨骼的大腿组件的第二实施例的爆炸结构示意图；
24.图4示出了根据本发明的外骨骼的连接部的实施例的结构示意图；
25.图5示出了根据本发明的外骨骼的小腿组件的实施例的爆炸结构示意图；
26.图6示出了根据本发明的外骨骼与人体关节配合的实施例的原理示意图。
27.其中，上述附图包括以下附图标记：
28.10、腰部绑带；11、本体；12、连接带；
29.21、第一卡扣件；22、第二卡扣件；
30.30、大腿组件；31、大腿连杆；
31.40、大腿绑带组件；41、第一连接件；411、第一连接孔；42、第二连接件；
32.50、膝关节驱动模组；
33.60、连接部；61、法兰；611、限位凹槽；612、法兰本体；62、通孔；63、连接凸耳；631、轴孔；64、滑动轴承；65、连接件；66、连接段；67、避让通孔；
34.70、小腿组件；71、小腿连杆；72、小腿绑带组件；721、导轨；722、滑块；723、转轴；724、第三连接件；7241、第二连接孔；725、第四连接件；726、轴承座；727、轴承；728、轴承端盖；729、安装槽；7291、第一侧壁；7292、第二侧壁；
35.80、膝关节转动中心；
36.90、小腿；
37.100、外骨骼膝关节转动中心；
38.110、小腿绑带位转动中心；
39.120、大腿；
40.130、限位块。
具体实施方式
41.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
42.需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
43.需要说明的是，本技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本技术的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
44.现在，将参照附图更详细地描述根据本技术的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本技术的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。
45.结合图1至图6所示，根据本技术的具体实施例，提供了一种外骨骼。
46.具体地，如图1所示，外骨骼包括腰部绑带10、膝关节组件。腰部绑带10与穿戴者的腰部固定。膝关节组件与腰部绑带10连接，膝关节组件设置有绑带组件，绑带组件与穿戴者的腿部固定。其中，腰部绑带10的第一端和腰部绑带10的第二端具有连接时的锁紧状态，以及腰部绑带10的第一端和腰部绑带10的第二端具有分离时的解锁状态。
47.应用本实用新型的技术方案，通过设置腰部绑带10与穿戴者的腰部固定，使得膝关节外骨骼牢固地与穿戴者固定，穿戴者在长时间穿戴该外骨骼的过程中不会发生绑带组件松脱造成膝关节组件下滑的问题。同时通过将腰部绑带10的两端设置成可拆卸的方式，使得该外骨骼便于使用者穿戴，提高了该外骨骼的实用性。
48.进一步地，腰部绑带10由弹性材料制成。腰部绑带10的第一端设置有第一卡扣件21。腰部绑带10的第二端设置有第二卡扣件22。第一卡扣件21与第二卡扣件22配合连接时，腰部绑带10处于锁紧状态，以及第一卡扣件21与第二卡扣件22脱离时，腰部绑带10处于解锁状态。这样设置使得第一卡扣件21和第二卡扣件22具备良好的连接稳定性，进而使得腰部绑带10安全可靠，同时两个卡扣件可分离的配合连接也使得腰部绑带10使用更加便捷。
49.如图1所示，腰部绑带10包括本体11、连接带12。本体11的第一端设置有第一卡扣件21，本体11的第二端设置有第二卡扣件22。连接带12的第一端与本体11连接，连接带12与膝关节组件连接。连接带12的长度可调节地设置，以改变膝关节组件与本体11之间的距离。这样设置使得膝关节组件与本体11之间的距离可以根据穿戴者实际情况进行调整，提高了膝关节外骨骼的实用性。
50.进一步地，连接带12由弹性材料制成，连接带12与本体11一体成型。这样设置使得连接带12可以紧密贴合使用者的腰部。连接带12与本体11一体成型的设置使得腰部绑带10更加牢固。这样设置使得位于腰部与大腿组件之间具有部分的柔性连接结构，使得穿戴者在穿戴该外骨骼时，减小穿戴者大腿侧与大腿组件的刚性部件接触的问题，起到防止大腿组件的刚性部件擦伤穿戴者大腿的作用，使得膝关节外骨骼能够对穿戴者的左、右关节都起到保护的作用。
51.如图1所示，膝关节组件包括两个大腿组件30。连接带12为两个。两个连接带12均与本体11连接，且当本体11处于锁紧状态时，两个连接带12相对地设置。各连接带12与一个大腿组件30连接。这样设置使得通过连接带12连接的大腿组件始终位于大腿的两侧，提高了穿戴者使用体验，提高了膝关节外骨骼的实用性。
52.如图1和图2所示，绑带组件包括大腿绑带组件40。至少一个大腿组件30包括大腿连杆31。大腿连杆31与其中一个连接带12连接。大腿连杆31上设置有大腿绑带组件40。大腿绑带组件40包括第一连接件41和第二连接件42。第一连接件41和第二连接件42具有相连接的锁紧位置，以及第一连接件41和第二连接件42具有相互分离的解锁位置。这样设置使得大腿连杆31通过相互可锁紧和解锁的两个连接件(第一连接件41、第二连接件42)牢固地与穿戴者大腿120固定住，从而防止了大腿组件30因受重力的影响而产生下滑。
53.进一步地，第一连接件41为刚性结构件。第二连接件42为弹性结构件。且第一连接件41呈弧形结构。第一连接件41的第一端与大腿连杆31连接，第一连接件41的第二端开设有第一连接孔411。第二连接件42的第一端与大腿连杆31连接，第二连接件42的第二端通过第一连接孔411与第一连接孔411连接。这样设置使得第一连接件41与第二连接件42具有良好的结构稳定性。其中，弹性结构件可以是具有一定弹性的纺织材料，与刚性结构件一起构
成对穿戴者的大腿120的包覆式连接。
54.具体地，大腿绑带组件40为两个，两个大腿绑带组件40沿大腿连杆31的长度方向间隔地设置。这样设置使得大腿连杆31在长度方向上各处都能与穿戴者大腿120紧密贴合，避免大腿组件30出现下滑的情况，同时使得穿戴者的大腿120与大腿组件30之间的运动更加协调、稳定。具体地，如图2所示，图中示出了具有两个大腿绑带组件40的实施例。
55.在本技术的一个实施例中，外骨骼包括两个膝关节驱动模组50和两个连接部60。膝关节组件包括两个小腿组件70。其中，两个大腿组件30的大腿连杆31分别设置有一个膝关节驱动模组50。各膝关节驱动模组50的输出端设置有一个连接部60。各连接部60与一个小腿组件70连接。膝关节驱动模组50用于向大腿组件30和小腿组件70提供辅助力和阻力。这样设置可以使得膝关节驱动模组50能通过连接部60为小腿组件70提供两个不同的自由度，同时可以为大腿组件30和小腿组件70提供辅助力和阻力，使外骨骼实现自适应调整。其中，膝关节驱动模组50的输出端与连接部60可以采用螺栓连接。
56.如图5所示，至少一个小腿组件70包括小腿连杆71、小腿绑带组件72。小腿连杆71的第一端与连接部60铰接。小腿绑带组件72与小腿连杆71的第二端活动地连接。小腿绑带组件72沿小腿连杆71的长度方向可滑动地设置，以及小腿绑带组件72可相对小腿连杆71做旋转运动。这样设置使得小腿绑带组件72运动更加灵活，提高了小腿绑带组件72的实用性和小腿组件70与穿戴者的小腿90的运动协调性。其中，小腿绑带组件72与小腿连杆71的第二端可以采用螺栓连接。
57.其中，小腿绑带组件72包括导轨721、滑块722、转轴723、第三连接件724、第四连接件725。导轨721与小腿连杆71连接，导轨721沿小腿连杆71的长度方向延伸设置。滑块722与导轨721连接，滑块722沿导轨721的长度方向可滑动地设置。转轴723与滑块722连接，转轴723的轴线方向垂直于滑块722的滑动方向设置，转轴723可绕转轴723的轴线做圆周运动。第三连接件724的第一端与转轴723连接。第四连接件725的第一端与转轴723连接，第四连接件725的第二端与第三连接件724的第二端可拆卸地连接。这样设置使得第三连接件724与第四连接件725围设形成的环状结构，既可以由滑块722带动实现沿小腿连杆71长度方向的运动，同时可以有转轴723带动实现沿转轴723轴线方向的转动，提高了小腿绑带组件72的实用性。
58.如图5所示，小腿连杆71的第二端的表面上设置有安装槽729。导轨721与安装槽729的槽底连接。滑块722在安装槽729内可滑动地设置。安装槽729沿滑块722滑动的方向具有相对设置的第一侧壁7291和第二侧壁7292。滑块722朝向小腿连杆71的第一端移动至第一极限点时，滑块722与第一侧壁7291抵接。滑块722朝向小腿连杆71的第二端移动至第二极限点时，滑块722与第二侧壁7292抵接。这样设置使得小腿绑带组件72在沿着小腿连杆71的长度方向上的行程被严格限制，进而保证了小腿绑带组件72运动的安全性与可靠性。其中，导轨721可以通过螺钉固定在安装槽729，同时也可以采取其它的直线导轨形式。这样设置使得小腿绑带组件72与小腿连杆71具备良好的连接稳定性，同时使小腿绑带组件72可以沿着小腿连杆71的长度方向滑动和相对于小腿连杆71做旋转运动，这样设置能够增加小腿组件70的活动范围。其中，转轴723可以通过过盈配合与轴承727的内圈固定，转轴723可以相对轴承727外圈旋转。轴承727通过轴承座726与滑块722连接。
59.如图5所示，第三连接件724为刚性结构件，第四连接件725为弹性结构件，且第三
连接件724为弧形结构，第三连接件724的第一端与转轴723连接，第三连接件724的第二端设置有第二连接孔7241，第四连接件725的第一端与转轴723连接，第四连接件725的第二端通过第二连接孔7241与第三连接件724连接。这样设置使得第三连接件724与第四连接件725具有良好的连接稳定性，同时这样设置可以使得第三连接件724与第四连接件725围设形成的环形结构可以形成对穿戴者的小腿90的包覆连接，使得膝关节外骨骼穿戴方便。
60.进一步地，小腿绑带组件72还可以包括轴承端盖728。轴承端盖728与转轴723连接。小腿绑带组件72包括第三连接件724、第四连接件725。第三连接件724的第一端与轴承端盖728连接。第四连接件725的第一端与轴承端盖728连接。这样设置使得第三连接件724、第四连接件725和轴承端盖728之间具备良好的连接稳定性。
61.进一步地，至少一个膝关节驱动模组50包括安装座、电机、减速机和力矩传感器。安装座与连接部60连接。电机与安装座连接。减速机与电机连接。力矩传感器与安装座连接，力矩传感器用于检测小腿组件70和大腿组件30的受力信息。这样设置使得膝关节驱动模组50能根据实际情况来调整电机的输出转速，进行精确的力交互控制进而实现外骨骼的自适应动作。
62.如图1和图3所示，至少一个连接部60包括法兰61。膝关节驱动模组50的输出端与法兰61的一端连接。小腿组件70与法兰61的另一端可活动地连接，以使小腿组件70可沿平行额状面的方向运动，膝关节驱动模组50可驱动法兰61带动小腿组件70沿平行矢量面的方向运动。这样设置可以使得膝关节驱动模组50能通过驱动法兰61为小腿组件70提供两个不同的自由度，同时可以为大腿组件30和小腿组件70提供辅助力和阻力，使外骨骼实现自适应调整。其中，膝关节驱动模组50的输出端与法兰61可以采用螺栓连接。
63.如图2所示，大腿连杆31的第二端开设有避让通孔67。膝关节驱动模组50的输出端通过避让通孔67与法兰61的一端连接。小腿组件70与法兰61的另一端可活动地连接，以使小腿组件70可沿平行额状面的方向运动。膝关节驱动模组50可驱动法兰61带动小腿组件70沿平行矢量面的方向运动。这样设置可以使得膝关节驱动模组50能通过驱动法兰61为小腿组件70提供两个不同的自由度，同时可以为大腿组件30和小腿组件70提供辅助力和阻力，使外骨骼实现自适应调整。其中，膝关节驱动模组50的输出端与法兰61可以采用螺栓连接。
64.进一步地，如图3和图4所示，法兰61包括法兰本体612。法兰本体612的朝向膝关节驱动模组50一侧的表面上设置有至少一个限位凹槽611。大腿连杆31的第二端的表面上设置有与限位凹槽611相配合的限位块130。这样设置可以通过调整限位块130至合适的位置即可实现对法兰本体612旋转角度的限制，形成对膝关节驱动模组50的机械式限位，保证膝关节驱动模组50的运行安全可靠。
65.具体地，如图4所示，限位凹槽611为两个。两个限位凹槽611沿法兰本体612的径向方向对称地设置，且各限位凹槽611为弧形。各限位凹槽611沿避让通孔67的周向延伸设置。这样设置使得法兰本体612的旋转角度行程被严格限定。同时设置两个限位凹槽611，可以根据将法兰61安装在作左侧大腿组件或安装在右侧大腿组件选择对应的一个限位凹槽611进行匹配，这样设置能够提高法兰61的通用性，有效地减小了法兰61的加工成本，提高了外骨骼的生产效率。
66.如图1和图4所示，法兰61还包括连接段66。连接段66的第一端与法兰本体612的外周面连接，连接段66的第二端与小腿组件70铰接。连接段66的第二端朝向膝关节驱动模组
50一侧弯折设置。这样设置法兰本体612与小腿组件70具有良好的连接稳定性，也避免了出现小腿组件70的运动行程受法兰本体612限制的情况，提高了外骨骼的实用性。其中，连接段66的第二端与小腿组件70铰接使得外骨骼在额状面内可以适应穿戴者大、小腿腿型的变化，提高了穿戴者行走时的舒适度。
67.进一步地，连接段66的第二端设置有连接凸耳63。连接凸耳63为两个，两个连接凸耳63相对地设置。各连接凸耳63上开设有轴孔631。各轴孔631内设置有滑动轴承64。小腿组件70通过连接件65与滑动轴承64连接。这样设置使得小腿组件70与滑动轴承64具有良好的连接稳定性，从而使得小腿组件70通过连接段66与法兰本体612连接牢固。其中，通过设置连接凸耳63、以及在连接段66中采用通孔62设计可以减轻外骨骼的重量，在提高外骨骼的实用性的同时也降低了生产成本。
68.进一步地，腰部绑带10处于锁紧状态时，腰部绑带10呈环形结构。腰部绑带10形成的环形结构的周长可调节地设置。这样设置使得该外骨骼可以适应不用腰围的使用者，提高了该外骨骼的实用性。
69.本技术中，如图6所示为外骨骼自适应原理图。外骨骼的大腿连杆31和穿戴者的大腿120连接固定在一起。膝关节转动中心80为穿戴者的生物膝关节转动中心。当膝关节转动中心80和外骨骼膝关节转动中心100不同心时，外骨骼和人体膝关节组成的结构即是一种摆杆滑块机构。其中，小腿绑带位转动中心110也可以自适应地调整位置。
70.本技术中，可以取消小腿组件70中的导轨结构，在大腿组件30上设置导轨，使得小腿组件70能够相对大腿组件30移动以实现大腿组件30和小腿组件70之间的长度的调整，即将大腿组件30和小腿组件70相互对换连接位置，也可以使得外骨骼实现自适应调整功能。
71.本技术中，通过对膝关节外骨骼的绑带连接进行了针对性设计，对大腿120的连接进行了有效的固定和支撑，并设计了腰部绑带10克服重力的影响，从而在长期穿戴膝关节外骨骼时可以牢固固定，并且不会因为重力原因而下坠，造成错位。其中，还可以根据实际情况来调整大、小腿绑带的前后布局和大、小腿绑带的数量，从而使得外骨骼实用性更高。
72.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转20度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
73.除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。
74.在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
75.以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。