本發明涉及一種新型的機械外骨骼機構，具體說來，是一種可自動切換的膝關節助力機構。

背景技術：

在人體活動中，膝關節是承受人體負擔最大的部位，尤其在人體下蹲時對膝關節產生的負擔尤為更甚，膝關節也容易疲勞，造成人們一些關節炎之類的病癥，機械外骨骼則是解決這一問題的有效工具。在外骨骼助力領域，人們總是希望獲得一種純被動的膝關節助力機構，不需要額外的動力結構，只需要用彈簧儲能原件完成即可；一般的膝關節被動助力機構都會使用彈簧，彈簧可以在人體下蹲時被壓縮產生助力效果，然而這種類似結構都存在一個問題，無法解決人體行走時膝關節彎曲引起的彈簧干涉。本發明即是對該問題的一種具體解決方案。

技術實現要素：

針對上述問題，本法民提供一種自動切換的膝關節助力機構，該機構可以穿戴在人的下肢，在人體下蹲時，對人的膝關節起助力作用；在人體正常抬腿行走時，該機構不會干涉影響人體的正常運動動作。

為解決上述技術問題，本發明采用如下的技術方案：

一種自動切換的膝關節助力機構，包括：

設置在自動切換裝置上端的大腿支撐桿1；

設置在大腿支撐桿1和小腿支撐桿4之間的自動切換裝置，其包括設置在自動切換裝置上端的固定件7、設置在固定件7下端的關節軸承2、設置在關節軸承2下端的軸承支座3、設置在軸承支座3下端的滑動件11、設置在滑動件11內部的滑動軸承12、分別鉸接在固定件7和滑動件11上的上鉸接件90和下鉸接件902、設置在上鉸接件90和下鉸接件902之間的壓縮彈性件10以及順次穿過上鉸接件90、壓縮彈性件10和下鉸接件902的滑動桿8，其中，所述大腿支撐桿1的下端和關節軸承2上端之間通過上螺紋桿1901固定連接，所述上螺紋桿1901穿過固定件7上的通孔，關節軸承2的下端能轉動地安裝在軸承支座3上，所述滑動桿8的上端設置有桿帽，下端安裝有螺母1601，所述上鉸接件90和下鉸接件902被限定在滑動桿8的桿帽和螺母1601之間；

設置在軸承支座3下端的小腿支撐桿4，所述小腿支撐桿4穿過滑動軸承12的內部，其上端通過下螺紋桿1902固定在軸承支座3底座的沉頭式通孔內；

設置在小腿支撐桿4內部并能在小腿支撐桿4內部上下滑動的滑動支撐桿5，所說滑動支撐桿5的上端和滑動件11的上端分別設置有相互對應的兩個安裝孔，通過上銷軸1801和下銷軸1802插入兩個安裝孔中將滑動支撐桿5和滑動件11相互固定，所述滑動軸承12被限位在上銷軸1801和下銷軸1802之間；所述小腿支撐桿4的側邊開設一滑槽，所述上銷軸1801和下銷軸1802順次穿過滑動件11的安裝孔、滑槽和滑動支撐桿5，并能在滑槽內上下滑動。

進一步地，還包括足底支撐件6，并通過螺釘固定在小腿支撐桿4的底部。

進一步地，所述上銷軸1801和下銷軸1802分別與滑動支撐桿5的安裝孔與滑動件11的安裝孔之間是過盈固定。

進一步地，所述滑動桿8分別與上鉸接件901和下鉸接件902之間滑動連接，壓縮彈性件10套在滑動桿8上，滑動桿8的下端還安裝有滑動桿螺母1601。

進一步地，所述滑動件11與滑動軸承12同心配合。

有益效果：與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下有益效果：

(1)彈簧伸縮桿是滑動桿與壓縮彈性件組成的，這樣的組合可以最大化彈簧的壓縮行程，盡可能使膝關節彎曲的角度最大。

(2)彈簧壓縮桿下端固定一滑動件，該滑動件與小腿支撐桿內的滑動支撐桿固連，可以完成著地與離地之間的機構運動切換。

附圖說明

圖1為本發明三維結構組裝示意圖。

圖2為三維結構元件示意詳圖。

具體實施方式

為使本發明實施例的目的和技術方案更加清楚，下面將結合本發明實施例的附圖，對本發明實施例的技術方案進行清楚、完整地描述。顯然，所描述的實施例是本發明的一部分實施例，而不是全部的實施例。基于所描述的本發明的實施例，本領域普通技術人員在無需創造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發明保護的范圍。

本技術領域技術人員可以理解，除非另外定義，這里使用的所有術語(包括技術術語和科學術語)具有與本發明所屬領域中的普通技術人員的一般理解相同的意義。還應該理解的是，諸如通用字典中定義的那些術語應該被理解為具有與現有技術的上下文中的意義一致的意義，并且除非像這里一樣定義，不會用理想化或過于正式的含義來解釋。

本發明中所述的“和/或”的含義指的是各自單獨存在或兩者同時存在的情況均包括在內。

本發明中所述的“內、外”的含義指的是相對于設備本身而言，指向設備內部的方向為內，反之為外，而非對本發明的裝置機構的特定限定。

本發明中所述的“左、右”的含義指的是閱讀者正對附圖時，閱讀者的左邊即為左，閱讀者的右邊即為右，而非對本發明的裝置機構的特定限定。

本發明中所述的“連接”的含義可以是部件之間的直接連接也可以是部件間通過其它部件的間接連接。

如圖1和圖2所示，本發明公開了1.一種自動切換的膝關節助力機構，包括：

設置在自動切換裝置上端的大腿支撐桿1；

設置在大腿支撐桿1和小腿支撐桿4之間的自動切換裝置，其包括設置在自動切換裝置上端的固定件7、設置在固定件7下端的關節軸承2、設置在關節軸承2下端的軸承支座3、設置在軸承支座3下端的滑動件11、設置在滑動件11內部的滑動軸承12、分別鉸接在固定件7和滑動件11上的上鉸接件90和下鉸接件902、設置在上鉸接件90和下鉸接件902之間的壓縮彈性件10以及順次穿過上鉸接件90、壓縮彈性件10和下鉸接件902的滑動桿8，其中，大腿支撐桿1的下端和關節軸承2上端之間通過上螺紋桿1901固定連接，上螺紋桿1901穿過固定件7上的通孔，關節軸承2的下端能轉動地安裝在軸承支座3上，滑動桿8的上端設置有桿帽，下端安裝有螺母1601，上鉸接件90和下鉸接件902被限定在滑動桿8的桿帽和螺母1601之間；

設置在軸承支座3下端的小腿支撐桿4，小腿支撐桿4穿過滑動軸承12的內部，其上端通過下螺紋桿1902固定在軸承支座3底座的沉頭式通孔內；

設置在小腿支撐桿4內部并能在小腿支撐桿4內部上下滑動的滑動支撐桿5，所說滑動支撐桿5的上端和滑動件11的上端分別設置有相互對應的兩個安裝孔，通過上銷軸1801和下銷軸1802插入兩個安裝孔中將滑動支撐桿5和滑動件11相互固定，滑動軸承12被限位在上銷軸1801和下銷軸1802之間；小腿支撐桿4的側邊開設一滑槽，上銷軸1801和下銷軸1802順次穿過滑動件11的安裝孔、滑槽和滑動支撐桿5，并能在滑槽內上下滑動。

還包括足底支撐件6，并通過螺釘固定在小腿支撐桿4的底部。

上銷軸1801和下銷軸1802分別與滑動支撐桿5的安裝孔與滑動件11的安裝孔之間是過盈固定。

滑動桿8分別與上鉸接件901和下鉸接件902之間滑動連接，壓縮彈性件10套在滑動桿8上，滑動桿8的下端還安裝有滑動桿螺母1601。滑動件11與滑動軸承12同心配合。

上鉸接件901與固定件7通過螺栓1301和螺母1702連接；下鉸接件902與滑動件11通過螺栓1302和螺母1701連接。

關節軸承2通過螺栓14和和螺母1602固定于軸承支座3上。

小腿支撐桿4與軸承支座3通過下螺桿1902連接，并由螺釘1501和1502固定。

固定件7通過螺釘1504固定于大腿支撐桿1。

上述外骨骼裝置的工作過程是：用柔性綁套固定該機構的大腿支撐桿1和小腿支撐桿4于人體下肢，當人體下蹲時，膝關節發生彎曲，壓縮彈性件10受壓，由于滑動支撐桿5與地面接觸，滑動件11相對小腿支撐桿4不會滑動，由此壓縮彈性件10將產生對膝關節的彎矩，形成助力效果。

當人體正常行走抬腿時，足底的滑動支撐桿5離開地面，則滑動件11成為自由端，抬腿動作時壓縮彈性件10不會工作，并不會對人體腿部產生阻力。這正是該膝關節機構與普通下肢被動助力機構不同之處。

上述膝關節彈簧的工作模式切換都是靠足底的滑動支撐桿是否觸地自動完成的，不需要人的其他動作輔助，這正是該新型的膝關節機構與普通下肢被動助力機構不同之處。