CN112999018B - 一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼 - Google Patents

Abstract

本发明提供的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，涉及医疗器械领域，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、膝关节驱动模块、控制模块、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置；背部支撑装置、髋关节、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置构成外骨骼的主体，髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与主体可拆卸连接，用于驱动主体的髋关节和膝关节运动；膝关节驱动模块为膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块，髋关节驱动模块和膝关节主动驱动模块经控制模块控制动作；本发明能够根据外骨骼实际使用情况，自由更换髋、膝关节驱动方式以精简轻便外骨骼的结构，贴合地穿戴于不同体型的用户，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力。

Description

一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，具体涉及一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼。

背景技术

外骨骼机器人技术是融合传感、控制、信息、融合、移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴的机械机构的综合技术。外骨骼机器人用于为人体提供助力，在增强人体技能、辅助运动方面有着突出的发展前景，日益成为机器人领域的研究重点。本发明涉及一种可穿戴的下肢负重助力外骨骼，当人体负重行走时提供支持和助力，类似结构在US13139933专利里也有所提及。

当人体处于背负重物状态，尤其是在背负重物长时间行走时，其身体肌肉和骨骼容易疲劳和损伤。长期处于这样的状态下容易引肌肉骨骼疾病。

US15349602专利描述了一种用于支撑人体的无动力负重外骨骼结构，该结构由仿生脊柱、腰部、腿部和足部组成，无外部驱动或弹储能装置。仿生脊柱通过机械结构与绑缚与人体的固定，仿生脊柱背负重物，腰部用于连接仿生脊柱和腿部，腿部结构通过绑缚固定在大腿上，当身体背负重物时，有外骨骼承担负载重量，减轻重物对人体造成的伤害。

然而该外骨骼无法根据实际使用情况将髋、膝关节更换为主动助力结构。US15339293和US13639984专利中也描述了类似的结构，但两者同样无法将髋、膝关节更换为主动助力结构。

US14634403专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其通过安放在背部的电机带动钢绳来驱动三铰链结构的膝关节，实现膝关节、髋关节的屈伸和屈曲运动。但专利因膝关节结构较为复杂，无法更换为被动驱动结构。

US15604891专利公开了一种用于支撑身体重量并辅助人体行走的外骨骼结构，其中膝关有多个片状结构铰链组成，并由电机驱动，同样的该膝关节结构较为复杂，无法更换为被动驱动结构。

CN201811252375.1公开了一种膝关节主动助力的负重外骨骼，通过背部驱动电机驱动绳索，在人体膝关节伸时提供主动助力，为人体提供额外的扭矩，辅助人体行走。但该外骨骼无法将膝关节主动助力转换为被动助力。

CN201920639613.8公开了一种髋关节、膝关节助力外骨骼，通过电机驱动滚珠丝结构实现髋关节、膝关节助力，辅助人体行走。同时该外骨骼无法将根据实际需求将髋关节及膝关节由主动助力转换为被动助力。

发明内容

本发明目的在于提供一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，该外骨骼以精简轻便的结构，可贴合地穿戴于不同体型用户的身体上，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力，并能够根据实际使用情况自由选择髋、膝关节主被动驱动方式。

为达成上述目的，本发明提出如下技术方案：一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、膝关节驱动模块、控制模块、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置；所述背部支撑装置、髋关节、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置自上而下依次连接，构成与用户人体绑缚连接的外骨骼主体；所述控制模块、髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与外骨骼主体可拆卸连接；所述膝关节驱动模块膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块，所述控制模块电连接于髋关节驱动模块或膝关节主动驱动模块，用于控制髋关节驱动模块或膝关节主动驱动模块启动或关闭。

进一步的，所述背部支撑装置包括支撑杆单元、仿生脊椎、髋连接件、一体式背带和一体式腰垫，所述支撑杆单元沿竖直方向布置，所述仿生脊椎连接设置在支撑杆单元的底部，所述髋连接件连接设置在仿生脊椎的底部，所述一体式背带连接设置在支撑杆单元的侧边，所述一体式腰垫连接设置在髋连接件的侧边，并且所述一体式腰垫与一体式背带同侧；

定义人体的前后左右方向为主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼的前后左右方向；

所述髋关节连接于髋连接件，包括对称设置在髋连接件左右侧的两对可相对转动的上连接件二和下连接件二；所述髋关节驱动模块包括两个，对称设置在髋连接件左右侧；所述髋关节驱动模块可拆卸连接于髋关节，用于驱动与其同侧设置的上连接件二和下连接件二相对转动；

所述大腿部包括沿左右方向对称设置的一对大腿插槽、一对大腿杆和一对膝关节外侧装置，所述大腿插槽沿竖直方向设置，所述大腿杆沿竖直方向连接于大腿插槽上端，膝关节外侧装置连接于大腿插槽下端；所述大腿杆上端连接于下连接件二；所述小腿部包括沿左右方向对称设置的一对小腿插槽、一对小腿杆和一对膝关节内侧装置，所述小腿插槽沿竖直方向设置，所述膝关节内侧装置沿竖直方向连接于小腿插槽上端，所述小腿杆连接于小腿插槽下端；所述膝关节内侧装置铰接于膝关节外侧装置构成膝关节；

所述膝关节驱动模块为沿左右方向对称设置的一对膝关节主动驱动模块或一对膝关节被动驱动模块；所述膝关节主动驱动模块包括驱动模组和连接于驱动模组输出端的驱动连杆，所述驱动模组可拆卸连接于大腿部，所述驱动连杆远离驱动模组的端部连接于小腿部；所述膝关节被动驱动模块包括力矩发生器和固连于力矩发生器的端头，所述力矩发生器可拆卸连接于大腿部，所述端头远离力矩发生器的端部连接于小腿部；

所述踝关节包括两个，沿左右方向对称设置，分别连接于与其同侧设置的小腿部，包括连接于小腿杆的2DOF铰链结构和用于测量足底压力的足底压力测量装置；所述足底装置包括两个，分别对应连接于与其同侧设置的踝关节，用于调节固定人体足部。

进一步的，所述支撑杆单元包括外支撑杆、内支撑杆和第一尺寸调节模块，所述内支撑杆插入外支撑杆中，所述第一尺寸调节模块固连外支撑杆和内支撑杆，并且第一尺寸调节模块通过调节外支撑杆和内支撑杆的固定位置调节支撑杆单元沿竖直方向的长度；

所述仿生脊椎包含上连接件一、连接片组和下连接件一，所述连接片组由若干依次串联的连接片构成；所述上连接件一上端连接于内支撑杆底端、下端铰接于连接片组上端，所述下连接件一上端铰接于连接片组下端、下端连接于髋连接件；

所述一体式背带上设置有背包支架，所述背包支架固连于外支撑杆；

所述一体式腰垫包含腰垫和固连于腰垫的腰垫连接板，所述腰垫连接板固连于髋连接件。

进一步的，所述髋关节还包括一对腰杆、一对第二尺寸调节模块和两个交叉滚子轴承；

所述第二尺寸调节模块和腰杆分别沿左右方向对称设置在髋连接件两侧，所述第二尺寸调节模块分别连接于髋连接件和与其同侧设置的腰杆一端，所述腰杆另一端铰接于同侧设置的上连接件二；所述第二尺寸调节模块通过调节其与髋连接件的固定位置调节腰杆与髋连接件围成的腰部宽度；

所述交叉滚子轴承分别安装于左右侧的下连接件二内，交叉滚子轴承外圈固连于下连接件二，交叉滚子轴承内圈固连于上连接件二；所述下连接件二靠近上连接件二的侧面设置有限位面，所述限位面贴合于上连接件二靠近下连接件二的侧面，限位面用于限制髋关节后摆角度。

进一步的，所述髋关节驱动模块包括电机架外罩、驱动电机、电机架和D型轴；

所述电机架外罩固连于电机架，电机架外罩与电机架构成自电机架远离电机架外罩侧开口的安装腔室；所述驱动电机固设在安装腔内，驱动电机的输出端自安装腔室的开口连接于D型轴；所述电机架沿安装腔室的开口外沿设置有一卡榫，所述卡榫向安装腔室的开口外侧延伸；

所述下连接件二远离上连接件二的侧面设置有贯通下连接件二至上连接件二的第一通孔，下连接件二远离上连接件二侧设置有卡榫滑槽；所述电机架固连于下连接件二，电机架上卡榫适配于卡榫滑槽；所述D型轴自第一通孔插入上连接件二中。

进一步的，所述大腿部还包括沿左右方向对称设置的一对第三尺寸调节模块、一对大腿绑缚板和一对大腿外壳；

所述第三尺寸调节模块安装在同侧设置的大腿插槽和大腿杆之间，分别连接于大腿插槽和大腿杆，第三尺寸调节模块通过调节其与大腿插槽的固定位置调节大腿部沿竖直方向的长度；

所述膝关节外侧装置靠近小腿部的下端设置为弧形过渡结构，所述弧形过渡结构沿左右方向设置有贯通的第二通孔；所述弧形过渡结构沿左右方向的两侧分别设置有一膝关节限位片，所述膝关节限位片贴合于弧形过渡结构的侧面，用于限制膝关节外侧装置和膝关节内侧装置的转动角度；

所述大腿绑缚板铰接于同侧设置的大腿插槽，位于大腿插槽靠近人体侧，用于经绑缚带固连于人体大腿部；所述大腿外壳固接于大腿插槽，位于大腿插槽远离人体侧。

进一步的，所述膝关节主动驱动模块还包括第二电机架，第二电机架固连于大腿插槽；所述驱动模组固连于第二电机架，驱动模组的输出端铰接于驱动连杆；

所述膝关节被动驱动模块中力矩发生器远离端头的一端设置有第一安装孔，所述第一安装孔经转接件连接于大腿插槽。

进一步的，所述小腿部还包括沿左右方向对称设置的一对第四尺寸调节模块、一对小腿绑缚板、一对小腿内壳、一对小腿外壳和一对锚点；

所述第四尺寸调节模块固连于同侧设置的小腿插槽和小腿杆，通过调节小腿插槽和小腿杆的固定位置调节小腿部沿竖直方向的长度；

所述膝关节内侧装置远离小腿插槽的上端设置有安装卡槽，所述安装卡槽适配于同侧设置的膝关节外侧装置下端的弧形过渡结构，并且安装卡槽沿左右方向的两侧壁设置有位置与第二通孔对应的第三通孔；所述第三通孔和第二通孔经铰接销连接；

所述小腿绑缚板分别铰接于膝关节内侧装置和小腿插槽，位于膝关节内侧装置和小腿插槽靠近人体侧，用于经绑缚带固连于人体小腿部；所述小腿内壳固连于小腿插槽，位于小腿绑缚板下方；所述小腿外壳分别固连于膝关节内侧装置和小腿内壳，小腿外壳自小腿插槽远离人体侧盖设在膝关节内侧装置、小腿插槽和小腿内壳外；

所述锚点分别设置在左右侧的两个膝关节内侧装置上，用于固连驱动连杆远离驱动模组的端部或固连端头远离力矩发生器的端部。

进一步的，所述2DOF铰链结构包括小腿连接杆、旋转铰链、足侧支撑块和支撑块外壳；

所述小腿连接杆沿竖直方向设置，小腿连接杆上端固接于小腿杆、下端沿左右或前后方向铰接于旋转铰链；所述旋转铰链设置在足侧支撑块的上方，其下端沿前后或左右方向与足侧支撑块铰接；所述支撑块外壳罩设在足侧支撑块外侧；所述小腿连接杆具有相对足侧支撑块沿内/外展和屈伸/曲方向旋转的自由度；

所述足底压力测量装置设置为足底压力测量片，足底压力测量片固连于足侧支撑块，其测量面位于足底装置的上方；所述足底压力测量片具有发生弹性形变使其测量面贴合于足底装置上表面的自由度；

所述足底装置包括支撑钢片、橡胶垫和第五尺寸调节模块；所述支撑钢片沿水平方向插入橡胶垫中，支撑钢片与橡胶垫共同构成位于足侧支撑块底部的鞋底；所述支撑钢片固连于足侧支撑块，所述足底压力测量片的测量面位于橡胶垫上方；所述第五尺寸调节模块包括能量扣和尼龙齿带，所述能量扣固接于橡胶垫，所述尼龙齿带一端固接于足侧支撑块，另一端出入能量扣，实现对鞋底和足侧支撑块松紧调节。

进一步的，所述第二尺寸调节模块包括旋转块、阶梯轴、第一滑块、连接销、深沟球轴承、垫片和手拧螺丝；

所述髋连接件设置为平板状结构，其穿戴后靠近人体的一侧板面上沿左右方向对称设置一对类沉孔结构的第一滑槽，所述第一滑块安装在第一滑槽中，并可沿第一滑槽滑动；所述髋连接件穿戴后远离人体的一侧板面上设置有与第一滑槽位置对应的一对限位槽，所述限位槽沿左右方向延伸，并且限位槽沿其延伸方向设置有若干限位槽口；所述髋连接件上位置对应的第一滑槽和限位槽之间设置有槽口，所述槽口贯通第一滑槽和限位槽；

所述旋转块设置在髋连接件远离人体侧，旋转块上设置有贯穿旋转块的旋转槽，所述旋转槽连通于槽口；所述阶梯轴设置在髋连接件和旋转块之间，阶梯轴上套装深沟球轴承与垫片后插入旋转槽中；所述阶梯轴远离旋转块的端面上设置有限位点，所述限位点卡合于髋连接件上的限位槽；

所述连接销自髋连接件靠近人体侧依次贯穿第一滑块、槽口、阶梯轴后部分突出于旋转块，所述手拧螺丝自旋转块远离髋连接件侧固连于连接销；所述旋转块与髋连接件具有相对转动的自由度。

进一步的，所述第三尺寸调节模块包括把手、固定部、弹簧、基座、调节杆和连接块；

所述把手设置为沿其长度方向截面为类U型结构，所述把手相对的两侧壁上对应设置有一对第二安装孔和一对第三安装孔；所述基座设置为第一U型结构，其开口朝向把手内侧；所述基座相对侧壁上设置有一对第四安装孔，第四安装孔适配于第二安装孔，并且弹簧设置在两第四安装孔之间；所述固定部设置为一铰接销，所述铰接销贯通连接把手上第二安装孔、基座上第四安装孔和弹簧；

所述连接块设置为第二U型结构，其开口的两侧壁对应设置有一对第五安装孔，其底部设置有一第六安装孔，所述第六安装孔和第五安装孔轴向平行；所述连接块设置在把手开口内，其底部的第六安装孔与第三安装孔铰接；所述调节杆端部设置在连接块开口内，其位于连接块开口内的部分设置有与第五安装孔同轴的第七安装孔，所述第五安装孔与第六安装孔铰接；

所述大腿杆上端沿长度方向间隔设置有若干第一调节孔，所述大腿插槽上设置有第一定位孔，所述第三尺寸调节模块的调节杆远离连接块的端部插入第一调节孔和第一定位孔中，并且调节杆远离连接块的端部尺寸适配于第一定位孔和任一第一调节孔。

进一步的，所述第四尺寸调节模块与第三尺寸调节模块结构相同；

所述小腿杆沿长度方向间隔设置有若干第二调节孔，所述小腿插槽上设置有第二定位孔，所述第四尺寸调节模块的调节杆远离连接块的端部固连第二定位孔和任一第二调节孔。

进一步的，所述控制模块安装在背部支撑装置上，包括背板、开关外罩、第二滑块、开关和一体化控制盒；

所述背板和一体化控制盒扣合安装，背板远离一体化控制盒侧固连于仿生脊椎；所述背板内设置有插槽，所述外支撑杆固设在背板的插槽内；所述一体化控制盒上端设置有一凹槽，所述开关外罩设置在凹槽内，且开关外罩固连于外支撑杆；所述第二滑块设置在开关外罩内部，开关外罩外壁设置有第二滑槽；所述开关自第二滑槽固连于第二滑块，开关电连接于一体化控制盒。

进一步的，所述髋关节还包括负重平台和两个回收弹簧；所述负重平台设置为一平板结构，所述平板结构靠近髋连接件的侧边设置有安装槽，所述安装槽的两侧设置有弹簧安装位，所述回收弹簧设置在弹簧安装位内；所述下连接件一底部设置在安装槽内，回收弹簧、安装槽及下连接件一经铰接销一体铰接。

由以上技术方案可知，本发明的技术方案提供的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，获得了如下有益效果：

本发明公开的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，用于人体负重行走助力，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、膝关节驱动模块、控制模块、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置；其中，背部支撑装置、髋关节、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置构成外骨骼的主体，髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与主体可拆卸连接，分别用于驱动主体的髋关节和膝关节运动；膝关节驱动模块为膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块，髋关节驱动模块和膝关节主动驱动模块与控制模块电连接，经控制模块控制动作启停；本发明的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼可贴合地穿戴于不同体型用户的身体上，增加穿戴舒适性，提供可靠的支撑和助力。

本发明髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与主体可拆卸连接一方面可通过随时更换髋、膝关节驱动方式精简轻便外骨骼的结构，确保穿戴舒适性；另一方面能够根据实际使用工况自由选择髋、膝关节主被动驱动模块，在任一使用工况下始终能为用户提供有效的支撑和助力。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明实施例提供的外骨骼结构示意图；

图2是本发明实施例提供的外骨骼背部支撑装置分解结构示意图；

图3是本发明实施例提供的外骨骼控制模块分解结构示意图；

图4是本发明实施例提供的外骨骼一体式腰垫分解结构示意图；

图5是本发明实施例提供的外骨骼尺寸调节模块分解结构示意图；

图6是本发明实施例提供的外骨骼髋关节分解结构示意图；

图7是本发明实施例提供的外骨骼髋关节分解结构前向示意图；

图8是本发明实施例提供的外骨骼髋关节驱动模块分解示意图；

图9是本发明实施例提供的外骨骼膝关节主动驱动模块分解结构示意图；

图10是本发明实施例提供的外骨骼膝关节被动驱动模块分解结构示意图；

图11是本发明实施例提供的外骨骼大腿部分解结构示意图；

图12是本发明实施例提供的外骨骼小腿部分解结构示意图；

图13是本发明实施例提供的外骨骼踝关节分解结构示意图；

图14是本发明实施例提供的外骨骼髋膝主动驱动结构示意图；

图15是本发明实施例提供的外骨骼髋被动膝主动驱动结构示意图；

图16是本发明实施例提供的外骨骼髋主动膝被动驱动结构示意图；

图17是本发明实施例提供的外骨骼髋膝被动驱动结构示意图。

图中，各标记的具体意义为：

1-背部支撑装置，111-外支撑杆，112-内支撑杆，1131-上连接件一，1132-连接片，1133-下连接件一，114-髋连接件，1142-限位槽，1143-槽口，1144-第一滑槽，115-背包支架，116-快拔销；12控制模块，121-背板，122-开关外罩，123-第二滑块，124-开关，125-一体化控制盒；13一体式背带；14一体式腰垫，141-腰垫，142-腰垫连接板；15-尺寸调节模块，151-把手，152-固定部，153-弹簧，154-基座，155-调节杆，156-连接块；2-髋关节，211-旋转块，2112-旋转槽，212-阶梯轴，2122-限位点，213-第一滑块，214-连接销，215-腰杆，216-上连接件二，217-下连接件二，2172-第二凸台，2173-卡榫滑槽，218-负重平台，2191-交叉滚子轴承，2192-深沟球轴承，2193-垫片，2194-回收弹簧；22-髋关节驱动模块，221-电机架外罩，222-驱动电机，2222-，2223-，223-电机架，2232-卡榫，2233-第一凸台，224-D型轴；23-膝关节主动驱动模块，230-手拧螺丝，231-驱动模组，232-第二电机架，233-驱动连杆，2333-连杆端头；24-膝关节被动驱动模块，241-力矩发生器，2412-第一安装孔，242端头，2422-端头前部；3-大腿部，31-大腿杆，32-固定片，33-大腿插槽，332-固定槽，34-膝关节外侧装置，35-膝关节限位片，36-大腿绑缚板，37-大腿外壳，38-固定架；4-小腿部，41-膝关节内侧装置，412-安装槽，42-小腿插槽，43-小腿杆，44-小腿外壳，45-小腿内壳，46-小腿绑缚版，47-锚点，48-手拧螺纹销；5-踝关节，511-小腿连接杆，512-旋转铰链，513-足侧支撑块，514-支撑块外壳，515-足底压力测量片，52-足底装置，521-支撑钢片，522-橡胶垫，523-能量扣，524-尼龙齿带。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。

本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一个”“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。“上”“下”“左”“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

基于现有技术中用于支撑助力人体避免肌肉骨骼劳损的负重外骨骼结构多为单主动驱动方式、单被动驱动方式或外骨骼支撑助力减轻人体肌肉骨骼负担，不能根据实际需求将髋关节及膝关节的助力方式在主动助力和被动助力间有效变换，导致外骨骼在部分使用场景中不能提供助力支撑；本发明旨在提出一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，能贴合于不同体型用户，在任意使用场景中随时切换髋、膝关节的主被动助力驱动方式，始终提供可靠的助力支撑。

下面结合附图所示的实施例，对本发明的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼作进一步具体介绍。

结合图1所示的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，包括背部支撑装置1、髋关节2、髋关节驱动模块22、膝关节驱动模块、控制模块12、大腿部3、小腿部4、踝关节5和足底装置52；其中，背部支撑装置1、髋关节2、大腿部3、小腿部4、踝关节5和足底装置52自上而下依次连接，构成与用户人体绑缚连接的外骨骼主体，控制模块12、髋关节驱动模块22和膝关节驱动模块与外骨骼主体可拆卸连接，一方面实外骨骼主体上髋、膝关节的可切换驱动助力，另一方面可拆卸连接实现外骨骼主体结构的精简轻便。

结合图2所示，背部支撑装置1包括支撑杆单元、仿生脊椎、髋连接件114、一体式背带13和一体式腰垫14，支撑杆单元沿竖直方向布置，仿生脊椎连接设置在支撑杆单元的底部，髋连接件114连接设置在仿生脊椎的底部，一体式背带13连接设置在支撑杆单元的侧边，一体式腰垫14连接设置在髋连接件114的侧边，并且一体式腰垫14与一体式背带13同侧安装；一体式背带13用于外骨骼穿戴时与用户人体背部连接，一体式腰垫14用于外骨骼穿戴时与用户腰部连接。定义人体的前后左右方向为主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼的前后左右方向；则髋关节2连接于髋连接件114，包括对称217设置在髋连接件114左右侧的两对可相对转动的上连接件二216和下连接件二217；髋关节驱动模块22包括两个，对称设置在髋连接件114左右侧；所述髋关节驱动模块22可拆卸连接于髋关节2，用于驱动与其同侧设置的上连接件二216和下连接件二217相对转动。

结合图11所示，大腿部3包括沿左右方向对称设置的一对大腿插槽33、一对大腿杆31和一对膝关节外侧装置34；如图示，大腿插槽33沿竖直方向设置，大腿杆31沿竖直方向连接于大腿插槽33上端，大腿杆31上端连接于下连接件二217，膝关节外侧装置34连接于大腿插槽33下端。结合图12所示，小腿部4包括沿左右方向对称设置的一对小腿插槽42、一对小腿杆43和一对膝关节内侧装置41，其中，小腿插槽42沿竖直方向设置，膝关节内侧装置41沿竖直方向连接于小腿插槽42上端，小腿杆43连接于小腿插槽42下端，然后由膝关节内侧装置41铰接于膝关节外侧装置34构成膝关节。

本发明公开的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其膝关节驱动模块为沿左右方向对称设置的一对膝关节主动驱动模块23或一对膝关节被动驱动模块24；具体为，膝关节主动驱动模块23包括驱动模组231和连接于驱动模组231输出端的驱动连杆233，驱动模组231可拆卸连接于大腿部3，驱动连杆233远离驱动模组231的端部连接于小腿部4；膝关节被动驱动模块24包括力矩发生器241和固连于力矩发生器241的端头242，力矩发生器241可拆卸连接于大腿部3，端头242远离力矩发生器241的端部连接于小腿部4。

结合图13所示，踝关节5包括两个，沿左右方向对称设置，分别连接于与其同侧设置的小腿部4，包括连接于小腿杆43的2DOF铰链结构和用于测量足底压力的足底压力测量装置；所述足底装置52包括两个，分别对应连接于与其同侧设置的踝关节5，用于调节固定人体足部。

本发明提供的控制模块12电连接于髋关节驱动模块或膝关节主动驱动模块，用于当髋关节驱动模块22或膝关节主动驱动模块23连接于外骨骼主体时，控制髋关节驱动模块22或膝关节主动驱动模块23启停。

进一步结合图2所示，支撑杆单元包括外支撑杆111、内支撑杆112和第一尺寸调节模块；组装时，内支撑杆112插入外支撑杆111中，第一尺寸调节模块固连外支撑杆111和内支撑杆112，并且第一尺寸调节模块通过调节外支撑杆111和内支撑杆112的固定位置调节支撑杆单元沿竖直方向的长度。

仿生脊椎与内支撑杆112螺纹固定，具体的，仿生脊椎包含上连接件一1131、连接片组和下连接件一1133，连接片组由若干依次串联的连接片1132构成，连接片1132间由铰链销连接；仿生脊椎的上连接件一1131上端通过铰链销连接于内支撑杆112底端、下端铰接于连接片组上端，下连接件一1133上端通过铰链销铰接于连接片组下端、下端经铰接销连接于髋连接件114。一体式背带13采用螺纹固定连接于仿生脊椎，一体式背带13上设置有背包支架115，背包支架115经快拔销116固连于外支撑杆111。如图4所示，一体式腰垫14包含腰垫141和固连于腰垫141的腰垫连接板142，实施时，腰垫141与腰垫连接板142经螺纹固定，腰垫连接板142固接于髋连接件114，一般也采用螺纹固定。

具体结合图6和图7所示的实施例，髋关节2还包括一对腰杆215、一对第二尺寸调节模块和两个交叉滚子轴承2191；其中，第二尺寸调节模块和腰杆215分别沿左右方向对称设置在髋连接件114两侧，第二尺寸调节模块分别连接于髋连接件114和与其同侧设置的腰杆215一端，腰杆215另一端铰接于与其同侧设置的上连接件二216；第二尺寸调节模块通过调节其与髋连接件114的固定位置调节腰杆215与髋连接件114围成的腰部宽度，以适应绑缚不同形体用户的腰部尺寸。

为实现上连接件二216和下连接件二217相对转动的稳定，交叉滚子轴承2191分别安装于左右侧的下连接件二217内，交叉滚子轴承2191外圈固连于下连接件二217，交叉滚子轴承2191内圈固连于上连接件二216。另外，为确保上连接件二216和下连接件二217转动时符合人体髋关节转动的实际情况，实施例在下连接件二217靠近上连接件二216的侧面设置有一限位面2174，该限位面2174贴合于上连接件二216靠近下连接件二217的侧面，用于限制髋关节214后摆角度，拟合真实人体后摆角度。

图6和图7所示的具体实施例中，第二尺寸调节模块包括旋转块211、阶梯轴212、第一滑块213、连接销214、深沟球轴承2192、垫片2193和手拧螺丝；安装时，将髋连接件114设置为平板状结构，其穿戴后靠近人体的一侧板面上沿左右方向对称设置一对类沉孔结构的第一滑槽1144，第一滑块213安装在第一滑槽1144中，并可沿第一滑槽1144滑动；髋连接件114穿戴后远离人体的一侧板面上设置有与第一滑槽1144位置对应的一对限位槽1142，限位槽1142沿左右方向延伸，并且限位槽1142沿其延伸方向设置有若干限位槽口；髋连接件114上位置对应的第一滑槽1144和限位槽1142之间设置有槽口1143，槽口1143贯通第一滑槽1144和限位槽1142；旋转块211设置在髋连接件114远离人体侧，旋转块211上设置有贯穿旋转块211的旋转槽2112，旋转槽2112连通于槽口1143；阶梯轴212设置在髋连接件114和旋转块211之间，阶梯轴212上套装深沟球轴承2192与垫片2193后插入旋转槽2112中；阶梯轴212远离旋转块211的端面上设置有限位点2122，限位点2122卡合于髋连接件114上的限位槽1142，通过调整限位点2122与限位槽1142上限位槽口的配合位置调整腰部宽度；连接销214自髋连接件114靠近人体侧依次贯穿第一滑块213、槽口1143、阶梯轴212后部分突出于旋转块211，手拧螺丝自旋转块211远离髋连接件114侧固连于连接销214；旋转块211与髋连接件114具有相对转动的自由度，用于实现髋关节2的外展自由度。

结合图8所示的具体实施例，髋关节驱动模块22包括电机架外罩221、驱动电机222、电机架223和D型轴224，其中，电机架外罩221固连于电机架223，电机架外罩221与电机架223构成自电机架223远离电机架外罩221侧开口的安装腔室，驱动电机222固设在安装腔内，并且驱动电机222的输出端自安装腔室的开口连接于D型轴224；电机架223沿安装腔室的开口外沿设置有一卡榫2232，该卡榫2232向安装腔室的开口外侧延伸；下连接件二217远离上连接件二216的侧面设置有贯通下连接件二217至上连接件二216的第一通孔，下连接件二217远离上连接件二216侧设置有卡榫滑槽2173；电机架223固连于下连接件二217，并且电机架223上卡榫2232适配于卡榫滑槽2173；D型轴224自第一通孔插入上连接件二216中。具体固定时，电机架223外壁设置有一第一凸台2233，下连接件二217外壁也设置有一第二凸台2172，当第一凸台2233和第二凸台2172位置对应重合时，通过螺纹将电机架223与下连接件二217固定，实现将髋关节驱动模块22固定在髋关节2上。

结合图11所示的具体实施例，大腿部3还包括沿左右方向对称设置的一对第三尺寸调节模块15、一对大腿绑缚板36和一对大腿外壳37；第三尺寸调节模块15安装在同侧设置的大腿插槽33和大腿杆31之间，分别连接于大腿插槽33和大腿杆31；具体的，大腿插槽33上采用螺纹固定有一固定片32，第三尺寸调节模块15与大腿插槽33上固定片32螺纹固定，实现其与大腿插槽33的固定。第三尺寸调节模块15通过调节其与大腿插槽33的固定位置调节大腿部3沿竖直方向的长度。

结合图5所示，第三尺寸调节模块15包括把手151、固定部152、弹簧153、基座154、调节杆155和连接块156；具体为，把手151设置为沿其长度方向截面为类U型结构，基座154设置为开口朝向把手151类U型结构内侧的第一U型结构，基座154第一U型结构的两侧壁与把手151类U型结构的两侧壁采用固定部152铰接，固定部152采用铰链销；弹簧153以同轴的方式套装在铰链销位于基座154第一U型结构内的部分上；连接块156安装在把手151类U型结构内侧，设置为与基座154开口朝向相反的第二U型结构，连接块156第二U型结构的底部与把手151类U型结构的两侧壁铰接；调节杆155端部设置在连接块156开口内，调节杆155端部与连接块156第二U型结构的两侧壁铰接；即调节杆155经连接块156与把手151相连。

大腿杆31上端沿长度方向间隔设置有若干第一调节孔，大腿插槽33上设置有第一定位孔，调节杆155适配于第一定位孔与第一调节孔；固定时第三尺寸调节模块15的调节杆155远离连接块156的端部适配插入第一定位孔和任一第一调节孔中，实现对大腿部3长度的调整以便不同身高的用户穿戴。需要进行高度调节时，通过在腿部外侧提起把手151向外经连接块156拉出调节杆155，选定新的第一定位孔与第一调节孔后再将调节杆155适配插入；完成调节后，把手151在弹簧153的作用下继续贴合在腿部外侧表面。

进一步结合图11公开的实施例，该实施例中膝关节外侧装置34靠近小腿部4的下端设置为弧形过渡结构，该弧形过渡结构沿左右方向设置有贯通的第二通孔，并且弧形过渡结构沿左右方向的两侧分别设置有一膝关节限位片35，膝关节限位片35贴合于弧形过渡结构的侧面，用于限制膝关节外侧装置34和膝关节内侧装置41的转动角度。大腿绑缚板36铰接于同侧设置的大腿插槽33，位于大腿插槽33靠近人体侧，用于经绑缚带固连于人体大腿部；大腿外壳37固接于大腿插槽33，位于大腿插槽33远离人体侧，用于自外骨骼外侧遮挡大腿部3的零部件，提升大腿部3整体外观。具体安装时，膝关节限位片35与膝关节外侧装置34螺纹固定，膝关节外侧装置34与大腿插槽33双销定位，再由螺丝固定；大腿绑缚板36通过铰接销与大腿插槽33固定，大腿外壳37与大腿插槽33螺纹固定。为实现对大腿部3的稳定加固和数据监测，一般大腿插槽33还会进一步安装节点板和IMU传感器。

结合图9和图10所示的实施例，膝关节主动驱动模块23还包括第二电机架232，第二电机架232固连于大腿插槽33；驱动模组231固连于第二电机架232，驱动模组231的输出端铰接于驱动连杆233；具体的，第二电机架232安装在大腿插槽33上预设的固定槽332中，并通过螺纹固定膝关节主动驱动模块23和大腿部3。膝关节被动驱动模块24中力矩发生器241与端头242螺纹固定，并且力矩发生器241远离端头242的一端设置有第一安装孔2412，第一安装孔经转接件连接于大腿插槽33，转接件采用如手拧螺纹销结构。为方便力矩发生器241与大腿插槽33的固定，大腿插槽33上设置有专用的固定架38，第一安装孔通过手拧螺纹销与固定架38连接。

结合图12所示的实施例，小腿部4还包括沿左右方向对称设置的一对第四尺寸调节模块、一对小腿绑缚板46、一对小腿内壳45、一对小腿外壳44和一对锚点47；其中，第四尺寸调节模块与第三尺寸调节模块15结构相同，第四尺寸调节模块固连于同侧设置的小腿插槽42和小腿杆43，通过调节小腿插槽42和小腿杆43的固定位置调节小腿部4沿竖直方向的长度；具体为，小腿杆43沿长度方向间隔设置有若干第二调节孔，小腿插槽42上设置有第二定位孔，第四尺寸调节模块的调节杆远离连接块的端部固连第二定位孔和任一第二调节孔，实现小腿部4长度调节以便适应不同用户的身高。

如图示，膝关节内侧装置41远离小腿插槽42的上端设置有安装卡槽，安装卡槽适配于同侧设置的膝关节外侧装置34下端的弧形过渡结构，并且安装卡槽沿左右方向的两侧壁设置有位置与第二通孔对应的第三通孔，第三通孔和第二通孔经铰接销连接，构成可绕铰接销转动的膝关节。小腿绑缚板46分别铰接于膝关节内侧装置41和小腿插槽42，位于膝关节内侧装置41和小腿插槽22靠近人体侧，用于经绑缚带固连于人体的小腿部。小腿内壳45固连于小腿插槽42，位于小腿绑缚板46下方；小腿外壳44分别固连于膝关节内侧装置41和小腿内壳45，小腿外壳44自小腿插槽42远离人体侧盖设在膝关节内侧装置41、小腿插槽42和小腿内壳45外，自外骨骼外侧遮蔽小腿部4内部零件，提升小腿部4整体外观。锚点47分别设置在左右侧的两个膝关节内侧装置41上，用于通过手拧螺纹销48固连驱动连杆233远离驱动模组231的端部或固连端头242远离力矩发生器241的端部。当然，锚点47的作用在于提供驱动连杆233和端头242的固定点，某些实施例中直接将驱动连杆233和端头242与膝关节内侧装置41固定，或采用其他转接结构实现与膝关节内侧装置41固定，也能实现带动小腿部4的作用；即该锚点47结构可根据实施情况自由组装。

为便于小腿部4的加工组装，小腿绑缚板46通过铰接销与膝关节内侧装置41、小腿插槽42固定，小腿外壳44、锚点47与膝关节内侧装置41螺纹固定，膝关节内侧装置41与小腿插槽42双销定位后，再由螺纹固定；第四尺寸调节模块、小腿内壳45与小腿插槽42螺纹固定；小腿外壳44与小腿内壳45螺纹固定。另外，为实现小腿部4的结构稳定和数据监测，在膝关节内侧装置41上预设有用于安装节点板和IMU传感器的安装槽412，节点板和IMU传感器与安装槽412螺纹固定。为便于膝关节顺利活动和内部走线，安装时，膝关节内侧装置41还安装轴承及护线套。

结合图13所示的实施例，2DOF铰链结构包括小腿连接杆511、旋转铰链512、足侧支撑块513和支撑块外壳514；其中，小腿连接杆511沿竖直方向设置，小腿连接杆511上端固接于小腿杆43、下端沿左右或前后方向铰接于旋转铰链512；旋转铰链512设置在足侧支撑块513的上方，其下端沿前后或左右方向与足侧支撑块513铰接；支撑块外壳514罩设在足侧支撑块513外侧，并采用螺纹固定；小腿连接杆511具有相对足侧支撑块513沿内/外展和屈伸/曲方向旋转的自由度。足底压力测量设置为足底压力测量片515，足底压力测量片515固连于足侧支撑块513，一般采用螺纹固定，其测量面位于足底装置的上方；足底压力测量片515具有发生弹性形变使其测量面贴合于足底装置52上表面的自由度。

如图示，足底装置52包括支撑钢片521、橡胶垫522和第五尺寸调节模块；具体为，支撑钢片521沿水平方向插入橡胶垫522中，支撑钢片521与橡胶垫522共同构成位于足侧支撑块513底部的鞋底；支撑钢片521采用螺纹固接于足侧支撑块513，足底压力测量片515的测量面位于橡胶垫522上方；第五尺寸调节模块包括能量扣523和尼龙齿带524，能量扣523固接于橡胶垫522，如采用螺纹固定，尼龙齿带524一端采用螺纹固接于足侧支撑块513，另一端出入能量扣523，实现对鞋底和足侧支撑块513之间的固定和尺寸调节。当足底压力测量片515受到上方人体脚部向下踩踏的压力发生形变，贴合于橡胶垫522表面，足底压力测量片515的形变信号经过转换即能获得当前用户踩踏的压力，可以用于产品测试。

进一步结合图1至图3所示的实施例，控制模块12安装在背部支撑装置1上，与背部支撑装置1可拆卸连接，可根据用户需求拆装，包括背板121、开关外罩122、第二滑块123、开关124和一体化控制盒125；具体结构为：背板121与仿生脊椎螺纹固定，背板121远离仿生脊椎侧和一体化控制盒125扣合安装，并且背板121内设置有插槽；外支撑杆111固设在背板121的插槽内，并通过螺纹与背板121固定；一体化控制盒125上端设置有一凹槽，开关外罩122设置在凹槽内，且开关外罩122经螺纹固连于外支撑杆111；第二滑块123设置在开关外罩122内部，开关外罩122外壁设置有第二滑槽，开关124自第二滑槽固连于第二滑块，并采用螺纹固定。开关124电连接于一体化控制盒125，实现控制模块13的电控。

为便于本发明主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼背负重物，在髋关节2上还进一步安装了辅助搬运单元，该辅助搬运单元包括负重平台218和回收弹簧2194；负重平台218设置为一平板结构，该平板结构靠近髋连接件114的侧边设置有一向平板内部凹陷的安装槽，安装槽的两侧设置有弹簧安装位，回收弹簧2194设置在弹簧安装位内，并且回收弹簧2处于压缩状态；下连接件一1133底部设置在安装槽内，并经铰接销与回收弹簧2、安装槽一体铰接。该铰接效果使得负重平台218在不使用时会在回收弹簧2的作用回缩至贴合下连接件一1133的状态，不增大外骨骼的外观体积。

在本发明的各实施例中，第一尺寸调节模块、第四尺寸调节模块均采用与第三尺寸调节模块15相同的结构；在支撑杆单元中第一尺寸调节模块与外支撑杆111螺纹固定，外支撑杆111与内支撑杆112上分别设置有若干调节孔，第一尺寸调节模块中的调节杆通过固定外支撑杆111与内支撑杆112的调节孔固定外支撑杆111与内支撑杆112的相对位置，更换被固定的调节孔，实现支撑杆单元长度的调整。

本发明的整体结构中，背部支撑装置1与髋关节2相连，控制模块12与背部支撑装置1可拆卸固定，一体式背带13与背部支撑装置1固定；一体式腰垫4与髋关节2固定，髋关节驱动模块22与髋关节2相连，并可跟进使用者需求进行拆装；大腿部3与髋关节2相连，大腿部3与小腿部4相连，小腿部4与踝关节5固定，踝关节5与足底装置52相连。膝关节主动驱动模块23分别与大腿部3及小腿部4相连，并可跟进使用者需求进行拆装；膝关节被动驱动模块24分别与大腿部3及小腿部4相连，并可跟进使用者需求进行拆装。本发明重点在于外骨骼可根据用户实际需求任意拆装、更换髋关节驱动模块22、膝关节主动驱动模块23、膝关节被动驱动模块24进行髋、膝关节主动或被动驱动。

结合图14至17所示的实施例，外骨骼可根据实际使用情况选择髋膝关节主动驱动模式；包括：1）髋膝关节主动驱动模式；2）髋关节无驱动，膝关节主动驱动模式；3）髋关节主动驱动，膝关节被动驱动模式；4）髋关节无驱动，膝关节被动驱动模式。外骨骼的髋关节2处于主动驱动模式时，由髋关节驱动模块22使上连接件二216与下连接件二217相对转动实现主动驱动；外骨骼的膝关节处于主动驱动模式时，由膝关节主动驱动模块23使大腿部3与小腿部4夹角发生相对变化实现主动驱动；外骨骼的膝关节处于被动驱动模式时，由人体腿部弯曲带动外骨骼大腿部3与小腿部4一同弯曲，同时力矩发生器241储存能力，在人体腿部屈伸时，力矩发生器241释放能量同时产生屈伸力矩，为人体提供助力效果。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (12)

1.一种主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，包括背部支撑装置、髋关节、髋关节驱动模块、膝关节驱动模块、控制模块、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置；所述背部支撑装置、髋关节、大腿部、小腿部、踝关节和足底装置自上而下依次连接，构成与用户人体绑缚连接的外骨骼主体；所述控制模块、髋关节驱动模块和膝关节驱动模块与外骨骼主体可拆卸连接；所述膝关节驱动模块包括膝关节主动驱动模块和膝关节被动驱动模块，根据实际需求选择膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块使用；所述控制模块电连接于髋关节驱动模块和膝关节主动驱动模块，用于控制髋关节驱动模块和膝关节主动驱动模块的启动或关闭；

定义人体的前后左右方向为主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼的前后左右方向；

所述背部支撑装置包括髋连接件；所述髋关节连接于髋连接件，包括对称设置在髋连接件左右侧的两对可相对转动的上连接件二和下连接件二；所述髋关节驱动模块包括两个，对称设置在髋连接件左右侧；所述髋关节驱动模块可拆卸连接于髋关节，用于驱动与其同侧设置的上连接件二和下连接件二相对转动；

所述髋关节还包括一对腰杆、一对第二尺寸调节模块和两个交叉滚子轴承；

所述第二尺寸调节模块和腰杆分别沿左右方向对称设置在髋连接件两侧，所述第二尺寸调节模块分别连接于髋连接件和与其同侧设置的腰杆一端，所述腰杆另一端铰接于同侧设置的上连接件二；所述第二尺寸调节模块通过调节其与髋连接件的固定位置调节腰杆与髋连接件围成的腰部宽度；

所述交叉滚子轴承分别安装于左右侧的下连接件二内，交叉滚子轴承外圈固连于下连接件二，交叉滚子轴承内圈固连于上连接件二；所述下连接件二靠近上连接件二的侧面设置有限位面，所述限位面贴合于上连接件二靠近下连接件二的侧面，限位面用于限制髋关节后摆角度；

所述第二尺寸调节模块包括旋转块、阶梯轴、第一滑块、连接销、深沟球轴承、垫片和手拧螺丝；

所述髋连接件设置为平板状结构，其穿戴后靠近人体的一侧板面上沿左右方向对称设置一对类沉孔结构的第一滑槽，所述第一滑块安装在第一滑槽中，并可沿第一滑槽滑动；所述髋连接件穿戴后远离人体的一侧板面上设置有与第一滑槽位置对应的一对限位槽，所述限位槽沿左右方向延伸，并且限位槽沿其延伸方向设置有若干限位槽口；所述髋连接件上位置对应的第一滑槽和限位槽之间设置有槽口，所述槽口贯通第一滑槽和限位槽；

所述旋转块设置在髋连接件远离人体侧，旋转块上设置有贯穿旋转块的旋转槽，所述旋转槽连通于槽口；所述阶梯轴设置在髋连接件和旋转块之间，阶梯轴上套装深沟球轴承与垫片后插入旋转槽中；所述阶梯轴远离旋转块的端面上设置有限位点，所述限位点卡合于髋连接件上的限位槽；

所述连接销自髋连接件靠近人体侧依次贯穿第一滑块、槽口、阶梯轴后部分突出于旋转块，所述手拧螺丝自旋转块远离髋连接件侧固连于连接销；所述旋转块与髋连接件具有相对转动的自由度，用于实现髋关节的外展自由度。

2.根据权利要求1所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述背部支撑装置还包括支撑杆单元、仿生脊椎、一体式背带和一体式腰垫，所述支撑杆单元沿竖直方向布置，所述仿生脊椎连接设置在支撑杆单元的底部，所述髋连接件连接设置在仿生脊椎的底部，所述一体式背带连接设置在支撑杆单元的侧边，所述一体式腰垫连接设置在髋连接件的侧边，并且所述一体式腰垫与一体式背带同侧；

所述大腿部包括沿左右方向对称设置的一对大腿插槽、一对大腿杆和一对膝关节外侧装置，所述大腿插槽沿竖直方向设置，所述大腿杆沿竖直方向连接于大腿插槽上端，膝关节外侧装置连接于大腿插槽下端；所述大腿杆上端连接于下连接件二；所述小腿部包括沿左右方向对称设置的一对小腿插槽、一对小腿杆和一对膝关节内侧装置，所述小腿插槽沿竖直方向设置，所述膝关节内侧装置沿竖直方向连接于小腿插槽上端，所述小腿杆连接于小腿插槽下端；所述膝关节内侧装置铰接于膝关节外侧装置构成膝关节；

所述膝关节主动驱动模块或膝关节被动驱动模块均包括两个，分别沿左右方向对称设置；所述膝关节主动驱动模块包括驱动模组和连接于驱动模组输出端的驱动连杆，所述驱动模组可拆卸连接于大腿部，所述驱动连杆远离驱动模组的端部连接于小腿部；所述膝关节被动驱动模块包括力矩发生器和固连于力矩发生器的端头，所述力矩发生器可拆卸连接于大腿部，所述端头远离力矩发生器的端部连接于小腿部；

所述踝关节包括两个，沿左右方向对称设置，分别连接于与其同侧设置的小腿部，包括连接于小腿杆的2DOF铰链结构和用于测量足底压力的足底压力测量装置；所述足底装置包括两个，分别对应连接于与其同侧设置的踝关节，用于调节固定人体足部。

3.根据权利要求2所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述支撑杆单元包括外支撑杆、内支撑杆和第一尺寸调节模块，所述内支撑杆插入外支撑杆中，所述第一尺寸调节模块固连外支撑杆和内支撑杆，并且第一尺寸调节模块通过调节外支撑杆和内支撑杆的固定位置调节支撑杆单元沿竖直方向的长度；

所述仿生脊椎包含上连接件一、连接片组和下连接件一，所述连接片组由若干依次串联的连接片构成；所述上连接件一上端连接于内支撑杆底端、下端铰接于连接片组上端，所述下连接件一上端铰接于连接片组下端、下端连接于髋连接件；

所述一体式背带上设置有背包支架，所述背包支架固连于外支撑杆；

所述一体式腰垫包含腰垫和固连于腰垫的腰垫连接板，所述腰垫连接板固连于髋连接件。

4.根据权利要求2所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述髋关节驱动模块包括电机架外罩、驱动电机、电机架和D型轴；

所述电机架外罩固连于电机架，电机架外罩与电机架构成自电机架远离电机架外罩侧开口的安装腔室；所述驱动电机固设在安装腔内，驱动电机的输出端自安装腔室的开口连接于D型轴；所述电机架沿安装腔室的开口外沿设置有一卡榫，所述卡榫向安装腔室的开口外侧延伸；

所述下连接件二远离上连接件二的侧面设置有贯通下连接件二至上连接件二的第一通孔，下连接件二远离上连接件二侧设置有卡榫滑槽；所述电机架固连于下连接件二，电机架上卡榫适配于卡榫滑槽；所述D型轴自第一通孔插入上连接件二中。

5.根据权利要求2所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述大腿部还包括沿左右方向对称设置的一对第三尺寸调节模块、一对大腿绑缚板和一对大腿外壳；

所述第三尺寸调节模块安装在同侧设置的大腿插槽和大腿杆之间，分别连接于大腿插槽和大腿杆，第三尺寸调节模块通过调节其与大腿插槽的固定位置调节大腿部沿竖直方向的长度；

所述膝关节外侧装置靠近小腿部的下端设置为弧形过渡结构，所述弧形过渡结构沿左右方向设置有贯通的第二通孔；所述弧形过渡结构沿左右方向的两侧分别设置有一膝关节限位片，所述膝关节限位片贴合于弧形过渡结构的侧面，用于限制膝关节外侧装置和膝关节内侧装置的转动角度；

所述大腿绑缚板铰接于同侧设置的大腿插槽，位于大腿插槽靠近人体侧，用于经绑缚带固连于人体大腿部；所述大腿外壳固接于大腿插槽，位于大腿插槽远离人体侧。

6.根据权利要求2所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述膝关节主动驱动模块还包括第二电机架，第二电机架可拆卸连接于大腿插槽；所述驱动模组固连于第二电机架，驱动模组的输出端铰接于驱动连杆；

所述膝关节被动驱动模块中力矩发生器远离端头的一端设置有第一安装孔，所述第一安装孔经转接件连接于大腿插槽。

7.根据权利要求5所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述小腿部还包括沿左右方向对称设置的一对第四尺寸调节模块、一对小腿绑缚板、一对小腿内壳、一对小腿外壳和一对锚点；

所述第四尺寸调节模块固连于同侧设置的小腿插槽和小腿杆，通过调节小腿插槽和小腿杆的固定位置调节小腿部沿竖直方向的长度；

所述膝关节内侧装置远离小腿插槽的上端设置有安装卡槽，所述安装卡槽适配于同侧设置的膝关节外侧装置下端的弧形过渡结构，并且安装卡槽沿左右方向的两侧壁设置有位置与第二通孔对应的第三通孔；所述第三通孔和第二通孔经铰接销连接；

所述小腿绑缚板分别铰接于膝关节内侧装置和小腿插槽，位于膝关节内侧装置和小腿插槽靠近人体侧，用于经绑缚带固连于人体小腿部；所述小腿内壳固连于小腿插槽，位于小腿绑缚板下方；所述小腿外壳分别固连于膝关节内侧装置和小腿内壳，小腿外壳自小腿插槽远离人体侧盖设在膝关节内侧装置、小腿插槽和小腿内壳外；

所述锚点分别设置在左右侧的两个膝关节内侧装置上，用于固连驱动连杆远离驱动模组的端部或固连端头远离力矩发生器的端部。

8.根据权利要求2所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述2DOF铰链结构包括小腿连接杆、旋转铰链、足侧支撑块和支撑块外壳；

所述小腿连接杆沿竖直方向设置，小腿连接杆上端固接于小腿杆、下端沿左右或前后方向铰接于旋转铰链；所述旋转铰链设置在足侧支撑块的上方，其下端沿前后或左右方向与足侧支撑块铰接；所述支撑块外壳罩设在足侧支撑块外侧；所述小腿连接杆具有相对足侧支撑块沿内/外展和屈伸/曲方向旋转的自由度；

所述足底压力测量装置设置为足底压力测量片，足底压力测量片固连于足侧支撑块，其测量面位于足底装置的上方；所述足底压力测量片具有发生弹性形变使其测量面贴合于足底装置上表面的自由度；

所述足底装置包括支撑钢片、橡胶垫和第五尺寸调节模块；所述支撑钢片沿水平方向插入橡胶垫中，支撑钢片与橡胶垫共同构成位于足侧支撑块底部的鞋底；所述支撑钢片固连于足侧支撑块，所述足底压力测量片的测量面位于橡胶垫上方；所述第五尺寸调节模块包括能量扣和尼龙齿带，所述能量扣固接于橡胶垫，所述尼龙齿带一端固接于足侧支撑块，另一端出入能量扣，实现对鞋底和足侧支撑块松紧调节。

9.根据权利要求7所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述第三尺寸调节模块包括把手、固定部、弹簧、基座、调节杆和连接块；

所述把手设置为沿其长度方向截面为类U型结构，所述基座设置为开口朝向把手类U型结构内侧的第一U型结构，所述基座第一U型结构的两侧壁与把手类U型结构的两侧壁采用铰链销铰接；所述弹簧以同轴的方式套装在铰链销位于基座第一U型结构内的部分上；

所述连接块安装在把手类U型结构内侧，设置为与基座开口朝向相反的第二U型结构，连接块第二U型结构的底部与把手类U型结构的两侧壁铰接；所述调节杆端部设置在连接块开口内，调节杆端部与连接块第二U型结构的两侧壁铰接；

所述大腿杆上端沿长度方向间隔设置有若干第一调节孔，所述大腿插槽上设置有第一定位孔，所述第三尺寸调节模块的调节杆远离连接块的端部插入第一调节孔和第一定位孔中，并且调节杆远离连接块的端部尺寸适配于第一定位孔和任一第一调节孔。

10.根据权利要求9所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述第四尺寸调节模块与第三尺寸调节模块结构相同；

所述小腿杆沿长度方向间隔设置有若干第二调节孔，所述小腿插槽上设置有第二定位孔，所述第四尺寸调节模块的调节杆远离连接块的端部固连第二定位孔和任一第二调节孔。

11.根据权利要求3所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述控制模块安装在背部支撑装置上，包括背板、开关外罩、第二滑块、开关和一体化控制盒；

所述背板和一体化控制盒扣合安装，背板远离一体化控制盒侧固连于仿生脊椎；所述背板内设置有插槽，所述外支撑杆固设在背板的插槽内；所述一体化控制盒上端设置有一凹槽，所述开关外罩设置在凹槽内，且开关外罩固连于外支撑杆；所述第二滑块设置在开关外罩内部，开关外罩外壁设置有第二滑槽；所述开关自第二滑槽固连于第二滑块，开关电连接于一体化控制盒。

12.根据权利要求3所述的主被动切换的穿戴式下肢负重外骨骼，其特征在于，所述髋关节还包括负重平台和两个回收弹簧；

所述负重平台设置为一平板结构，所述平板结构靠近髋连接件的侧边设置有一向平板结构内部凹陷的安装槽，所述安装槽的两侧壁分别设置有一弹簧安装位，所述回收弹簧设置在弹簧安装位内；所述下连接件一底部设置在安装槽内，并与回收弹簧、安装槽经铰接销一体铰接。

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