[0001] 本发明涉及康复助老助残设备领域，具体为一种人体下肢助力设备。

[0002] 世界范围内，有着大量不同程度的下肢运动障碍患者，由于下肢运动能力受损，其生活质量在较大程度上受到影响。据临床医学研究显示，合理有效的康复训练能使部分患者得到一定程度的恢复。

[0003] 此外，随着日益加剧的人口老龄化，世界各国每年都需要花费巨大的物力和财力，来解决人口老龄化带来的诸多问题。多数老年人在到达一定年龄后，身体机能大幅度减弱，出现行走缓慢、爬坡或爬楼梯困难，无法长时间站立或行走，甚至需要依靠轮椅等设备进行日常的起居活动，极大地影响了生活的幸福度。

[0004] 目前，现有人体下肢助力设备主要是各种外骨骼机器人，但大多数外骨骼机器人在膝关节处的结构多采用单中心的旋转运动来辅助患者膝关节运动，而据人体解剖学研究表明，人体膝关节是一个滑车球状关节，在运动时，通常表现出瞬时转动中心的滑移，即多中心的旋转运动。因此，患者在穿戴这些外骨骼进行助力时，由于其仿生结构的运动原理与人体骨骼的实际运动原理存在一定差异，故其助力效果和穿戴的舒适性仍有待改善。本申请设计了一款人体下肢助力设备，旨在为助老、助残及康复治疗领域提供一种可行的解决方案，并有效的解决了现有外骨骼机器人设备存在的一些不足。

[0018] 在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语‘相连’、‘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，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。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申请中的具体含义。

[0019] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明技术方案作进一步详细的说明，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

[0020] 如图1、图2所示，一种人体下肢助力设备包括背负装置1、腰部装置2和两个对称设置的腿部装置，腿部装置包括髋关节装置3、膝关节装置4、踝关节装置5、脚部装置6和若干腿部绑缚装置7。背负装置1和腰部装置2连接，腰部装置2的两端均与一个腿部装置连接。老人或患者穿戴该人体下肢助力设备时，该设备可为使用者提供下肢助力，其助力运动过程更接近人体骨骼的实际运动过程，助力效果好，穿戴舒适性强。

[0021] 如图3所示，背负装置1包括背部挡板11、承重托板12和电控箱13，背部挡板11与承重托板12连接，电控箱13设置于承重托板12上。

[0022] 如图4至图6所示，腰部装置2包括髋关节内收/外展机构21、腰部绑带23和两个髋关节内/外旋机构22。

[0023] 髋关节内收/外展机构21包括腰部连接杆211、两个髋关节内收/外展轴213和两个髋关节内收/外展转动杆217。腰部连接杆211的两个侧面分别与背部挡板11和垫板212连接，腰部连接杆211的两端均通过髋关节内收/外展轴213与一个髋关节内收/外展转动杆217的一端铰接。髋关节内收/外展转动杆217可绕髋关节内收/外展轴213在一定角度范围内转动。具体实施时，髋关节内收/外展转动杆217与腰部连接杆211设计了特殊的结构形状，在转动时存在两个极限位置，在极限位置髋关节内收/外展转动杆217与腰部连接杆211硬接触，以实现该助力设备髋关节内收/外展运动的限位。

[0024] 进一步的，腰部连接杆211和髋关节内收/外展轴213之间设置有轴承c215，以减小转动时的阻力，同时减少磨损，增加使用寿命。髋关节内收/外展轴213上套接有套筒b214，其两端设置有端盖c216，端盖c216与腰部连接杆211连接，套筒b214和端盖c216用于对轴承c215进行定位。腰部连接杆211上连接有垫板212，垫板212用于消除端盖c216的端面与腰部连接杆211的高度差，以提升用户穿戴时的舒适度。

[0025] 髋关节内/外旋机构22包括调节板221、固定块222、转动块223、髋关节内/外旋轴224和L型连接块228。髋关节内收/外展转动杆217远离腰部连接杆211的一端加工有调节用长孔，调节板221与髋关节内收/外展转动杆217连接，通过连接在上述长孔的不同位置，可实现腰部左右宽度尺寸的调节。固定块222与调节板221连接，固定块222通过髋关节内/外旋轴224与转动块223的一端铰接，转动块223的另一端与L型连接块228连接。转动块223可绕髋关节内/外旋轴224在一定角度范围内转动。具体实施时，固定块222与转动块223设计了特殊的结构形状，在转动时存在两个极限位置，在极限位置固定块222与转动块223硬接触，以实现该助力设备髋关节内/外旋运动的限位。

[0026] 进一步的，髋关节内/外旋轴224与固定块222之间设置有轴承d225，以减小转动时的阻力，同时减少磨损，增加使用寿命。髋关节内/外旋轴224上套接有轴套226，髋关节内/外旋轴224的两端均设置有端盖d227，端盖d227与固定块222连接，轴套226和端盖d227均用于对轴承d225进行定位。

[0027] L型连接块228远离转动块223的一端设置有绑带穿孔，腰部绑带23的中间与垫板212连接，其两端分别穿过两个L型连接块228的绑带穿孔，用于将使用者的腰部与上述人体下肢助力设备的腰部装置2绑缚在一起，实现穿戴。

[0028] 如图7至图10所示，髋关节装置3包括髋关节法兰31、髋关节谐波减速模组32、缓冲盘a33、缓冲扭簧a34和髋关节摆臂36。

[0029] L型连接块228上加工有调节用长孔，髋关节法兰31上设有连接板，连接板与L型连接块228连接，通过调节其在长孔上的连接位置，可实现该助力设备穿戴时腰部前后方向的尺寸调整，以适应不同穿戴者的腰部尺寸。

[0030] 髋关节法兰31的法兰圈与髋关节谐波减速模组32连接，髋关节谐波减速模组32为现有设备，具体实施时选用KAH系列中空轴旋转执行器，其内部集成了电机、旋转编码器和谐波减速器，髋关节谐波减速模组32的输出轴与缓冲盘a33的一端连接，以提供驱动动力。缓冲盘a33的另一端与髋关节摆臂36的一端传动连接，具体为缓冲盘a33与髋关节摆臂36的相对侧面上设置有刚性齿，缓冲盘a33与髋关节摆臂36相互扣合设置，通过刚性齿进行传动。髋关节谐波减速模组32的输出轴带动缓冲盘a33转动，继而带动髋关节摆臂36转动，实现该人体下肢助力设备髋关节伸/屈运动。同时，该髋关节谐波减速模组32内部集成的旋转编码器亦可对该人体下肢助力设备髋关节伸/屈运动过程中的角度进行实时检测。

[0031] 缓冲盘a33与髋关节摆臂36之间设置有缓冲扭簧a34，缓冲扭簧a34的两端分别与缓冲盘a33与髋关节摆臂36连接，一方面可实现关节运动的柔性启动，另一方面可用于缓冲由于控制误差可能产生的瞬时刚性冲击。

[0032] 进一步的，缓冲盘a33的中部设置有连接轴，连接轴穿过髋关节摆臂36并于其端部设置有薄壁轴承端盖a37，薄壁轴承端盖a37与髋关节摆臂36连接，缓冲盘a33与髋关节摆臂36通过该连接轴连接。连接轴与髋关节摆臂36之间设置有薄壁轴承a35，以减小转动时的阻力，同时减少磨损，增加使用寿命。薄壁轴承a35的一侧设置有若干轴承定位螺钉a38，薄壁轴承a35通过薄壁轴承端盖a37和轴承定位螺钉a38定位。髋关节谐波减速模组32端部连接有限位保护壳a39，限位保护壳a39采用特定的形状结构，用于对髋关节摆臂36的转动角度进行限位。

[0033] 如图11至15所示，膝关节装置4包括膝关节谐波减速模组411、缓冲盘b412、缓冲扭簧b413、摇臂418、连杆41、小腿连接块42、大腿杆431、大腿关节齿轮433、小腿杆441和小腿关节齿轮443。

[0034] 髋关节摆臂36远离缓冲盘a33的一端加工有调节用长孔并与大腿杆431的一端连接，通过调节大腿杆431在长孔上的安装位置进行调节，可适应不同穿戴者的大腿尺寸要求。

[0035] 膝关节谐波减速模组411为现有设备，具体实施时选用KAH系列中空轴旋转执行器，其内部集成了电机、旋转编码器和谐波减速器。膝关节谐波减速模组411与大腿杆431的中部连接，其输出轴与缓冲盘b412的一端连接，以提供驱动动力。缓冲盘b412的另一端与摇臂418的一端传动连接，具体为缓冲盘b412与摇臂418的相对侧面上设置有刚性齿，缓冲盘b412与摇臂418相互扣合设置，通过刚性齿进行传动。膝关节谐波减速模组411的输出轴带动缓冲盘b412转动，继而带动摇臂418转动，实现该人体下肢助力设备膝关节屈曲/伸展运动。同时，该膝关节谐波减速模组411内部集成的旋转编码器亦可对该人体下肢助力设备膝关节屈曲/伸展运动过程中的角度进行实时检测。

[0036] 缓冲盘b412与摇臂418之间设置有缓冲扭簧b413，缓冲扭簧b413的两端分别与缓冲盘b412与摇臂418连接，一方面可实现关节运动的柔性启动，另一方面可用于缓冲由于控制误差可能产生的瞬时刚性冲击。

[0037] 进一步的，缓冲盘b412的中部设置有连接轴，连接轴穿过摇臂418并于其端部设置有薄壁轴承端盖b416，薄壁轴承端盖b416与摇臂418连接，缓冲盘b412与摇臂418通过该连接轴连接。连接轴与摇臂418之间设置有薄壁轴承b415，以减小转动时的阻力，同时减少磨损，增加使用寿命。薄壁轴承b415的一侧设置有若干定位螺钉b414，薄壁轴承b415通过薄壁轴承端盖b416和轴承定位螺钉b414定位。膝关节谐波减速模组411的端部连接有限位保护壳b417，限位保护壳b417采用特定的形状结构，用于对摇臂418的转动角度进行限位。

[0038] 连杆41的一端与摇臂418远离缓冲盘b412的一端连接，其另一端与小腿连接块42的一端连接。小腿连接块42的另一端与小腿杆441连接，大腿杆431远离髋关节摆臂36的一端连接有大腿关节齿轮433，小腿杆441的一端连接有小腿关节齿轮443，大腿关节齿轮433与小腿关节齿轮443啮合。该膝关节装置4通过所述膝关节谐波减速模组411提供动力驱动缓冲盘b412转动，缓冲盘b412带动所述摇臂418转动，摇臂418带动所述连杆41动作，继而小腿连接块42带动小腿杆441动作，实现所述人体下肢助力设备膝关节屈曲/伸展运动。在上述动作过程中，大腿关节齿轮433与所述小腿关节齿轮443做啮合运动，使得其屈曲/伸展运动中心沿齿轮啮合的方向发生位置变化，从而实现多旋转中心的屈曲/伸展运动，以更好适应人体膝关节的运动特点。

[0039] 进一步的，膝关节装置4还包括大腿转轴432、小腿转轴442、关节连接板、储能扭簧46。

[0040] 大腿转轴432与大腿杆431连接，小腿转轴442与小腿杆441连接。关节连接板包括相互扣合设置的关节内侧连接板47和关节外侧连接板48，大腿转轴432和小腿转轴442平行穿设于关节连接板内，大腿转轴432和小腿转轴442均与关节连接板之间设置有轴承a43，以减小转动时的阻力，同时减少磨损，增加使用寿命。大腿转轴432和小腿转轴442上分别套接有套筒c434和套筒d444，大腿转轴432和小腿转轴442的两端均设置有端盖a44，端盖a44与关节连接板连接，套筒c434、套筒d444和端盖a44均起到对轴承a43的定位作用。

[0041] 关节连接板内设置有凸起柱，储能扭簧46套设于凸起柱上，其两端分别与大腿杆431和小腿杆441连接，当膝关节屈曲时，储能扭簧46能储存多余的能量；当膝关节伸展时，该储能扭簧46再将储存的能量释放出来。

[0042] 大腿杆431和小腿杆441相互靠近的一端均设置有橡胶垫块45，当膝关节伸展到极限位置时，两个橡胶垫块45会相互挤压，起到阻尼限位的作用。

[0043] 如图16至18所示，踝关节装置5包括小腿连接杆51、背屈/跖屈轴52、轴承座55、连接块一57、内/外翻销轴58和连接块二510。小腿连接杆51的一端加工有调节用长孔并与小腿杆441远离小腿关节齿轮443的一端连接，通过调节小腿杆441在该长孔上的连接位置进行调整，可适应不同穿戴者的小腿尺寸要求。

[0044] 小腿连接杆51的另一端通过背屈/跖屈轴52与轴承座55铰接，轴承座55与连接块一57连接，连接块一57与连接块二510通过内/外翻销轴58铰接。背屈/跖屈轴52与轴承座55之间设置有轴承b53和套筒a54，轴承座55的两侧连接有端盖b56。设置轴承b53可有效减小转动时的阻力，同时减少磨损，增加使用寿命，套筒a54和端盖b56均用于对轴承b53进行轴向定位。

[0045] 内/外翻销轴58上套接有扭簧511，扭簧511的两端分别与连接块一57和连接块二510连接，内/外翻销轴58的一端设置有轴端螺钉59，当用户穿戴上述人体下肢助力设备在不平整地形行走时，可有效地缓冲踝关节内/外翻运动的力矩。

[0046] 如图19所示，脚部装置6包括脚底支撑板61、脚部绑带63、脚垫64和若干压力传感器62。脚底支撑板61连接在连接块二上。脚底支撑板61与脚部绑带63连接，用户在使用时可通过腿部绑带63进行绑缚。脚垫64覆盖设置于脚底支撑板61上，压力传感器62设置于脚底支撑板61和脚垫64之间。该压力传感器62与电控箱13电连接，用于感应压力信号，以实现人体运动模式识别和力反馈控制。电控箱13还分别与髋关节谐波减速模组32和膝关节谐波减速模组411电联，当接收来自压力传感器62的反馈信号后，电控箱13控制髋关节谐波减速模组32和膝关节谐波减速模组411完成各自的动作过程。脚垫64的设置，一方面增强了用户穿戴的舒适度，另一方面可对压力传感器62进行保护，延长其使用寿命。

[0047] 如图20所示，腿部绑缚装置7包括尼龙块71、盖板73、两个绑带74和两个绑带连接柱72。尼龙块71的两侧均连接有绑带连接柱72，绑带连接柱72与绑带74的一端连接，盖板73与尼龙块71连接，尼龙块71与大腿杆431或小腿杆441连接。绑缚装置7用于将使用者的大腿部位和小腿部位与上述人体下肢助力设备对应部位绑缚在一起，完成穿戴。

[0048] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。