腿部支撑装置及外骨骼下肢的制作方法

本实用新型属于机械技术领域，具体地来说，是一种腿部支撑装置及外骨骼下肢。

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。

现有的外骨骼机器人采用多关节的机构形式，即具有完整的上肢关节或下肢关节，以模仿人体的结构形态。以下肢为例，多关节外骨骼具有完整的髋关节、膝关节与踝关节，一一连接后布设于人体腿部的外侧，用以提供支撑助力。

在这种设计方式下，膝关节多结构繁复，导致自重过大，运动灵活性较低；运动约束众多，导致协调性难以保证。此外，由于结构固定，现有的膝关节无法完全贴合不同体形用户的体态要求，穿戴效果欠佳且适应性较差，用户难以获得可靠的结构支撑。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本实用新型提供了一种腿部支撑装置及外骨骼下肢，以精简的结构实现自适应调节，可贴合地穿戴于不同体形用户的大腿上，提供可靠的结构支撑。

本实用新型的目的通过以下技术方案来实现：

一种腿部支撑装置，具有：

腿撑，所述腿撑具有用于贴合地支撑于用户大腿的支承面，所述腿撑远离所述用户大腿的一侧具有第一运动部；

腿撑支架，所述腿撑支架具有一体连接的上连接端与第二运动部，所述上连接端用于与用户的躯体和/或外部设备连接，所述第一运动部可直线运动地保持于所述第二运动部上，所述直线运动方向沿所述用户的宽度方向。

作为上述技术方案的改进，所述第一运动部具有相互连接的结构连接部与滑动件，所述结构连接部与所述腿撑一体连接，所述滑动件可直线运动地保持于所述第二运动部上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滑动件具有滑套或线性轴承，所述第二运动部具有线性滑轨，所述滑套或所述线性轴承可直线运动地保持于所述线性滑轨上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述滑动件具有丝杠螺母，所述第二运动部具有丝杠，所述丝杠可螺旋旋转地保持于所述丝杠螺母上，所述丝杠螺母与所述结构连接部固定连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第二运动部上分设第一限位部与第二限位部，所述第一运动部可直线运动地保持于所述第一限位部与所述第二限位部之间。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一运动部于所述第二运动部直线运动的有效行程不大于10mm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述腿撑具有拱形结构，所述拱形结构的内表面为所述支承面，所述拱形结构的外表面上具有所述第一运动部。

作为上述技术方案的进一步改进，所述上连接端与所述第二运动部垂直布置，所述第二运动部沿水平方向布置。

一种外骨骼下肢，具有髋部安装部与以上任一项所述的腿部支撑装置，所述髋部安装部用于穿戴于用户的髋部，并与所述上连接端连接，所述第二运动部位于所述上连接端接近所述用户的大腿内侧的一侧。

作为上述技术方案的改进，所述髋部安装部具有安装基体及缠绕于所述安装基体上的腰带，所述安装基体与所述上连接端连接，所述腰带用于缠绕于所述用户的髋部。

本实用新型的有益效果是：

具有腿撑与腿撑支架，腿撑用于贴合地包覆于用户的大腿而提供良好支撑，腿撑可直线运动地保持于腿撑支架上，腿撑支架用于与用户的躯体连接并提供可供腿撑滑动的第二运动部，使腿撑可于腿撑支架上滑动调节位置，以取得与当前用户的大腿完全妥帖的穿戴位置，提供全面完整的可靠支撑，且不会对用户造成运动阻碍，具有结构精简、自适应性强、运动灵活性高等优点。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本实用新型实施例1提供的腿部支撑装置的第一示意图；

图2是本实用新型实施例1提供的腿部支撑装置的第二示意图；

图3是本实用新型实施例1提供的腿部支撑装置的第三示意图；

图4是本实用新型实施例1提供的外骨骼下肢的结构示意图。

主要元件符号说明：

1000-外骨骼下肢，0100-腿部支撑装置，0110-腿撑，0111-支承面，0112-第一运动部，0112a-结构连接部，0112b-滑动件，0120-腿撑支架，0121-上连接端，0122-第二运动部，0122a-第一限位部，0122b-第二限位部，0200-髋部安装部，0210-安装基体，0220-腰带，0230-髋部软衬。

具体实施方式

为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对腿部支撑装置及外骨骼下肢进行更全面的描述。附图中给出了腿部支撑装置及外骨骼下肢的优选实施例。但是，腿部支撑装置及外骨骼下肢可以通过许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对腿部支撑装置及外骨骼下肢的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。相反，当元件被称作“直接在”另一元件“上”时，不存在中间元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在腿部支撑装置及外骨骼下肢的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例1

请结合参阅图1～3，腿部支撑装置0100具有腿撑0110与腿撑支架0120，用于对用户的大腿提供助力支撑，并提供灵活调节的自适应能力。其中，腿撑0110用于支撑用户的大腿，腿撑支架0120用于连接用户的躯干或外部设备，腿撑0110与腿撑支架0120之间具有相对运动而可自行调节。腿部支撑装置0100的主要构造举其要者详述如下。

腿部支撑装置0100所具有的腿撑0110用于直接穿戴于用户的大腿上，以对用户大腿提供良好的包覆与支撑。腿撑0110可采用各类穿戴结构，如全包围式、半包围式等。

在各类穿戴结构中，腿撑0110至少具有用于贴合地支撑于用户大腿的支承面0111。例如，在全包围式结构中，腿撑0110具有首尾相接的环形结构，支承面0111为环形结构的内表面；在半包围式结构中，腿撑0110具有开放式包围结构，支承面0111为非闭合表面。

在一个示范性的实施例中，腿撑0110具有拱形结构，拱形结构的内表面为支承面0111，外表面具有第一运动部0112，用于与腿撑支架0120连接。拱形结构下，腿撑0110具有足够的接触面积与调节空间，可沿多个方向而使支承面0111调节至与大腿妥帖贴合的位置，用户具有更为舒适且方便的穿戴效果。

进一步，拱形结构的拱顶沿竖直方向布置，使腿撑0110可水平地移动而接近或远离用户的大腿。支承面0111可采用多种材料制成，在一个示范性的实施例中，支承面0111具有柔软或弹性性状，可由弹性材料如硅胶、橡胶、弹性塑料等，或柔软材料如海绵、软垫等制成，具有优良的缓冲承载能力与舒适的穿戴体验。

腿撑0110具有灵活的调节能力，以解决不同用户的腿部尺寸差异，提供贴合的穿戴支撑，从而保证腿部支撑装置0100对大腿的支撑作用可靠。腿撑0110的调节能力通过直线运动方式而实现，具有运动简洁性与可靠性。

亦即，腿撑0110远离用户膝盖的一侧具有第一运动部0112，第一运动部0112可直线运动地保持于腿撑支架0120上，以此实现腿撑0110与腿撑支架0120之间的相对运动。其中，直线运动的实现方式多种多样，常见地包括滑轨与滑块连接、丝杠与丝杠螺母传动、伸缩缸、电动推杆、电缸等类型。

同时，依实际需要，直线运动的驱动方式可采手动或自动形式。于手动驱动方式下，腿撑0110的直线运动以手动施加驱动力；于自动驱动方式下，腿撑0110的直线运动动力可源自电机、液压马达、气动/液动缸等。

优选地，第一运动部0112具有相互连接的结构连接部0112a与滑动件0112b，结构连接部0112a与腿撑0110一体连接，滑动件0112b可直线运动地保持于第二运动部0122上。

具体地，结构连接部0112a具有足够的结构强度，用于连接腿撑0110与滑动件0112b，从而于后二者之间传递运动与动力。在一个示范性的实施例中，结构连接部0112a为自腿撑0110远离用户大腿的一侧向外延伸而成的凸台，凸台上设置用于容纳滑动件0112b的通孔或槽体。滑动件0112b套设于结构连接部0112a上，滑动件0112b、结构连接部0112a与腿撑0110具有同步的直线运动。

腿部支撑装置0100所具有的腿撑支架0120用于与用户的躯体和/或外部设备连接，腿撑支架0120具有一体连接的上连接端0121与第二运动部0122，上连接端0121用于与用户的躯体和/或外部设备连接，第一运动部0112可直线运动地保持于第二运动部0122上，其直线运动方向沿用户的宽度方向。其中，用户的宽度方向，是指用户的左右侧躯体之间的连线方向。

其中，上连接端0121可采用多种结构形式，包括杆件、板件或其他结构件形式，用于在用户的躯体或外部设备与腿撑0110之间实现力的传递，从而对用户起到助力支撑作用。

在一个示范性的实施例中，上连接端0121采用刚性杆结构，具有足够的刚强度、抗变形能力与力传递灵敏度。在另一个实施例中，上连接端0121尚可具有弹性变形能力，可沿切向微弹变形而增强上连接端0121与用户躯体或外部设备之间的紧密作用。

类似地，第二运动部0122亦可采用杆件、板件或其他结构件形式。同时，由于第二运动部0122与第一运动部0112存在运动配合，其实现形式与具体的运动实现方式尚具有较为密切的连续，其具体情况见后所述。

优选地，上连接端0121与第二运动部0122垂直布置，第二运动部0122沿水平方向布置。具体地，上连接端0121于铅垂面内布置，与第二运动部0122具有直角关系，使上连接端0121可设于用户的大腿内侧或外侧。

在一个示范性的实施例中，上连接端0121沿铅垂方向布置，并设于用户的大腿外侧，其穿戴方便而结构可靠，且上连接端0121与腿撑0110之间的距离即为用户的腿膝之间的宽度，直接调节即可使上连接端0121紧靠于大腿的同时腿撑0110紧靠于用户的膝盖。

如前所述，第一运动部0112可直线运动地保持于第二运动部0122上，直线运动的实现方式具有多种可能。以下仅列举较为常见的结构形式，未述及的本领域技术人员所公知的实现方式，亦属于本实用新型的保护范围。

在一个示范性的实施例中，滑动件0112b具有滑套或线性轴承，第二运动部0122具有线性滑轨，滑套或线性轴承可直线运动地保持于线性滑轨上，属于滑动或滚动方式。

具体地，滑套或线性轴承套设于结构连接件上。滑套内设通孔，而可套设于第二运动部0122的线性滑轨上，滑套滑动地保持于线性滑轨上。线性轴承是用于直线运动的球轴承或滑动轴承，与第二运动部0122的线性滑轨具有滚动或滑动接触而相对直线运动。

在另一个实施例中，滑动件0112b具有丝杠螺母，第二运动部0122具有丝杠，丝杠可螺旋旋转地保持于丝杠螺母上，丝杠螺母与结构连接部0112a固定连接。

具体地，丝杠螺母内设螺旋槽(并可设有滚珠)，丝杠外设螺旋槽，丝杠螺母套设于丝杠上并具有相对的螺旋旋转。由于丝杠螺母受到腿撑0110的限制而丧失旋转自由度，当丝杠旋转时，丝杠螺母受其作用而驱动腿撑0110直线运动，从而实现地第一运动部0112与第二运动部0122之间的相对直线运动。

优选地，第二运动部0122上分设第一限位部0122a与第二限位部0122b，第一运动部0112可直线运动地保持于第一限位部0122a与第二限位部0122b之间。

具体地，第一限位部0122a与第二限位部0122b突出于第二运动部0122的表面，当第一运动部0112直线运动而接触第一限位部0122a或第二限位部0122b时，第一运动部0112受阻于后二者之一而停止运动，避免发生第一运动部0112的过冲或脱出。

在一个示范性的实施例中，进一步优选，第一运动部0112于第二运动部0122直线运动的有效行程不大于10mm。所谓有效行程，是指第一运动部0112单向运动时所可经过的最大距离。

请结合参阅图4，在此一并介绍一种外骨骼下肢1000，用于穿戴于用户的下半身而实现对下肢的助力。其具有髋部安装部0200与以上所述的腿部支撑装置0100，髋部安装部0200用于穿戴于用户的髋部，并与上连接端0121连接，第二运动部0122位于上连接端0121接近用户的大腿内侧的一侧。换言之，上连接端0121设于用户的大腿外侧，腿撑0110自用户的膝盖前方而压紧于用户的膝盖上。

优选地，髋部安装部0200具有安装基体0210及缠绕于安装基体0210上的腰带0220，安装基体0210与上连接端0121连接，腰带0220用于缠绕于用户的髋部。

具体地，安装基体0210为刚体，具有足够的刚强度，是髋部安装部0200用于承载的主要基体部。腰带0220穿过安装基体0210，并缠绕于用户的髋部。于腰带0220的收放过程中，上连接端0121的位置相应有所变化，带动腿撑0110进一步与用户的大腿贴合。

进一步优选，安装基体0210上还具有髋部软衬0230。髋部软衬0230采用柔软材料或弹性材料制成，用于紧贴于用户的腰部或臀部，增大髋部安装部0200与用户躯体的连接面积，起到加强连接、减震缓冲的作用，并使用户穿戴更为舒适柔软。

在这里示出和描述的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制，因此，示例性实施例的其他示例可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型的保护范围应以所附权利要求为准。