本發(fā)明涉及人體下肢外骨骼助行技術(shù)，具體為一種輔助負重人體下肢外骨骼。其特征是具有儲能裝置，能夠輔助人體長時間、遠距離的負重行走。

背景技術(shù)：
外骨骼裝置作為人類助行的裝置，越來越受到各領(lǐng)域的重視，特別是人體輔助領(lǐng)域。現(xiàn)有助行外骨骼主要分為有外驅(qū)動和無外驅(qū)動兩大類。其中有外驅(qū)動外骨骼驅(qū)動方式主要分為氣動、液壓、電機驅(qū)動等。而遠距離輔助人體負重行走外骨骼主要采用電動驅(qū)動方式，如，2011年意大利MarcoFontana等人發(fā)表在IEEEROBOTICS&AUTOMATIONMAGAZINE·December201434–44的論文，一個用于輔助人體負重的全身外骨骼(AFull-BodyExoskeletonfortheTransportandHandlingofHeavyLoads)，該外骨骼自重160kg、有22個自由度，采用電池提供能源電動驅(qū)動的方式，最大搬運負重為50kg，可持續(xù)運行1到2小時。又如，申請?zhí)枮?01310262919.3的中國發(fā)明專利報道，采用電機驅(qū)動、電池提供能量的方式，可應(yīng)用于輔助軍用士兵作戰(zhàn)和輔助人體下肢康復(fù)。無外驅(qū)動外骨骼，如2007年美國JAMESWALSH等人發(fā)表在HumanoidRoboticsVol.4,No.3(2007)487–506的論文一個輔助提升人體負重的被動下肢外骨骼(AQuasi-PassiveLegExoskeletonforLoad-CarryingAugmentation)，該外骨骼自重11.7kg，可在負載為36kg的情況下將背包重量的80％傳導(dǎo)至地面。但因機構(gòu)本身質(zhì)量大，且與人體步態(tài)適應(yīng)程度較差，所以與人體在相同負載情況下比較，增加了10％的人體耗氧量。因傳統(tǒng)帶有驅(qū)動的人體外骨骼承載能力較差、剛度小、動態(tài)性能不好、笨重、能耗大、續(xù)航時間短；要增設(shè)控制器、傳感器，且輔助人體外骨骼控制主要采用隨動控制和預(yù)定義步態(tài)控制的方式，需要布置較多傳感器，成本高、加工制造困難。從而無法在人體長時間遠距離負重行走情況下使用，如地震救援、游客旅行、無電梯小區(qū)搬運重物上樓等。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種輔助負重人體下肢外骨骼。該外骨骼通過人體肌肉提供驅(qū)動動力，將人體負載的60-90％由外骨骼承擔(dān)，并用儲能元件模仿人體肌肉存儲和釋放勢能，以減少人體關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)矩負載，實現(xiàn)長時間遠距離輔助人體負重行走，減少人體骨骼受力和行走中能量的消耗，從而達到提升人體載重能力和延長行走持續(xù)時間的效果。本發(fā)明解決該技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：設(shè)計一種輔助負重人體下肢外骨骼，其特征在于該外骨骼為中心對稱結(jié)構(gòu)，且每側(cè)由前部支鏈和后部支鏈兩大部分組成，所述前部支鏈包括腰及骻關(guān)節(jié)模塊、膝關(guān)節(jié)模塊、大腿模塊、小腿模塊、踝關(guān)節(jié)及腳部模塊；腰及骻關(guān)節(jié)模塊下端通過骻腿轉(zhuǎn)動副與大腿模塊上端連接，大腿模塊下端通過大小腿轉(zhuǎn)動副及腿膝轉(zhuǎn)動副與小腿模塊上端及膝關(guān)節(jié)模塊前端連接，小腿模塊下端通過腿踝轉(zhuǎn)動副與踝關(guān)節(jié)及腳部模塊連接；所述后部支鏈包括背包模塊、后部連桿和儲能模塊；后部連桿上端與背包模塊后端通過后連桿上轉(zhuǎn)動副連接，后部支鏈下端與儲能模塊上端及膝關(guān)節(jié)模塊后端通過后連桿下轉(zhuǎn)動副及儲能模塊上轉(zhuǎn)動副連接；外骨骼左半部分和右半部分通過各自背包模塊末端的背包轉(zhuǎn)動副連接，外骨骼單側(cè)前部支鏈上端及后部支鏈上端通過背包架桿前端、腰關(guān)節(jié)連接軸與腰關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動副連接，外骨骼單側(cè)前部支鏈及后部支鏈下端通過儲能模塊下連接軸、后腳部連桿與儲能模塊下轉(zhuǎn)動副連接；所述儲能模塊包括儲能模塊上連接軸、導(dǎo)缸上連桿、導(dǎo)缸下連桿、導(dǎo)缸上端蓋、可控直線阻尼器、長彈簧擋板、長彈簧、短彈簧擋板、短彈簧、短彈簧導(dǎo)桿、短彈簧擋塊、儲能模塊下連接軸和儲能模塊軸套；所述導(dǎo)缸上連桿與導(dǎo)缸下連桿通過導(dǎo)缸上端蓋與導(dǎo)缸上連桿配合，構(gòu)成移動副；導(dǎo)缸上端蓋與導(dǎo)缸下連桿連接，導(dǎo)缸上連桿末端安裝長彈簧擋板，導(dǎo)缸下連桿內(nèi)安裝長彈簧，長彈簧直徑大于短彈簧安裝于導(dǎo)缸下連桿內(nèi)壁處；短彈簧導(dǎo)桿上端與短彈簧擋板連接、下端安裝短彈簧擋塊，短彈簧導(dǎo)桿從中心穿過短彈簧直至短彈簧與短彈簧擋板接觸，整體嵌套于長彈簧內(nèi)部并安裝在導(dǎo)缸下連桿內(nèi)，通過短彈簧擋塊與導(dǎo)缸下連桿配合實現(xiàn)為短彈簧施加預(yù)緊力的目的，此設(shè)計可在人體步態(tài)中起到快速增加儲能模塊儲能速度的效果；可控直線阻尼器安裝于導(dǎo)缸下連桿內(nèi)，與導(dǎo)缸上連桿配合，通過阻尼控制器控制可控直線阻尼器的鎖死與打開狀態(tài)；儲能模塊上連接軸與后部連桿下、膝關(guān)節(jié)后連桿連接，儲能模塊下連接軸通過儲能模塊軸套與后腳部連桿連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明輔助負重人體下肢外骨骼優(yōu)點在于：該外骨骼為閉鏈機構(gòu)，承載能力大、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定可控，包括儲能元件，可輔助人體負重行走，減少人體骨骼受力及各關(guān)節(jié)負載轉(zhuǎn)矩，其可將背包60-90％的重量通過外骨骼傳導(dǎo)至地面，且可減少人體行走負載轉(zhuǎn)矩的11.9-13.4％，具有質(zhì)量輕、體積小、承載大、適應(yīng)人體步態(tài)、續(xù)航時間長等特點。附圖說明圖1為本發(fā)明輔助負重人體下肢外骨骼一種實施例的整體等軸測三維線框示意圖。圖2為本發(fā)明輔助負重人體下肢外骨骼一種實施例的左視結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明輔助負重人體下肢外骨骼一種實施例的等軸測結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明輔助負重人體下肢外骨骼一種實施例的儲能元件剖面(圖2中的A-A)結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明輔助負重人體下肢外骨骼一種實施例穿戴于人體的等軸測三維結(jié)構(gòu)示意圖。圖1-5中，1.前部支鏈，2.后部支鏈，11.腰及骻關(guān)節(jié)模塊，12.大腿模塊，13.膝關(guān)節(jié)模塊，14.小腿模塊，15.踝關(guān)節(jié)及腳部模塊，21.背包模塊，22.后部連桿，23.儲能模塊，111.耐磨軸套，112.腰關(guān)節(jié)連接軸，113.腰骻外連接板，114.腰骻內(nèi)連接板，115.骻關(guān)節(jié)連接軸，116.腰關(guān)節(jié)可控阻尼器，117.骻關(guān)節(jié)可控阻尼器，121.大腿上連接板，122.大腿下連接板，123.大腿綁帶連接器，131.膝關(guān)節(jié)后連桿，132.膝關(guān)節(jié)連接軸，133.膝關(guān)節(jié)可控阻尼器，134.膝關(guān)節(jié)軸套，141.小腿上連接板，142.小腿下連接板，143.小腿綁帶連接器，151.踝關(guān)節(jié)可控阻尼器，152.前腳部連桿，153.腳部底板，154.后腳部連桿，155.腳部調(diào)節(jié)板，156.踝關(guān)節(jié)連接軸,157.腳底橡膠彈簧，158.腳部綁帶連接孔，159.腳部軸套，211.背包，212.電池，213.阻尼控制器，214.背包架桿，215.背包支板，216.腰帶連接器，217.背包架桿連接軸，218.骻部橫向轉(zhuǎn)動銷軸，219.背包模塊軸套，221.后部連桿上，222.后部連桿下，223.后連桿軸套，231.儲能模塊上連接軸，232.導(dǎo)缸上連桿，233.導(dǎo)缸下連桿，234.導(dǎo)缸上端蓋，235.可控直線阻尼器，236.長彈簧擋板，237.長彈簧,238.短彈簧擋板，239.短彈簧，23a.短彈簧導(dǎo)桿，23b.短彈簧擋塊，23c.儲能模塊下連接軸，23d.儲能模塊。具體實施方式下面結(jié)合實施例及其附圖進一步敘述本發(fā)明。具體實施例僅用于詳細說明本發(fā)明的下肢外骨骼，不限制本申請權(quán)利要求的保護范圍。本發(fā)明設(shè)計的輔助負重人體下肢外骨骼(簡稱外骨骼，參見圖1-5)為中心對稱結(jié)構(gòu)，且每側(cè)外骨骼包括前部支鏈1和后部支鏈2兩大部分。所述前部支鏈1包括腰及骻關(guān)節(jié)模塊11、大腿模塊12、膝關(guān)節(jié)模塊13、小腿模塊14、踝關(guān)節(jié)及腳部模塊15；腰及骻關(guān)節(jié)模塊11下端通過骻腿轉(zhuǎn)動副與大腿模塊12上端連接，大腿模塊12下端通過大小腿轉(zhuǎn)動副及腿膝轉(zhuǎn)動副與小腿模塊14上端及膝關(guān)節(jié)模塊13前端連接，小腿模塊14下端通過腿踝轉(zhuǎn)動副與踝關(guān)節(jié)及腳部模塊15連接。所述后部支鏈2包括背包模塊21，后部連桿22及儲能模塊23(參見圖1、2)。腰及骻關(guān)節(jié)模塊11由耐磨軸套111，腰關(guān)節(jié)連接軸112，腰骻外連接板113，腰骻...