双模自持式徒步助力装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于人体辅助行走技术领域，主要涉及一种助力装置，尤其涉及一种靠重力作用产生液力并通过错孔簧减轻下肢负载的装置。
【背景技术】
[0002]现有的徒步助力装置(人体外骨骼技术)都是有电源的，通过一系列复杂传感器和伺服机构对人的行走提供助力，负荷从几十千克到几百千克都有。美国外骨骼技术研究始于20世纪60年代，20世纪90年代开始大规模展开。2000年，美国国防部高级研究计划局斥资7500万美元启动“增强人体机能的外骨骼作战概念”(EHPA)计划，通过竞争模式开展外骨骼技术研究。
[0003]在与加州大学伯克利机械工程学院“伯克利”下肢外骨骼(BLEEX)的竞争中，萨克斯公司(现已被雷声公司收购)的XOS全身式外骨骼脱颖而出，并针对XOSl在体积、能耗方面的缺陷进行改进，2010年9月推出X0S2第二代外骨骼。X0S2采用加强型设计，比XOSl质量更轻、速度更快、能力更强，耗电量降低50%，可使士兵将90千克重物反复举起几百次，同时还可击穿76.2毫米厚的木板。此外，洛克希德.马丁公司2009年研制出“人体负重外骨骼”(HULC)，它具有液压传动装置以及能够像关节一样弯曲的结构，可以完成直立行进、下蹲和匍匐等动作，使士兵能够背负91千克重物以16千米/小时的速度行进。该系统经过多次改进，目前已推出加固型、后勤改进型(加装抓钩或特制吊钩，可抓起炮弹和重型机械)以及背部安装搬运辅助装置(利用动力吊带使穿戴者可提起68千克重物)等多种变型，其中加固型人体负重外骨骼2011年6月开始进行生物力学测试，成功后还将进行一系列野战行军试验。
[0004]在2011年10月巴黎国际军警保安器材展上，法国某防务公司展出了与法国武器装备总署联合研制的“大力神”(HERCULE)可穿戴式外骨骼，它主要由机械腿(结合有机械装置、计算机和电子装置)和背部支撑架组成，不久还将配装机械臂，以使穿戴者能够轻松背负和搬运重物，增强士兵在战场上的负重能力和持久作战能力。“大力神”可携带100千克重物，配用电池使穿戴者能够以4千米/小时的速度行进约20千米，其独特性在于不采用无线电控制，能够自动探测到肢体运动，随后根据支持意图代替穿戴者执行这一动作，可广泛应用于军事、消防、医疗、建筑和后勤领域。
[0005]现有技术的不足在于:电源可持续性不足；系统复杂，维护困难；电子元件在高湿、多尘、高热等环境下易于出现故障；成本高，维护昂贵；过于笨重。
【发明内容】
[0006]为了克服现有技术的不足，本发明提供一种双模自持式徒步助力装置，主要针对人在山区徒步行走时使用，不依赖电源，能够简便、低成本的减缓使用者疲劳程度。
[0007]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括护板、上节杆、膝副、下节杆、调节撑杆、子杆、踝副、底板、主连杆、加力杆和液压缸。
[0008]所述上节杆的下端和下节杆的上端通过膝副连接，所述下节杆的下端通过调节撑杆连接子杆，子杆下端和底板通过踝副连接；所述上节杆上固连护板和紧固带，紧固带将使用者大腿压紧在护板上；所述的下节杆和调节撑杆通过紧固带绑紧使用者的小腿；所述的底板通过紧固带绑紧使用者的脚部；所述的膝副包括膝副垛芯、膝副活塞杆、膝副回复簧和膝副错孔簧，所述的膝副垛芯固连上节杆的下端，所述的膝副错孔簧固连下节杆的上端，膝副垛芯能够在膝副活塞杆的作用下与膝副错孔簧啮合，也能在膝副活塞杆不作用时被膝副回复簧驱动，脱离膝副错孔簧；两根主连杆的一端相互铰接，另一端分别与上节杆、下节杆铰接，两根加力杆的一端与液压缸的输出端铰接，另一端分别与两根主连杆铰接，构成四连杆机构；所述的子杆通过长度调节机构与调节撑杆连接，并通过长度调节机构改变下节杆、调节撑杆和子杆的总长度；所述的踝副包括踝副垛芯、踝副活塞杆、踝副回复簧和踝副错孔簧，所述的踝副垛芯固连子杆的下端，所述的踝副错孔簧固连底板，踝副垛芯能够在踝副活塞杆的作用下与踝副错孔簧啮合，也能在踝副活塞杆不作用时被踝副回复簧驱动，脱离踝副错孔簧；所述的底板包括前触发器和后触发器，前触发器内安装气囊，后触发器内安装有空心泡，后触发器外壁和空心泡之间填充液体，液体压力用于驱动踝副活塞杆、膝副活塞杆和液压缸，空心泡连通前触发器的气囊。
[0009]所述的膝副垛芯和上节杆的下端通过同轴的错孔簧固连；所述的踝副错孔簧和底板通过不同心调节机构连接，所述的不同心调节机构包括滑块、固定块、弹簧和阻尼片，固定块固连底板，固定块上开有水平方向的槽，滑块与踝副错孔簧固连，可以在槽内滑动，滑块两侧通过弹簧连接固定块，滑块的运动过程会受到弹簧和阻尼片的阻力。
[0010]所述的错孔簧为钢质或轻质合金的矩形金属条，错孔簧两侧向轴线方向交错开槽，且槽底部为圆孔，圆孔的轴线与错孔簧轴线垂直，且圆孔的轴线在槽的中心平面内，错孔簧应用在膝副和踝副中时，错孔簧的两端相向形成环状。
[0011]所述膝副垛芯和上节杆之间的错孔簧的槽内壁和圆孔内部紧贴有金属质的增钢环，确保错孔簧在压缩时的刚度。
[0012]所述的膝副和踝副中，活塞杆通过十字形的叉支推动垛芯；所述的垛芯、叉支、活塞杆、回复簧和错孔簧均安装于圆环形的本体内，回复簧和错孔簧之间安装定位环进行径向定位。
[0013]所述后触发器的周边围绕有若干耐磨凸台；后触发器的空心泡和前触发器的气囊之间通过气体管路连通，且气体管路外侧包裹有耐压管进行保护；所述的气囊通过气嘴进行充气。
[0014]所述调节撑杆和子杆的两侧均开有若干定位孔，长度调节机构的两个齿条在弹簧的作用在穿过调节撑杆和子杆的定位孔固定调节撑杆和子杆的相对位置，齿条上安装有指环。
[0015]所述的主连杆在上节杆上能够沿上节杆轴向滑动，铰接该主连杆的加力杆能够在该主连杆上沿该主连杆轴向滑动。
[0016]所述护板的两侧有卷边防止腿部肌肉应力集中，护板和卷边之间有缺口降低护板的挠曲刚度。
[0017]本发明的有益效果是:
[0018]I)不依赖电源；把局部疲劳进行扩散，降低疲劳密度，实现负载的均衡分布；
[0019]2)利用重力作用提供液力，利用液力增益机构提高助力；
[0020]3)根据人体工程学和关节力学，被动消减下肢负载，降低了成本，提高了可靠性和维护的便利性；
[0021]4)轻便灵活，具有大规模推广使用的社会基础；
[0022]5)系统整体复杂度低，降低了对生产体系和保障体系的要求。
【附图说明】
[0023]图1是本发明双模自持式徒步助力装置的外侧结构图。
[0024]图2是本发明双模自持式徒步助力装置的内侧结构图。
[0025]图3是图1中膝副的内部结构图。
[0026]图4是图1中膝副的内部局部结构图。
[0027]图5是图1中底板的外部结构图。
[0028]图6是图1中底板的内部结构图。
[0029]图7是长度调节机构的结构图。
[0030]图8是踝部不同心调节机构的结构图。
[0031]图9是膝部不同心调节机构的结构图。
[0032]图10是图1中液力增益机构的原理图。
[0033]图11是底板后触发器的型簧结构图。
【具体实施方式】
[0034]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
[0035]本发明提供的助力装置包括护板、上节杆、紧固带、盖板、膝副端盖、下节杆、调节撑杆、踝副、管路、主连杆、加力杆、子杆、底板、液压缸、膝副、弹性体。膝副包括主管、支管、垛芯、叉支、活塞杆、本体、回复簧、错孔簧。踝副的内部结构与膝副类似，不同之处在于:管路无分支、运动相位、活动范围。底板由柔性材料制作，上面安装前后触发器、带扣、耐磨凸台、气液管路、充气接头。
[0036]所述上节杆的下端和下节杆的上端通过膝副连接，所述下节杆的下端通过调节撑杆连接子杆，子杆下端和底板通过踝副连接；所述上节杆上固连护板和紧固带，紧固带将使用者大腿压紧在护板上；所述的下节杆和调节撑杆通过紧固带绑紧使用者的小腿；所述的底板通过紧固带绑紧使用者的脚部；所述的膝副包括膝副垛芯、膝副活塞杆、膝副回复簧和膝副错孔簧，所述的膝副垛芯固连上节杆的下端，所述的膝副错孔簧固连下节杆的上端，膝副垛芯能够在膝副活塞杆的作用下与膝副错孔簧啮合，也能在膝副活塞杆不作用时被膝副回复簧驱动，脱离膝副错孔簧；两根主连杆的一端相互铰接，另一端分别与上节杆、下节杆铰接，两根加力杆的一端与液压缸的输出端铰接，另一端分别与两根主连杆铰接，构成四连杆机构；所述的子杆通过长度调节机构与调节撑杆连接，并通过长度调节机构改变下节杆、调节撑杆和子杆的总长度；所述的踝副包括踝副垛芯、踝副活塞杆、踝副回复簧和踝副错孔簧，所述的踝副垛芯固连子杆的下端，所述的踝副错孔簧固连底板，踝副垛芯能够在踝副活塞杆的作用下与踝副错孔簧啮合，也能在踝副活塞杆不作用时被踝副回复簧驱动，脱离踝副错孔簧；所述的底板包括前触发器和后触发器，前触发器内安装气囊，后触发器内安装有空心泡，后触发器外壁和空心泡之间填充液体，用于驱动踝副活塞杆、膝副活塞杆和液压缸，空心泡连通前触发器的气囊。
[0037]本装置由紧固带固定于人的下肢侧方，护板靠紧人的大腿后侧，当下肢弯曲时，大腿施力于护板，由于护板与大腿的接触面积很大，所以不会引起体感的不适性。底板的触发器一方面用于触发膝副和踝副的错孔簧，另一方面用于利用重力作用产生液力，用增益机构对液力进行增益后产生的扩张助力，用于克服人体重力起升负载，降低下肢的肌肉应力水平，从而可以减少糖原的无氧分解，进而减少乳酸的产生，这样就减缓了下肢疲劳，因为乳酸是疲劳感的诱因。
[0038]当膝部的错孔簧在液力作用下被激活后，下肢在人体重力负载下可控弯曲，由于错孔簧的巨大刚度，人