一种多功能的灵活外骨骼装置的制作方法

本发明涉及外骨骼，具体涉及一种多功能的灵活外骨骼装置。

背景技术：

1、外骨骼是一种可穿戴人体辅助设备，用来提高人体活动、操作等能力，在军事运用、工业生产、医疗康复、助老助残及健身运动等领域都有着广阔的应用前景。现有的无源或有源外骨骼系统的关节机构其结构随动性、关节灵活性及运动中人体贴合度较差。

2、授权公告号为cn107374907b的发明专利公开了一种穿戴式上肢外骨骼康复装置，包括：固定背板，作为基座；驱动模块，通过鲍登线将扭力传递至各个关节绞盘；肘关节外骨骼模块，用于上臂与外骨骼的耦合康复运动、肘部的康复训练、前臂与外骨骼的耦合康复运动；关节机械硬限位装置，对前臂连杆与上臂连杆进行机械硬限位保护；三向可调适应模块，通过调节肩内收外展关节绞盘的位置以适应不同体型的患者；肩关节模块，实现肩部内收外展自由度的康复训练、肩部前屈后伸自由度的康复训练。但是该穿戴式上肢外骨骼康复装置仅能实现肩关节的屈曲和伸展以及手臂关节的屈曲和伸展，灵活性较差。

技术实现思路

1、本发明的目的就是针对现有技术的缺陷，提供一种多功能的灵活外骨骼装置。

2、本发明提供一种多功能的灵活外骨骼装置，包括小臂肢架、大臂肢架、上肢带肢架、脊柱外骨骼；

3、所述上肢带肢架包括肩肢架、横向肩胛骨、纵向肩胛骨；

4、所述肩肢架包括第一肩节叉和第二肩节叉，所述第一肩节叉的第一端与大臂肢架的一端轴向转动连接，用于实现手臂内旋和外旋；

5、所述第一肩节叉的第二端与第二肩节叉的第一端转动连接，所述第一肩节叉的第二端的转轴与第二肩节叉的第一端的转轴相互垂直，用于实现肩关节沿矢状轴外展和内收以及沿垂直轴水平内收和水平外展；

6、所述纵向肩胛骨沿矢状轴布置，所述第二肩节叉的第二端与纵向肩胛骨沿冠状轴转动连接，用于实现肩关节沿冠状轴屈曲、伸展和环转；

7、所述横向肩胛骨上设置有可沿冠状轴方向滑动的肩滑块，所述横向肩胛骨的一端通过肩滑块与纵向肩胛骨沿矢状轴转动连接，所述横向肩胛骨的另一端与脊柱外骨骼沿矢状轴转动连接，用于实现肩带关节在矢状面上提和下拉并且纵向肩胛骨可随肩膀一起转动；

8、所述小臂肢架与大臂肢架沿冠状轴转动连接。

9、进一步地，所述小臂肢架通过肘肢架与大臂肢架转动连接，所述小臂肢架包括小臂主肢架和小臂副肢架，所述小臂主肢架和小臂副肢架滑动连接，用于调节小臂肢架的长度，所述大臂肢架包括大臂主肢架和大臂副肢架，所述大臂主肢架和大臂副肢架滑动连接，用于调节大臂肢架的长度，所述肘肢架包括肘节叉和肘连接板，所述肘节叉和肘连接板沿冠状轴转动连接，所述肘节叉与大臂主肢架滑动连接，所述肘连接板与小臂主肢架滑动连接。

10、进一步地，所述小臂肢架远离大臂肢架一端设置有腕肢架，所述腕肢架包括腕环以及腕滑块，所述腕滑块与腕环滑动连接，所述腕滑块用于实现腕关节的回旋，所述腕滑块远离腕环一端设置有腕限位轴套，所述腕限位轴套的第一端与腕滑块转动连接，用于实现腕关节的侧屈，所述腕限位轴套的第二端设置有手连接轴杆，所述手连接轴杆与腕限位轴套转动连接，用于实现腕关节的屈曲和伸展。

11、进一步地，所述手连接轴杆上设置有五个掌限位轴套，所述掌限位轴套的第一端与手连接轴杆转动连接，用于实现掌骨的屈曲和伸展；五个掌限位轴套中，四个相邻的掌限位轴套的第二端转动设置有掌杆，用于实现掌骨的外展和内收，剩余的一个掌限位轴套的第二端设置有拇指肢架，所述掌杆远离掌限位轴套的一端通过指限位轴套连接有指肢架，所述指肢架包括依次连接的第一指关节、第二指关节以及指套，所述指限位轴套用于实现第一指关节的外展、内收、屈曲、伸展，所述第一指关节和第二指关节转动连接，所述第二指关节和指套转动连接，以实现各个指关节的屈曲、伸展。

12、进一步地，所述脊柱外骨骼包括腰椎肢架、胸椎肢架、颈椎肢架，所述胸椎肢架包括两个胸椎连接板，两个所述胸椎连接板分别与腰椎肢架、颈椎肢架沿垂直轴转动连接，两个胸椎连接板之间通过两个对称的可伸缩的胸椎杆连接，所述胸椎杆上设置有胸椎限位轴套，所述胸椎限位轴套的一端与横向肩胛骨沿矢状轴转动连接，所述胸椎限位轴套的另一端与胸椎杆转动连接，用于实现肩带关节沿垂直轴前引和后缩。

13、进一步地，所述颈椎肢架包括颈椎限位轴套、颈椎链板，所述颈椎链板至少设置一个，相邻颈椎链板之间，所述颈椎链板包括颈椎内链板、颈椎外链板；所述颈椎限位轴套的上端设置有头部连接板，所述头部连接板用于将颈椎肢架与头部连接；所述头部连接板与颈椎限位轴套的第一端沿矢状轴转动连接，用于实现头部的侧倾；所述颈椎限位轴套的第二端与颈椎内链板的第一端沿冠状轴和垂直轴转动连接，用于实现头部的俯仰和回旋；所述颈椎内链板和颈椎外链板滑动转动连接，用于实现颈关节的屈曲和伸展；所述颈椎外链板远离颈椎内链板一端与胸椎肢架沿矢状轴和垂直轴转动连接，用于实现颈关节的侧屈以及回旋。

14、进一步地，所述颈椎内链板上设置颈椎转轴，所述颈椎外链板的两侧设置滑槽和链板加厚部，所述链板加厚部的厚度大于颈椎外链板两侧其他部分的厚度，所述颈椎转轴的两端分别伸出滑槽并与滑槽滑动转动连接，所述颈椎转轴的两端设置颈椎限位盘，所述颈椎限位盘上开设限位孔，所述颈椎限位盘仅与链板加厚部贴合，所述链板加厚部沿滑槽长度方向开设限位孔，所述颈椎限位盘的限位孔用于限制颈椎转轴的转动范围，所述链板加厚部的限位孔用于限制颈椎转轴的滑动范围。

15、进一步地，所述腰椎肢架的上端与胸椎肢架的胸椎连接板沿矢状轴和垂直轴转动连接，用于实现胸椎的回旋和胸椎的矢状轴侧屈，所述腰椎肢架的下端设置有下肢带肢架，所述下肢带肢架与腰椎肢架的下端沿矢状轴和垂直轴转动连接，用于实现腰椎的冠状轴回旋和脊椎的冠状轴侧屈；所述腰椎肢架包括腰椎上端转动肢架、腰椎下端转动肢架以及多个腰椎中间肢架，所述腰椎中间肢架与腰椎上端转动肢架沿冠状轴转动连接，所述腰椎中间肢架与腰椎下端转动肢架沿冠状轴转动连接，相邻两个腰椎中间肢架滑动转动连接并且沿冠状轴转动连接，用于实现腰椎沿冠状轴的屈曲和伸展并供伸缩余量。

16、进一步地，所述下肢带肢架包括髋肢架、横向髂骨、纵向髂骨；所述髋肢架连接有大腿肢架和小腿肢架；

17、所述髋肢架包括第一腿节叉和第二腿节叉，所述第一腿节叉的第一端与大腿肢架的一端轴向转动连接，用于实现大腿沿垂直轴内旋和外旋；

18、所述第一腿节叉的第二端与第二腿节叉的第一端转动连接，所述第一腿节叉的第二端的转轴与第二腿节叉的第一端的转轴相互垂直，用于实现髋关节沿矢状轴的外展和内收以及沿冠状轴的屈曲和伸展；

19、所述纵向髂骨沿矢状轴布置，所述第二腿节叉的第二端与纵向髂骨轴向转动连接，用于实现髋关节沿矢状轴的水平外展和水平内收以及沿垂直轴的内旋、外旋、环转。

20、所述横向髂骨上设置有可沿冠状轴方向滑动的髋滑块，所述横向髂骨的一端通过髋滑块与纵向髂骨沿矢状轴转动连接，用于实现髋部的上提和下降；所述横向髂骨的另一端与腰椎肢架的下端沿垂直轴转动连接；

21、所述小腿肢架与大腿肢架沿冠状轴转动连接。

22、进一步地，所述小腿肢架的下端连接有脚部肢架，所述脚部肢架包括踝肢架和脚板肢架；

23、所述踝肢架包括踝连接轴套和踝转动轴套，所述踝转动轴套与小腿肢架滑动连接，所述踝转动轴套与踝连接轴套的上端沿垂直轴和矢状轴转动连接，用于实现小腿的内旋、外旋以及踝关节的内翻、外翻；所述踝连接轴套的下端与脚板肢架沿冠状轴转动连接，用于实现踝关节沿冠状轴的屈曲和伸展；

24、所述脚板肢架包括前脚掌肢架、后脚掌肢架、脚尖肢架，所述后脚掌肢架与踝肢架连接，所述前脚掌肢架和后脚掌肢架沿矢状轴转动连接，用于实现脚掌的侧倾；所述脚尖肢架与前脚掌肢架沿冠状轴转动连接，用于实现脚尖的屈曲和伸展。

25、本发明的有益效果为：

26、1、本发明通过设置肩肢架、横向肩胛骨、纵向肩胛骨，实现了肩带关节在矢状面上提和下拉并且纵向肩胛骨可随肩膀一起转动，使得上肢带肢架更为贴合人体，且小臂肢架、大臂肢架、腕肢架、手肢架的重量也不会完全压在肩关节上。

27、2、本发明通过设置第一肩节叉和第二肩节叉可实现手臂内旋和外旋以及肩关节沿矢状轴外展和内收、沿垂直轴水平内收和水平外展。

28、3、本发明的腕肢架可实现腕关节的回旋以及腕关节的屈曲和伸展。

29、4、本发明的手肢架可实现掌骨的屈曲、伸展、外展和内收以及各个指关节的屈曲和伸展。

30、5、本发明的脊柱外骨骼包括腰椎肢架、胸椎肢架、颈椎肢架，胸椎肢架可实现肩带关节沿垂直轴前引和后缩、胸椎的回旋和胸椎的矢状轴侧屈；颈椎肢架不仅可以实现头部的侧倾、头部的俯仰、颈关节的侧屈、颈关节的回旋、颈关节的屈曲、颈关节的伸展，还能实现斜前方的俯头和斜后方的仰头动作；腰椎肢架可实现腰椎的冠状轴回旋和脊椎的冠状轴侧屈，以及腰椎沿冠状轴的屈曲和伸展并供伸缩余量。

31、6、本发明的下肢带肢架可实现大腿沿垂直轴内旋和外旋、髋关节沿矢状轴的外展和内收以及沿垂直轴的内旋、外旋、环转，以及腿部沿垂直轴的转动以及髋部的上提和下降。

32、7、本发明的踝肢架可实现小腿的内旋、外旋、踝管节的内翻、外翻以及踝关节沿冠状轴的屈曲和伸展。

33、8、本发明可根据个人关节灵活度及使用需求限制动作范围和固定动作角度，减少在各种复杂使用环境中产生关节、肌肉、韧带、骨骼等扭伤、拉伤、骨折等损伤情况，满足穿戴者的各项使用需求，同时也可达到医疗外骨骼的相同效果。

34、9、本发明结构紧凑、便于拆卸、运动灵活度高，人体全身的关节均对应有辅助结构，可通过使用弹力带、弹簧、弹力绳等对穿戴者提供助力，同时也可进行抗阻力训练。