本實(shí)用新型屬于醫(yī)療輔助器械領(lǐng)域和運(yùn)動裝備器械領(lǐng)域，尤其涉及一種可測量人體下肢坐姿的可穿戴式外骨骼座椅裝置。

背景技術(shù)：

隨著中國工業(yè)化進(jìn)程的加速，生產(chǎn)線上的工人越來越多，但是長時間站立從事生產(chǎn)勞動很容易引起下肢肌肉酸痛，甚至下肢靜脈曲張，導(dǎo)致生產(chǎn)效率的降低。醫(yī)院里的醫(yī)生做手術(shù)時，長時間站立容易造成背部疲勞、下肢關(guān)節(jié)酸痛，分散了手術(shù)時的注意力，增大了手術(shù)風(fēng)險。在醫(yī)院護(hù)理病人時，需要對癱瘓患者進(jìn)行“病床-輪椅”之間的抱起轉(zhuǎn)移，但是中國醫(yī)院里護(hù)士女性居多，同時女護(hù)士力氣比較小，基本需要護(hù)士半蹲后才能抱起病人，護(hù)士下肢沒有支撐點(diǎn)，不但抱起病人困難，而且有前傾后倒的風(fēng)險。為了在長時間站立或者半蹲負(fù)重時減輕下肢關(guān)節(jié)肌肉負(fù)載，出現(xiàn)了各種“可穿戴式椅子”，人體穿戴后能夠隨地就座。

現(xiàn)有的“可穿戴式椅子”存在兩方面的不足：一方面，現(xiàn)有方案多數(shù)采用“大腿桿、小腿桿和支撐桿”3連桿機(jī)構(gòu)方案，只能實(shí)現(xiàn)“小腿桿”對地面的單點(diǎn)支撐，由于操作者上肢活動，人體需要不斷調(diào)整坐姿才能保持重心平衡，座椅不是穩(wěn)定結(jié)構(gòu)；同時3連桿機(jī)構(gòu)中的“支撐桿”一般采用帶有初始壓縮力的氣動彈簧，因此在外界力較小的情況下，這種3連桿機(jī)構(gòu)是一種固定鎖死的結(jié)構(gòu)，這就限制了膝關(guān)節(jié)的屈曲，不方便人體行走。另一方面，一些“可穿戴式椅子”只能在就座時起到椅子的效果，使用完畢必須脫下來后人體才能行走，大大增加了使用時的復(fù)雜程度，沒有能體現(xiàn)可穿戴式的方便效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題是提供一種穿戴簡便、舒適，有利于減輕下肢關(guān)節(jié)肌肉負(fù)載和疲勞，并可測量下肢坐姿的外骨骼座椅裝置。

為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采取以下技術(shù)方案：

一種可測量人體下肢坐姿的可穿戴式外骨骼座椅裝置，包括座椅機(jī)構(gòu)、鞋套機(jī)構(gòu)和四連桿機(jī)構(gòu)，該四連桿機(jī)構(gòu)由大腿機(jī)構(gòu)、小腿機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)和擺腳機(jī)構(gòu)組成，大腿機(jī)構(gòu)與座椅機(jī)構(gòu)活動連接使該大腿機(jī)構(gòu)朝向人體冠狀面運(yùn)動，小腿機(jī)構(gòu)與大腿機(jī)構(gòu)活動連接使該小腿機(jī)構(gòu)朝向人體矢狀面運(yùn)動，支撐機(jī)構(gòu)與大腿機(jī)構(gòu)活動連接，擺腳機(jī)構(gòu)分別與小腿機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)活動連接。

所述大腿機(jī)構(gòu)包括大腿桿、大腿上連接桿、大腿支撐連接塊、大腿綁帶、大腿下連接桿和大腿慣性測量單元，大腿上連接桿上部與座椅機(jī)構(gòu)活動連接、下部與大腿桿安裝連接，大腿支撐連接塊和大腿綁帶分別固定安裝在大腿桿上，大腿下連接桿上部與大腿桿安裝連接、下部與小腿機(jī)構(gòu)活動連接，大腿慣性測量單元內(nèi)嵌在大腿桿內(nèi)，大腿支撐連接塊與支撐機(jī)構(gòu)活動連接。

所述大腿上連接桿下部插裝入大腿桿內(nèi)并卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)，大腿下連接桿上部插裝入大腿桿內(nèi)并卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)。

所述小腿機(jī)構(gòu)包括小腿內(nèi)桿、小腿外桿、小腿上連接桿、小腿擺腳連接塊和小腿慣性測量單元，小腿上連接桿下部與小腿內(nèi)桿固定連接、上部與大腿下連接桿活動連接，小腿內(nèi)桿與小腿外桿安裝連接，小腿擺腳連接塊固定安裝在小腿外桿上，小腿慣性測量單元內(nèi)嵌在小腿內(nèi)桿中，小腿擺腳連接塊與擺腳機(jī)構(gòu)活動連接。

所述小腿內(nèi)桿插裝入小腿外桿內(nèi)并卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)。

所述支撐機(jī)構(gòu)包括支撐桿、氣動彈簧外桿、氣動彈簧內(nèi)桿、支撐大腿連接桿和支撐擺桿連接桿，支撐擺桿連接桿上部與支撐桿固定連接、下部與擺腳機(jī)構(gòu)活動連接，氣動彈簧外桿下部插裝入支撐桿內(nèi)卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)，氣動彈簧內(nèi)桿下端與氣動彈簧外桿活動連接、上端與支撐大腿連接桿固定連接，支撐大腿連接桿上部與大腿機(jī)構(gòu)中的大腿支撐連接塊活動連接，支撐擺桿連接桿與擺腳機(jī)構(gòu)活動連接。

所述氣動彈簧內(nèi)桿上還套裝有直線彈簧，該直線彈簧上端抵頂著支撐大腿連接桿下端面，該直線彈簧下端抵頂著氣動彈簧外桿的上端面。

所述擺腳機(jī)構(gòu)包括擺腳桿、擺腳支撐連接桿和擺腳小腿連接桿，擺腳小腿連接桿一端與擺腳桿固定連接、另一端與小腿擺腳連接塊活動連接，擺腳支撐連接桿固定安裝在擺腳桿上，該擺腳支撐連接桿與支撐擺桿連接桿活動連接。

所述鞋套機(jī)構(gòu)包括L型鞋底板、足外側(cè)尼龍搭扣、足背尼龍搭扣和足后跟尼龍搭扣，L型鞋底板的豎直側(cè)面與小腿外桿安裝連接，足外側(cè)尼龍搭扣固定在L型鞋底板的底面，足背尼龍搭扣一端與L型鞋底板的豎直側(cè)面連接、另一端粘貼到足外側(cè)尼龍搭扣上，足后跟尼龍搭扣一端與L型鞋底板的豎直側(cè)面連接、另一端粘貼到足外側(cè)尼龍搭扣上。

所述座椅機(jī)構(gòu)包括弧形座椅、腰部綁帶和座椅連接塊，腰部綁帶緊固在弧形座椅上，座椅連接塊上部與弧形座椅活動連接使該座椅連接塊朝向人體矢狀面運(yùn)動，該座椅連接塊下部與大腿機(jī)構(gòu)中的大腿上連接桿活動連接。

本實(shí)用新型具有以下有益效果：

本實(shí)用新型裝置在人體穿戴前，先調(diào)節(jié)各桿的長度至人體舒服的坐姿，穿戴后人體可以隨地就座，減輕長時間站立時下肢肌肉關(guān)節(jié)的酸痛感，能夠有效預(yù)防并減緩下肢骨性關(guān)節(jié)炎、下肢靜脈曲張、背部痙攣等疾??；當(dāng)人體需要行走時，人體起身時外骨骼下肢擺腳桿也自動收起，外骨骼和人體同步行走，不影響人體行走。慣性測量單元可以測量、記錄人體下肢的坐姿，和標(biāo)準(zhǔn)坐姿對比，能夠糾正穿戴者的不良坐姿習(xí)慣。

附圖說明

附圖1為本實(shí)用新型就座時的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖2為本實(shí)用新型站立時的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖3為本實(shí)用新型座椅機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖4為本實(shí)用新型大腿機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖5為本實(shí)用新型小腿機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖6為本實(shí)用新型支撐機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖7為本實(shí)用新型擺腳機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖8為本實(shí)用新型鞋套機(jī)構(gòu)的立體結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述。

如附圖1和2所示，本實(shí)用新型揭示了一種可測量人體下肢坐姿的可穿戴式外骨骼座椅裝置，包括座椅機(jī)構(gòu)1、鞋套機(jī)構(gòu)6和四連桿機(jī)構(gòu)，該四連桿機(jī)構(gòu)由大腿機(jī)構(gòu)2、小腿機(jī)構(gòu)3、支撐機(jī)構(gòu)4和擺腳機(jī)構(gòu)5組成，大腿機(jī)構(gòu)2與座椅機(jī)構(gòu)1活動連接使該大腿機(jī)構(gòu)2朝向人體冠狀面運(yùn)動，小腿機(jī)構(gòu)3與大腿機(jī)構(gòu)2活動連接使該小腿機(jī)構(gòu)3朝向人體矢狀面運(yùn)動，支撐機(jī)構(gòu)4與大腿機(jī)構(gòu)2活動連接，擺腳機(jī)構(gòu)5分別與小腿機(jī)構(gòu)3、支撐機(jī)構(gòu)4活動連接。

如附圖3所示，座椅機(jī)構(gòu)1包括弧形座椅101、腰部綁帶102和座椅連接塊103，腰部綁帶102緊固在弧形座椅101上，座椅連接塊103上部與弧形座椅101活動連接使該座椅連接塊103朝向人體矢狀面運(yùn)動，該座椅連接塊103下部與大腿機(jī)構(gòu)2活動連接。使用時人體就座在U型座椅上，腰部綁帶沿著人體腰部扣住人體腰部，實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)矢狀面的屈曲/伸直。

如附圖4所示，大腿機(jī)構(gòu)2包括大腿桿201、大腿上連接桿202、大腿支撐連接塊203、大腿綁帶204、大腿下連接桿205和大腿慣性測量單元，大腿上連接桿202上部與座椅機(jī)構(gòu)的座椅連接塊103活動連接、下部與大腿桿201安裝連接，大腿支撐連接塊203和大腿綁帶204分別固定安裝在大腿桿201上，大腿下連接桿205上部與大腿桿201安裝連接、下部與小腿機(jī)構(gòu)3活動連接，大腿慣性測量單元內(nèi)嵌在大腿桿201內(nèi)，大腿支撐連接塊203與支撐機(jī)構(gòu)4活動連接。大腿上連接桿下部插裝入大腿桿內(nèi)并卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)，大腿下連接桿上部插裝入大腿桿內(nèi)并卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)?？筛鶕?jù)需要調(diào)節(jié)長度，適合各類人群使用。通過大腿上連接桿202與座椅連接塊103之間的轉(zhuǎn)動連接，使得大腿桿201能夠朝向冠狀面運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收。大腿綁帶綁住人體大腿。大腿慣性測量單元能夠測量人體就座時大腿桿和水平面的傾斜姿態(tài)，即人體大腿坐姿。

如附圖5所示，小腿機(jī)構(gòu)3包括小腿內(nèi)桿301、小腿外桿302、小腿上連接桿303、小腿擺腳連接塊304和小腿慣性測量單元，小腿上連接桿303下部與小腿內(nèi)桿301固定連接、上部與大腿下連接桿205活動連接，小腿內(nèi)桿301與小腿外桿302安裝連接，小腿擺腳連接塊304固定安裝在小腿外桿302上，小腿慣性測量單元內(nèi)嵌在小腿內(nèi)桿301中，小腿擺腳連接塊304與擺腳機(jī)構(gòu)5活動連接。小腿內(nèi)桿插裝入小腿外桿內(nèi)并卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)，便于調(diào)節(jié)長度，適合使用。小腿慣性測量單元能夠測量人體就座時小腿內(nèi)桿和水平面的傾斜姿態(tài)，即人體小腿坐姿。小腿上連接桿和大腿下連接桿組成一個鉸鏈關(guān)節(jié)，能夠容納膝關(guān)節(jié)矢狀面的屈曲/伸直運(yùn)動。

如附圖6所示，支撐機(jī)構(gòu)4包括支撐桿401、氣動彈簧外桿402、氣動彈簧內(nèi)桿403、支撐大腿連接桿404和支撐擺桿連接桿406，支撐擺桿連接桿406上部與支撐桿401固定連接、下部與擺腳機(jī)構(gòu)5活動連接，氣動彈簧外桿402下部插裝入支撐桿401內(nèi)卡合安裝形成伸縮結(jié)構(gòu)，氣動彈簧內(nèi)桿403下端與氣動彈簧外桿402活動連接、上端與支撐大腿連接桿404固定連接，支撐大腿連接桿404上部與大腿機(jī)構(gòu)2中的大腿支撐連接塊203活動連接，支撐擺桿連接桿406與擺腳機(jī)構(gòu)5活動連接。氣動彈簧內(nèi)桿403上還套裝有直線彈簧405，該直線彈簧405上端抵頂著支撐大腿連接桿404下端面，該直線彈簧405下端抵頂著氣動彈簧外桿402的上端面。氣動彈簧外桿和支撐桿之間為長度伸縮式結(jié)構(gòu)，可根據(jù)需要進(jìn)行長度調(diào)節(jié)。氣動彈簧和直線彈簧組成并聯(lián)彈簧支撐人體重量，當(dāng)人體就座壓縮兩個彈簧時，氣動彈簧提供近似恒定的支撐力，直線彈簧提供的支撐力隨著壓縮長度增大而線性增大，因此兩彈簧的并聯(lián)連接方式提供了較大的初始支撐力和壓縮后的大支撐力，既能提供不同體重使用者足夠的支撐力，又能防止初始支撐力不足導(dǎo)致人體坐空摔倒。

如附圖7所示，擺腳機(jī)構(gòu)5包括擺腳桿501、擺腳支撐連接桿502和擺腳小腿連接桿503，擺腳小腿連接桿503一端與擺腳桿501固定連接、另一端與小腿擺腳連接塊304活動連接，擺腳支撐連接桿502固定安裝在擺腳桿501上，該擺腳支撐連接桿502與支撐擺桿連接桿406活動連接。可根據(jù)需要進(jìn)行安裝位置的調(diào)節(jié)。

如附圖8所示，鞋套機(jī)構(gòu)6包括L型鞋底板601、足外側(cè)尼龍搭扣602、足背尼龍搭扣603和足后跟尼龍搭扣604，L型鞋底板601的豎直側(cè)面與小腿外桿302安裝連接，足外側(cè)尼龍搭扣602固定在L型鞋底板601的底面，足背尼龍搭扣603一端與L型鞋底板601的豎直側(cè)面連接、另一端粘貼到足外側(cè)尼龍搭扣602上，足后跟尼龍搭扣604一端與L型鞋底板601的豎直側(cè)面連接、另一端粘貼到足外側(cè)尼龍搭扣602上。L型鞋底板和小腿外桿以鉸鏈方式的活動連接增加了踝關(guān)節(jié)屈曲/伸直的自由度。足外側(cè)尼龍搭扣、足背尼龍搭扣和足后跟尼龍搭扣之間尼龍搭扣粘貼的連接方式具有方便、柔軟、穩(wěn)定可靠的特點(diǎn)。

本實(shí)用新型裝置就座時，如附圖1所示，擺腳桿501向下與小腿外桿302面同時接觸地面，一起起到支撐作用，而且大腿桿201相對于小腿外桿302呈傾斜角度，座椅連接塊103與弧形座椅101呈一定角度的傾斜。當(dāng)站立時，如附圖2所示，此時座椅連接塊103、大腿桿201和小腿外桿302呈一直線狀態(tài)。

本實(shí)用新型穿戴時，人體就座在U型座椅上，腰部綁帶沿著人體腰部扣住人體腰部，將大腿綁帶綁在下肢大腿上，腳底踩在L型鞋底板上，足背尼龍搭扣和足后跟尼龍搭扣分別繞過足背和足后跟與足外側(cè)尼龍搭扣緊固粘貼。調(diào)節(jié)各桿的長度直至適合人體穿戴。

本實(shí)用新型使用時，當(dāng)人體長時間站立下肢疲勞、腰部酸痛時，人體可以隨時隨地就座，大腿機(jī)構(gòu)、小腿機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)和擺腳機(jī)構(gòu)組成4連桿機(jī)構(gòu)，其中，小腿機(jī)構(gòu)和擺腳機(jī)構(gòu)與地面接觸形成地面支撐范圍，人體重心落在支撐范圍內(nèi)，能夠穩(wěn)定支撐人體體重。大腿慣性測量單元和小腿慣性測量單元能夠測量、記錄人體下肢的坐姿，和標(biāo)準(zhǔn)坐姿對比，能夠糾正穿戴者的不良坐姿習(xí)慣。當(dāng)人體需要行走時，人體起身時外骨骼下肢擺腳桿也自動收起，大腿機(jī)構(gòu)、小腿機(jī)構(gòu)和人體下肢同步行走，支撐機(jī)構(gòu)和擺腳機(jī)構(gòu)在人體內(nèi)側(cè)和身后跟隨運(yùn)動，不會影響人體行走。

需要說明的是，以上所述并非是對本實(shí)用新型技術(shù)方案的限定，在不脫離本實(shí)用新型的創(chuàng)造構(gòu)思的前提下，任何顯而易見的替換均在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。