一种带调节功能的外骨骼关节、外骨骼及其装配方法与流程

1.本发明涉及外骨骼技术领域，特别涉及一种带调节功能的外骨骼关节、外骨骼及其装配方法。


背景技术：

2.可穿戴助力机器人，可以协助人类大负重行走或者长距离徒步行走。是一种能够帮助人们扩展下肢运动能力的助力装置。助力机器人为人类的行走提供动力辅助，增强人类行走的速度和能力，特别能缓解人在大的负重和长时间行走情况下极易出现的疲劳感，很大程度上扩大了人类的负载下的运动范围，能够增强个人在完成某些特定任务时的能力。
3.这种被动式可穿戴的外骨骼一般由髋关节机构，大腿连杆，小腿连杆，足踝连杆结构组成，这些连杆之间需要对接结构进行连接和调节，以适应不同身高，胖瘦不同的人体模型进行高度方向、宽度方向的外骨骼形体调整，使之与可穿戴人达到符合人体工程学匹配，从而发挥整体外骨骼功能；在人体适配调节过程中，包括宽度方向、高度方向的调整。
4.目前实现这种可调节功能，较多是通过套筒式结构，圆柱型套筒，矩形套筒等，即小套筒装入大套筒，采用插销插入大、小套筒进行限位，实现伸缩式调节。然而，现有的长度调节装置调节繁琐，穿戴起来非常不便。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的问题，本发明的第一目的在于提供一种具有调节杆件长度功能的外骨骼关节。
6.本发明的第二目的在于提供一种包括上述外骨骼关节的外骨骼。
7.本发明的第三目的在于提供一种上述外骨骼的装配方法。
8.为实现上述目的，本发明提供一种带调节功能的外骨骼关节，所述外骨骼关节包括关节主体和锁定结构，所述关节主体内设置有用于插装外骨骼杆件的杆件容腔，所述杆件容腔的大小与外骨骼杆件相配，所述锁定结构设置在所述关节主体上，通过第一定位单元和第二定位单元对所述锁定结构沿第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向进行定位；其中，所述锁定结构包括操作键、弹性元件和锁舌结构，在锁定结构解锁时所述锁舌结构在所述操作键的挤压作用下合拢同时压缩所述弹性元件，能够自由调节插入所述杆件容腔的外骨骼杆件的长度；在锁定结构锁定时所述锁舌结构在所述弹性元件作用下分开并将所述杆件容腔中外骨骼杆件位置锁定。
9.进一步，所述弹性元件为弹簧，所述操作键包括第一键和第二键，所述第一键设置有第一杆部，所述第二键设置有第二杆部，所述第一键和所述第二键相对设置，将所述第一杆部和所述第二杆部对向穿入所述弹簧的两端将所述弹簧定位。
10.进一步，所述锁舌结构包括第一锁舌和第二锁舌，所述第一锁舌包括第一锁销和第一支撑部，所述第二锁舌包括第二锁销和第二支撑部，所述第一锁舌和所述第二锁舌相
对设置，所述第一锁销和所述第二锁销伸入所述关节容腔中，所述第一支撑部和所述第二支撑部配合将所述弹性元件夹持在二者之间，通过所述操作键控制所述第一锁舌和所述第二锁舌之间的间隔，进而通过所述第一支撑部和所述第二支撑部间隔控制所述弹性元件压缩或回复以及所述第一锁销和所述第二锁销间隔控制所述锁定结构解锁或锁定。
11.进一步，所述第一定位单元包括设置在所述关节主体上的第一磁性元件组和锁定结构上的第二磁性元件组，通过所述第一磁性元件组和所述第二磁性元件组吸合将所述锁定结构沿所述第一方向定位在所述关节主体上。
12.进一步，所述第二定位单元包括设置在关节主体上的第一卡勾和所述锁定结构上的第二卡勾，通过所述第一卡勾和所述第二卡勾卡接将所述锁定结构沿所述第二方向定位在所述关节主体上。
13.进一步，所述锁定结构还包括外壳，所述外壳包括上壳体和下壳体，所述上壳体上设置有第一卡勾以及第二磁性元件组，所述下壳体上设置有对所述锁舌结构的运动方向进行导向的导向结构，所述上壳体和所述下壳体扣合将所述锁定结构固定在所述外壳内。
14.进一步，所述外骨骼关节为腰关节、髋关节、膝关节和/或踝关节。
15.本发明第二方面提供一种可调节外骨骼，包括髋部助力机构、膝部助力机构、踝部助力机构和足托，所述髋部助力机构与所述通过大腿杆与所述膝部助力机构相连，所述膝部助力机构通过小腿杆与所述踝部助力机构相连，所述踝部助力机构与所述足托相连；其中，所述髋部助力机构包括髋关节和腰关节，所述膝部助力机构包括膝关节，所述踝部助力机构包括踝关节，所述腰关节、所述髋关节、所述膝关节和所述踝关节至少之一为如权利要求1
‑
6任一项所述的外骨骼关节。
16.进一步，所述大腿杆和所述小腿杆上设置有与所述外骨骼关节的锁定结构配合锁定的锁孔。
17.本发明第三方面提供一种第二方面所述外骨骼的装配方法，其特征在于，所述腰关节、所述髋关节和所述踝关节为第一方面所述的外骨骼关节，该装配方法包括：
18.配置所述髋部助力机构、膝部助力机构、踝部助力机构和足托；
19.触发所述腰关节的锁定结构解锁并插入腰杆；
20.在调节所述腰杆插入所述腰关节的第一杆件容腔长度到达预设长度时触发所述腰关节的锁定结构锁定，以将所述腰杆按照预设长度固定在所述第一杆件容腔中；
21.触发所述髋关节的锁定结构解锁并插入大腿杆；
22.在调节所述大腿杆插入所述髋关节的第二杆件容腔长度到达预设长度时触发所述髋关节的锁定结构锁定，以将所述大腿杆按照预设长度固定在所述第二杆件容腔中；
23.触发所述踝关节的锁定结构解锁并插入小腿杆；
24.在调节所述小腿杆插入所述踝关节的第三杆件容腔长度到达预设长度时触发所述踝关节的锁定结构锁定，以将所述小腿杆按照预设长度固定在所述第三杆件容腔中。
25.本发明外骨骼关节带有调节功能与不同杆件配合可以实现杆件伸缩调整，调整方式简便可靠，提升了穿戴者穿戴外骨骼的用户体验。
26.应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
28.图1为本发明一实施例的外骨骼关节的结构示意图；
29.图2
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图3为本发明一实施例的锁定结构的结构示意图；
30.图4为本发明一实施例的锁定结构处于锁定时的结构示意图；
31.图5为本发明一实施例的锁定结构处于解锁时的结构示意图；
32.图6为本发明一实施例的关节主体的结构示意图；
33.图7
‑
图8为本发明一实施例的关节主体与锁定结构装配的示意图；
34.图9为本发一实施例的外骨骼的结构示意图。
具体实施方式
35.现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。
36.在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接，可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
37.全文中描述使用的术语“顶部”、“底部”、“在
……
上方”、“下”和“在
……
上”、“左右方向”、“上下方向”是相对于装置的部件的相对位置，例如装置内部的顶部和底部衬底的相对位置。可以理解的是装置是多功能的，与它们在空间中的方位无关。
38.术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含所指示的技术特征的数量。由此，限定的“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
39.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
40.如图1所示，本发明带调节功能的外骨骼关节，所述外骨骼关节包括关节主体1和锁定结构2，所述关节主体1内设置有用于插装外骨骼杆件3的杆件容腔，所述杆件容腔的大小与外骨骼杆件3相配，所述锁定结构2设置在所述关节主体1上，通过第一定位单元和第二定位单元对所述锁定结构2沿第一方向和与所述第一方向垂直的第二方向进行定位；其中，在锁定结构2解锁时锁舌结构合拢同时压缩弹性元件，能够自由调节插入所述杆件容腔的外骨骼杆件3的长度；在锁定结构2锁定时锁舌结构在弹性元件作用下分开并将所述杆件容腔中外骨骼杆件3位置锁定。
41.如图2和3所示，所述锁定结构2包括外壳、操作键、弹性元件和锁舌结构，所述弹性元件23可以为弹簧，所述操作键包括第一键21和第二键22，所述第一键21设置有第一杆部
211，所述第二键22设置有第二杆部221，所述第一键21和所述第二键22相对设置，将所述第一杆部211和所述第二杆部221对向穿入所述弹簧的两端将所述弹簧定位。
42.所述锁舌结构包括第一锁舌24和第二锁舌25，所述第一锁舌24包括第一锁销241和第一支撑部242，所述第二锁舌25包括第二锁销251和第二支撑部252，所述第一锁舌24和所述第二锁舌25相对设置，所述第一锁销241和所述第二锁销251伸入所述关节容腔中，所述第一支撑部242和所述第二支撑部252配合将所述弹性元件23夹持在二者之间，通过所述操作键控制所述第一锁舌24和所述第二锁舌25之间的间隔，进而通过所述第一支撑部242和所述第二支撑部252间隔控制所述弹性元件23压缩或回复以及所述第一锁销241和所述第二锁销251间隔控制所述锁定结构2解锁或锁定。其中，第一杆部211和第二杆部221分别从侧面穿入第一支撑部242和第二支撑部252，并穿入弹簧将其位置锁定，防止弹簧因弹性作用力位置活动，影响锁舌结构的正常解锁或锁定。在锁定结构2处于锁定状态时第一锁舌24和第二锁舌25分开且间距最大，参见图4所示。在锁定结构2处于解锁状态时第一锁舌24和第二锁舌25合拢，参见图5所示。
43.所述锁定结构2包括外壳，所述外壳包括上壳体26和下壳体27，所述上壳体26上设置有第二卡勾261以及第二磁性元件组，所述下壳体27上设置有对所述锁舌结构的运动方向进行导向的导向结构271，所述上壳体26和所述下壳体27扣合将所述锁定结构2固定在所述外壳内。具体来说，第二卡勾261位于上壳体的尾部，第二磁性元件组包括在上壳体四角处设置的四个磁性元件262，导向结构271为条形长孔。需要说明的是，第二磁性元件组中磁性元件的数量可以根据需要进行调整，本发明并不以此为限制。
44.如图6所示，所述第一定位单元包括设置在所述关节主体1上的第一磁性元件组和锁定结构2上的第二磁性元件组，第一磁性元件组包括在关节主体上设置的四个磁性元件11，四个磁性元件11的位置与磁性元件262的位置相对应，通过所述第一磁性元件组和所述第二磁性元件组吸合将所述锁定结构2沿所述第一方向定位在所述关节主体1上，可以防止锁定结构2从关节主体1上掉落。所述第二定位单元包括设置在关节主体1上的第一卡勾12和所述锁定结构2上的第二卡勾261，通过所述第一卡勾12和所述第二卡勾261卡接将所述锁定结构2沿所述第二方向定位在所述关节主体1上，可以防止锁定结构2沿关节主体1滑动。通过两个方向的固定，可以将锁定结构2稳固安装在关节主体1上，避免锁定结构2从关节主体1上脱落导致锁定解锁失效。
45.如图7和图8所示，装配外骨骼关节时，先将外骨骼杆件3插入杆件容腔16中，然后将锁定结构2沿箭头方向移动，触发操作键使锁舌结构聚拢，向下放置在关节主体1，通过第一定位单元和第二定位单元将关节主体1和锁定结构2固定，调节外骨骼杆件3伸入杆件容腔16中的长度后，松开操作键使锁舌结构分开，将锁舌结构与外骨骼杆件3的锁孔31配合将杆件容腔16中外骨骼杆件3的位置锁定，如此完成外骨骼杆件3的长度调节。本发明的调节方式简便，便于使用者快速操作。
46.本发明还提供一种上述外骨骼的装配方法，所述腰关节、所述髋关节和所述踝关节为上述实施例的外骨骼关节，该装配方法包括：
47.配置所述髋部助力机构、膝部助力机构、踝部助力机构和足托；
48.触发所述腰关节的锁定结构解锁并插入腰杆；
49.在调节所述腰杆插入所述腰关节的第一杆件容腔长度到达预设长度时触发所述
腰关节的锁定结构锁定，以将所述腰杆按照预设长度固定在所述第一杆件容腔中；
50.触发所述髋关节的锁定结构解锁并插入大腿杆；
51.在调节所述大腿杆插入所述髋关节的第二杆件容腔长度到达预设长度时触发所述髋关节的锁定结构锁定，以将所述大腿杆按照预设长度固定在所述第二杆件容腔中；
52.触发所述踝关节的锁定结构解锁并插入小腿杆；
53.在调节所述小腿杆插入所述踝关节的第三杆件容腔长度到达预设长度时触发所述踝关节的锁定结构锁定，以将所述小腿杆按照预设长度固定在所述第三杆件容腔中。
54.上述实施例的所述外骨骼关节可以应用在腰关节、髋关节、膝关节和踝关节中的任一种或几种上，实现对外骨骼各个部位进行调整的功能，使得外骨骼调整更加灵活，更能适应不同人的使用需求。
55.如图9所示，可调节外骨骼，包括髋部助力机构4、膝部助力机构5、踝部助力机构6和足托7，所述髋部助力机构4与所述通过大腿杆8与所述膝部助力机构5相连，所述膝部助力机构5通过小腿杆9与所述踝部助力机构6相连，所述踝部助力机构6与所述足托7相连；其中，所述髋部助力机构4包括髋关节41和腰关节42，所述膝部助力机构5包括膝关节51，所述踝部助力机构6包括踝关节61，所述腰关节42、所述髋关节41、所述膝关节51和所述踝关节61至少之一为上述实施例的外骨骼关节。外骨骼关节的结构已经在上述实施例详细说明，在此不再赘述。
56.综上，本发明外骨骼关节带有调节功能与不同杆件配合可以实现杆件伸缩调整，调整方式简便可靠，提升了穿戴者穿戴外骨骼的用户体验。
57.本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本技术旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
58.应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。