CN112828863A - 刚柔混合的舱外服下肢助力装置及助力方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置及助力方法，包括：上身绑带、髋关节弹性带、大腿绑带、大腿支架、小腿支架、小腿绑带、后背板、髋关节助力单元和膝关节助力单元；每个所述髋关节助力单元包括：髋关节鲍登线、髋关节电机转盘和髋关节电机；每个所述膝关节助力单元包括：第一膝关节鲍登线、第二膝关节鲍登线、膝关节电机、膝关节转盘和膝关节电机转盘。本发明结合人体步态分析与航天服的关节阻力矩，设计的刚柔混合、主被动结合的助力装置，使得助力装置在有限空间布局中实现对航天员穿着舱外服时的髋关节与膝关节的双向助力。

Description

刚柔混合的舱外服下肢助力装置及助力方法

技术领域

本发明属于特种服务机器人技术领域，具体涉及一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置及助力方法。

背景技术

舱外服是航天员在月面或其他空间中出舱作业时穿着的一种特殊服装，由于需要抵御空间环境各种不利因素，舱外服通常进行内部充压，可以保证航天员身体安全性，但同样带来航天员肢体活动的不便性。查阅文献得知，穿着舱外服的航天员上下肢关节力矩较正常活动时增加50％左右。

为克服舱外服的关节阻力矩，有效降低航天员的体力消耗，需要采用人体助力装置。现有技术中，人体助力装置通常采用外骨骼助力的形式。外骨骼助力装置根据其结构形式及传力形式的不同，分为刚性外骨骼助力装置与柔性外骨骼助力装置。刚性外骨骼助力装置通常采用刚性支架附着于人体上，将负载通过支架转移到地面；柔性外骨骼助力装置一般没有支架装置，通常采用鲍登线将力传递到附着在肢体的绑带上。

专利《一种穿戴式柔性下肢助力机器人》(CN109662869A)采用鲍登线对膝、踝关节进行助力，助力作用有效。专利《一种穿戴式柔性助力装备》(CN111409061A)采用单电机实现对髋、膝、踝三个关节的助力，虽然从背负重量上大幅降低，但由于各关节角度变化导致的关节力矩在随时变化，单电机无法实现对每个关节的力矩柔顺控制，因此较难达到效果良好的助力效果。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置及助力方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置，包括：上身绑带(1)、髋关节弹性带(2)、大腿绑带(3)、大腿支架(4)、小腿支架(5)、小腿绑带(6)、后背板(7)、髋关节助力单元(8)和膝关节助力单元(9)；

所述上身绑带(1)与所述后背板(7)固定连接；

所述髋关节弹性带(2)设置于所述上身绑带(1)的下方，并与所述上身绑带(1)固定连接；

所述大腿绑带(3)的设置数量为两个，左右对称设置于所述髋关节弹性带(2)的下方，并且，所述大腿绑带(3)的前部与所述髋关节弹性带(2)的底部固定连接；

所述小腿绑带(6)的设置数量为两个，左右对称设置于对应侧的所述大腿绑带(3)的下方；

在每侧的大腿绑带(3)的外侧，设置所述大腿支架(4)；在每侧的小腿绑带(6)的外侧，设置所述小腿支架(5)；其中，所述大腿支架(4)的顶部与所述大腿绑带(3)的外侧固定；所述小腿支架(5)的底部与所述小腿绑带(6)的外侧固定；所述大腿支架(4)的底部与所述小腿支架(5)的顶部铰接；

所述髋关节助力单元(8)的设置数量为两个，各用于对左侧髋关节助力和右侧髋关节助力；每个所述髋关节助力单元(8)包括：髋关节鲍登线(8.1)、髋关节电机转盘(8.2)和髋关节电机(8.3)；其中，所述髋关节电机(8.3)固定在所述后背板(7)上面；所述髋关节电机(8.3)与所述髋关节电机转盘(8.2)连接，用于驱动所述髋关节电机转盘(8.2)旋转；所述髋关节鲍登线(8.1)的一端与所述髋关节电机转盘(8.2)固定；所述髋关节鲍登线(8.1)的另一端作为锚点固定在对应侧的所述大腿绑带(3)的后部；

所述膝关节助力单元(9)的设置数量为两个，各用于对左侧膝关节助力和右侧膝关节助力；每个所述膝关节助力单元(9)包括：第一膝关节鲍登线(9.1)、第二膝关节鲍登线(9.2)、膝关节电机(9.3)、膝关节转盘(9.4)和膝关节电机转盘(9.5)；所述膝关节转盘(9.4)设置于对应侧的所述大腿支架(4)和所述小腿支架(5)的交点位置；所述膝关节转盘(9.4)与对应侧的所述大腿支架(4)的底部铰接，并与对应侧的所述小腿支架(5)的顶部固定连接；所述膝关节电机(9.3)固定在所述后背板(7)上面；所述膝关节电机(9.3)与所述膝关节电机转盘(9.5)连接，用于驱动所述膝关节电机转盘(9.5)旋转；所述第一膝关节鲍登线(9.1)的一端与所述膝关节电机转盘(9.5)的第1位置点(D1)固定；所述第一膝关节鲍登线(9.1)的另一端与所述膝关节转盘(9.4)的第2位置点(D2)固定；所述第二膝关节鲍登线(9.2)的一端与所述膝关节电机转盘(9.5)的第3位置点(D3)固定；所述第二膝关节鲍登线(9.2)的另一端与所述膝关节转盘(9.4)的第4位置点(D4)固定。

优选的，所述髋关节鲍登线(8.1)包括髋关节钢丝绳(8.1.1)和髋关节线鞘(8.1.2)；在所述髋关节电机转盘(8.2)的输出端设置第一髋关节线鞘锚点(C1),在所述后背板(7)上面设置第二髋关节线鞘锚点(C2)，所述髋关节线鞘(8.1.2)位于所述第一髋关节线鞘锚点(C1)和所述第二髋关节线鞘锚点(C2)之间。

优选的，所述第一膝关节鲍登线(9.1)和所述第二膝关节鲍登线(9.2)的结构相同，均包括膝关节钢丝绳(B1)和膝关节线鞘(B2)；

其中，在大腿支架(4)上面设置第一膝关节线鞘锚点(B3)，在所述后背板(7)上面设置第二膝关节线鞘锚点(B4)；所述膝关节线鞘(B2)位于所述第一膝关节线鞘锚点(B3)和所述第二膝关节线鞘锚点(B4)之间。

优选的，还包括控制盒(10)和电池(11)；

所述电池(11)固定于所述后背板(7)上面；所述控制盒(10)固定于所述后背板(7)上面；所述控制盒(10)分别与所述髋关节电机(8.3)和所述膝关节电机(9.3)连接。

优选的，还包括髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元；

所述髋关节姿态检测单元的设置数量为两个，各安装在对应侧的髋关节；所述膝关节姿态检测单元的设置数量为两个，各安装在对应侧的膝关节；

所述髋关节姿态检测单元和所述膝关节姿态检测单元均连接到所述控制盒(10)。

本发明还提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置的舱外服下肢助力方法，包括以下步骤：

航天员在舱外行走的一个步态周期中，双腿主要包括支撑相和摆动相两种模式；

通过髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元检测到下肢姿态为支撑相模式时，控制盒(10)对髋关节电机(8.3)进行驱动，髋关节电机(8.3)带动髋关节电机转盘(8.2)转动，进而带动髋关节鲍登线(8.1)拉动大腿后部的锚点，从而实现对髋关节伸展动作的助力；

膝关节在支撑相需要完成一个伸展动作和一个屈曲动作；具体的，根据检测的姿态变化，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)正向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节伸展动作；然后，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)反向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节屈曲动作；通过对膝关节转盘(9.4)的正转和反转驱动，完成膝关节的双向助力模式；

通过髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元检测到下肢姿态为摆动相模式时，控制盒(10)通过髋关节助力单元(8)实现对髋关节的屈曲动作进行助力；具体的，由于髋关节伸展动作导致髋关节弹性带(2)处于紧绷状态，通过此紧绷状态的预紧力实现对髋关节屈曲动作的助力；

膝关节在摆动相需要完成一个伸展动作和一个屈曲动作；具体的，根据检测的姿态变化，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)正向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节伸展动作；然后，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)反向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节屈曲动作；通过对膝关节转盘(9.4)的正转和反转驱动，完成膝关节的双向助力模式；

通过以上方法，在行走过程中，实现对航天员下肢髋关节助力以及膝关节的双向助力。

本发明提供的刚柔混合的舱外服下肢助力装置及助力方法具有以下优点：

本发明结合人体步态分析与航天服的关节阻力矩，设计的刚柔混合、主被动结合的助力装置，使得助力装置在有限空间布局中实现对航天员穿着舱外服时的髋关节与膝关节的双向助力。

附图说明

图1为本发明提供的刚柔混合的舱外服下肢助力装置的轴测图；

图2为本发明提供的刚柔混合的舱外服下肢助力装置的后视图；

图3为本发明提供的刚柔混合的舱外服下肢助力装置的主视图；

图4为本发明提供的刚柔混合的舱外服下肢助力装置的右视图；

图5为本发明提供的膝关节鲍登线传递方式示意图；

图6为本发明提供的膝关节鲍登线在膝关节电机转盘的布置图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置，克服舱外服的关节阻力矩，可以有效降低航天员的体力消耗，从而增加其出舱活动时间及安全性。具体的，本发明针对舱外服关节阻力问题，设计一种刚柔混合的下肢助力装置，主要考虑到单纯的柔性助力与人肢体绑带弹性、锚点的设置有较大关系，从而影响其助力效果，因此在以鲍登线柔性传力基础上增加一些刚性支架，从而保证力传递的有效性，同时刚性支架可紧附着在航天员肢体上，不影响其穿着舱外服。因此，本发明结合人体步态分析与航天服的关节阻力矩，设计的刚柔混合、主被动结合的助力装置，使得助力装置在有限空间布局中实现对航天员穿着舱外服时的髋关节与膝关节的双向助力。

根据相关文献得知，人在正常行走的周期步态中，髋关节与踝关节做正功，而膝关节做负功，但穿着舱外服后，踝关节动作受限，而髋关节与膝关节双向运动时还需要克服舱外服的气体阻力，因此对舱外服的髋、膝关节助力应该采用双向助力模式。另外，针对膝关节的助力形式，以往文献或专利均采用了鲍登线拉附着在小腿上的锚点，但这个过程会带来鲍登线与膝关节转轴力臂发生较大变化，从而导致膝关节力矩变化的不稳定性。因此本发明在膝关节位置增加一个刚性转盘，这样可以保证鲍登线拉伸时力臂保持不变，便于控制。针对髋关节的助力形式，髋关节的伸展自由度可采用钢丝绳直接拉附着在大腿后部的锚点，而对于髋关节的屈曲自由度，考虑到舱外服空间有限，另外髋关节屈曲动作为下肢摆动相，主要克服舱外服阻力即可。因此采用被动弹性带的助力方式。在装置的尺寸方面严格按照舱外服的空间要求展开设计，以下为一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置的组成与原理。

参考图1-图4，本发明提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置，包括：上身绑带1、髋关节弹性带2、大腿绑带3、大腿支架4、小腿支架5、小腿绑带6、后背板7、髋关节助力单元8和膝关节助力单元9。

(一)基础结构

上身绑带1附着于航天员的上身，在航天员的胸前与腰部可以束紧，同时上身绑带1与后背板7固定连接；

髋关节弹性带2设置于上身绑带1的下方，并与上身绑带1固定连接；具体的，髋关节弹性带2一端固定在上身绑带1的腰部位置，另一端固定在大腿绑带3的前部，当髋关节由伸展状态开始屈曲动作时可助力。

大腿绑带3的设置数量为两个，左右对称设置于髋关节弹性带2的下方，并且，大腿绑带3的前部与髋关节弹性带2的底部固定连接；大腿绑带3在使用时绑紧大腿。

小腿绑带6的设置数量为两个，左右对称设置于对应侧的大腿绑带3的下方；

在每侧的大腿绑带3的外侧，设置大腿支架4；在每侧的小腿绑带6的外侧，设置小腿支架5；其中，大腿支架4的顶部与大腿绑带3的外侧固定；小腿支架5的底部与小腿绑带6的外侧固定；大腿支架4的底部与小腿支架5的顶部铰接；

另外，在大腿支架4上设置有第一膝关节线鞘锚点B3。

有膝关节鲍登线鞘A与膝关节鲍登线鞘B的锚点。

(二)髋关节助力单元

髋关节助力单元8的设置数量为两个，各用于对左侧髋关节助力和右侧髋关节助力；每个髋关节助力单元8包括：髋关节鲍登线8.1、髋关节电机转盘8.2和髋关节电机8.3；其中，髋关节电机8.3固定在后背板7上面，主要为髋关节伸展运动提供能量。髋关节电机8.3与髋关节电机转盘8.2连接，用于驱动髋关节电机转盘8.2旋转；具体的，髋关节电机转盘8.2端面固定在髋关节电机8.3输出轴上，可由髋关节电机8.3带动旋转，继而带动髋关节鲍登线传力。

髋关节鲍登线8.1的一端与髋关节电机转盘8.2固定；髋关节鲍登线8.1的另一端作为锚点固定在对应侧的大腿绑带3的后部；

髋关节鲍登线8.1包括髋关节钢丝绳8.1.1和髋关节线鞘8.1.2；在髋关节电机转盘8.2的输出端设置第一髋关节线鞘锚点C1，在后背板7上面设置第二髋关节线鞘锚点C2，髋关节线鞘8.1.2位于第一髋关节线鞘锚点C1和第二髋关节线鞘锚点C2之间。因此，从髋关节电机转盘8.2到后背板7这段由于线鞘的作用，属于柔性部分，其形状不受钢丝绳传力的影响。

具体的，髋关节钢丝绳8.1.1一端固定在大腿绑带的锚点处，另一端固定在髋关节电机转盘8.2上，中间由髋关节线鞘实现鲍登线的柔性传力，可实现髋关节伸展自由度的助力。

(三)膝关节助力单元

膝关节助力单元9的设置数量为两个，各用于对左侧膝关节助力和右侧膝关节助力；每个膝关节助力单元9包括：第一膝关节鲍登线9.1、第二膝关节鲍登线9.2、膝关节电机9.3、膝关节转盘9.4和膝关节电机转盘9.5；膝关节转盘9.4设置于对应侧的大腿支架4和小腿支架5的交点位置；膝关节转盘9.4与对应侧的大腿支架4的底部铰接，并与对应侧的小腿支架5的顶部固定连接；膝关节电机9.3固定在后背板7上面，主要为膝关节伸展、屈曲运动提供能量。膝关节电机9.3与膝关节电机转盘9.5连接，用于驱动膝关节电机转盘9.5旋转；具体的，膝关节电机转盘9.5固定在膝关节电机9.3输出轴上，可由膝关节电机9.3带动正向、反向旋转，继而带动第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2的传力。

参考图5和图6，第一膝关节鲍登线9.1的一端与膝关节电机转盘9.5的第1位置点D1固定；第一膝关节鲍登线9.1的另一端与膝关节转盘9.4的第2位置点D2固定；第二膝关节鲍登线9.2的一端与膝关节电机转盘9.5的第3位置点D3固定；第二膝关节鲍登线9.2的另一端与膝关节转盘9.4的第4位置点D4固定。当膝关节电机转盘9.5旋转时，拉动第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2运动，进而带动膝关节转盘9.4正向转动或反向转动；当膝关节转盘9.4正向转动或反向转动时，带动小腿支架5相对于大腿支架4进行伸展动作或屈曲动作的摆动，完成对膝关节的双向助力。

另外，第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2的结构相同，均包括膝关节钢丝绳B1和膝关节线鞘B2；

其中，在大腿支架4上面设置第一膝关节线鞘锚点B3，在后背板7上面设置第二膝关节线鞘锚点B4；膝关节线鞘B2位于第一膝关节线鞘锚点B3和第二膝关节线鞘锚点B4之间。

因此，膝关节钢丝绳的一端固定在膝关节转盘9.4上，另一端固定在膝关节电机转盘9.5上，中间由膝关节线鞘实现鲍登线的柔性传力，可实现膝关节伸展自由度助力。

(四)控制盒、电池和姿态检测单元

还包括控制盒10和电池11；

电池11固定于后背板7上面，主要实现对系统供电。控制盒10固定于后背板7上面，主要系统核心控制板及输入、输出接口组成，是装置的核心大脑。控制盒10分别与髋关节电机8.3和膝关节电机9.3连接。

后背板承载膝关节电机及转盘、髋关节电机及转盘、控制盒与电池等硬件，并与上身绑带固定连接，继而实现航天员可背负进入舱外服中。

还包括髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元；

髋关节姿态检测单元的设置数量为两个，各安装在对应侧的髋关节；膝关节姿态检测单元的设置数量为两个，各安装在对应侧的膝关节；

髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元均连接到控制盒10。

本发明还提供一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置的舱外服下肢助力方法，包括以下步骤：

航天员在穿着舱外服前先穿下肢助力装置，并在大腿、小腿上面布置IMU用于检测姿态。

航天员在舱外行走的一个步态周期中，双腿主要包括支撑相和摆动相两种模式；

针对支撑相下肢：通过髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元检测到下肢姿态为支撑相模式时，助力装置主要对髋关节伸展动作进行助力，即：控制盒10对髋关节电机8.3进行驱动，髋关节电机8.3带动髋关节电机转盘8.2转动，进而带动髋关节鲍登线8.1拉动大腿后部的锚点，从而实现对髋关节伸展动作的助力；

膝关节在支撑相需要完成一个伸展动作和一个屈曲动作；具体的，根据检测的姿态变化，膝关节电机9.3带动膝关节转盘9.4正向转动，进而带动第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2运动，完成膝关节伸展动作；然后，膝关节电机9.3带动膝关节转盘9.4反向转动，进而带动第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2运动，完成膝关节屈曲动作；通过对膝关节转盘9.4的正转和反转驱动，完成膝关节的双向助力模式；

针对摆动相下肢：通过髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元检测到下肢姿态为摆动相模式时，控制盒10通过髋关节助力单元8实现对髋关节的屈曲动作进行助力；具体的，由于髋关节伸展动作导致髋关节弹性带2处于紧绷状态，通过此紧绷状态的预紧力实现对髋关节屈曲动作的助力；

膝关节在摆动相需要完成一个伸展动作和一个屈曲动作；具体的，根据检测的姿态变化，膝关节电机9.3带动膝关节转盘9.4正向转动，进而带动第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2运动，完成膝关节伸展动作；然后，膝关节电机9.3带动膝关节转盘9.4反向转动，进而带动第一膝关节鲍登线9.1和第二膝关节鲍登线9.2运动，完成膝关节屈曲动作；通过对膝关节转盘9.4的正转和反转驱动，完成膝关节的双向助力模式；

通过以上方法，在行走过程中，实现对航天员下肢髋关节助力以及膝关节的双向助力。

下面介绍一个具体实施例：

本发明提供的一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置，在设计之初需要对舱外服内部的空间进行测量，确定可以使航天员穿着助力装置后不影响舱外服的各项功能及干涉。

由于航天员穿着舱外服行走时，髋关节承受力矩约为-50Nm～140Nm，膝关节承受力矩约为-30Nm～40Nm。同时，髋关节的角度变化范围为-25°～15°，膝关节的角度变化范围为0°～60°。基于以上数据可对助力装置能源驱动系统选型提供依据，同时设定助力装置的助力占承受力矩为50％。

基于此选择髋关节电机100W伺服电机+67:1减速器，同时设定髋关节助力的锚点位置距离关节转轴距离200mm，另外髋关节电机转盘直径为100mm。对于膝关节，选择60W伺服电机+67:1减速器，同时设定膝关节转盘直径为100mm。大腿绑带与小腿绑带选取无弹性可粘贴的纺织品，髋关节弹性带选取弹性较大的橡胶丝等纺织品。大腿支架与小腿支架采用碳纤维板材，后背板同样采用碳纤维板材减轻整个装置的重量。

航天员在舱外行走的一个步态周期中，双腿主要包括支撑相和摆动相两种模式，当航天员右腿为支撑相下肢，IMU检测到其姿态后，助力装置主要对右腿髋关节伸展动作进行助力，右腿髋关节电机带动右腿髋关节电机转盘继而带动右腿髋关节钢丝绳拉动右腿大腿后部的锚点，从而实现对右腿髋关节伸展动作的助力。而右腿膝关节在这个过程中要完成一个伸展和屈曲动作，根据检测的姿态变化，右腿膝关节电机带动右腿膝关节转盘通过正转、反转实现对右腿膝关节的双向助力模式。同时，左腿为摆动相下肢，IMU检测到其姿态后，助力装置主要对左腿髋关节的屈曲动作进行助力，由于左腿髋关节伸展动作末期弹性带处于紧绷状态，通过此预紧力实现对髋关节屈曲动作的助力。而左腿膝关节在摆动相同样要完成一个伸展和屈曲动作，根据检测的姿态变化，左腿膝关节电机带动膝关节转盘通过正转、反转实现对左腿膝关节的双向助力模式。通过以上方法，在行走过程中，可实现对航天员下肢髋、膝关节的双向助力，并使航天员在舱外步态动作与在地面动作基本保持一致。

本发明针对舱外服关节阻力的特点及人体行走步态分析，设计了髋、膝双向助力装置，是一种髋关节与膝关节的双向助力装置，同时是一种刚柔混合的助力装置，以及采用主动与被动结合的助力装置，具有以下特点：

1)此装置由于放置在舱外服内部，整体采用柔性助力，但在膝关节处加装转盘与支架等刚性原件，实现了在不多占用空间的前提下助力力矩的稳定性；

2)针对髋关节行走步态分析，在支撑相采用主动式助力，摆动相采用被动式助力的模式。这样即保证了整个装置的尺寸要求并针对髋、膝关节实现了双向助力。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种刚柔混合的舱外服下肢助力装置，其特征在于，包括：上身绑带(1)、髋关节弹性带(2)、大腿绑带(3)、大腿支架(4)、小腿支架(5)、小腿绑带(6)、后背板(7)、髋关节助力单元(8)和膝关节助力单元(9)；

所述上身绑带(1)与所述后背板(7)固定连接；

所述髋关节弹性带(2)设置于所述上身绑带(1)的下方，并与所述上身绑带(1)固定连接；

所述大腿绑带(3)的设置数量为两个，左右对称设置于所述髋关节弹性带(2)的下方，并且，所述大腿绑带(3)的前部与所述髋关节弹性带(2)的底部固定连接；

所述小腿绑带(6)的设置数量为两个，左右对称设置于对应侧的所述大腿绑带(3)的下方；

在每侧的大腿绑带(3)的外侧，设置所述大腿支架(4)；在每侧的小腿绑带(6)的外侧，设置所述小腿支架(5)；其中，所述大腿支架(4)的顶部与所述大腿绑带(3)的外侧固定；所述小腿支架(5)的底部与所述小腿绑带(6)的外侧固定；所述大腿支架(4)的底部与所述小腿支架(5)的顶部铰接；

所述髋关节助力单元(8)的设置数量为两个，各用于对左侧髋关节助力和右侧髋关节助力；每个所述髋关节助力单元(8)包括：髋关节鲍登线(8.1)、髋关节电机转盘(8.2)和髋关节电机(8.3)；其中，所述髋关节电机(8.3)固定在所述后背板(7)上面；所述髋关节电机(8.3)与所述髋关节电机转盘(8.2)连接，用于驱动所述髋关节电机转盘(8.2)旋转；所述髋关节鲍登线(8.1)的一端与所述髋关节电机转盘(8.2)固定；所述髋关节鲍登线(8.1)的另一端作为锚点固定在对应侧的所述大腿绑带(3)的后部；

所述膝关节助力单元(9)的设置数量为两个，各用于对左侧膝关节助力和右侧膝关节助力；每个所述膝关节助力单元(9)包括：第一膝关节鲍登线(9.1)、第二膝关节鲍登线(9.2)、膝关节电机(9.3)、膝关节转盘(9.4)和膝关节电机转盘(9.5)；所述膝关节转盘(9.4)设置于对应侧的所述大腿支架(4)和所述小腿支架(5)的交点位置；所述膝关节转盘(9.4)与对应侧的所述大腿支架(4)的底部铰接，并与对应侧的所述小腿支架(5)的顶部固定连接；所述膝关节电机(9.3)固定在所述后背板(7)上面；所述膝关节电机(9.3)与所述膝关节电机转盘(9.5)连接，用于驱动所述膝关节电机转盘(9.5)旋转；所述第一膝关节鲍登线(9.1)的一端与所述膝关节电机转盘(9.5)的第1位置点(D1)固定；所述第一膝关节鲍登线(9.1)的另一端与所述膝关节转盘(9.4)的第2位置点(D2)固定；所述第二膝关节鲍登线(9.2)的一端与所述膝关节电机转盘(9.5)的第3位置点(D3)固定；所述第二膝关节鲍登线(9.2)的另一端与所述膝关节转盘(9.4)的第4位置点(D4)固定。

2.根据权利要求1所述的刚柔混合的舱外服下肢助力装置，其特征在于，所述髋关节鲍登线(8.1)包括髋关节钢丝绳(8.1.1)和髋关节线鞘(8.1.2)；在所述髋关节电机转盘(8.2)的输出端设置第一髋关节线鞘锚点(C1),在所述后背板(7)上面设置第二髋关节线鞘锚点(C2)，所述髋关节线鞘(8.1.2)位于所述第一髋关节线鞘锚点(C1)和所述第二髋关节线鞘锚点(C2)之间。

3.根据权利要求1所述的刚柔混合的舱外服下肢助力装置，其特征在于，所述第一膝关节鲍登线(9.1)和所述第二膝关节鲍登线(9.2)的结构相同，均包括膝关节钢丝绳(B1)和膝关节线鞘(B2)；

其中，在大腿支架(4)上面设置第一膝关节线鞘锚点(B3)，在所述后背板(7)上面设置第二膝关节线鞘锚点(B4)；所述膝关节线鞘(B2)位于所述第一膝关节线鞘锚点(B3)和所述第二膝关节线鞘锚点(B4)之间。

4.根据权利要求1所述的刚柔混合的舱外服下肢助力装置，其特征在于，还包括控制盒(10)和电池(11)；

所述电池(11)固定于所述后背板(7)上面；所述控制盒(10)固定于所述后背板(7)上面；所述控制盒(10)分别与所述髋关节电机(8.3)和所述膝关节电机(9.3)连接。

5.根据权利要求4所述的刚柔混合的舱外服下肢助力装置，其特征在于，还包括髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元；

所述髋关节姿态检测单元的设置数量为两个，各安装在对应侧的髋关节；所述膝关节姿态检测单元的设置数量为两个，各安装在对应侧的膝关节；

所述髋关节姿态检测单元和所述膝关节姿态检测单元均连接到所述控制盒(10)。

6.一种权利要求1-5任一项所述的刚柔混合的舱外服下肢助力装置的舱外服下肢助力方法，其特征在于，包括以下步骤：

航天员在舱外行走的一个步态周期中，双腿主要包括支撑相和摆动相两种模式；

通过髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元检测到下肢姿态为支撑相模式时，控制盒(10)对髋关节电机(8.3)进行驱动，髋关节电机(8.3)带动髋关节电机转盘(8.2)转动，进而带动髋关节鲍登线(8.1)拉动大腿后部的锚点，从而实现对髋关节伸展动作的助力；

膝关节在支撑相需要完成一个伸展动作和一个屈曲动作；具体的，根据检测的姿态变化，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)正向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节伸展动作；然后，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)反向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节屈曲动作；通过对膝关节转盘(9.4)的正转和反转驱动，完成膝关节的双向助力模式；

通过髋关节姿态检测单元和膝关节姿态检测单元检测到下肢姿态为摆动相模式时，控制盒(10)通过髋关节助力单元(8)实现对髋关节的屈曲动作进行助力；具体的，由于髋关节伸展动作导致髋关节弹性带(2)处于紧绷状态，通过此紧绷状态的预紧力实现对髋关节屈曲动作的助力；

膝关节在摆动相需要完成一个伸展动作和一个屈曲动作；具体的，根据检测的姿态变化，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)正向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节伸展动作；然后，膝关节电机(9.3)带动膝关节转盘(9.4)反向转动，进而带动第一膝关节鲍登线(9.1)和第二膝关节鲍登线(9.2)运动，完成膝关节屈曲动作；通过对膝关节转盘(9.4)的正转和反转驱动，完成膝关节的双向助力模式；

通过以上方法，在行走过程中，实现对航天员下肢髋关节助力以及膝关节的双向助力。

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