本發(fā)明涉及穿戴式機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼及其控制方法。

背景技術(shù)：

外骨骼是一種能維持或增強(qiáng)人體生理機(jī)能的可穿戴設(shè)備，在軍事、醫(yī)療、助老助殘等方面具有廣闊應(yīng)用前景。下肢外骨骼作為其中一種，旨在助力人體行走。在軍事領(lǐng)域中，下肢外骨骼可增長徒步距離，提升負(fù)重能力，降低肌肉損傷風(fēng)險，從而提升單兵作戰(zhàn)能力。在醫(yī)療領(lǐng)域，下肢外骨骼可以用于患者的步態(tài)康復(fù)和殘疾人的輔助行走。在助老領(lǐng)域，下肢外骨骼可以幫助老年人恢復(fù)行走能力。

人體在行走過程中需要消耗大量能量，其中大部分能量消耗在支撐相后期踝關(guān)節(jié)跖屈蹬地動作中。下肢外骨骼在踝關(guān)節(jié)蹬地瞬間提供外部助力，可替代小腿部分肌肉功能，實現(xiàn)人體行走功耗的降低。

然而，現(xiàn)有下肢外骨骼多為主動式外骨骼，需要通過大功率電機(jī)對踝關(guān)節(jié)進(jìn)行助力，因此需要大質(zhì)量驅(qū)動裝置和大容量能量供給裝置，會造成人體額外的能量消耗，且可移動性和續(xù)航能力較差。而且，目前的外骨骼原理都局限于對踝關(guān)節(jié)跖屈蹬地進(jìn)行助力，然而人的行走是高度復(fù)雜的過程，在此過程中膝踝關(guān)節(jié)所做的負(fù)功也會造成很大的能量消耗，僅對踝關(guān)節(jié)進(jìn)行助力所達(dá)到的效果較為有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明的目的是提供一種準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼及其控制方法，解決現(xiàn)有的主動式外骨骼存在的會造成人體額外的能量消耗，可移動性和續(xù)航能力較差，以及僅對踝關(guān)節(jié)進(jìn)行助力，所達(dá)到的效果較為有限的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼，包括下肢穿戴機(jī)構(gòu)、儲能機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)；

其中，所述下肢穿戴機(jī)構(gòu)包括大腿穿戴部、小腿穿戴部和腳底穿戴部；

所述儲能機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述小腿穿戴部上的固定軸，在所述固定軸的兩端對稱設(shè)置有膝關(guān)節(jié)離合器和踝關(guān)節(jié)離合器，其中所述膝關(guān)節(jié)離合器通過第一繩索連接所述大腿穿戴部，所述踝關(guān)節(jié)離合器通過第二繩索連接所述腳底穿戴部；所述的膝關(guān)節(jié)離合器和踝關(guān)節(jié)離合器均包括棘輪、棘爪和主動齒輪，所述棘輪通過軸承套設(shè)在所述固定軸上，所述棘爪轉(zhuǎn)動連接于所述固定軸的端面上，所述棘爪包括止動爪部和從動齒部，其中所述止動爪部與所述棘輪的內(nèi)緣齒槽相配合，所述從動齒部與所述主動齒輪相嚙合；在所述膝關(guān)節(jié)離合器與所述踝關(guān)節(jié)離合器之間設(shè)有儲能扭簧，所述儲能扭簧的兩端分別與所述膝關(guān)節(jié)離合器、所述踝關(guān)節(jié)離合器相連；

所述控制機(jī)構(gòu)包括用于分別控制所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器的兩個舵機(jī)，所述舵機(jī)與所述固定軸固定連接，在所述舵機(jī)的動力輸出軸上固定連接有舵機(jī)軸套，所述舵機(jī)軸套與所述主動齒輪固定連接；所述舵機(jī)的動力輸出軸通過所述舵機(jī)軸套控制所述主動齒輪的轉(zhuǎn)動，通過所述主動齒輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)所述棘爪與所述棘輪之間的脫離或鎖死。

進(jìn)一步地，所述的膝關(guān)節(jié)離合器和踝關(guān)節(jié)離合器均設(shè)有壓縮彈簧，所述壓縮彈簧的一端與所述舵機(jī)軸套相連，所述壓縮彈簧的另一端與所述主動齒輪相連。

進(jìn)一步地，所述控制機(jī)構(gòu)還包括足底壓力傳感器、單片機(jī)以及采樣電路，所述足底壓力傳感器通過所述采樣電路與所述單片機(jī)相連，所述單片機(jī)與所述舵機(jī)相連。

具體地，所述小腿穿戴部與所述腳底穿戴部之間轉(zhuǎn)動連接，其中所述小腿穿戴部上設(shè)有腿部支架，所述固定軸與所述腿部支架固定連接；所述腳底穿戴部上設(shè)有腳部支架，所述踝關(guān)節(jié)離合器通過所述繩索與所述腳部支架相連。

具體地，所述固定軸中間設(shè)有舵機(jī)安裝孔，所述舵機(jī)安裝于所述舵機(jī)安裝孔中。

具體地，所述棘輪外側(cè)設(shè)有繩槽，所述繩索纏繞設(shè)置在所述繩槽中。

具體地，所述小腿穿戴部和所述腳底穿戴部分別采用剛性材料制成，其中所述小腿穿戴部設(shè)有用于與人體小腿部分進(jìn)行緊固的魔術(shù)貼；所述大腿穿戴部采用柔性材料制成，所述大腿穿戴部設(shè)有安全帶。

具體地，在所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器的外部分別設(shè)有蓋子，所述蓋子上設(shè)有繩索通孔。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明還提供了一種準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼控制方法，該方法采用所述的準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼進(jìn)行輔助踝關(guān)節(jié)跖屈蹬地控制，包括如下步驟：

通過控制機(jī)構(gòu)中的足底壓力傳感器測量足底壓力并輸出關(guān)于足底壓力的電阻信號，通過采樣電路采集所述電阻信號，所述采樣電路將所述電阻信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并將所述電壓信號輸出至單片機(jī)；

所述單片機(jī)接收所述電壓信號，根據(jù)所述電壓信號確定人體行走的步態(tài)周期；

所述單片機(jī)根據(jù)所述步態(tài)周期向兩個舵機(jī)輸出pwm信號，分別控制兩個舵機(jī)動力輸出軸的轉(zhuǎn)動角度；

根據(jù)兩個舵機(jī)動力輸出軸的轉(zhuǎn)動，分別控制膝關(guān)節(jié)離合器和踝關(guān)節(jié)離合器的打開或鎖死。

進(jìn)一步地，所述人體行走的步態(tài)周期包括擺動相初期、擺動相中期、擺動相后期、支撐相初期、支撐相中期和支撐相后期，其中，

在所述擺動相初期，所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器均處于打開狀態(tài)；

在所述擺動相中期，所述踝關(guān)節(jié)離合器處于鎖死狀態(tài)，所述膝關(guān)節(jié)離合器保持打開狀態(tài)，膝關(guān)節(jié)的伸展運動拉動第一繩索，所述第一繩索拉動所述膝關(guān)節(jié)離合器中的棘輪繞固定軸轉(zhuǎn)動，儲能扭簧形變量增大，膝關(guān)節(jié)所做負(fù)功被收集到儲能扭簧中；

在所述擺動相后期，腳跟與地面接觸之前，所述膝關(guān)節(jié)離合器處于鎖死狀態(tài)，所述踝關(guān)節(jié)離合器保持鎖死狀態(tài)；

在所述支撐相初期，腳跟與地面相接觸，所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器均保持鎖死狀態(tài)；

在所述支撐相中期，所述踝關(guān)節(jié)離合器處于打開狀態(tài)，所述膝關(guān)節(jié)離合器保持鎖死狀態(tài)，踝關(guān)節(jié)的背屈運動拉動第二繩索，所述第二繩索拉動所述踝關(guān)節(jié)離合器中的棘輪繞固定軸轉(zhuǎn)動，儲能扭簧形變量增大，踝關(guān)節(jié)所做負(fù)功被收集到儲能扭簧中；

在所述支撐相后期，踝關(guān)節(jié)進(jìn)入跖屈蹬地狀態(tài)，所述膝關(guān)節(jié)離合器保持鎖死狀態(tài)，所述踝關(guān)節(jié)離合器保持打開狀態(tài)，所述儲能扭簧中的力被傳遞至所述第二繩索，對踝關(guān)節(jié)施加跖屈方向的扭矩，輔助踝關(guān)節(jié)蹬地。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：

本發(fā)明將人體下肢膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)進(jìn)行耦合，利用儲能機(jī)構(gòu)分別收集膝關(guān)節(jié)在擺動相時期擺動所做的負(fù)功以及踝關(guān)節(jié)在支撐相時期背屈所做的負(fù)功，并將收集到的能量通過儲能扭簧進(jìn)行存儲，最終在踝關(guān)節(jié)跖屈蹬地時釋放能量，用于輔助踝關(guān)節(jié)進(jìn)行跖屈蹬地，從而減小大腿后側(cè)腘繩肌對膝關(guān)節(jié)施加的扭矩與小腿后側(cè)腓腸肌對肌腱施加的力，優(yōu)化了人體行走過程，實現(xiàn)了能量經(jīng)濟(jì)性，使得人體行走中新陳代謝能耗成為可能。

本發(fā)明無需設(shè)置大功率電機(jī)這種大質(zhì)量驅(qū)動裝置，只采用了兩個低功率的舵機(jī)進(jìn)行控制，具有重量輕，體積小，續(xù)航時間長，輕量便攜，成本低的優(yōu)點，同時實現(xiàn)了外部能量的注入，降低了人體行走的功耗。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼中儲能機(jī)構(gòu)的剖視圖；

圖3是本發(fā)明實施例準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼中離合器打開狀態(tài)的正視圖；

圖4是本發(fā)明實施例準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼中離合器鎖死狀態(tài)的正視圖；

圖5是本發(fā)明實施例準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼中控制機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖6是本發(fā)明實施例中關(guān)于準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼在工作時與步態(tài)周期相對應(yīng)的外骨骼狀態(tài)、足底反力、膝關(guān)節(jié)離合器狀態(tài)、踝關(guān)節(jié)離合器狀態(tài)和外骨骼狀態(tài)圖的表格示意圖。

圖中：1：大腿穿戴部；2：小腿穿戴部；3：腳底穿戴部；4：固定軸；5：膝關(guān)節(jié)離合器；6：踝關(guān)節(jié)離合器；7：第一繩索；8：第二繩索；9：棘輪；901：內(nèi)緣齒槽；10：棘爪；101：止動爪部；102：從動齒部；11：主動齒輪；12：滾針軸承；13：儲能扭簧；14：舵機(jī)；141：動力輸出軸；15：舵機(jī)軸套；16：壓縮彈簧；17：腿部支架；18：腳部支架；19：魔術(shù)貼；20：蓋子；21：螺栓。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1-5所示，本發(fā)明實施例提供的準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼，包括下肢穿戴機(jī)構(gòu)、儲能機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。

所述下肢穿戴機(jī)構(gòu)包括大腿穿戴部1、小腿穿戴部2和腳底穿戴部3，其中所述小腿穿戴部2與所述腳底穿戴部3之間轉(zhuǎn)動連接。

所述儲能機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述小腿穿戴部2上的固定軸4、膝關(guān)節(jié)離合器5和踝關(guān)節(jié)離合器6，所述膝關(guān)節(jié)離合器5和所述踝關(guān)節(jié)離合器6對稱設(shè)置在所述固定軸4的兩端，其中所述膝關(guān)節(jié)離合器5通過第一繩索7連接所述大腿穿戴部1，所述踝關(guān)節(jié)離合器6通過第二繩索8連接所述腳底穿戴部3。

所述的膝關(guān)節(jié)離合器5和踝關(guān)節(jié)離合器6均包括棘輪9、棘爪10和主動齒輪11，所述棘輪9通過滾針軸承12套設(shè)在所述固定軸4上，所述棘爪10通過螺栓21轉(zhuǎn)動連接于所述固定軸4的端面上，所述棘爪10包括止動爪部101和從動齒部102，其中所述止動爪部101與所述棘輪9的內(nèi)緣齒槽901相配合，所述從動齒部102與所述主動齒輪11相嚙合。在所述膝關(guān)節(jié)離合器5與所述踝關(guān)節(jié)離合器6之間設(shè)有儲能扭簧13，所述儲能扭簧13的主體套設(shè)在所述固定軸4上，且所述儲能扭簧13的兩端分別與所述膝關(guān)節(jié)離合器5、所述踝關(guān)節(jié)離合器6相連。

所述控制機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述腳底穿戴部3上的足底壓力傳感器、設(shè)置在所述小腿穿戴部2上的單片機(jī)、以及用于分別控制所述膝關(guān)節(jié)離合器5和所述踝關(guān)節(jié)離合器6的兩個舵機(jī)14，其中所述足底壓力傳感器通過采樣電路與所述單片機(jī)相連，所述單片機(jī)與所述舵機(jī)14相連。在所述固定軸中間設(shè)有用于安裝所述舵機(jī)14的舵機(jī)安裝孔，所述舵機(jī)14固定安裝于所述舵機(jī)安裝孔中。在所述舵機(jī)14的動力輸出軸141上固定連接有舵機(jī)軸套15，所述舵機(jī)軸套15與所述主動齒輪11固定連接。

在工作時，通過所述足底壓力傳感器采集足底壓力并輸出關(guān)于足底壓力的電阻信號，所述采樣電路采集所述電阻信號，所述采樣電路將所述電阻信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并將所述電壓信號輸出至單片機(jī)，所述單片機(jī)根據(jù)電壓信號的變化獲得足底壓力信息，再通過所述單片機(jī)輸出pwm信號來控制兩個所述舵機(jī)14的動力輸出軸141的轉(zhuǎn)動角度，所述舵機(jī)14的動力輸出軸141再通過所述舵機(jī)軸套15控制所述主動齒輪11的轉(zhuǎn)動，進(jìn)而實現(xiàn)所述棘爪10與所述棘輪9之間的脫離或鎖死。在這一過程中，通過小型鋰電池對所述單片機(jī)和所述舵機(jī)14進(jìn)行供電。如圖3所示，當(dāng)所述棘爪10的止動爪部101與所述棘輪9的內(nèi)緣齒槽901相脫離時，所述棘輪9可以雙向轉(zhuǎn)動，此時所述的離合器處于打開狀態(tài)。如圖4所示，當(dāng)所述棘爪10的止動爪部101與所述棘輪9的內(nèi)緣齒槽901扣合鎖死時，所述棘輪9只能單向轉(zhuǎn)動，此時所述的離合器處于鎖死狀態(tài)。

進(jìn)一步來說，所述的膝關(guān)節(jié)離合器5和踝關(guān)節(jié)離合器6均設(shè)有壓縮彈簧16，所述壓縮彈簧16的一端與所述舵機(jī)軸套15相連，所述壓縮彈簧16的另一端與所述主動齒輪11相連。其中所述壓縮彈簧16的作用是：在所述的離合器鎖死的情況下，當(dāng)所述棘輪9轉(zhuǎn)過一個齒槽后，所述棘爪10能夠在所述壓縮彈簧16的作用下回位，重新扣合在所述棘輪9的齒槽901上。

進(jìn)一步來說，在所述小腿穿戴部2上設(shè)有腿部支架17，所述固定軸4與所述腿部支架17固定連接。在所述腳底穿戴部3上設(shè)有腳部支架18，所述踝關(guān)節(jié)離合器6通過第二繩索8與所述腳部支架18相連。

進(jìn)一步來說，所述儲能扭簧13兩端加工有螺紋，在所述棘輪9上設(shè)有安裝孔，所述所述儲能扭簧13的兩端分別穿過兩個所述棘輪9的安裝孔，并通過螺母實現(xiàn)螺紋連接。當(dāng)所述棘輪9相對于所述固定軸4進(jìn)行正向或反向轉(zhuǎn)動時，會拉伸或釋放所述儲能扭簧13，從而實現(xiàn)能量的存儲或釋放。

更進(jìn)一步來說，在兩個所述棘輪9的外側(cè)分別設(shè)有繩槽，所述第一繩索7和所述第二繩索8分別纏繞設(shè)置在兩個所述棘輪9的繩槽中。當(dāng)膝關(guān)節(jié)角度變化，使得所述大腿穿戴部1上的繩索連接點a相對于所述儲能機(jī)構(gòu)的距離變長時，所述第一繩索7會拉動所述膝關(guān)節(jié)離合器5中的棘輪轉(zhuǎn)動，使所述棘輪向儲能扭簧形變量增大的方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使所述儲能扭簧13存儲能量。同理，當(dāng)踝關(guān)節(jié)角度變化，使得所述腳底穿戴部3上的繩索連接點b相對于所述儲能機(jī)構(gòu)的距離變長時，所述第二繩索8會拉動所述踝關(guān)節(jié)離合器6中的棘輪轉(zhuǎn)動，使所述棘輪向儲能扭簧形變量增大的方向轉(zhuǎn)動，進(jìn)而使所述儲能扭簧13存儲能量。當(dāng)所述膝關(guān)節(jié)離合器5或所述踝關(guān)節(jié)離合器6處于鎖死狀態(tài)時，所述棘輪9只能向儲能扭簧形變量增大的方向轉(zhuǎn)動，而不能向使扭簧形變量減小的方向轉(zhuǎn)動，此時所述儲能扭簧13只能儲存能量不能釋放能量。當(dāng)所述踝關(guān)節(jié)離合器6處于打開狀態(tài)時，此時所述儲能扭簧13可以釋放能量，通過拉動所述第二繩索8將力作用于所述腳部支架18，從而輔助踝關(guān)節(jié)蹬地。

具體來說，所述小腿穿戴部2和所述腳底穿戴部3分別采用剛性材料制成，其中所述小腿穿戴部2設(shè)有用于與人體小腿部分進(jìn)行緊固的魔術(shù)貼19。而所述大腿穿戴部1采用柔性材料制成，通過在所述大腿穿戴部1上設(shè)置安全帶來提高所述大腿穿戴部1的剛度。

此外，在所述膝關(guān)節(jié)離合器5和所述踝關(guān)節(jié)離合器6的外部還分別設(shè)有蓋子20，所述蓋子20上設(shè)有繩索通孔。

如圖6所示，本發(fā)明實施例還提供一種準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼控制方法，該方法采用上述的準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼進(jìn)行輔助踝關(guān)節(jié)跖屈蹬地控制。由于人在行走過程中，擺動期的足底壓力為零，支撐期足底壓力中心由腳跟移動到腳掌，因此可以通過足底壓力信息劃分步態(tài)周期。則該方法具體包括如下步驟：

通過所述足底壓力傳感器實時測量足底壓力并輸出關(guān)于足底壓力的電阻信號，通過采樣電路采集所述電阻信號，所述采樣電路將所述電阻信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并將所述電壓信號輸出至單片機(jī)。

所述單片機(jī)接收并處理所述電壓信號，根據(jù)對所述電壓信號的處理結(jié)果確定人體當(dāng)前的步態(tài)周期。

所述單片機(jī)根據(jù)所述步態(tài)周期向兩個舵機(jī)分別輸出pwm信號，用于分別控制兩個舵機(jī)動力輸出軸的轉(zhuǎn)動角度。

根據(jù)兩個舵機(jī)動力輸出軸的轉(zhuǎn)動，分別控制所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器的打開或鎖死。

進(jìn)一步來說，所述步態(tài)周期包括擺動相初期、擺動相中期、擺動相后期、支撐相初期、支撐相中期和支撐相后期。

在所述擺動相初期，所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器均處于打開狀態(tài)。

在所述擺動相中期，膝關(guān)節(jié)即將開始伸展時，膝關(guān)節(jié)處于彎曲角度最大的狀態(tài)，而踝關(guān)節(jié)處于自然位置。此時所述踝關(guān)節(jié)離合器鎖死，所述膝關(guān)節(jié)離合器保持打開狀態(tài)。在膝關(guān)節(jié)伸展過程中，膝關(guān)節(jié)的伸展運動拉動所述第一繩索，使所述大腿穿戴部上的繩索連接點a相對于所述儲能機(jī)構(gòu)的距離變長，所述第一繩索拉動所述膝關(guān)節(jié)離合器中的棘輪繞固定軸轉(zhuǎn)動，所述儲能扭簧的形變量增大，膝關(guān)節(jié)所做負(fù)功被收集到所述儲能扭簧中，在該過程中外骨骼輔助腘繩肌對膝關(guān)節(jié)進(jìn)行減速。

在所述擺動相后期，腳跟與地面接觸之前，所述膝關(guān)節(jié)離合器鎖死，所述踝關(guān)節(jié)離合器保持鎖死狀態(tài)，使得所述儲能扭簧中的能量不會被提前釋放。

在所述支撐相初期，腳跟與地面接觸，踝關(guān)節(jié)由跖屈狀態(tài)逐漸背屈至自然狀態(tài)，此時所述膝關(guān)節(jié)離合器和所述踝關(guān)節(jié)離合器均保持鎖死狀態(tài)。

在所述支撐相中期，踝關(guān)節(jié)繼續(xù)背屈，此時所述踝關(guān)節(jié)離合器打開，所述膝關(guān)節(jié)離合器保持鎖死狀態(tài)。踝關(guān)節(jié)的背屈運動拉動第二繩索，使所述腳底穿戴部上的繩索連接點b相對于所述儲能機(jī)構(gòu)的距離變長，所述第二繩索拉動所述踝關(guān)節(jié)離合器中的棘輪繞固定軸轉(zhuǎn)動，儲能扭簧形變量進(jìn)一步增大，踝關(guān)節(jié)所做負(fù)功被收集到所述儲能扭簧中。

在所述支撐相后期，踝關(guān)節(jié)進(jìn)入跖屈蹬地狀態(tài)，此時所述膝關(guān)節(jié)離合器保持鎖死狀態(tài)，所述踝關(guān)節(jié)離合器保持打開狀態(tài)，所述儲能扭簧釋放能量，所述儲能扭簧中的力被傳遞至所述第二繩索，通過所述第二繩索對踝關(guān)節(jié)施加跖屈方向的扭矩，輔助踝關(guān)節(jié)蹬地。在該過程中，外骨骼可部分替代小腿三頭肌和阿基里斯肌腱作用。

在蹬地結(jié)束后，所述膝關(guān)節(jié)離合器打開，所述棘輪與所述儲能扭簧回復(fù)到初始位置，也即重新進(jìn)入到擺動相初期，以此往復(fù)。

其中，圖6是關(guān)于所述準(zhǔn)被動膝踝關(guān)節(jié)耦合下肢外骨骼在工作時與所述步態(tài)周期相對應(yīng)的外骨骼狀態(tài)、足底反力、膝關(guān)節(jié)離合器狀態(tài)、踝關(guān)節(jié)離合器狀態(tài)和外骨骼狀態(tài)圖的表格示意圖，其中，外骨骼狀態(tài)圖中的(a)、(b)、(c)、(d)、(e)和(f)分別與所述步態(tài)周期的擺動相初期、擺動相中期、擺動相后期、支撐相初期、支撐相中期和支撐相后期一一對應(yīng)。

綜上所述，本發(fā)明將人體下肢膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)進(jìn)行耦合，利用儲能機(jī)構(gòu)分別收集膝關(guān)節(jié)在擺動相時期擺動所做的負(fù)功以及踝關(guān)節(jié)在支撐相時期背屈所做的負(fù)功，并將收集到的能量通過儲能扭簧進(jìn)行存儲，最終在踝關(guān)節(jié)跖屈蹬地時釋放能量，用于輔助踝關(guān)節(jié)進(jìn)行跖屈蹬地，從而減小大腿后側(cè)腘繩肌對膝關(guān)節(jié)施加的扭矩與小腿后側(cè)腓腸肌對肌腱施加的力，優(yōu)化了人的行走過程，實現(xiàn)了能量經(jīng)濟(jì)性，使得人體行走中新陳代謝能耗成為可能，降低了人體行走的功耗，具有重量輕，體積小，續(xù)航時間長，輕量便攜，成本低的優(yōu)點。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。