[0001] 本发明涉及医疗设备技术领域，具体涉及一种柔性下肢外骨骼。

[0002] 目前，外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，具有广泛的应用前景，如助老助残，医疗康复，工业生产，地震救援，单兵作战等领域。一般的助力外骨骼具有以下特点：可以检测人
体的运动意图；具有和人体类似的关节自由度和关节转动空间；具有必要的关节主动驱动
以辅助出力；自带控制系统和能源系统；具有一定的安全防护机制。

[0003] 现有的下肢外骨骼包括背部支架、髋关节执行机构、大腿连杆、膝关节执行机构、小腿连杆和脚底压力鞋。该下肢外骨骼机器人其主要活动位置和人日常行走时的活动关节
相适应，能满足日常行走的辅助要求，避免了机器人关节过于灵活而失去必要的辅助支撑
作用；采用多部位的柔性绑缚带，提高了使用者穿戴时的舒适度；在腰部、关节处以及脚底
均设有传感器或编码器进行信息采集，并集中处理信息，方便了使用者的日常运动信息，不
仅能让机器人预测出使用者的行走习惯，也方便观察者了解使用者的身体状况，为医疗提
供方便。

[0004] 上述下肢外骨骼存在以下缺陷：1)自身质量较大，且机械结构较为复杂；2)主要采用刚性杆，不符合人机工程学相关原理；3)该装置与人体的绑缚装置设计复杂，不能够很好
的满足穿戴的简易性。

[0029] 下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

[0030] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而
不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此
不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

[0031] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本
发明中的具体含义。

[0032] 实施例1：

[0033] 如图1-5所示，为本实施例提供的一种柔性下肢外骨骼，包括柔性护膝9和仿生关节，仿生关节设于柔性护膝9的一侧。

[0034] 仿生关节包括关节板2、力偏置片5、支撑件和连杆；关节板2与柔性护膝9的大腿部固定连接，力偏置片5与柔性护膝9的小腿部固定连接；支撑件固定设于力偏置片5的第一
端，用于支撑关节板2的第一端；连杆的两端分别与关节板2的第二端和力偏置片5的第二端
转动连接。

[0035] 本实施例中，关节板2通过大腿固定片1与柔性护膝9的大腿部固定连接；力偏置片5通过小腿固定片6与柔性护膝9的小腿部固定连接。

[0036] 本实施例中，关节板2的第二端设有安装孔，安装孔内设有可沿其周向转动的内轴承10，连杆的第一端通过定位轴12与内轴承10连接，连杆的第二端通过销7与力偏置片5的
第二端转动连接。

[0037] 进一步的，内轴承10为球面轴承，安装孔设有与球面轴承配合的球面。球面轴承可沿安装孔的轴向进行微小幅度左右摆动，增加了轴向的自由度，其与人体膝关节部分运动
相符。本实施例中，安装孔设有向外延伸的凸起部，凸起部为与球面轴承配合的球面结构，
增加内轴承10在安装孔内的左右摆动空间。

[0038] 进一步的，安装孔的外侧设有限位封盖8，限位封盖8与定位轴12连接，连杆的第一端与限位封盖8连接。限位封盖8可对内轴承10起到限位的作用，防止其脱落。本实施例中，
连杆与限位封盖8为一体结构，减少连接件，使结构更加简单美观。

[0039] 进一步的，限位封盖8设有与凸起部配合的球面。

[0040] 进一步的，支撑件为油压缓冲器4。在人体直立时，油压缓冲器4收缩，缓冲关节板2的冲击力，并支撑关节板2的第一端，减少对膝关节的负重。

[0041] 本实施例中，安装孔为通孔，其内侧端口处设有密封端盖11；密封端盖11用于将内轴承10限位并起密封作用。

[0042] 下面通过具体的过程，进一步详细的描述。

[0043] 柔性护膝9与人体下肢紧紧贴合，通过柔性护膝9后方卡扣固定。

[0044] 仿生关节与人体膝关节同步运作。具体的，弯曲时，力偏置片5随柔性护膝9的小腿部抬起，关节板2的第一端翘起与油压缓冲器4脱离；同时，内轴承10在安装孔内随人体下肢
运动沿其轴向发生左右摆动，实现多自由度的运动，降低对下肢弯曲行走的影响。直立时，
力偏置片5随柔性护膝9的小腿部前伸，油压缓冲器4抵靠关节板2的第一端，起到支撑的作
用，减小对膝关节的损伤。

[0045] 进一步的，还包括驱动组件；驱动组件包括缆绳和驱动电机，缆绳的第一端与柔性护膝9的小腿部或人体小腿连接，缆绳的第二端与驱动电机连接，驱动电机设于人体腰部。

[0046] 具体的，本实施例中，小腿腓肠肌下侧设有用于约束缆绳的卡环，卡环与柔性护膝9后方卡扣连接，缆绳与卡环连接。

[0047] 本实施例提供一种柔性下肢外骨骼，通过关节板、力偏置片、支撑件和连杆构成仿生关节。通过设置连杆的两端分别与关节板和力偏置片转动连接，使支撑件与关节板分离，
不影响下肢弯曲行走。通过设置内轴承为球面轴承，能够在安装孔内沿其周向左右摆动，增
加了自由度，使其与人体膝关节部分运动更相符；同时，支撑件在人体站立时产生支撑力，
以减轻人体自身重力对膝关节的压力。通过驱动电机拉动缆绳，在行走过程中，提供助力代
替部分人体自身动力，以减缓因长期运动导致的膝关节疲劳；另外，本实施例提供的柔性下
肢外骨骼，其结构简单，质量小，穿戴方便。

[0048] 实施例2：

[0049] 本实施例与实施例1基本相同，为了描述的简要，在本实施例的描述过程中，不再描述与实施例1相同的技术特征，仅说明本实施例与实施例1不同之处：

[0050] 进一步的，还包括GPS模块，GPS模块设于关节板上，通过GPS模块进行定位，并记录使用者行走路线。

[0051] 进一步的，还包括加速度传感器，加速度传感器设于关节板上；在人体站立时，加速度传感器的X轴与人体正前方一致，Z轴与地面垂直。加速度传感器检测到的信息通过控
制器进行处理，得出膝关节的疲劳程度。数据处理方式如下：

[0052] 采集实时步态加速度Sai(0＜i≤n)，将该值进行高斯低通滤波，以消除噪声，经过高斯滤波后的数据记为Sai'(0＜i≤n)，对经过滤波的数据进行归一化
每个使用者首先都会进行数据采集，记录未疲劳状态时的数据 实时检测的数据经过高
斯滤波与归一化处理后的数据记为 计算实测值与记录值的相关系数，
相关系数取值为0～1，越接近与0，疲劳程度越高。

[0053] 本实施例中，关节板2上设有控制器盒3，GPS模块与加速度传感器均设于控制器盒3内。

[0054] 进一步的，还包括终端显示装置，GPS模块和加速度传感器均与终端显示装置连接，用户可以在终端显示装置随时查询使用者的行走路线和膝关节疲劳程度。

[0055] 以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。