一種自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備的制作方法

本發明屬于膝關節輔助器械和行走輔助裝備領域，特別涉及一種自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備。

背景技術：

老年人的肌肉力量和關節功能會隨著年齡地增加而逐步降低，在下肢力量衰減和下肢關節損傷方面表現最為明顯，以至于影響老年人的行動能力和生活質量。中青年群體在長期運動或工作中也會造成膝關節等部位勞損，如半月板的損傷等。另外，輕度中風患者也會造成下肢運動能力的部分失能，影響患者的行動能力。正確適度的下肢關節行走輔助鍛煉，可以幫助老年人和下肢部分失能患者改善肌肉活力，提高他們的自理能力和健康狀況。以改善和提高運動能力下降的老年人、中青年腿部關節運動損傷以及下肢部分失能的中風等腦疾病患者的行走能力為目標，要求行走輔助機構體積小、重量輕，簡單實用，舒適度高。

目前成熟的行走助力產品主要有：拐杖、助步架、無動力輪椅等。此類行走助力產品雖然能夠起到幫助老年人或者下肢部分失能患者保持行動平衡或代步移動的作用，但由于其沒有動力，需要借助上肢的力量，會使人感到行走費力。此外，有關髖關節輔助行走外骨骼機器人和膝關節輔助行走外骨骼機器人也是目前行走助力研究的熱點，但其體積和重量較大，且剛性機構慣性大，舒適性較差，目前尚未實際應用到老年人、下肢關節運動損傷或者下肢部分失能患者的日常行走中。

技術實現要素：

本發明的目的是針對上述現有技術的缺陷，提供了一種自驅動自適應步態 的可穿戴膝關節助行裝備。自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備的執行組件作用于下肢膝關節部位，以人體自重為驅動力，不需要其他外部動力和能量輸入。裝備基于杠桿原理和曲柄滑塊結構機理，采用所述左腳動力輸出組件和右腳動力輸出組件對左腿膝關節助力執行組件和右腿膝關節助力執行組件同側平行驅動輸入與異側交叉驅動輸入相結合的工作方式，在行走過程中，利用人體自重作用，以鮑登繩為驅動力傳遞的媒介，左腳動力輸出組件為左腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力，為右腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力；右腳動力輸出組件為右腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力，為左腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力，使之在行走過程中按照步態周期節奏，適應步態產生輔助左、右腿膝關節彎曲、伸展的轉矩，達到輔助行走的目的。

為了實現上述目的，本發明采取的技術方案是：

一種自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備，包括：

左腿膝關節助力執行組件，其適于固定在左腿膝關節對應位置，在行走過程中為左腿膝關節提供輔助伸展和彎曲的轉矩；

右腿膝關節助力執行組件，其適于固定在右腿膝關節對應位置，在行走過程中為右腿膝關節提供輔助伸展和彎曲的轉矩；

左腳動力輸出組件，其適于穿著于使用者左腳，能夠為所述左腿膝關節助力執行組件提供伸展的動力，以及為所述右腿膝關節助力執行組件提供彎曲的動力；

右腳動力輸出組件，其適于穿著于使用者右腳，能夠為所述右腿膝關節助力執行組件提供伸展的動力，以及為所述左腿膝關節助力執行組件提供彎曲的動力；

驅動力傳遞裝置，其能夠將所述左腳動力輸出組件和所述右腳動力輸出組件提供的動力傳遞到所述左腿膝關節助力執行組件和所述右腿膝關節助力執行組件。

優選地，所述驅動力傳遞裝置包括：

第一鮑登繩及第一鮑登繩套管，其一端與所述左腳動力輸出組件相連，另一端與所述左腿膝關節助力執行組件的伸展動力輸入端相連，使得所述左腳動力輸出組件為所述左腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力；

第二鮑登繩及第二鮑登繩套管，其一端與所述左腳動力輸出組件相連，另一端與所述右腿膝關節助力執行組件的彎曲動力輸入端相連，使得所述左腳動力輸出組件為所述右腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力；

第三鮑登繩及第三鮑登繩套管，其一端與所述右腳動力輸出組件相連，另一端與所述左腿膝關節助力執行組件的彎曲動力輸入端相連，使得所述右腳動力輸出組件為所述左腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力；

第四鮑登繩及第四鮑登繩套管，其一端與所述右腳動力輸出組件相連，另一端和所述右腿膝關節助力執行組件的伸展動力輸入端相連，使得所述右腳動力輸出組件為所述右腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力。

優選地，所述左腳動力輸出組件包括：第一基礎板、第一活動板、第一鮑登繩套管固定支架、第一鉸鏈、第一轉軸；所述第一基礎板的前端和所述第一活動板的前端形成以所述第一轉軸為支點的杠桿結構；所述第一基礎板的后端與所述第一鮑登繩、第二鮑登繩的一端連接；所述第一活動板的后端與所述第一鮑登繩套管、第二鮑登繩套管的一端連接；

所述右腳動力輸出組件包括：第二基礎板、第二活動板、第二鮑登繩套管 固定支架、第二鉸鏈、第二轉軸；所述第二基礎板的前端和所述第一活動板的前端形成以所述第一轉軸為支點的杠桿結構；所述第一基礎板的后端與所述第一鮑登繩、第二鮑登繩的一端連接；所述第二基礎板的后端與所述第三鮑登繩、第四鮑登繩的一端連接；所述第二活動板的后端與所述第三鮑登繩套管、第四鮑登繩套管的一端連接。

優選地，所述左腳動力輸出組件和右腳動力輸出組件分中還包括：橡膠墊、橡膠緩沖摩擦墊、橡膠防滑墊，以及彈性固定帶。

優選地，所述第一基礎板和第二基礎板采用硬鋁合金材料加工制成；所述第一活動板和第二活動板采用碳纖維材料制成。

優選地，所述左腿膝關節助力執行組件包括：左腿大腿固定板、左腿小腿固定板、第一導軌、第一滑塊、第一連桿、第一拉力彈簧；所述左腿大腿固定板、左腿小腿固定板、第一連桿、第一導軌和第一滑塊構成曲柄滑塊結構，形成兩個轉動副；所述第一鮑登繩對所述第一滑塊的拉力作用通過第一連桿轉化為左腿小腿固定板相對于左腿大腿固定板順時針的轉動，為左腿小腿提供輔助伸展的轉矩；所述第三鮑登繩通過所述第一拉力彈簧為第一滑塊提供拉力，并通過第一連桿轉化為左腿小腿固定板相對于左腿大腿固定板逆時針的轉動，為左腿小腿提供輔助彎曲的轉矩；

所述右腿膝關節助力執行組件包括：右腿大腿固定板、右腿小腿固定板、第二導軌、第二滑塊、第二連桿、第二拉力彈簧；所述右腿大腿固定板、右腿小腿固定板、第二連桿、第二導軌和第二滑塊構成曲柄滑塊結構，形成兩個轉動副；所述第二鮑登繩對所述第二滑塊的拉力作用通過第二連桿轉化為右腿小腿固定板相對于右腿大腿固定板順時針的轉動，為左腿小腿提供輔助彎曲的轉矩；所述第四鮑登繩通過所述第二拉力彈簧為第二滑塊提供拉力，并通過第二 連桿轉化為右腿小腿固定板相對于右腿大腿固定板逆時針的轉動，為右腿小腿提供輔助伸展的轉矩。

優選地，所述左腿膝關節助力執行組件和所述右腿膝關節助力執行組件還包括保護蓋和柔性固定帶。

優選地，所述左腿膝關節助力執行組件中的左腿小腿固定板可以相對于左腿大腿固定板在30°～200°內旋轉；右腿膝關節助力執行組件中的右腿小腿固定板可以相對于右腿大腿固定板在30°～200°內旋轉。

優選地，所述左腿膝關節助力執行組件中的左腿小腿固定板可以相對于左腿大腿固定板在120°～180°內旋轉；右腿膝關節助力執行組件中的右腿小腿固定板可以相對于右腿大腿固定板在120°～180°內旋轉。

優選地，所述左腿大腿固定板、左腿小腿固定板、右腿大腿固定板和右腿小腿固定板采用高碳纖維材料、鎂鋁合金金或硬鋁合金材料制成。

本發明優異的效果是：

1)相比現有技術，本發明所述一種自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備，具有不需要外界動力和能量輸入的特點：裝備采用人的自重作為裝備的驅動力，不需要電流、氣泵等形式的外帶能源，突破了目前一般行走輔助裝備，如外骨骼機器人對外帶能源的依賴，直接減小了裝備的體積和質量，使裝備更加地便攜。

2)相比現有技術，裝備采用所述左腳動力輸出組件和右腳動力輸出組件對左腿膝關節助力執行組件和右腿膝關節助力執行組件同側平行驅動輸入與異側交叉驅動輸入相結合的工作方式。在行走過程中利用人體自重作用，以鮑登繩為驅動力傳遞的媒介，左腳動力輸出組件為左腿膝關節助力執行組件提供伸展 的拉力，為右腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力；右腳動力輸出組件為右腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力，為左腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力，使之在行走過程中按照步態周期規律產生輔助左、右腿膝關節彎曲、伸展的轉矩，達到輔助行走的目的。左腿膝關節助力執行組件和右腿膝關節助力執行組件中采用拉力彈簧作為蓄能和緩沖器，減小執行組件的機械慣性。

因此，本發明以人的自重為裝備的驅動力，不需要其他外部動力和能量輸入，體積小、重量輕、便攜性好。另外,本發明裝備慣性小，舒適性好，不僅可以達到輔助下肢運動能力下降人群、下肢關節運動損傷和下肢部分失能患者行走的目的，并且可以幫助老年人、下肢關節運動損傷和下肢部分失能患者改善肌肉活力，提高他們的自理能力和健康狀況。

附圖說明

圖1是本發明的自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備主要組成圖。

圖2是本發明所述左腳動力輸出組件組成及不受人體自重作用時的工況圖。

圖3是本發明所述右腳動力輸出組件組成及受人體自重作用時的工況圖。

圖4是本發明所述左腿膝關節助力執行組件組成外形圖。

圖5是本發明所述左腿膝關節助力執行組件組成主要組成與內部裝配關系圖。

圖6是本發明所述右腿膝關節助力執行組件外形圖。

圖7是本發明所述右腿膝關節助力執行組件主要組成與內部裝配關系圖。

圖8是本發明所述裝備的基本工作模式圖。

其中各附圖標記含義如下：

1.左腳動力輸出組件；2.右腳動力輸出組件；3.左腿膝關節助力執行組 件；4.右腿膝關節助力執行組件；5.鮑登繩及鮑登繩套管。

101.基礎板；102.活動板；103.鮑登繩套管固定支架；104.鉸鏈；105.轉軸；106.橡膠墊；107.橡膠緩沖摩擦墊；108.橡膠防滑墊；109.鮑登繩；110.鮑登繩套管；111.鮑登繩；112.鮑登繩套管；113.彈性固定帶。

201.基礎板；202.活動板；203.鮑登繩套管固定支架；204.鉸鏈；205.轉軸；206.橡膠墊；207.橡膠緩沖摩擦墊；208.橡膠防滑墊；209.鮑登繩；210.鮑登繩套管；211.鮑登繩；212.鮑登繩套管；213.彈性固定帶。

301.左腿大腿固定板；302.左腿小腿固定板；303.保護蓋；304.柔性固定帶；305.轉軸；306.導軌；307.滑塊；308.連桿；309.鮑登繩固定連接件；310.鮑登繩套管固定基座；311.拉力彈簧；312.鮑登繩套管連接固定件；313.緊固件；314.鉚釘。

401.右腿大腿固定板；402.右腿小腿固定板；403.保護蓋；404.柔性固定帶；405.轉軸；406.導軌；407.滑塊；408.連桿；409.鮑登繩固定連接件；410.鮑登繩套管固定基座；411.拉力彈簧；412.鮑登繩套管連接固定件；413.緊固件；414.鉚釘。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施案例對本發明作進一步說明，但不作為對本發明的限定。

如圖1所示，一種自驅動自適應步態的可穿戴膝關節助行裝備，以人體自重為驅動力，不需要其他外部動力和能量輸入。所述裝備主要由左腳動力輸出組件1、右腳動力輸出組件2、左腿膝關節助力執行組件3、右腿膝關節助力執行組件4、鮑登繩及鮑登繩套管5等組成。左腳動力輸出組件1、右腳動力輸出 組件2分別穿戴在左、右腳下，是所述可穿戴膝關節助行裝備的動力源，為左腿膝關節助力執行組件3、右腿膝關節助力執行組件4提供動力。左腿膝關節助力執行組件3、右腿膝關節助力執行組件4固定在左腿和右腿膝關節對應位置，是所述可穿戴膝關節助行裝備的執行部件，在行走過程中按照步態周期規律為左腿和右腿膝關節提供輔助伸展和彎曲的轉矩。鮑登繩及鮑登繩套管4包括鮑登繩和鮑登繩套管，分別是驅動力(拉力)的傳遞媒介和位移通道。左腳動力輸出組件1與左腿膝關節助力執行組件3和右腿膝關節助力執行組件4之間，以及右腳動力輸出組件2與左腿膝關節助力執行組件3和右腿膝關節助力執行組件4之間，均通過鮑登繩及鮑登繩套管4中的鮑登繩傳遞拉力。在行走過程中利用人體自重作用，以鮑登繩及鮑登繩套管4中的鮑登繩為驅動力傳遞的媒介，左腳動力輸出組件1為左腿膝關節助力執行組件3提供伸展的拉力，為右腿膝關節助力執行組件4提供彎曲的拉力；右腳動力輸出組件2為右腿膝關節助力執行組件4提供伸展的拉力，為左腿膝關節助力執行組件3提供彎曲的拉力，使之在行走過程中按照步態周期規律產生輔助左、右腿膝關節彎曲、伸展的轉矩，達到輔助行走的目的。

圖2是本發明所述左腳動力輸出組件1組成及不受人體自重作用時的工況圖。左腳動力輸出組件1包括基礎板101、活動板102、鮑登繩套管固定支架103、鉸鏈104、轉軸105、橡膠墊106、橡膠緩沖摩擦墊107、橡膠防滑墊108、鮑登繩109、鮑登繩套管110、鮑登繩111、鮑登繩套管112、以及彈性固定帶113等。其中，基礎板101采用比剛度較高的硬鋁合金材料加工制成，并進行了局部加筋，整體減重處理，起到整體固定和支撐的作用。活動板102采用高強度碳纖維材料制成，是所述左腳動力輸出組件1另一個重要的固定和支撐零件。活動板102與鉸鏈104采用轉軸105鉸接，活動板102可以繞鉸鏈104在一定 角度內旋轉。鉸鏈104固定在基礎板101上，二者之間有橡膠墊106隔振，橡膠緩沖摩擦墊107固定在鉸鏈104的外側，與粘合在活動板102底面的橡膠緩沖摩擦墊108起到在行走過程中防滑緩沖的作用。

鮑登繩109和鮑登繩111采用具有較強的彈性和韌性的65Mn材料，是左腳動力輸出組件1與左腿膝關節助力執行組件3和右腿膝關節助力執行組件4之間拉力傳遞的媒介。鮑登繩套管110和鮑登繩套管112分別是鮑登繩109和鮑登繩111的位移通道及保護套管。鮑登繩套管固定支架103采用比剛度較高的硬鋁合金材料，通過螺釘緊固件固定在活動板102上，主要對鮑登繩套管110和鮑登繩套管112起固定的作用，并為活動板102及鮑登繩109和鮑登繩111提供上下往復運動的位移空間。鮑登繩套管110的一端緊固在鮑登繩套管固定支架103的左側限位孔中，另一端固定在左腿膝關節助力執行組件3中的鮑登繩套管連接固定件312上。鮑登繩109一端通過鮑登繩套管110固定在基礎板101的左側卡口上，另一端通過鮑登繩固定連接件309固定在左腿膝關節助力執行組件3中的滑塊307上，可以為滑塊307提供拉力作用。鮑登繩套管112的一端緊固在鮑登繩套管固定支架103的右側限位孔中，另一端固定在右腿膝關節助力執行組件4中的鮑登繩套管固定基座410上。鮑登繩111一端通過鮑登繩套管112固定在基礎板101的右側卡口上，另一端通過鮑登繩套管112固定在右腿膝關節助力執行組件4中的拉力彈簧411上，可以為拉力彈簧411提供拉力作用。彈性固定帶113由柔韌性較好的尼龍A材料制成，通過鉚釘固定在基礎板101上，用于所述可穿戴膝關節助行裝備使用時固定鞋與左腳動力輸出組件1。

所述基礎板101和活動板102形成了以轉軸105為支點的杠桿結構形式，人體自重在基礎板101重心作用點到支點的距離是杠桿的動力臂，基礎板101 的左側卡口的鮑登繩109和右側卡口的鮑登繩111的合力作用點到支點的距離是杠桿的阻力臂，所述左腳動力輸出組件1基于此杠桿結構，利用人的自重分別為所述可穿戴膝關節助行裝備的左腿膝關節助力執行組件3和右腿膝關節助力執行組件4提供動力。

圖3是本發明所述右腳動力輸出組件2及受人體自重作用時的工況圖。右腳動力輸出組件2與左腳動力輸出組件1結構相同，包括基礎板201、活動板202、鮑登繩套管固定支架203、鉸鏈204、轉軸205、橡膠墊206、橡膠緩沖摩擦墊207、橡膠防滑墊208、鮑登繩209、鮑登繩套管210、鮑登繩211、鮑登繩套管212、以及彈性固定帶213等。右腳動力輸出組件2的組成、零部件的材料、結構形式，安裝方式與左腳動力輸出組件1相同，二者相同的部分不再贅述。

鮑登繩209和鮑登繩211分別是右腳動力輸出組件2與左腿膝關節助力執行組件3和右腿膝關節助力執行組件4之間拉力傳遞的媒介。鮑登繩套管210和鮑登繩套管212分別是鮑登繩209和鮑登繩211的位移通道及保護套管。鮑登繩套管固定支架203通過螺釘緊固件固定在活動板202上，對鮑登繩套管210和鮑登繩套管212起固定的作用，并為活動板202及鮑登繩209和鮑登繩211提供上下往復運動的位移空間。鮑登繩套管210的一端緊固在鮑登繩套管固定支架203的左側限位孔中，另一端固定在左腿膝關節助力執行組件3中的鮑登繩套管固定基座310上。鮑登繩209通過鮑登繩套管210，一端固定在基礎板201末端的左側卡口上，另一端固定在左腿膝關節助力執行組件3中的拉力彈簧311上，為拉力彈簧311以及滑塊307提供拉力作用。鮑登繩套管212的一端緊固在鮑登繩套管固定支架203的右側限位孔中，另一端固定在右腿膝關節助力執行組件4的鮑登繩套管連接固定件412上。鮑登繩211通過鮑登繩套管212，一端固定在基礎板101末端的右側卡口上，另一端通過鮑登繩固定連接件409 固定在右腿膝關節助力執行組件4中的滑塊407上，可以為滑塊407提供拉力作用。

所述基礎板201和活動板202形成了以轉軸205為支點的杠桿結構形式，人體自重在基礎板201重心作用點到支點的距離是杠桿的動力臂，基礎板101末端左側卡口的鮑登繩209和右側卡口的鮑登繩211的合力作用點到支點的距離是杠桿的阻力臂，所述右腳動力輸出組件2基于杠桿結構，利用人的自重分別為所述可穿戴膝關節助行裝備的左腿膝關節助力執行組件3和右腿膝關節助力執行組件4提供動力。

圖2和圖3也是左腳動力輸出組件1和右腳動力輸出組件2的兩種極限狀態。圖2為左腳動力輸出組件1不受人體自重情況下的狀態，即人在跨步過程中抬腳離地時的狀態，人的自重沒有作用在基礎板101與活動板102形成的杠桿結構上，此時對鮑登繩109和鮑登繩111輸出拉力最小；而圖3為右腳動力輸出組件2受人體重力作用最大的狀態，即人在跨步過程中自重全部作用在右腳動力輸出組件2的基礎板201時的狀態。此時，基礎板201和活動板202形成了以轉軸205為支點的杠桿結構形式，人體自重在基礎板201重心作用點到支點的距離是杠桿的動力臂，基礎板101左側卡口的鮑登繩209和右側卡口的鮑登繩211的合力作用點到支點的距離是杠桿的阻力臂，基于此杠桿結構，右腳動力輸出組件2依靠人體自重為鮑登繩209和鮑登繩211提供拉力，并且此狀態提供的拉力達到最大值。

圖4為左腿膝關節助力執行組件3外形圖，圖5為左腿膝關節助力執行組件3主要組成與內部裝配關系圖。如圖4和5所示，所述左腿膝關節助力執行組件3主要由左腿大腿固定板301、左腿小腿固定板302、保護蓋303、柔性固定帶304、轉軸305、導軌306、滑塊307、連桿308、鮑登繩固定連接件309、 鮑登繩套管固定基座310、拉力彈簧311、鮑登繩套管連接固定件312、緊固件313、鉚釘314以及鮑登繩109、鮑登繩套管110、鮑登繩209和鮑登繩套管210等組成。

左腿膝關節助力執行組件3通過柔性固定帶304在左腿膝關節相應位置進行固定。其中，左腿大腿固定板301、左腿小腿固定板302采用輕質高強度碳纖維材料制成，起力的傳導和支撐的作用。保護蓋303是所述左腿膝關節助力執行組件3內部零部件密封保護殼體，避免在使用過程中內部零部件受外力作用而損壞失效。柔性固定帶304采用柔韌性較好的自粘布和彈力帶制成，通過鉚釘314固定在左腿大腿固定板301和左腿小腿固定板302上。

如圖5所示，左腿小腿固定板302安裝在左腿大腿固定板301的轉軸305上，可以繞轉軸305在設計角度內旋轉。導軌306和鮑登繩套管固定基座310通過緊固件313固定在左腿大腿固定板301上，滑塊307安裝在導軌306上，可以在導軌的額定行程內做直線往復運動。拉伸彈簧311一端固定在滑塊307上，另一端固定在鮑登繩209上，作為能量存儲單元。鮑登繩套管連接固定件312通過螺釘緊固件固定在左腿大腿固定板301底部左側的安裝孔上，作為鮑登繩套管110的固定之用，同時還具有左腿小腿固定板302順時針轉角極限位置限位功能。鮑登繩109通過鮑登繩套管110，一端通過鮑登繩固定連接件309固定在滑塊307上，另一端固定在左腳動力輸出組件1的基礎板101末端左側卡口上，為滑塊307傳遞來自左腳動力輸出組件1的拉力作用。

左腿小腿固定板302和滑塊307通過連桿308連接，構成兩個轉動副，形成曲柄滑塊結構形式，鮑登繩209通過拉力彈簧311為滑塊307提供的拉力，通過連桿308轉化為左腿小腿固定板302相對于左腿大腿固定板301逆時針的轉動，為左腿小腿提供彎曲的輔助轉矩。鮑登繩109對滑塊307的拉力作用通 過連桿308轉化為左腿小腿固定板302相對于左腿大腿固定板301順時針的轉動，為左腿小腿提供輔助伸展的轉矩。拉力彈簧311是儲能器件，同時也是緩沖器件。拉力彈簧311在鮑登繩109提供拉力時將一部分拉力轉化為自身的彈性勢能存儲起來，并在鮑登繩109拉力消失時再逐漸釋放這部分勢能到滑塊307上，避免拉力突然增大或者消失對膝蓋造成傷害。同樣的，拉力彈簧311在鮑登繩209提供拉力時將一部分拉力轉化為自身的彈性勢能存儲起來，并在鮑登繩209拉力消失時再逐漸釋放這部分勢能到滑塊307上，避免拉力突然增大或者突然消失而產生的機械慣性對膝蓋造成傷害。

圖6為右腿膝關節助力執行組件4外形圖，圖7為右腿膝關節助力執行組件4主要組成與內部裝配關系圖。如圖6和7所示，所述右腿膝關節助力執行組件4主要由右腿大腿固定板401、右腿小腿固定板402、保護蓋403、柔性固定帶404、轉軸405、導軌406、滑塊407、連桿408、鮑登繩固定連接件409、鮑登繩套管固定基座410、拉力彈簧411、鮑登繩套管連接固定件412、緊固件413、鉚釘414以及鮑登繩111、鮑登繩套管112、鮑登繩211和鮑登繩套管212等組成。右腿膝關節助力執行組件4對應位置的零部件與左腿膝關節助力執行組件3相同。

如圖7所示，右腿小腿固定板402安裝在左腿大腿固定板401的轉軸405上，可以繞轉軸405在設計角度內旋轉。導軌406和鮑登繩套管固定基座410通過緊固件413固定在左腿大腿固定板401上，滑塊407安裝在導軌406上，可以在導軌額定行程內做直線往復運動。拉伸彈簧411一端固定在滑塊407上，另一端固定在鮑登繩109上，作為能量存儲單元。鮑登繩套管連接固定件412通過螺釘緊固件固定在右腿大腿固定板401下部右側的安裝孔上，除用于固定鮑登繩套管212，并對右腿小腿固定板402逆時針轉角極限位置作限位。鮑登繩 211利用鮑登繩套管212提供的通道，一端通過鮑登繩固定連接件409固定在滑塊407上，另一端固定在右腳動力輸出組件2的基礎板201末端的右側卡口上，為滑塊407傳遞來自右腳動力輸出組件2的拉力作用。

右腿小腿固定板402和滑塊407通過連桿408連接，構成兩個轉動副，形成曲柄滑塊結構形式，鮑登繩111通過拉力彈簧411為滑塊407提供的拉力，通過連桿408轉化為右腿小腿固定板402相對于右腿大腿固定板401順時針的轉動，為右腿小腿提供輔助彎曲的轉矩。鮑登繩211對滑塊407的拉力作用通過連桿408轉化為右腿小腿固定板402相對于右腿大腿固定板401逆時針的轉動，可以為右腿小腿提供輔助伸展的轉矩。拉力彈簧411是儲能器件，同時也是緩沖器件。拉力彈簧411在鮑登繩111提供拉力時可以將一部分拉力轉化為自身的彈性勢能存儲起來，并在鮑登繩111拉力消失時再逐漸釋放這部分勢能到滑塊407上，避免拉力突然增大或者突然消失而產生的機械慣性對膝蓋造成傷害。同樣的，拉力彈簧411在鮑登繩211提供拉力時將一部分拉力轉化為自身的彈性勢能存儲起來，并在鮑登繩211拉力消失時再逐漸釋放這部分勢能到滑塊407上，避免拉力突然增大或者突然消失而產生的機械慣性對膝蓋造成傷害。

左腿小腿固定板302可以繞轉軸305做相對于左腿大腿固定板301在設計角度120°～180°內旋轉；右腿小腿固定板402可以繞轉軸405做相對于右腿大腿固定板401在設計角度120°～180°內旋轉。所述的設計角度120°～180°，其中，120°為人在跨步過程中小腿和大腿之間通常所需的最小角度，即抬腿時膝關節最小角度；180°為正常人直立或者小腿繃直發力時膝關節所成的極限角度。所述左腿膝關節助力執行組件3的左腿小腿固定板302相對左腿大腿固定板301所能達到的轉角范圍，可以根據用戶的實際行走步態參數相應調整鮑登繩套管連接固定件312以及調節滑塊307的行程來實現，最小可達到30°，最大可達200°。 同樣的，右腿膝關節助力執行組件4的右腿小腿固定板402相對右腿大腿固定板401所能達到的轉角范圍，可以根據用戶的實際行走步態參數相應調整鮑登繩套管連接固定件412以及調節滑塊407的行程來實現，最小可達到30°，最大可達200°。

圖8是本發明所述裝備的基本工作模式圖，自驅動自適應步態周期的可穿戴膝關節助行裝備的執行組件作用于下肢膝關節部位，以人體自重為驅動力，不需要其他外部動力和能量輸入。裝備基于杠桿原理和曲柄滑塊結構機理，采用左右腳的動力輸出組件對左右膝關節助力執行組件同側平行驅動輸入與異側交叉驅動輸入相結合的工作方式，在行走過程中利用人體自重作用，以鮑登繩為驅動力傳遞的媒介，左腳的動力輸出組件為左腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力，為右腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力；右腳的動力輸出組件為右腿膝關節助力執行組件提供伸展的拉力，為左腿膝關節助力執行組件提供彎曲的拉力，使之在行走過程中按照步態周期規律產生輔助左、右腿膝關節彎曲、伸展的轉矩，達到輔助行走的目的。

具體說，如圖1跨步狀態，此時右腳著地，左腳抬起。所述右腳動力輸出組件2中的基礎板201和活動板202形成了以轉軸205為支點的杠桿結構形式，人體自重在基礎板201重心作用點到支點的距離是杠桿的動力臂，基礎板201的左側卡口的鮑登繩209和右側卡口的鮑登繩211的合力作用點到支點的距離是杠桿的阻力臂。所述右腳動力輸出組件2基于杠桿結構，利用人的自重作用，通過鮑登繩211為右腿膝關節助力執行組件4中的滑塊407提供拉力作用，通過鮑登繩209為左腿膝關節助力執行組件3中的拉力彈簧311提供拉力作用。其中，鮑登繩211對右腿膝關節助力執行組件4中滑塊407的拉力作用通過連桿408轉化為右腿小腿固定板402相對于右腿大腿固定板401逆時針的轉動， 在跨步過程中為右腿膝關節提供輔助伸展的轉矩，輔助右腿繃直發力。在此過程中，與滑塊407相連接的拉力彈簧411在鮑登繩211提供拉力時將一部分拉力轉化為自身的彈性勢能存儲起來，并在鮑登繩211拉力消失時再逐漸釋放這部分勢能到滑塊407上，避免拉力突然增大或者突然消失而產生的機械慣性對膝蓋造成傷害。另外，鮑登繩209為左腿膝關節助力執行組件3的拉力彈簧311提供的拉力，一部分轉化為拉力彈簧311自身的彈性勢能存儲起來，鮑登繩209另一部分拉力通過拉力彈簧311為滑塊307提供的拉力，并通過連桿308轉化為左腿小腿固定板302相對于左腿大腿固定板301逆時針的轉動，為左腿膝關節提供彎曲的輔助轉矩，輔助左腿邁步。拉力彈簧311并在鮑登繩109拉力消失時逐漸將自身存儲的彈性勢能釋放到滑塊307上，避免拉力突然增大或者消失對膝蓋造成傷害。

隨后，左腳逐漸著地，右腳開始抬起，人體的自重逐漸集中作用在左腳上。基于左腳動力輸出組件1中基礎板101和活動板102形成的以轉軸105為支點的杠桿結構形式，人體自重在基礎板101形成的動力力矩為基礎板101末端左側卡口的鮑登繩109和右側卡口的鮑登繩111提供拉力作用。鮑登繩109為左腿膝關節助力執行組件3中的滑塊307直接提供拉力作用；鮑登繩111為右腿膝關節助力執行組件4中的拉力彈簧411提供拉力作用。鮑登繩109對滑塊307的拉力作用通過連桿308轉化為左腿小腿固定板302相對于左腿大腿固定板301順時針的轉動，為左腿膝關節提供輔助伸展的轉矩，輔助左腿小腿繃直發力。在此過程中，與滑塊307相連接的拉力彈簧311在鮑登繩109提供拉力時將一部分拉力轉化為自身的彈性勢能存儲起來，并在鮑登繩109拉力消失時再逐漸釋放這部分勢能到滑塊307上，避免拉力突然增大或者突然消失而產生的機械慣性對膝蓋造成傷害。另外，鮑登繩111為右腿膝關節助力執行組件4的拉力 彈簧411提供的拉力，一部分轉化為拉力彈簧411自身的彈性勢能存儲起來，鮑登繩111另一部分拉力通過拉力彈簧411為滑塊407提供的拉力作用，并通過連桿408轉化為右腿小腿固定板402相對于右腿大腿固定板401順時針的轉動，為右腿膝關節提供彎曲的輔助轉矩，輔助右腿跨步，隨后開始下一個跨步周期。拉力彈簧411在鮑登繩111拉力消失時逐漸將自身存儲的彈性勢能釋放到滑塊407上，避免拉力突然增大或者消失對膝蓋造成傷害。

以上即為人在一個跨步周期過程中，一種自驅動自適應步態周期的可穿戴膝關節助行裝備的作用機理。本發明不僅可以具有輔助下肢運動能力下降人群、下肢關節運動損傷人群和下肢部分失能患者行走的功能，并且可以幫助下肢運動能力下降人群和下肢部分失能患者改善肌肉活力，提高他們的自理能力和健康狀況。

以上所述的實施例，只是本發明較優選的具體實施方式的一種，本領域的技術人員在本發明技術方案范圍內進行的通常變化和替換都應包含在本發明的保護范圍內。