CN109702712B - 一种可调节宽度的腰背部连接机构及其下肢助力设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节宽度的腰背部连接机构及其下肢助力设备。一种可调节宽度的腰背部连接机构，采用第一支撑梁、第二支撑梁、第三支撑梁、第四支撑梁、基座结构以及第一固定块、第二固定块构成的本腰背部连接机构承载外骨骼自身重量及其背负负载重量，强度高刚性好。所述第一支撑梁和第四支撑梁分别基于第一连接点和第三连接点相对转动，实现人体穿戴时腿部外展和内收，所述第一连接点和第三连接点接近人体骨骼大腿骨与盆骨连接处，更符合人体工学，实际穿戴更为舒适灵活。

Description

一种可调节宽度的腰背部连接机构及其下肢助力设备

技术领域

本发明涉及穿戴设备，特别是涉及一种可调节宽度的腰背部连接机构及其下肢助力设备。

背景技术

可穿戴外骨骼设备需要使用贴身、高强度的腰背部结构，所述腰背部结构要求宽度可以方便调节以适应不同穿戴者的腰部尺寸；现有技术中北京理工大学2014年硕士论文《下肢外骨骼助力机器人设计研究》披露了一种外骨骼腰背部结构，其通过在背部横梁上设置宽度调节孔来调节腰背部宽度，这种方法调节不方便，且腰背部依靠两点联接稳定性不好；专利CN101489732A《接触位移致动系统》和CN201410275617.4《一种液压驱动的可穿戴式人体助力行走机器人》披露了一种相似的外骨骼腰背部结构，其腰背结构分成3段，中部段为固定结构带有转轴，宽度调节通过调节左段和右段来实现，这种方法大大增加了腰背结构复杂性，调节不方便，且影响腰部与人体适配性；专利CN201310688125.3《一种拟人化的下肢助力外骨骼机器人》披露了一种外骨骼腰背部结构，其腰背结构由多个部分组成杆状结构，实现结构复杂，调节不方便，强度难以做到很高；专利US8070700B2《LowerExtremity Enhancer》披露了两种外骨骼腰背部结构，一种方法腰背结构分成3段，通过转轴连接，其中左右段为长度固定杆体，中部段长度可以调节，另一种方法腰背结构分成5段，均通过转轴连接，其中左右各二段为长度固定杆体，中断段长度可以调节，该专利披露方法结构复杂，代价高；上述披露的方法中，腰背部宽度调节均通过伸缩或调节孔改变腰背部杆体的有效长度来实现，造成杆体结构复杂，保障预定强度和刚性的代价高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种可调节宽度的腰背部连接机构及其下肢助力设备。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种可调节宽度的腰背部连接机构，包括第一支撑梁、第四支撑梁、第一固定块、第二固定块；所述第一支撑梁的后端与第一固定块的上端于设有的第一连接点旋转联接；所述四支撑梁的后端与第二固定块的于设有的第三连接点旋转联接；所述第一固定块设有阻止第一支撑梁转动的第一限位部；所述第二固定块设有阻止第四支撑梁转动的第二限位部；所述第一固定块与第二固定块设有调节二者之间距离的调节结构；所述调节结构调节第一固定块与第二固定块的之间距离，以调节第一支撑梁与第四支撑梁之间的距离。

其进一步技术方案为：所述调节结构设于第一固定块与第二固定块下端；所述调节结构包括滑轨，与滑轨滑动联接的调节螺栓；所述第一固定块、第二固定块均通过调节螺栓与滑轨固定联接。

其进一步技术方案为：所述滑轨水平设置于设有的基座结构；所述第一固定块设有第一固定点，且所述调节螺栓穿过第一固定点与滑轨固定联接；所述第二固定块设有第二固定点，且所述调节螺栓穿过第二固定点与滑轨固定联接。

其进一步技术方案为：所述第一固定块位于第一连接点下方；所述第一限位部位于第一支撑梁下方且朝外侧延伸，以使第一支撑梁于第一限位部上侧转动；所述第二固定块位于第三连接点下方；所述第二限位部位于第四支撑梁下方且朝外侧延伸，以使第四支撑梁于第二限位部上侧转动。

其进一步技术方案为：还包括第二支撑梁、第三支撑梁；所述第二支撑梁的下端与第一连接点旋转联接；所述第三支撑梁下端与第三连接点旋转联接；所述第二支撑梁的上端与第三支撑梁的上端均与设有的第二连接点铰接。

其进一步技术方案为：所述调节结构包括包括基板，设于基板的滑轨，与滑轨滑动联接的调节螺栓；所述基板朝滑轨上侧延伸设有的延伸部；所述延伸部设有竖直滑槽；所述第二连接点滑动连接于滑槽内。

其进一步技术方案为：所述调节结构包括基板；所述基板设有朝上弯曲的弧形滑槽；所述第一连接点与第三连接点均与滑动联接与弧形滑槽内。

其进一步技术方案为：所述第一支撑梁、第一固定块、第二支撑梁和第四支撑梁、第二固定块、第三支撑梁对称设置；所述第一连接点与第三连接点处于同一水平面；所述第一限位部、第二限位部均设有斜坡部；所述第一支撑梁、第四支撑梁均设有与斜坡部相配合的切口部。

其进一步技术方案为：所述第一支撑梁、第四支撑梁均为弯曲状，且二者相向弯曲；所述第一支撑梁、第四支撑梁前端均设有腰部绑带。

其进一步技术方案为：所述第一支撑梁近于第一连接点设有设有凹腔；所述第二支撑梁近于第一连接点设有与凹腔相配的凸起部；所述凸起部旋转联接于凹腔内侧，且凹腔外侧与第一固定块上端设有上端空腔旋转联接；所述第一支撑梁、第二支撑梁及第一固定块通过设有的锁紧螺栓旋转联接于第一连接点；或所述第二支撑梁近于第一连接点一端设有凹陷部；所述第一固定块上端设有与凹陷相匹配的板状凸起；所述板状凸起旋转联接于凹陷部内侧，且凹陷部外侧与第一固定块设有的安装腔旋转联接；所述第一支撑梁、第二支撑梁及第一固定块通过设有的锁紧螺栓旋转联接于第一连接点。

一种下肢助力外骨骼设备，包括助力支架、电源系统、控制系统与人机连接结构；还包括上述的腰背部连接机构；所述腰背部连接机构的第一支撑梁、第四支撑梁均与助力支架联接。

其进一步技术方案为：所述助力支架包括髋动力关节装置、膝动力关节装置、大腿杆、小腿杆、足部结构；所述第一支撑梁、第四支撑梁均与助力支架的髋动力关节装置联接；所述髋动力关节装置与大腿杆联接；所述膝动力关节装置设于大腿杆和小腿杆之间；所述小腿杆下端和足部结构旋转连接；所述腰背部连接机构与大腿杆的相对伸展或弯曲均通过髋动力关节装置控制；所述大腿杆与小腿杆之间的相对伸展或弯曲均通过膝动力关节装置控制。

其进一步技术方案为：所述髋动力关节装置、膝动力关节装置均设有关节主体及设于关节主体的动力装置；所述包括上臂，及与上臂具有相对运动的下臂；所述动力装置包括动力件，及固定于动力件动力输出端的减速机构；所述动力件固定于下臂，且所述减速机构的动力输出端与上臂固定联接，以使动力件驱动上臂相对于下臂运动；或所述动力件固定于上臂，且所述减速机构的动力输出端与下臂固定联接，以使动力件驱动下臂相对上臂运动。

本发明与现有技术相比的有益效果是：本发明一种可调节宽度的腰背部连接机构，采用第一支撑梁、第二支撑梁、第三支撑梁、第四支撑梁、基座结构以及第一固定块、第二固定块构成的本腰背部连接机构承载外骨骼自身重量及其背负负载重量，强度高刚性好。所述第一支撑梁和第四支撑梁分别基于第一连接点和第三连接点相对转动，实现人体穿戴时腿部外展和内收，所述第一连接点和第三连接点接近人体骨骼大腿骨与盆骨连接处，更符合人体工学，实际穿戴更为舒适灵活。

本发明一种下肢助力外骨骼设备，通过腰背部连接机构与人体的腰部联接，使本设备与人体穿戴更为舒适灵活。本发明结构简单、集成度高，采用本发明足部装置和动力关节装置的下肢助力外骨骼，可以测量的信息增多，包括足部的压力、足部装置与小腿杆的角度、关节扭力、腰部结构与大腿杆之间的角度、大腿杆与小腿杆之间的角度以及动力装置中电机的转动角度，其控制系统可以实施更为精确灵活的控制。

附图说明

图1为本发明一种可调节宽度的腰背部连接机构的实施例1、实施例2、实施例3的结构示意图；

图2为本发明一种可调节宽度的腰背部连接机构的实施例4的结构示意图；

图3位本发明一一种可调节宽度的腰背部连接机构的实施例5的结构示意图；

图4位本发明一种可调节宽度的腰背部连接机构的第一连接点或第三连接点的A-A剖视示意图；

图5为图4第一固定块中间剖视示意图；

图6为本发明一种可调节宽度的腰背部连接机构的另一实施例的第一连接点或第三连接点的A-A剖视示意图；

图7为图6第一固定块中间剖视示意图；

图8为本发明一种下肢助力外骨骼设备的整体结构结构示意图；

图9为本发明一种下肢助力外骨骼设备的动力关节装置的结构示意图。

附图标记

1—基座结构；1A—调节结构；11—基板；111—基板滑槽；12—滑轨；2—支撑梁；21—第一支撑梁；211—第一支撑梁前板；212—第一支撑梁后板；213—凹腔；214—第三通孔；215—安装腔；22—第二支撑梁；221—第二支撑梁凸台；222—凸起部；23—第三支撑梁；24—第四支撑梁；25—第一连接点；4251—第一轴承；252—第二轴承；253—垫片；254—螺栓；255——螺母；26—第二连接点；27—第三连接点；3—固定块；31—第一固定块；3101—上端部；3101A—前侧壁部；3101B—后侧壁部；3102—中段部；3103—下端部；3104—第一通孔；3105—第二通孔；3106—上端空腔；3107—下端空腔；311—第一限位部；312—第一固定点；32—第二固定块；321—第二限位部；322—第二固定点；100—助力支架；1000—动力关节装置；1000A—髋关节；1000B—膝关节；1001—关节主体；10011—上臂；10012—下臂；10013—第一角度测量机构；10014——第二角度测量机构；10015—力矩测量机构；1002—动力装置；10021—动力件；10022—减速机构；1003—本腰背部连接机构；1004—小腿杆；1005—足部结构；1006—踝关节轴；1007—大腿调节锁定螺栓；1008—小腿调节锁定螺栓；1009—大腿杆；200—人机连接结构；2001—背部人机连接；2002—腰部绑带；2003—腿部绑带；2004—足部绑带；3001—背部多维力传感器；3002—腿部力绑带力传感器；4000—电池。

具体实施方式

为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。

如图1—图9所示，为本发明一种可检测足底压力的足部装置和一种下肢助力外骨骼设备的实施例的具体结构视图。

以下各实施例均为一种可调节宽度的腰背部连接机构的具体实施例。

实施例1：

一种可调节宽度的腰背部连接机构，如图1所示，包括第一支撑梁21、第四支撑梁24、第一固定块31、第二固定块32。所述第一支撑梁21的后端与第一固定块31的上端于设有的第一连接点25旋转联接。所述四支撑梁24的后端与第二固定块32的于设有的第三连接点27旋转联接。所述第一固定块31设有阻止第一支撑梁21转动的第一限位部311。所述第二固定块32设有阻止第四支撑梁24转动的第二限位部321。所述第一固定块31与第二固定块32设有调节二者之间距离的调节结构1A。所述调节结构1A调节第一固定块31与第二固定块32的之间距离，以调节第一支撑梁21与第四支撑梁23之间的距离。

所述第一支撑梁21、第四支撑梁24均为弯曲状，且二者相向弯曲。而且，第一支撑梁21、第四支撑梁24前端均设有腰部绑带2002，以使第一支撑梁21、第四支撑梁24牢靠围绕在穿戴者的腰部。

实施例2：

一种可调节宽度的腰背部连接机构，如图1所示，包括第一支撑梁21、第四支撑梁24、第一固定块31、第二固定块32。所述第一支撑梁21的后端与第一固定块31的上端于设有的第一连接点25旋转联接。所述四支撑梁24的后端与第二固定块32的于设有的第三连接点27旋转联接。所述第一固定块31设有阻止第一支撑梁21转动的第一限位部311。所述第二固定块32设有阻止第四支撑梁24转动的第二限位部321。所述第一固定块31与第二固定块32设有调节二者之间距离的调节结构1A。所述调节结构1A调节第一固定块31与第二固定块32的之间距离，以调节第一支撑梁21与第四支撑梁23之间的距离。

所述调节结构1A设于第一固定块31与第二固定块32下端；所述调节结构1A包括滑轨12，与滑轨12滑动联接的调节螺栓；所述第一固定块31、第二固定块32均通过调节螺栓与滑轨12固定联接。

具体的，所述滑轨12水平设置于设有的基座结构1；所述第一固定块31设有第一固定点312，而且第一固定点312设有通孔。所述调节螺栓穿过第一固定点312的通孔与滑轨12固定联接。所述第二固定块32设有第二固定点322，且也设有通孔。所述调节螺栓穿过第二固定点322的通孔与滑轨12固定联接。当松开的调节螺栓的时候，调节螺栓带动第一固定块31与第二固定块在32在滑轨12上相向或相背运动。相向运动时，调小第一支撑梁21和第四支撑梁24的之间的距离，满足腰部尺寸小的人穿戴；相背运动时，调大第一支撑梁21和第四支撑梁24的之间的距离，满足腰部尺寸大的人穿戴。

所述第一固定块31位于第一连接点25的下方。所述第一限位部311位于第一支撑梁21下方且朝外侧延伸，以使第一支撑梁21于第一限位部311上侧转动。所述第二固定块位32于第三连接点25下方。所述第二限位部位321于第四支撑梁24下方且朝外侧延伸，以使第四支撑梁24于第二限位部321上侧转动。

所述第一支撑梁21、第四支撑梁24均为弯曲状，且二者相向弯曲。而且，第一支撑梁21、第四支撑梁24前端均设有腰部绑带2002，以使第一支撑梁21、第四支撑梁24牢靠围绕在穿戴者的腰部。

实施例3

在实施例2的基础上，如图1所示，本腰背部连接机构还包括第二支撑梁22、第三支撑梁23。所述第二支撑梁22的下端与第一连接点25旋转联接；所述第三支撑梁23下端与第三连接点27旋转联接。所述第二支撑梁22的上端与第三支撑梁23的上端均与设有的第二连接点26铰接。

具体的，本腰背部连接机构1003，包括第一支撑梁21、第二支撑梁22、第三支撑梁23、第四支撑梁24、第一固定块31、第二固定块32和基座结构1。所述第一支撑梁21后端、第二支撑梁22下端以及第一固定块31在第一连接点25旋转联接。第二支撑梁22顶端和第三支撑梁23顶端在第二连接点26旋转联接。第三支撑梁23下端、第四支撑梁24后端以及第二固定块32在第三连接点27旋转联接。所述基座结构1为一个滑轨12，第一固定块31和第二固定块32可以在所述滑轨12上滑动。所述第一固定点312和第二固定点322内带有通孔，通孔内带有螺栓机构，可以将所述第一固定点312和第二固定点322锁定在所述滑轨12上。所述第二支撑梁22、第三支撑梁23与基座结构1构成稳固的三角结构。

在实际使用时，所述第一支撑梁21和第四支撑梁24环绕穿戴者腰部，通过调节第一固定块31和第二固定块32在滑轨12上的位置，可以调节所述第一支撑梁21和第四支撑梁24之间的距离，从而可以适配不同腰部尺寸的人穿戴，本发明腰背部连接机构1003通过调节所述第二支撑梁22和第三支撑梁23之间的角度调节腰背部宽度，调节方便、结构简单、强度高、刚性好。

具体的，腰背部连接机构1003，所述第一固定块31位于第一连接点25下方，所述第一支撑梁21向下旋转时与其接触形成限位311。所述第二固定块32位于第三连接点27下方，所述第四支撑梁24向下旋转与其接触形成限位321。在实际使用时，当固定第一支撑梁21时，所述腰背部连接机构1003的其余部分以及第四支撑梁24连接部分在重力的作用下下坠，限位311支撑所述腰背部连接机构1003及其连接结构，固定第四支撑梁24的情况类似。所述腰背部连接机构1003的限位结构可以承受很大的力，结构稳定、简单可靠、强度高、刚性好。

实施例4：

在实施例3的基础上，如图2所示，本腰背部连接机构的调节结构1A包括包括基板11，设于基板11的滑轨12，与滑轨滑动联接的调节螺栓；所述基板11朝滑轨12上侧延伸设有的延伸部112；所述延伸部112设有竖直滑槽111；所述第二连接点26滑动连接于滑槽111内。滑槽111的作用是让第二连接点26在滑槽111内定向滑动。

优选的，调节结构1A还包括基座结构1，且基板11为基座结构1的一部分。具体的，本腰背部连接机构1003，与实施例3相比其基座结构1包括基板11和滑轨12，所述基板11和滑轨12为紧密联接，所述基板11上带有基板滑槽111，所述第二连接点26在所述滑槽111内滑动。所述第二连接点26内带有通孔，且通孔内带有螺栓。所述螺栓可以把所述第二连接点26锁定在所述滑槽111上。

在实际使用时，所述第一支撑梁21和第四支撑梁24环绕穿戴者腰部，通过调节第一固定块31和第二固定块32在滑轨12上的位置，可以调节所述第一支撑梁21和第四支撑梁24之间的距离，从而可以适配不同腰部尺寸的人穿戴。

相比实施例1增加第二连接点26与基板11的固定，使得本发明本腰背部连接机构1003强度更高、刚性更好、结构更稳定。

实施例5

在实施例2的基础上，如图3所示，所述调节结构1A包括基板11，且基板11设有朝上弯曲的弧形滑槽113。所述第一连接点25与第三连接点27均与滑动联接与弧形滑槽113内。当第一连接点25与第三连接点27处于弧形滑槽113的最低点时，第一支撑梁21和第四支撑梁24距离最小，且二者的也处于竖直方向的最低点，符合人体结构；当第一连接点25与第三连接点27分别处于弧形滑槽113两侧的最高点时，第一支撑梁21和第四支撑梁24距离最大，二者的也处于竖直方向的最高点，符合人体结构。

本腰背部连接机构还包括第二支撑梁22、第三支撑梁23。所述第二支撑梁22的下端与第一连接点25旋转联接；所述第三支撑梁23下端与第三连接点27旋转联接。所述第二支撑梁22的上端与第三支撑梁23的上端均与设有的第二连接点26铰接。

具体的，本腰背部连接机构1003，与实施例2相比其基座结构1去掉了滑轨12，将第二连接点26固定在基板11上。所述基板11带有弧形滑槽113，所述第一连接点25和第三连接点27在所述弧形滑槽113内滑动。所述第一连接点25和第三连接点27内带有通孔，通孔内带有螺栓，所述螺栓可以把所述第一连接点25和第三连接点27锁定在所述弧形槽滑槽113上。

在实际使用时，所述第一支撑梁21和第四支撑梁24环绕穿戴者腰部，通过调节第一固定块31和第二固定块32在基板11的弧形滑槽113上的位置，可以调节所述第一支撑梁21和第四支撑梁24之间的距离，从而可以适配不同腰部尺寸的人穿戴。相比实施例2调节所述本腰背部连接机构1003的宽度时不需要松开和紧固所述第二连接点26上的螺栓，调节相对更加方便，此种结构适合背部负载较小的情况。

由于从实施例3至实施例5中，第一连接点25和第三连接点27的结构都是相似的，所以连接点25和连接点27有以下实施例。

图4、图5所示为腰背部连接机构1003中第一连接点25具体实施例结构，为图1A-A剖面结构(因为每个实施例的第一连接点25结构相似，所以只取图1的A-A剖面)。所述第一支撑梁21由第一支撑梁前板211和第一支撑梁后板212组成。所述第二支撑梁22顶端两侧均带有凸台221，第一轴承251和第二轴承252分别设置在所述凸台221上。所述第一支撑梁前板211和第一支撑梁后板212分别与所述第一轴承251和第二轴承252外圈配合，从而使得所述第一支撑梁21与所述第二支撑梁22形成旋转连接。其中，第一支撑梁21近于第一连接点25的端部设有凹腔213，且第二支撑9梁近于第一连接点25的端部设有与凹腔相匹配的凸起部222。凸起部222旋转联接于凹腔213内，且凹腔213外侧又与第一固定块31上端旋转联接。

图5是所述第一固定块31结构具体结构图，所述第一固定块31包括上端部3101、中段部3102和下端部3103。其中，所述上端部3101设有用于穿过第一连接点25的锁紧螺栓254的第一通孔3104，下端部3103设有用于穿过调节螺栓的第二通孔3105。

具体的，上端部3101带有上端空腔3106，且上端空腔3106包括前侧壁部3101A和后侧壁部3101B。第一通孔3104贯穿前侧壁部3101A和后侧壁部3101B。凸起部222设有与第一通孔相匹配的第三通孔214。在安装时，第二支撑梁22通过第一轴承251、第二轴承252与第一支撑梁21的凹腔213内壁旋转联接，然后将旋转联接的第一支撑梁21和第二支撑梁22的组装件通过锁紧螺栓254固定在上端空腔3106内，且此时的锁紧锁紧螺栓254穿过第一通孔3104、第三通孔214以及第一轴承251、第二轴承252的内圈。第一支撑梁21、第二支撑梁22在上端空腔3106具有相对转动，同时，第一支撑梁21与第一固定块31也具有相对转动。

优选的，上端空腔3106内壁与第二支撑梁22的凸起部22外侧之间设有垫片253，且垫片253是套合在锁紧螺栓254的外侧。还有，第一支撑梁21的外侧与凹腔214之间设有间隙，以使锁紧螺栓254将挤压垫片253将第二支撑梁22与第一固定块31固定住时，第一支撑梁21与第一固定块31还能转动。所述锁紧螺栓254穿过第一固定块31、垫片253、所述第一支撑梁前板211、第一支撑梁后板212、第一轴承251、第二轴承252、第二支撑梁22，并通过螺母255将其固定在一起。当螺母255松开时，所述第一支撑梁21、第二支撑梁22以及第一固定块31可以相互转动；当螺母255锁紧时，所述第二支撑梁22通过垫片253与第一固定块31压紧，以使阻止第一固定块31与第二支撑梁22相互转动，而凹腔213与上端空腔3106之间设有间隙，所述第一支撑梁21则可以相对于所述第二支撑梁22和第一固定块31自由转动。

图5所述第一固定块31下端部3103带有下端空腔3107，且下端空腔3107设有下端通孔3105。所述下端空腔3107容纳所述滑轨12，所述下端通孔3105内带有调节螺栓、螺母结构以将所述第一固定31与所述滑轨12锁紧。

其中，第三连接点27的结构与第一连接点25的结构相同，在此不作重复。与其他实施例中，图6、图7所示为腰背部连接机构1003中所述第一连接点25实施例2具体实施结构，所述结构为图1A-A剖面结构。与上述实施例相比，第一固定块31上端部3101为带有上端第一通孔3104的板状凸起3110，所述第二支撑梁22顶端设有与板状凸起3110相互匹配的凹陷腔223。板状凸起3110旋转联接在凹陷腔223内侧，且板状凸起3110、凹陷腔223均设有穿过锁紧螺栓254的通孔。用于安装第一轴承251和第二轴承252的凸台221设置在凹陷腔223外侧。第一支撑梁21端部设有安装腔215，且安装腔215设有穿过锁紧螺栓214的通孔。安装时，将第二支撑梁22的凹陷腔223外侧通过第一轴承251和第二轴承252与第一支撑梁21的安装腔215内壁旋转联接，然后将第一固定块31的板状凸起3110安装在第二支撑梁22的凹陷腔223内，最后将锁紧螺栓254穿过它们之间的通孔。所述第一固定块31上端部3101设置于所述第二支撑梁22顶端凹陷腔223内；所述锁紧螺栓254、螺母255将所述第一支撑梁21、第二支撑梁22、第一轴承251、第二轴承252锁紧，所述第一支撑梁21通过第一轴承251、第二轴承252相对第二支撑梁22、第一固定块31相对自由转动。

其中，第三连接点27的结构与第一连接点25的结构相同，在此不作重复一种下肢助力外骨骼设备，如图8所示，包括助力支架100、电源系统、控制系统和人机连接结构200，助力支架100包括动力关节装置1000、上述的本腰背部连接机构1003、小腿杆1004、大腿杆1009以及足部结构1006。所述动力关节装置1000设置于本腰背部连接机构1003和大腿杆1009之间以及大腿杆1009和小腿杆1004之间；本腰背部连接机构1003与大腿杆1009之间、大腿杆1009与小腿杆1005之间的相对伸展或弯曲均通过动力关节装置1000内的电机控制。为了适用人体两条腿均能穿戴，此设备对称设置。其中，所述动力关节装置1000如图9所示，包括关节主体1001及设于关节主体的动力装置1002，所述关节主体1001包括上臂10011，及与上臂10011具有相对运动的下臂10012；所述动力装置1002包括动力件10021，及固定于动力件10021动力输出端的减速机构10022；所述动力件10021固定于下臂10012，且所述减速机构10022的动力输出端与上臂10011联接，以使动力件10021驱动上臂10011相对于下臂10012运动；或所述动力件10021固定于上臂10011，且所述减速机构10022的动力输出端与下臂10012联接，以使下臂10012与上臂10011具有相对运动；动力关节装置1000包括髋关节装置1000A和膝关节装置1000B。

其中，大腿杆1009与髋关节装置1000A的节主体1001下端通过大腿调节锁定螺栓1007固定联接。小腿杆1004与膝关节装置1000B的节主体1001下端通过小腿调节锁定螺栓1008固定联接。

具体的，所述本腰背部连接机构1003的下端与髋关节主体1001的上臂10011相连，所述大腿杆1009的下端和膝关节主体1001的上臂10011相连，大腿杆1009和小腿杆1004的上端分别连接关节主体1001的下臂10012。

所述关节主体1001的下端带有滑槽，所述大腿杆1009和小腿杆1004的上端伸入所述滑槽且可以上下滑动，并且在所述关节主体1001上设有锁紧螺栓，以形成长度调节锁紧结构。所述关节主体1001通过长度调节锁紧结构与所述大腿杆1009、所述小腿杆1004调节长度后锁紧。所述小腿杆1004的下端与足部结构1005通过踝关节轴1006连接。

还有，动力关节装置1000还设有第一角度测量机构10013、第二角度测量机构10014、力矩测量机构10015、陀螺仪/加速度计。第一角度测量机构10013用于测量动力件10021的旋转角度。第二角度测量机构10014用于测量上臂10011与下臂10012的相对转动角度。

所述控制系统均与动力关节装置1000中的第一角度测量机构10013、第二12角度测量机构10014、力矩测量机构10015、陀螺仪/加速度计以及动力件10021电性连接。所述控制系统40通过第一角度测量机构10013、第二角度测量机构10014、陀螺仪/加速度计及力矩测量机构10015的测量结果来控制动力件10021的转动，进而动力件10021驱动所述本腰背部连接机构1003与大腿杆1009、大腿杆1009与小腿杆1004之间伸展或弯曲。所述电源系统30为电池组，与动力件10021和控制系统40电性连接，为两者提供电能。

所述人机连接结构200包括包括背部人机连接2001、腰部绑带2002、大腿绑带2003以及足部绑带2004。人机连接结构200与人体对应部位固定联接，以使助力支架100与人体下肢联接牢固。

所述人机连接结构200与助力支架100之间还包括有力传感器，所述力传感器包括设于背部人机连接2001与本腰背部连接机构1003之间的背部力传感器3001、设于大腿绑带2003与大腿杆1009之间的大腿力传感器3002。力传感器均与控制系统电性连接。优选的，小腿杆1004设有小腿绑带，小腿绑带小腿杆之1004间的小腿力传感器。

优选的，控制系统设有提供电源的电池4000，其中电池设置在人机连接结构200上。

为提高人体穿戴的舒适度，本实施例的下肢助力外骨骼装置结构中的大腿杆1009、小腿杆1004下端均向内弯曲以更好贴合穿戴者腿部，还有所述本腰背部连接机构1003向内收缩以更好贴合穿戴者腰部。采用符合人体工学曲线的背部人机连接2001连接穿戴者腰部与外骨骼装置的本腰背部连接机构1003，使固定更加牢固，穿戴更加舒服。

综上所述，本发明一种可调节宽度的腰背部连接机构，采用第一支撑梁21、第二支撑梁22、第三支撑梁23、第四支撑梁24、基座结构1以及第一固定块31、第二固定块32构成的本腰背部连接机构1003承载外骨骼自身重量及其背负负载重量，强度高刚性好。所述第一支撑梁21和第四支撑梁24分别基于第一连接点25和第三连接点27相对转动，实现人体穿戴时腿部外展和内收，所13述第一连接点25和第三连接点27接近人体骨骼大腿骨与盆骨连接处，更符合人体工学，实际穿戴更为舒适灵活。

本发明一种下肢助力外骨骼设备，通过腰背部连接机构与人体的腰部联接，使本设备与人体穿戴更为舒适灵活。本发明结构简单、集成度高，采用本发明足部装置和动力关节装置的下肢助力外骨骼，可以测量的信息增多，包括足部的压力、足部装置与小腿杆的角度、关节扭力、腰部结构与大腿杆之间的角度、大腿杆与小腿杆之间的角度以及动力装置中电机的转动角度，其控制系统可以实施更为精确灵活的控制。

上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (11)

1.一种可调节宽度的腰背部连接机构，包括第一支撑梁、第四支撑梁、第一固定块、第二固定块；其特征在于，所述第一支撑梁的后端与第一固定块的上端于设有的第一连接点旋转联接；所述第四支撑梁的后端与设于所述第二固定块上端的第三连接点旋转联接；所述第一固定块设有阻止第一支撑梁转动的第一限位部；所述第二固定块设有阻止第四支撑梁转动的第二限位部；所述第一固定块与第二固定块之间设有用于调节二者距离的调节结构，所述调节结构设于第一固定块与第二固定块的下端；所述调节结构包括滑轨，与滑轨滑动联接的调节螺栓；所述第一固定块、第二固定块均通过调节螺栓与滑轨联接，所述第一固定块位于第一连接点下方；所述第一限位部位于第一支撑梁下方且朝外侧延伸，以使第一支撑梁于第一限位部上侧转动；所述第二固定块位于第三连接点下方；所述第二限位部位于第四支撑梁下方且朝外侧延伸，以使第四支撑梁于第二限位部上侧转动。

2.如权利要求1所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，所述滑轨水平设置于设有的基座结构；所述第一固定块设有第一固定点，且所述调节螺栓穿过第一固定点与滑轨联接；所述第二固定块设有第二固定点，且所述调节螺栓穿过第二固定点与滑轨联接。

3.如权利要求1所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，还包括第二支撑梁、第三支撑梁；所述第二支撑梁的下端与第一连接点旋转联接；所述第三支撑梁下端与第三连接点旋转联接；所述第二支撑梁的上端与第三支撑梁的上端均与设有的第二连接点旋转联接。

4.如权利要求3所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，所述调节结构包括基板，上述的滑轨及上述的调节螺栓；所述滑轨设于基板；所述基板朝滑轨上侧延伸有延伸部；所述延伸部设有竖直方向的滑槽；所述第二连接点与滑槽滑动联接。

5.如权利要求3所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，所述调节结构包括基板；所述基板设有朝上弯曲的弧形滑槽；所述第一连接点与第三连接点均与弧形滑槽滑动联接。

6.如权利要求3所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，所述第一支撑梁、第一固定块、第二支撑梁和第四支撑梁、第二固定块、第三支撑梁对称设置；所述第一连接点与第三连接点处于同一水平面；所述第一限位部、第二限位部均设有斜坡部；所述第一支撑梁、第四支撑梁均设有与斜坡部相配合的切口部。

7.如权利要求3所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，所述第一支撑梁、第四支撑梁均为弯曲状，且二者相向弯曲，以围绕于人体腰部；所述第一支撑梁、第四支撑梁前端均设有腰部绑带。

8.如权利要求3所述一种可调节宽度的腰背部连接机构，其特征在于，所述第一支撑梁近于第一连接点设有凹腔；所述第二支撑梁近于第一连接点设有与凹腔相配的凸起部；所述凸起部旋转联接于凹腔内侧，且凹腔外侧与设于所述第一固定块上端的空腔旋转联接；所述第一支撑梁、第二支撑梁及第一固定块通过设有的锁紧螺栓联接于所述第一连接点；

或所述第二支撑梁近于第一连接点一端设有凹陷部；所述第一固定块上端设有与凹陷部相匹配的板状凸起；所述板状凸起旋转联接于凹陷部内侧，且凹陷部外侧与第一固定块设有的安装腔旋转联接；所述第一支撑梁、第二支撑梁及第一固定块通过设有的锁紧螺栓联接于所述第一连接点。

9.一种下肢助力外骨骼设备，包括助力支架、电源系统、控制系统与人机连接结构；其特征在于，还包括权利要求1—8任一项所述的腰背部连接机构；所述腰背部连接机构的第一支撑梁、第四支撑梁均与助力支架联接。

10.如权利要求9所述一种下肢助力外骨骼设备，其特征在于，所述助力支架包括髋动力关节装置、膝动力关节装置、大腿杆、小腿杆、足部结构；所述第一支撑梁、第四支撑梁均与助力支架的髋动力关节装置联接；所述髋动力关节装置与大腿杆联接；所述膝动力关节装置设于大腿杆和小腿杆之间；所述小腿杆下端和足部结构旋转连接；所述腰背部连接机构与大腿杆的相对伸展或弯曲均通过髋动力关节装置控制；所述大腿杆与小腿杆之间的相对伸展或弯曲均通过膝动力关节装置控制。

11.如权利要求10所述一种下肢助力外骨骼设备，其特征在于，所述髋动力关节装置、膝动力关节装置均设有关节主体及设于关节主体的动力装置；所述关节主体包括上臂，及与上臂具有相对运动的下臂；所述动力装置包括动力件，及固定于动力件动力输出端的减速机构；所述动力件固定于下臂，且所述减速机构的动力输出端与上臂固定联接，以使动力件驱动上臂相对于下臂运动；或所述动力件固定于上臂，且所述减速机构的动力输出端与下臂固定联接，以使动力件驱动下臂相对上臂运动。

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