本實用新型涉及可穿戴設備技術領域，特別是涉及一種機械外骨骼穿戴設備。

背景技術：

機械外骨骼，又名“外骨骼裝甲”或“外骨骼機甲”，其結構類似昆蟲的外骨骼，能穿在人身上，給人們提供額外的動力和保護，增強人體機能。人們穿戴經專門設計的機械外骨骼后，能夠跑得更快、跳得更高，或者攜帶更重的重物。

目前，機械外骨骼穿戴設備的功能還不夠強大，如何豐富機械外骨骼穿戴設備的使用功能，是目前亟待解決的技術問題。

技術實現要素：

本實用新型實施例提供一種機械外骨骼穿戴設備，以豐富機械外骨骼穿戴設備的使用功能。

本實用新型實施例提供了一種機械外骨骼穿戴設備，包括腳部穿戴機構、腿部穿戴機構和臀部支撐機構，其中：

腿部穿戴機構包括：與腳部穿戴機構鉸接的小腿支撐桿、與小腿支撐桿鉸接的大腿支撐桿，以及兩端分別與腳部穿戴機構和大腿支撐桿鉸接的第一行程調節器，第一行程調節器能夠隨使用者腿部動作伸縮，并能夠被鎖定伸縮狀態；臀部支撐機構與大腿支撐桿連接。

使用者穿戴本實用新型實施例提供的機械外骨骼穿戴設備，不但可以行走、跑步，還可以通過鎖定第一行程調節器的伸縮狀態使用設備的座椅功能。該設計方案豐富機械外骨骼穿戴設備的使用功能，使機械外骨骼穿戴設備更具實用性。

可選的，第一行程調節器為具有開關的電動缸；或者，第一行程調節器包括第一調節桿、第二調節桿和鎖銷，第一調節桿和第二調節桿滑動裝配且分別具有沿滑動方向設置的多個銷孔，當鎖銷插入第一調節桿和第二調節桿位置相對的銷孔時，第一行程調節器被鎖定伸縮狀態。

采用上述技術方案，使用者可以手動對第一行程調節器進行操作，當鎖定第一行程調節器的伸縮狀態時，可以安全的使用機械外骨骼穿戴設備的座椅功能。

優選的，機械外骨骼穿戴設備還包括第一控制器，第一控制器與第一行程調節器電連接，用于當第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制第一行程調節器鎖定伸縮狀態。

采用該技術方案，使用者可以通過調整姿態啟用設備的座椅功能。具體的，使用者雙腿下彎，使第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值，此時第一行程調節器被鎖定伸縮狀態，使用者可以安全地坐在臀部支撐機構上。本實用新型實施例的技術方案提高了機械外骨骼穿戴設備的動作智能化、豐富了其使用功能。

優選的，臀部支撐機構與大腿支撐桿鉸接，臀部支撐機構包括用于驅動臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動的電機；第一控制器還與電機電連接，用于當第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制電機驅動臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動至設定的最佳支撐角度。

采用該技術方案，機械外骨骼穿戴設備的座椅功能開啟時，臀部支撐機構可自動調整至最佳支撐位置，可以使使用者的坐姿更加舒適、安全。

更優的，臀部支撐機構還包括振動器；第一控制器還與振動器電連接，用于當臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動至設定的最佳支撐角度時，控制振動器振動。

當臀部支撐機構位置調整完畢，振動器振動，從而提示使用者可以安全坐下，該方案進一步提高了使用機械外骨骼穿戴設備座椅功能時的安全性。

優選的，腳部穿戴機構包括支架、可翻轉鞋底、彈簧、第二行程調節器，其中：可翻轉鞋底的前端與支架鉸接，且側端具有滑槽；彈簧和第二行程調節器通過第一鉸接軸鉸接且第一鉸接軸滑動裝配在滑槽內，彈簧和第二行程調節器遠離第一鉸接軸的一端分別與支架鉸接；第二行程調節器能夠被鎖定伸縮狀態。

使用者穿戴該實施例提供的機械外骨骼穿戴設備，可以通過調整并鎖定第二行程調節器的伸縮長度，使可翻轉鞋底抬起，此時，腳部穿戴機構具有減震功能，可以大大減輕使用者的運動疲累感。具體的，使用者腳部落下時，彈簧壓縮，為使用者腳部提供減震，當使用者腳部抬起時，彈簧復位，第一鉸接軸再次被頂起，可翻轉鞋底再次抬起。

可選的，第二行程調節器包括具有開關的電動缸，或絲桿螺母。

優選的，腳部穿戴機構還包括加速度傳感器和第二控制器，其中：加速度傳感器設置于支架；第二控制器，與加速度傳感器和第二行程調節器電連接，用于當使用者的步速大于設定的步速閾值時，控制第二行程調節器伸長將第一鉸接軸頂起。

采用該優選方案，當步速大于設定的步速閾值時，腳部穿戴機構可以智能的自動開啟減震功能，使第二行程調節器伸長將第一鉸接軸頂起，可翻轉鞋底抬起。腳部穿戴機構的減震功能開啟后，可以大大減輕使用者的運動疲累感。

優選的，腿部穿戴機構的小腿支撐桿、大腿支撐桿和第一行程調節器為兩組且在使用者腿部兩側呈對稱設置；腳部穿戴機構的彈簧和第二行程調節器為兩組且在可翻轉鞋底兩側呈對稱設置。

使用者穿戴該實施例方案的機械外骨骼穿戴設備，腿部和腳部兩側受力平衡，穿戴舒適感和減震性能更佳，座椅功能的可靠性也進一步提升。

較佳的，小腿支撐桿與大腿支撐桿通過第二鉸接軸鉸接；大腿支撐桿具有沿大腿支撐桿的長度方向排列的多個第一調節卡位，第二鉸接軸樞裝于其中一個第一調節卡位內；和/或，小腿支撐桿具有沿小腿支撐桿的長度方向排列的多個第二調節卡位，第二鉸接軸樞裝于其中一個第二調節卡位內。

采用上述設計，大腿支撐桿和/或小腿支撐桿的長度可以調節，從而使該機械外骨骼穿戴設備可以適用于不同身高腿長的使用者，適用范圍較廣。

優選的，所述臀部支撐機構為U形臀部支撐機構。

較佳的，腳部穿戴機構和腿部穿戴機構分別具有綁帶。

附圖說明

圖1為本實用新型一實施例機械外骨骼穿戴設備示意圖；

圖2為本實用新型一實施例的第一行程調節器示意圖；

圖3為本實用新型另一實施例機械外骨骼穿戴設備示意圖；

圖4為本實用新型一實施例的腳部穿戴機構局部示意圖；

圖5為本實用新型一實施例的腳部穿戴機構處于抬腳狀態示意圖；

圖6為本實用新型一實施例的腳部穿戴機構處于踩落狀態示意圖；

圖7為本實用新型一實施例的小腿支撐桿和大腿支撐桿鉸接示意圖；

圖8為本實用新型一實施例機械外骨骼穿戴設備的運行控制方法流程圖；

圖9為本實用新型一實施例機械外骨骼穿戴設備的運行控制裝置示意圖。

附圖標記：

1-腳部穿戴機構；2-腿部穿戴機構；3-臀部支撐機構；4-第一控制器；

11-支架；12-可翻轉鞋底；13-彈簧；14-第二行程調節器；

15-加速度傳感器；16-滑槽；17-第一鉸接軸；21-小腿支撐桿；

22-大腿支撐桿；24-綁帶；25-第二鉸接軸；23-第一行程調節器；

221-第一調節卡位；211-第二調節卡位；31-電機；32-振動器；

51-獲取單元；52-控制單元；5-第二控制器；231-第一調節桿；

232-第二調節桿；233-鎖銷；234-銷孔。

具體實施方式

為豐富機械外骨骼穿戴設備的使用功能，本實用新型實施例提供了一種機械外骨骼穿戴設備及其運行控制方法和裝置。為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，以下舉實施例對本實用新型作進一步詳細說明。

如圖1所示，本實用新型一實施例提供的機械外骨骼穿戴設備，包括腳部穿戴機構1、腿部穿戴機構2和臀部支撐機構3，其中：腿部穿戴機構2包括：與腳部穿戴機構1鉸接的小腿支撐桿21、與小腿支撐桿21鉸接的大腿支撐桿22，以及兩端分別與腳部穿戴機構1和大腿支撐桿22鉸接的第一行程調節器23，第一行程調節器23能夠隨使用者腿部動作伸縮，并能夠被鎖定伸縮狀態；臀部支撐機構3與大腿支撐桿22連接。

機械外骨骼穿戴設備的主體優選采用密度低、強度高的材質，例如鈦金屬或鈦合金金屬，等等，以減小人體的穿戴負重并提供足夠的剛性。該機械外骨骼穿戴設備與人體固定的方式不限，如圖1所示，該實施例中，腳部穿戴機構1和腿部穿戴機構2分別分別具有綁帶24。綁帶24的數量不限，以能夠將穿戴設備與人體牢靠固定為宜。臀部支撐機構3的具體形狀不限，優選設計為圖1所示的U形，能夠與人體的臀部形狀吻合，提供更加舒適的支撐。

使用者穿戴本實用新型實施例提供的機械外骨骼穿戴設備，在行走或跑步時，腳部穿戴機構1、小腿支撐桿21、大腿支撐桿22能夠隨人體動作而動作，第一行程調節器23亦能夠隨人體腿部的動作而伸縮，因此，使用者可以自如地行走或跑步。

此外，使用者還可以通過鎖定第一行程調節器23的伸縮狀態使用設備的座椅功能。具體的，當第一行程調節器23被鎖定伸縮狀態時，小腿支撐桿21和大腿支撐桿22的夾角固定，使用者可以安全地坐在臀部支撐機構3上。

本實用新型上述實施例的設計方案豐富機械外骨骼穿戴設備的使用功能，使機械外骨骼穿戴設備更具實用性。

第一行程調節器23的具體結構形式不限，例如，在本實用新型一可選實施例中，第一行程調節器為具有開關的電動缸。當電動缸開啟時，第一行程調節器能夠隨人體腿部的動作而伸縮，當電動缸關閉時，第一行程調節器被鎖定伸縮狀態。

如圖2所示，在本實用新型的另一可選實施例中，第一行程調節器23包括第一調節桿231、第二調節桿232和鎖銷233，第一調節桿231和第二調節桿232滑動裝配且分別具有沿滑動方向設置的多個銷孔234。當鎖銷233未插入第一調節桿231和第二調節桿232位置相對的銷孔時，第一行程調節器23能夠隨人體腿部的動作而伸縮；當鎖銷233插入第一調節桿231和第二調節桿232位置相對的銷孔時，第一行程調節器23被鎖定伸縮狀態。

采用上述兩個實施例的技術方案，使用者可以手動對第一行程調節器23進行操作，當鎖定第一行程調節器23的伸縮狀態時，可以安全的使用機械外骨骼穿戴設備的座椅功能。

如圖3所示，在本實用新型一優選實施例中，機械外骨骼穿戴設備還包括第一控制器4，第一控制器4與第一行程調節器23電連接，用于當第一行程調節器23的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制第一行程調節器23鎖定伸縮狀態。本實用新型中第一行程調節器23上設有檢測傳感器，如壓力開關或者光電開光，當所述第一形成調節器23到達預定位置，觸發檢測傳感器發出電信號給所述第一控制器4，所述第一控制器4可為繼電器，如，所述檢測傳感器將電信號連接到繼電器的控制端，當控制端的電信號跳變，繼電器的輸入端與輸出端連通或者斷開，如第一行程調節器23為掉電鎖死的電動缸，所述繼電器輸入端連接電源，輸出端連接電動缸的供電端，當控制端的電信號跳變，切斷電源給電動缸供電，電動缸鎖死。

采用該技術方案，使用者可以通過調整姿態啟用設備的座椅功能。具體的，使用者雙腿下彎，使第一行程調節器23的收縮行程達到設定的收縮行程閾值，此時第一行程調節器23被鎖定伸縮狀態，小腿支撐桿21和大腿支撐桿22的夾角固定，使用者可以安全地坐在臀部支撐機構3上。本實用新型實施例的技術方案提高了機械外骨骼穿戴設備的動作智能化、豐富了其使用功能。其中，收縮行程閾值可以根據經驗或者通過試驗來確定，例如，收縮行程閾值設定為20厘米。

在本實用新型一實施例中，臀部支撐機構與大腿支撐桿固定連接，當小腿支撐桿和大腿支撐桿呈現與坐姿相吻合的姿態時，臀部支撐機構位于人體臀部的下方。

請繼續參照圖3所示，在本實用新型的優選實施例中，臀部支撐機構3與大腿支撐桿22鉸接，臀部支撐機構3包括用于驅動臀部支撐機構3相對大腿支撐桿22轉動的電機31；第一控制器4還與電機31電連接，用于當第一行程調節器23的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制電機31驅動臀部支撐機構3相對大腿支撐桿22轉動至設定的最佳支撐角度。

最佳支撐角度可以根據經驗或者通過試驗來確定。采用該技術方案，使用者行走或者跑步時，臀部支撐機構3可以收納在使用者的腰部，機械外骨骼穿戴設備的座椅功能開啟時，臀部支撐機構3可自動調整至最佳支撐位置，可以使使用者的坐姿更加舒適、安全。

更優的，臀部支撐機構3還可以包括振動器32；第一控制器4還與振動器32電連接，用于當臀部支撐機構3相對大腿支撐桿22轉動至設定的最佳支撐角度時，控制振動器32振動。當臀部支撐機構3位置調整完畢，振動器32振動，從而提示使用者可以安全坐下，該方案進一步提高了使用機械外骨骼穿戴設備座椅功能時的安全性。

可選的，第一行程調節器23可以為氣缸式行程調節器或液缸式行程調節器。優選采用氣缸式行程調節器，重量更輕，更適用于機械外骨骼穿戴設備。

如圖4、圖5和圖6所示，在本實用新型的優選實施例中，腳部穿戴機構包括支架11、可翻轉鞋底12、彈簧13、第二行程調節器14，其中：可翻轉鞋底12的前端與支架11鉸接，且側端具有滑槽16；彈簧13和第二行程調節器14通過第一鉸接軸17鉸接且第一鉸接軸17滑動裝配在滑槽16內，彈簧13和第二行程調節器14遠離第一鉸接軸17的一端分別與支架11鉸接；第二行程調節器14能夠被鎖定伸縮狀態。

使用者穿戴該實施例提供的機械外骨骼穿戴設備，可以通過調整并鎖定第二行程調節器14的伸縮長度，使可翻轉鞋底12抬起，此時，腳部穿戴機構1具有減震功能，可以大大減輕使用者的運動疲累感。具體的，使用者腳部落下時，彈簧13壓縮，為使用者腳部提供減震，當使用者腳部抬起時，彈簧13復位，第一鉸接軸17再次被頂起，可翻轉鞋底12再次抬起。

在本實用新型的可選實施例中，第二行程調節器14可以為具有開關的電動缸，或為絲桿螺母。使用者可以手動調節第二行程調節器14的伸縮和鎖定狀態。

在本實用新型圖5所示的優選實施例中，腳部穿戴機構還包括加速度傳感器15和第二控制器5，其中：加速度傳感器15設置于支架11；第二控制器5，與加速度傳感器15和第二行程調節器14電連接，用于當使用者的步速大于設定的步速閾值時，控制第二行程調節器14伸長將第一鉸接軸17頂起。

使用者穿戴該實施例提供的機械外骨骼穿戴設備，當步速大于設定的步速閾值時，腳部穿戴機構1可以智能的自動開啟減震功能，使第二行程調節器14伸長將第一鉸接軸17頂起，可翻轉鞋底12抬起。如圖5所示，腳部穿戴機構1的減震功能開啟后，可以大大減輕使用者的運動疲累感。使用者腳部落下時，彈簧13壓縮，腳部穿戴機構1可以為使用者腳部提供減震，處于踩落狀態的腳部穿戴機構1如圖6所示；當使用者腳部抬起時，彈簧13復位，第一鉸接軸17再次被頂起，可翻轉鞋底12再次抬起。步速閾值可以根據經驗或者試驗確定，例如，設定步速閾值為1.5m/秒，大于該步速閾值，則認為使用者處于跑步狀態，腳部穿戴機構1的減震功能開啟。

在該實施例中，第二行程調節器14的具體類型不限，例如可以為氣缸式行程調節器、液缸式行程調節器或絲桿式行程調節器，等等。

如圖7所示，在本實用新型的較佳實施例中，小腿支撐桿21與大腿支撐桿22通過第二鉸接軸25鉸接；大腿支撐桿22具有沿大腿支撐桿22的長度方向排列的多個第一調節卡位221，第二鉸接軸25樞裝于其中一個第一調節卡位221內；小腿支撐桿21具有沿小腿支撐桿21的長度方向排列的多個第二調節卡位211，第二鉸接軸25樞裝于其中一個第二調節卡位211內。

采用上述設計，大腿支撐桿22和小腿支撐桿21的長度可以調節，從而使該機械外骨骼穿戴設備可以適用于不同身高腿長的使用者，適用范圍較廣。第一調節卡位221和第二調節卡位211可以為彈性卡位，這樣，用力掰動第二鉸接軸25即可移動至相鄰的調節卡位。在本實用新型的其它實施例中，也可以僅在大腿支撐桿或小腿支撐桿上設置調節卡位。

請參考圖3所示，在該實施例中，腿部穿戴機構2的小腿支撐桿21、大腿支撐桿22和第一行程調節器23為兩組且在使用者腿部兩側呈對稱設置；腳部穿戴機構1的彈簧13和第二行程調節器14為兩組且在可翻轉鞋底12兩側呈對稱設置。采用該設計，使用者的腿部和腳部兩側受力平衡，穿戴舒適感和減震性能更佳，座椅功能的可靠性也進一步提升。

如圖8所示，基于相同的實用新型構思，本實用新型實施例還提供一種機械外骨骼穿戴設備的運行控制方法，該方法包括以下步驟：

步驟101、獲取第一行程調節器的伸縮行程；

步驟102、當第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制第一行程調節器鎖定伸縮狀態。

采用本實用新型上述實施例的運行控制方法，機械外骨骼穿戴設備具有座椅功能并能夠自動開啟，從而提高了機械外骨骼穿戴設備的動作智能化、豐富了其使用功能。

優選的，運行控制方法還包括：當第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制電機驅動臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動至設定的最佳支撐角度。

采用該實施例運行控制方法，機械外骨骼穿戴設備的座椅功能開啟時，臀部支撐機構處于最佳支撐位置，可以使使用者的坐姿更加舒適、安全。

更優的，運行控制方法還包括：當臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動至設定的最佳支撐角度時，控制振動器振動。

采用該實施例運行控制方法，當臀部支撐機構位置調整完畢，振動器振動，從而可以提示使用者可以安全坐下，該方案進一步提高了使用機械外骨骼穿戴設備座椅功能時的安全性。

優選的，運行控制方法還包括：

獲取使用者的步速；

當使用者的步速大于設定的步速閾值時，控制第二行程調節器伸長將彈簧和連桿的鉸接軸頂起。

采用該實施例運行控制方法，當步速大于設定的步速閾值時，腳部穿戴機構具有減震功能，可以大大減輕使用者的運動疲累感。

如圖9所示，基于相同的實用新型構思，本實用新型實施例還提供一種機械外骨骼穿戴設備的運行控制裝置，包括：

獲取單元51，用于獲取第一行程調節器的伸縮行程；

控制單元52，用于當第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制第一行程調節器鎖定伸縮狀態。

采用本實用新型上述實施例的運行控制裝置，機械外骨骼穿戴設備具有座椅功能并能夠自動開啟，從而提高了機械外骨骼穿戴設備的動作智能化、豐富了其使用功能。

優選的，控制單元52，還用于當第一行程調節器的收縮行程達到設定的收縮行程閾值時，控制電機驅動臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動至設定的最佳支撐角度。

采用該實施例運行控制裝置，機械外骨骼穿戴設備的座椅功能開啟時，臀部支撐機構處于最佳支撐位置，可以使使用者的坐姿更加舒適、安全。

更優的，控制單元52，還用于當臀部支撐機構相對大腿支撐桿轉動至設定的最佳支撐角度時，控制振動器振動。

采用該實施例運行控制裝置，當臀部支撐機構位置調整完畢，振動器振動，從而可以提示使用者可以安全坐下，該方案進一步提高了使用機械外骨骼穿戴設備座椅功能時的安全性。

優選的，獲取單元51，還用于獲取使用者的步速；

控制單元52，還用于當使用者的步速大于設定的步速閾值時，控制第二行程調節器伸長將彈簧和連桿的鉸接軸頂起。

采用該實施例運行控制裝置，當步速大于設定的步速閾值時，腳部穿戴機構具有減震功能，可以大大減輕使用者的運動疲累感。

顯然，本領域的技術人員可以對本實用新型進行各種改動和變型而不脫離本實用新型的精神和范圍。這樣，倘若本實用新型的這些修改和變型屬于本實用新型權利要求及其等同技術的范圍之內，則本實用新型也意圖包含這些改動和變型在內。