人体下肢助力外骨骼机械结构设计

这款下肢助力外骨骼结构，主要面向行动障碍群体康复训练、负重作业场景下的下肢力量辅助需求，可应用于康复医疗机构的步行训练、物流搬运岗位的下肢减负、户外长距离徒步的体力支撑等多个场景，能够为使用者提供可控的外部助力，降低下肢关节承受的负荷，减少肌肉长时间收缩带来的疲劳感，同时辅助行动不便人群重新获得站立与行走的能力。从功能特性来看，该结构采用双侧对称式设计，对应人体双下肢的运动轨迹，整体以轻量化的蓝色框架作为主体支撑结构，搭配红色的弹性助力单元，能够在人体行走迈步、站立支撑的过程中，储存与释放弹性势能，匹配人体踝关节、膝关节的运动角度变化，在抬脚阶段提供抬升助力，在落地支撑阶段提供缓冲支撑力，减少关节受到的冲击。设计过程中严格遵循人体工程学原理，整体结构贴合人体下肢的自然形态，足部设置了与普通鞋履适配的绑定支撑结构，能够稳定固定在使用者足部，上方的支撑框架延伸至小腿上部位置，通过绑带与人体小腿固定，不会在运动过程中出现滑脱、错位的问题；两侧的助力单元采用对称布局，保证双侧助力输出的一致性，避免因受力不均导致使用者出现步态偏移的问题。在安装边界与尺寸适配方面，该结构的整体尺寸适配多数成年人的下肢长度比例，小腿段的支撑长度预留了一定的调节空间，可根据不同使用者的腿长进行适配调整，足部支撑结构的尺寸兼容常规尺码的鞋履，不需要使用者更换特制鞋具即可穿戴；整体结构的运动自由度完全匹配人体下肢矢状面的正常活动范围，不会对正常的行走、转身动作造成干涉，所有的铰接位置都设置了限位结构，避免关节过度屈伸造成使用者损伤，同时保证助力输出的方向始终与人体肌肉发力方向一致，不会产生额外的分力影响穿戴舒适度。结构的受力路径经过优化，行走过程中地面的反作用力会通过足部支撑结构传递到主框架，再通过助力单元分散到小腿绑定位置，减少踝关节与膝关节直接承受的压力，弹性助力单元的阻尼参数经过匹配，能够适配正常行走的步频节奏，在慢走、小步幅移动的场景下都能提供稳定的助力效果，不会出现助力滞后或者助力过度的问题，整体结构没有多余的冗余部件，在保证结构强度的前提下尽可能控制了自身重量，降低穿戴过程中的额外负重负担。