技术领域
[0001] 本
发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种动力外骨骼。
背景技术
[0002] 动力外骨骼，是穿戴在人体外侧的一种骨骼
框架，由一系列
电机系统或者液气压系统进行驱动，用于扩充或者增强一个人的生理机能(主要是四肢运动的能力，例如力量和耐力)。动力外骨骼具有两大方面的应用，一是军用，外骨骼穿戴在士兵的身上，使士兵能够负载更沉重的装备武器，也使其能够长时间的进行负载行走，从而提高其作战能力，第二是民用，特别是用于残疾人或者老年人，帮助其拥有正常甚至超常的生理机能，特别是行走的能力。
[0003] 中国
专利CN102036638中，发明了一种下肢外骨骼，该下肢外骨骼可与人链接，下肢外骨骼包括了外骨骼躯干、第一和第二腿部
支撑件、第一和第二髋部执行器、至少一个动力单元，用于帮助人们行走。中国专利CN103328051中，发明了一种运动辅助外骨骼设备，包括其机械结构，至少一个关节，至少一个倾斜
传感器，
控制器，其中控制器用于接受来自倾斜传感器的
信号，并对信号进行处理来驱动所述关节。专利US8905955中，发明了一种控制外骨骼的系统，该系统能够接收控制面板的运动模式选择信号，能够驱动关节使动力外骨骼保持站立
姿态或者其他运动姿态。
[0004] 动力外骨骼作为一种行走辅助的设备，在提高残疾人或者老年人
生活质量上可以发挥巨大的作用，但是
现有技术中动力外骨骼中尚没有可以很好的将外骨骼和轮式移动相结合，以实现快速移动的目的。
发明内容
[0005] 本发明的目的在于提供一种动力外骨骼，可以进行轮式移动，而实现快速移动的目的。
[0006] 本发明所提供的技术方案如下：
[0007] 一种动力外骨骼，包括：用于包裹在人体腿部并可带动人体腿部运动的腿部部分；及，用于固定于人体脚部并可带动人体脚部运动的脚部部分；所述脚部部分具有行走模式和轮式移动模式，包括：
[0009] 以及，连接在所述腿部部分下方的脚底板
驱动轮；其中，
[0010] 所述脚底板活动连接在所述脚底板驱动轮上，并能够相对于所述脚底板驱动轮进行翻转，而具有第一状态和第二状态，
[0011] 在所述第一状态，所述脚底板翻转至其第一面朝上，并连接在所述脚底板驱动轮的下方，以使得所述脚部部分处于所述行走模式；
[0012] 在所述第二状态，所述脚底板翻转至其第二面朝上，并连接在所述脚底板驱动轮的上方，以使得所述脚部部分处于所述轮式移动模式。
[0013] 进一步的，所述脚底板采用可拆卸地方式活动连接在所述脚底板驱动轮上；所述脚部部分还包括：
[0014] 能够将所述脚底板驱动轮与所述脚底板进行
锁固或拆离，以使在所述第一状态时所述脚底板连接在所述脚底板驱动轮的下方的第一锁紧机构；
[0015] 以及，能够将所述脚底板驱动轮与所述脚底板进行锁固或拆离，以使在所述第二状态时所述脚底板连接在所述脚底板驱动轮的上方的第二锁紧机构。
[0016] 进一步的，所述第一锁紧机构包括：
[0017] 第一锁紧部，设置在所述脚底板驱动轮上；
[0018] 旋转
连杆，包括第一端和第二端，所述第一端可旋转地连接在所述脚底板上；
[0019] 以及，第二锁紧部，设置在所述旋转连杆的第二端，并能够与所述第一锁紧部配合进行锁固或拆离；其中，
[0020] 在所述第一状态，所述旋转连杆的第二端旋转至位于所述脚底板的第一面上方的第一
位置，所述第二锁紧部与所述第一锁紧部配合进行锁固；
[0021] 在所述第二状态，所述第二锁紧部与所述第一锁紧部拆离，所述旋转连杆的第二端旋转至与所述脚底板齐平的第二位置。
[0022] 进一步的，所述第一锁紧部包括：设置于所述脚底板驱动轮上的凹槽；以及设置在所述凹槽内的固定柱；
[0023] 所述第二锁紧部包括：
[0025] 能够容置于所述凹槽内的
外圈，所述外圈套设于所述内圈之外，并与所述内圈之间形成间隙；
[0026] 设置在所述间隙内并可旋转的锁紧柱，所述锁紧柱能够在旋转至不同
角度时改变所述间隙的间距；
[0027] 以及，用于控制所述锁紧柱旋转的控制
手柄，所述控制手柄与所述锁紧柱连接；
[0028] 其中，所述锁紧柱旋转至第一角度时，所述间隙具有第一间距，所述锁紧柱将所述内圈抵顶于所述固定柱上，所述外圈抵顶于所述凹槽内壁上；
[0029] 所述锁紧柱旋转至第二角度时，所述间隙具有第二间距，所述第二间距小于所述第一间距，所述内圈与所述固定柱分离，所述外圈与所述凹槽内壁分离。
[0030] 进一步的，所述脚部部分还包括：
[0031] 用于在所述第二状态时将所述旋转连杆的第二端固定于所述第二位置的旋转连杆固定结构。
[0032] 进一步的，所述第二锁紧机构包括：
[0033] 锁紧固定轴，设置于所述脚底板驱动轮的上方；
[0034] 以及，锁紧套，设置于所述脚底板上，并能够在所述脚底板的第二面朝上时，与所述锁紧固定轴配合进行锁固或拆离。
[0035] 进一步的，所述锁紧套包括：
[0036] 能够套设在所述锁紧固定轴上的套筒结构，所述套筒结构的一侧具有一弹性卡口，且所述弹性卡口的开口尺寸小于所述套筒的内径尺寸。
[0037] 进一步的，所述脚底板驱动轮包括：
[0038]
驱动电机，所述驱动电机包括固定轴和设置于固定轴上的电机
转子；
[0039] 以及，设置于所述电机转子外，能够在所述电机转子带动下转动的轮体。
[0041] 进一步的，所述脚底板驱动轮的固定轴的两端连接有两根第一
连接杆，所述两根第一连接杆之间连接有连接轴，所述腿部部分的下方设置有连接部，所述连接部与所述连接轴配合，将所述脚底板驱动轮可拆卸地连接在所述腿部部分的下方。
[0042] 进一步的，所述脚部部分还包括：设置于所述脚底板的第一面上，用于与所述脚底驱动轮配合的脚底板支撑轮。
[0043] 进一步的，所述腿部部分包括：
[0044] 用于固定和支撑人体大腿部的大腿连接部；
[0045] 用于固定和支撑人体小腿部的小腿连接部；
[0046] 以及连接在所述大腿连接部和所述小腿连接部之间的
膝关节驱动部；
[0047] 其中所述大腿连接部和/或所述小腿连接部为长度可调的伸缩结构。
[0048] 本发明所带来的有益效果如下：
[0049] 本发明所提供的外动力骨骼可以在行走模式和轮式移动模式两种模式之间进行切换，既可以用于辅助行走，也可以当作代步工具进行较快的轮式移动，这样的结构设计，使动力外骨骼能够帮助残疾人或者老人进行恢复锻炼，也能在适当的时候实现快速的移动，且该外动力骨骼的结构简单，可以进行快速切换。
附图说明
[0050] 图1表示本发明
实施例中提供的动力外骨骼处于行走模式时的结构示意图；
[0051] 图2表示本发明实施例中提供的动力外骨骼处于行走模式时的另一个角度的结构示意图；
[0052] 图3表示本发明实施例中提供的动力外骨骼处于轮式移动模式时的结构示意图；
[0053] 图4表示本发明实施例中提供的动力外骨骼的脚部部分处于行走模式时的结构示意图；
[0054] 图5表示本发明实施例中提供的动力外骨骼的脚底板的结构示意图；
[0055] 图6表示本发明实施例中提供的动力外骨骼的脚部部分处于轮式移动模式时的结构示意图。
具体实施方式
[0056] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0057] 除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利
申请说明书以及
权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。
[0058] 针对现有技术中不能将动力外骨骼与轮式移动相结合的技术问题，本发明提供了一种动力外骨骼，可以进行轮式移动，进而实现快速移动的目的。
[0059] 如图1至图6所示，本发明所提供的动力外骨骼，包括：用于包裹在人体腿部并可带动人体腿部运动的腿部部分；及，用于固定于人体脚部并可带动人体脚部运动的脚部部分；所述脚部部分具有行走模式和轮式移动模式，包括：
[0060] 脚底板100，包括相对的第一面101和第二面102；
[0061] 以及，连接在所述腿部部分下方的脚底板驱动轮200；其中，
[0062] 所述脚底板100活动连接在所述脚底板驱动轮200上，并能够相对于所述脚底板驱动轮200进行翻转，而具有第一状态和第二状态，
[0063] 在所述第一状态，所述脚底板100翻转至其第一面101朝上，并连接在所述脚底板驱动轮200的下方，以使得所述脚部部分处于所述行走模式；
[0064] 在所述第二状态，所述脚底板100翻转至其第二面102朝上，并连接在所述脚底板驱动轮200的上方，以使得所述脚部部分处于所述轮式移动模式。
[0065] 本发明所提供的动力外骨骼，可以在行走模式和轮式移动模式两种模式之间进行切换，既可以用于辅助行走，也可以当作代步工具进行较快的轮式移动，若要切换至轮式移动模式时，可以将动力外骨骼的脚底板100翻转至其第一面101朝上，使得脚底板100连接在脚底板驱动轮200的上方，利用脚底板驱动轮200驱动，而实现轮式移动模式；
[0066] 而若要切换至行走模式时，可以将动力外骨骼的脚底板100翻转至第二面102朝上，使得脚底板100连接在脚底板驱动轮200的下方，而实现行走模式。
[0067] 这样的结构设计，使动力外骨骼能够帮助残疾人或者老人进行恢复锻炼，也能在适当的时候实现快速的移动，且该外动力骨骼的结构简单，可以进行快速切换。
[0068] 以下说明本发明所提供的动力外骨骼的优选实施例。
[0069] 在本实施例中，优选的，所述脚底板100采用可拆卸地方式活动连接在所述脚底板驱动轮200上；所述脚部部分还包括：
[0070] 能够将所述脚底板驱动轮200与所述脚底板100进行锁固或拆离，以使在所述第一状态时所述脚底板100连接在所述脚底板驱动轮200的下方的第一锁紧机构；
[0071] 以及，能够将所述脚底板驱动轮200与所述脚底板100进行锁固或拆离，以使在所述第二状态时所述脚底板100连接在所述脚底板驱动轮200的上方的第二锁紧机构。
[0072] 采用上述方案，所述脚底板100采用可拆卸地方式活动连接在所述脚底板驱动轮200上，若要切换至行动模式时，可以将脚底板100从脚底板驱动轮200上拆离，并利用所述第一锁紧机构将脚底板100固定在脚底板驱动轮200的下方，若要切换至轮式移动模式时，可以将脚底板100从脚底板驱动轮200上拆离，并利用所述第二锁紧机构将脚底板100固定在脚底板驱动轮200的上方。
[0073] 需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述脚底板100与所述脚底板驱动轮200之间的活动连接方式还可以采用其他方式来实现，使得脚底板100能够翻转而实现所述第一状态和所述第二状态即可。
[0074] 此外，在本实施例中，如图1至图6所示，优选的，所述第一锁紧机构包括：
[0075] 第一锁紧部301，设置在所述脚底板驱动轮200上；
[0076] 旋转连杆302，包括第一端和第二端，所述第一端可旋转地连接在所述脚底板100上；
[0077] 以及，第二锁紧部303，设置在所述旋转连杆302的第二端，并能够与所述第一锁紧部301配合进行锁固或拆离；其中，
[0078] 在所述第一状态，所述旋转连杆302的第二端旋转至位于所述脚底板100的第一面101上方的第一位置，所述第二锁紧部303与所述第一锁紧部301配合进行锁固；
[0079] 在所述第二状态，所述第二锁紧部303与所述第一锁紧部301拆离，所述旋转连杆302的第二端旋转至与所述脚底板100齐平的第二位置。
[0080] 采用上述方案，当需要切换至行走模式时，可以将设置在所述脚底板100上的旋转连杆302的第二端旋转至脚底板100的第一面101的上方，并利用旋转连杆302的第二端上的第二锁紧部303与脚底板驱动轮200上的第一锁紧部301配合进行紧固，而将脚底板100固定在脚底板驱动轮200的上方；
[0081] 当需要切换至轮式移动模式时，可以将所述旋转连杆302的第二端旋转至与脚底板100齐平的第二位置上，并利用旋转连杆302的第二端上的第二锁紧部303与脚底板驱动轮上的第一锁紧部301配合进行拆离，从而实现脚底板100与脚底板驱动轮200的拆离。
[0082] 需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一锁紧机构的具体结构可以有多种，在此不再一一列举
[0083] 此外，在本实施例中，进一步优选的，如图4至6所示，所述第一锁紧部301包括：设置于所述脚底板驱动轮200上的凹槽3011；以及设置在所述凹槽3011内的固定柱3012；
[0084] 所述第二锁紧部303包括：
[0085] 能够套设于所述固定柱3012外的内圈3031；
[0086] 能够容置于所述凹槽3011内的外圈3032，所述外圈3032套设于所述内圈3031之外，并与所述内圈3031之间形成间隙；
[0087] 设置在所述间隙内并可旋转的锁紧柱3033，所述锁紧柱3033能够在旋转至不同角度时改变所述间隙的间距；
[0088] 以及，用于控制所述锁紧柱3033旋转的控制手柄3034，所述控制手柄3034与所述锁紧柱3033连接；
[0089] 其中，所述锁紧柱3033旋转至第一角度时，所述间隙具有第一间距，所述锁紧柱3033将所述内圈3031抵顶于所述固定柱3012上，所述外圈3032抵顶于所述凹槽3011内壁上；
[0090] 所述锁紧柱3033旋转至第二角度时，所述间隙具有第二间距，所述第二间距小于所述第一间距，所述内圈3031与所述固定柱3012分离，所述外圈3032与所述凹槽3011内壁分离。
[0091] 采用上述方案，所述第一锁紧部301采用内圈3031、外圈3032以及锁紧柱3033的结构，所述第二锁紧部303采用凹槽3011与固定柱3012的结构，当需要将第一锁紧部301与第二锁紧部303锁紧时，将旋转连杆302旋转至使得所述第一锁紧部301的内圈3031和外圈3032套设于脚底板驱动轮200上的凹槽3011内的固定柱3012上，转动控制手柄3034，使得位于内圈3031和外圈3032之间的锁紧柱3033转动，由于锁紧柱3033转动可以使得内圈3031和外圈3032发生形变，而使得内圈3031和外圈3032的间隙的间距变大，使得内圈3031与固定柱3012紧贴，外圈3032与凹槽3011的内壁紧贴，依靠内圈3031与固定柱3012之间以及外圈
3032与凹槽3011的内壁之间的
摩擦力实现锁固；
[0092] 当需要将第一锁紧部301与第二锁紧部303拆离时，反向转动控制手柄3034，使得位于内圈3031和外圈3032之间的锁紧柱3033反向转动，由于锁紧柱3033转动可以使得内圈3031和外圈3032发生形变，而使得内圈3031和外圈3032的间隙的间距变小，使得内圈3031与固定柱3012分离，外圈3032与凹槽3011的内壁分离，从而所述第一锁紧部301与所述第二锁紧部303可以拆离。
[0093] 需要说明的是，在本发明的其他实施例中，所述第一锁紧部301和所述第二锁紧部303的结构并不仅局限于此，还可以采用其他方式实现锁固和拆离，例如：所述第一锁紧部
301和所述第二锁紧部303还可以采用
螺母螺纹连接方式进行锁固或拆离，在此不再一一列举。
[0094] 还需要说明的是，在上述方案中，所述锁紧柱3033可以采用截面呈椭圆状或者矩形状的柱体结构来实现，或者也还可以采用其他结构，只要使得所述锁紧柱3033能够在转动至不同角度时，改变所述内圈3031和外圈3032之间间隙的间距，而实现锁固和拆离即可。
[0095] 此外，在本实施例中，优选的，所述脚部部分还包括：
[0096] 用于在所述第二状态时将所述旋转连杆302的第二端固定于所述第二位置的旋转连杆固定结构。上述方案，通过设置所述旋转连杆固定结构，可以当该动力外骨骼处于轮式移动模式时，对所述旋转连杆302进行固定，以避免所述旋转连杆302旋转而造成运动干涉。
[0097] 其中，在本实施例中，所述旋转连杆固定结构可以是采用脚底板上的绑带400来实现，该脚底板上的绑带400可以在行走模式下用于固定脚部，而在轮式移动模式下用来固定旋转连杆302，以禁止旋转连杆302向地面转动，而发生运动干涉。
[0098] 还需要说明的是，如图1至图6所示，在本实施例中，所述第一锁紧机构优选的设置有两个，两个锁紧机构的两个旋转连杆302可以从两个不同的位置来对脚底板驱动轮200进行锁固，以使得锁固效果更为牢靠。
[0099] 此外，在本实施例中，如图1至图6所示，优选的，所述第二锁紧机构包括：
[0100] 锁紧固定轴501，设置于所述脚底板驱动轮200的上方；
[0101] 以及，锁紧套502，设置于所述脚底板100上，并能够在所述脚底板100的第二面102朝上时，与所述锁紧固定轴501配合进行锁固或拆离。
[0102] 采用上述方案，当需要切换至轮式移动模式时，可以将第一锁紧部301与第二锁紧部303拆离之后，将脚底板100翻转至其第二面102朝上，利用脚底板100上的锁紧套502与脚底板驱动轮200上方的锁紧固定轴501配合，来实现锁固；当需要切换至行走模式时，可以将锁紧套502与锁紧固定轴501拆离，从而实现脚底板100与脚底板驱动轮200的拆离。
[0103] 在本实施例中，如图5所示，优选的，所述锁紧套502包括：
[0104] 能够套设在所述锁紧固定轴501上的套筒5021，所述套筒结构的一侧具有一弹性卡口5022，且所述弹性卡口5022的开口尺寸小于所述套筒5021的内径尺寸。
[0105] 采用上述方案，所述锁紧固定轴501可以从所述锁紧套502上的卡口卡入所述锁紧套502的套筒结构内而实现锁固，从所述锁紧套502上的卡口拆出所述套筒结构而实现拆离。
[0106] 应当理解的是，在本发明的其他实施例中，所述锁紧套502的结构可以采用多种方式实现，并不对此进行局限，例如：所述锁紧套502还可以设置卡扣等结构与锁紧固定轴501配合进行锁固或拆离。
[0107] 此外，在本实施例中，优选的，如图6所示，所述脚底板驱动轮200包括：
[0108] 驱动电机201，所述驱动电机201包括固定轴2011和设置于所述固定轴2011上的电机转子2012；
[0109] 以及，设置于所述电机转子2012外，能够在所述电机转子2012带动下转动的轮体2013。
[0110] 在上述方案中，所述脚底板驱动轮200可以通过驱动电机201来驱动电机转子2012转动，进而通过电机转子2012转动来带动轮体2013转动。
[0111] 应当理解的是，在本发明的其他实施例中，所述脚底板驱动轮200的具体结构可以有多种，在此并不对此进行限定。
[0112] 此外，在本实施例中，优选的，所述轮体2013采用橡胶轮。当然可以理解的是，在实际应用中，对所述轮体2013并不进行限定。
[0113] 此外，在本实施例中，优选的，如图4和图6所示，所述脚底板驱动轮200的固定轴2011的两端连接有两根第一连接杆601，所述两根第一连接杆601之间连接有连接轴602，所述腿部部分的下方设置有连接部，所述连接部与所述连接轴602配合，将所述脚底板驱动轮
200可拆卸地连接在所述腿部部分的下方。
[0114] 在本实施例中，如图4和图6所示，所述脚底板驱动轮200的固定轴2011的两端还连接有两根第二连接杆502，两根第二连接杆502之间连接有所述锁紧固定轴501。
[0115] 此外，在本实施例中，如图1至图6所示，所述脚部部分还包括：设置于所述脚底板100的第一面101上，用于与所述脚底驱动轮配合的脚底板支撑轮700。通过所述脚底板支撑轮700与所述脚底板驱动轮200配合，带动脚底板100进行轮式移动。
[0116] 此外，在本实施例中，如图1至图3所示，该动力外骨骼主要包括髂部部分、腿部部分和脚部部分，其中，所述髂部部分包括髋关节电机801和髋部绑带802，所述腿部部分包括：用于固定和支撑人体大腿部的大腿连接部901；用于将大腿连接部901与人体大腿部固定的大腿部绑带902；用于固定和支撑人体小腿部的小腿连接部903；用于将小腿连接部903与人体小腿部固定的小腿部绑带904；以及连接在所述大腿连接部901和所述小腿连接部903之间的膝关节驱动部905，所述膝关机驱动部905可以采用膝关节电机。
[0117] 本发明所提供的动力外骨骼带动人体行走的过程如图2中所示意的。髋部绑带802用于将髋关节电机801与人体髋部固定连接，大腿部绑带902用于将外骨骼大腿连接部901与人体大腿固定连接，小腿部绑带904用于将外骨骼小腿与人体小腿固定连接。当动力外骨骼各处的电机以预定好的方式或者跟随实时
控制信号，以各个关节处电机转动角度和时间的关系来模拟实际过程中人体关节转动关系，从而实现外骨骼带动人体进行行走的目的。
[0118] 在本实施例中，所述小腿连接部903为长度可调的伸缩结构。
[0119] 采用上述方案，当脚底板100在行走模式和轮式移动模式两种模式之间切换时，由于脚底板100会翻转，而分别位于脚底板驱动轮200的上方或下方，如此会导致小腿部分与脚底板100之间的长度发生改变，因此，在本实施例中，将大腿连接部901和小腿连接部903设计为长度可调的伸缩结构，在进行两种模式转换时，可以调整小腿连接部903的长度以及通过膝关节电机调整小腿连接部903和大腿连接部901之间的角度，来调整在模式切换之后，仍适用于使用者，而实现动力外骨骼的轮式移动。
[0120] 在本实施例中，所述小腿连接部903可以采用套筒式结构来实现长度调整，例如：所述小腿连接部903包括至少两个小腿连接套筒，至少两个小腿连接套筒套设在一起。应当理解的是，在本发明的其他实施例中，所述小腿连接部903还可以采用其他结构来实现长度调整，例如：所述小腿连接部903还可以利用至少两段连接杆，至少两段连接杆通过
螺纹连接，来调整小腿连接部903的长度。
[0121] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。
