一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置

摘要

本发明属于下肢外骨骼技术领域，并具体公开了一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，包括腰部支撑组件、连接组件、大腿组件、离合器组件、小腿组件和弹性元件组件，腰部支撑组件用于固定在腰部，连接组件设置有两组并对称布置在支撑组件两侧，大腿组件设置有两组并分别与两组连接组件相连，离合器组件设置有两组并分别安装在两组大腿组件上，小腿组件设置有两组并对称布置在两组大腿组件的下方，弹性元件组件设置有两组且左右对称布置。本发明可辅助膝关节和髋关节的运动，提高能量利用效率，减少行走的代谢能消耗。

权利要求

1.一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其特征在于，包括腰部支撑组件(I)、连接组件(II)、大腿组件(III)、离合器组件(IV)、小腿组件(V)和弹性元件组件(VI)，其中：

所述腰部支撑组件(I)用于固定在腰部，所述连接组件(II)用于连接腰部支撑组件(I)和大腿组件(III)，其设置有两组并且左右对称布置在支撑组件(I)的两侧，所述大腿组件(III)设置有两组，两组大腿组件(III)分别与两组连接组件(II)相连，用于固定在大腿上；

所述离合器组件(IV)设置有两组，两组离合器组件(IV)分别安装在两组大腿组件(III)上，用于分时调控膝关节和髋关节的能量，所述小腿组件(V)设置有两组并且左右对称布置在两组大腿组件(III)的下方，用于固定在小腿上，所述弹性元件组件(VI)设置有两组且左右对称布置，其连接所述腰部支撑组件(I)和小腿组件(V)，并且穿过离合器组件(IV)；

每组所述离合器组件(IV)均包括离合器支架(23)、离合器盖板(18)、棘轮(20)、行程挡片(21)、导线轮(22)、棘爪(33)和棘爪绳(11)，其中，所述离合器支架(23)安装在大腿组件(III)的大腿后环箍(9)上，所述棘轮(20)、行程挡片(21)和导线轮(22)通过一花键轴(28)安装在所述离合器支架(23)和离合器盖板(18)之间，保证棘轮(20)、行程挡片(21)和导线轮(22)同步转动，所述棘爪(33)通过棘爪轴(32)可转动的安装在离合器支架(23)和离合器盖板(18)之间，所述棘爪绳(11)的上端连接在连接组件(II)的棘爪力臂(13)上，下端连接在棘爪(33)上，当大腿后摆时，棘爪绳(11)拉动棘爪(33)转动，使棘爪(33)与棘轮(20)脱离啮合；

每组所述弹性元件组件(VI)均包括拉伸弹簧(3)、弹簧连接绳(5)、棘爪扭簧(27)和导线轮扭簧(29)，其中，所述拉伸弹簧(3)上端连接在连接组件(II)的弹簧力臂(1)上，下端与所述弹簧连接绳(5)的上端相连，所述弹簧连接绳(5)的中部连接在导线轮(22)上，下端连接在小腿组件(V)的小腿后环箍(7)上，棘爪扭簧(27)安装在棘爪(33)与离合器盖板(18)之间，用于将棘爪(33)回位至初始位置，当大腿后摆时，棘爪绳(11)将会拉动棘爪(33)转动，使棘爪(33)与棘轮(20)脱离啮合，此时棘爪扭簧(27)具有一定的回复力矩，当大腿前摆时，棘爪绳(11)处于松弛状态，棘爪扭簧(27)带动棘爪(33)回位至初始位置，导线轮扭簧(29)安装在导线轮(22)和离合器支架(23)之间，用于将导线轮(22)回位至初始位置，当人处于直立状态时，弹簧连接绳(5)拽动导线轮(22)旋转一定角度，此时导线轮扭簧(29)具有一定回复力矩，当大腿后摆、膝关节弯曲时，弹簧连接绳(5)处于松弛状态，导线轮(22)在导线轮扭簧(29)的作用下回位至初始安装位置。

2.如权利要求1所述的基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其特征在于，所述腰部支撑组件(I)包括两腰部支具(14)、腰部柔性绑带(17)和腰部支具连接件(2)，所述腰部支具连接件(2)用于连接所述两腰部支具(14)的一端，所述腰部柔性绑带(17)用于连接两腰部支具(14)的另一端，以将腰部支具(14)固定在腰部以承受力支撑。

3.如权利要求2所述的基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其特征在于，每组所述连接组件(II)均包括棘爪力臂连接件(12)、棘爪力臂(13)、弹簧力臂(1)、髋关节运动连接件(4)、大腿连杆(10)和膝关节运动连接件(16)，其中，所述棘爪力臂连接件(12)用于将所述棘爪力臂(13)连接在所述腰部支具(14)上，所述弹簧力臂(1)安装在所述腰部支具(14)上，所述髋关节运动连接件(4)分别铰接所述棘爪力臂连接件(12)以及所述大腿连杆(10)的上端，以便保证大腿连杆(10)随大腿自由运动，所述膝关节运动连接件(16)与所述大腿连杆(10)的下端铰接。

4.如权利要求3所述的基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其特征在于，每组所述大腿组件(III)均包括大腿后环箍(9)和大腿柔性绑带(15)，所述大腿后环箍(9)铰接在所述膝关节运动连接件(16)上，所述大腿柔性绑带(15)用于将所述大腿后环箍(9)紧贴在大腿上。

5.如权利要求1-4任一项所述的基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其特征在于，每组所述小腿组件(V)均包括小腿后环箍(7)、小腿前环箍(6)和小腿柔性绑带(8)，所述小腿后环箍(7)和所述小腿前环箍(6)通过销轴铰接在一起，所述小腿柔性绑带(8)将所述小腿后环箍(7)和所述小腿前环箍(6)固定在小腿上。

说明书

一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置

技术领域

[0001] 本发明属于下肢外骨骼技术领域，更具体地，涉及一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置。

背景技术

[0002] 虽然汽车和火车等轮式交通工具的出现极大的方便了人们的出行，但是容易受到地形条件的限制，人类平均每天仍要行走一万步左右，行走在人的日常生活中具有不可替代性。然而，由于人体内部大量软组织摩擦、空气阻尼以及鞋底滑动摩擦等原因，使得人体行走的运动效率并不高。同时，长时间行走引起的肌肉疲劳更是会降低人的运动能力，引起日常生活的不便。因此，研发出能够辅助人类行走、提高人类行走效率以及增强人体运动能力的下肢外骨骼装置具有十分重要的科学研究意义和实用价值。

[0003] 被动下肢外骨骼不同于传统的动力下肢外骨骼，传统的动力下肢外骨骼由驱动器驱动，通常还包含配套的能量源、传感器以及控制系统等，这类外骨骼通常结构复杂、装置笨重，多用于患者的康复训练和部队的单兵作战等，并不适用于人类日常生活中的正常行走。而被动下肢外骨骼的设计更加符合人体的运动规律，其仅仅依靠外部弹性元件跟随下肢运动以提供动力辅助，因此并不需要传感器和能量源等复杂的配套件，依靠巧妙的结构设计以及弹性元件的布置就可以辅助人体日常行走、降低行走代谢能消耗。被动下肢外骨骼制造成本低、结构简单、质量轻便，不仅是外骨骼机器人学科前沿的研究热点，而且具有广泛的应用前景。

[0004] 目前，国内已经研发出了多种辅助行走、奔跑和跳跃的下肢被动外骨骼装置，但是能够成功提高行走效率、减少行走代谢能消耗的下肢被动外骨骼却寥寥无几。目前已研发出的能够降低代谢能消耗的被动外骨骼均为单关节外骨骼装置，且大都是针对行走过程中做正功较多的踝关节或者髋关节，完全忽视了膝关节的运动作用以及整个下肢的运动协同关系，严重限制了下肢被动外骨骼的运动辅助作用，难以进一步提升人体代谢能的利用效率。结合膝关节的行走运动特性、研发出能够同时辅助膝关节和髋关节的多关节被动外骨骼不仅有望充分地利用膝关节和髋关节的能量，而且有望进一步提高行走效率、降低行走代谢能。

发明内容

[0005] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其结合了膝关节和髋关节的行走运动特性，使得膝关节能量能够通过外部装置转移至髋关节，同时辅助膝关节和髋关节的运动，提高能量利用效率，减少行走的代谢能消耗。

[0006] 为实现上述目的，本发明提出了一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，其包括腰部支撑组件、连接组件、大腿组件、离合器组件、小腿组件和弹性元件组件，其中，所述腰部支撑组件用于固定在腰部，所述连接组件用于连接腰部支撑组件和大腿组件，其设置有两组并且左右对称布置在支撑组件的两侧，所述大腿组件设置有两组，两组大腿组件分别与两组连接组件相连，用于固定在大腿上，所述离合器组件设置有两组，两组离合器组件分别安装在两组大腿组件上，用于分时调控膝关节和髋关节的能量，所述小腿组件设置有两组并且左右对称布置在两组大腿组件的下方，用于固定在小腿上，所述弹性元件组件设置有两组且左右对称布置，其连接所述腰部支撑组件和小腿组件，并且穿过离合器组件。

[0007] 作为进一步优选的，所述腰部支撑组件包括两腰部支具、腰部柔性绑带和腰部支具连接件，所述腰部支具连接件用于连接所述两腰部支具的一端，所述腰部柔性绑带用于连接两腰部支具的另一端，以将腰部支具固定在腰部以承受力支撑。

[0008] 作为进一步优选的，每组所述连接组件均包括棘爪力臂连接件、棘爪力臂、弹簧力臂、髋关节运动连接件、大腿连杆和膝关节运动连接件，其中，所述棘爪力臂连接件用于将所述棘爪力臂连接在所述腰部支具上，所述弹簧力臂安装在所述腰部支具上，所述髋关节运动连接件分别铰接所述棘爪力臂连接件以及所述大腿连杆的上端，以便保证大腿连杆随大腿自由运动，所述膝关节运动连接件与所述大腿连杆的下端铰接。

[0009] 作为进一步优选的，每组所述大腿组件均包括大腿后环箍和大腿柔性绑带，所述大腿后环箍铰接在所述膝关节运动连接件上，所述大腿柔性绑带用于将所述大腿后环箍紧贴在大腿上。

[0010] 作为进一步优选的，每组所述离合器组件均包括离合器支架、离合器盖板、棘轮、行程挡片、导线轮、棘爪和棘爪绳，其中，所述离合器支架安装在所述大腿后环箍上，所述棘轮、行程挡片和导线轮通过一花键轴安装在所述离合器支架和离合器盖板之间，保证棘轮、行程挡片和导线轮同步转动，所述棘爪通过棘爪轴可转动的安装在离合器支架和离合器盖板之间，所述棘爪绳的上端连接在棘爪力臂上，下端连接在棘爪上，该棘爪位于棘轮的旁侧，可与棘轮啮合。

[0011] 作为进一步优选的，每组所述小腿组件均包括小腿后环箍、小腿前环箍和小腿柔性绑带，所述小腿后环箍和所述小腿前环箍通过销轴铰接在一起，所述小腿柔性绑带将所述小腿后环箍和所述小腿前环箍固定在小腿上。

[0012] 作为进一步优选的，每组所述弹性元件组件均包括拉伸弹簧、弹簧连接绳、棘爪扭簧和导线轮扭簧，其中，所述拉伸弹簧上端连接在所述弹簧力臂上，下端与所述弹簧连接绳的上端相连，所述弹簧连接绳的中部连接在导线轮上，下端连接在小腿后环箍上，所述棘爪扭簧安装在棘爪与离合器盖板之间，用于将棘爪回位至初始位置，所述导线轮扭簧安装在导线轮和离合器支架之间，用于将导线轮回位至初始位置。

[0013] 总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

[0014] 1.本发明通过对关键组件如腰部支撑组件、连接组件、大腿组件、离合组件、小腿组件和弹性元件组件的设计及相互配合，获得基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，可充分膝关节和髋关节的能量，具有行走效率高、适用性强等优点。

[0015] 2.本发明通过设置随髋、膝关节运动角度触发的离合器，使得弹簧在膝关节做负功时拉伸存储能量，髋关节做正功时收缩释放该能量，膝关节能量能够通过外部装置转移至髋关节，同时辅助膝关节和髋关节的运动，提高能量利用效率，减少行走的代谢能消耗。

附图说明

[0016] 图1为本发明的基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置的整体结构示意图；

[0017] 图2为本发明的基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置的整体结构的轴测图；

[0018] 图3为本发明的离合器的轴测图；

[0019] 图4为本发明的离合器的分解示意图。。

具体实施方式

[0020] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

[0021] 如图1所示，本发明实施例提供的一种基于离合器分时调控的髋膝双关节被动外骨骼装置，包括腰部支撑组件I、连接组件II、大腿组件III、离合器组件IV、小腿组件V和弹性元件组件VI，其中，所述腰部支撑组件I用于固定在腰部，所述连接组件II用于连接腰部支撑组件I和大腿组件III，其设置有两组并且左右对称布置在支撑组件I的两侧，所述大腿组件III设置有两组，两组大腿组件III分别与两组连接组件II相连，用于固定在大腿上，所述离合器组件IV设置有两组，两组离合器组件IV分别安装在两组大腿组件III上，用于分时调控膝关节和髋关节的能量，所述小腿组件V设置有两组并且左右对称布置在两组大腿组件III的下方，用于固定在小腿上，所述弹性元件组件VI设置有两组且左右对称布置，连接腰部支撑组件I和小腿组件V，并且中间穿过离合器组件IV，用于存储能量、提供力矩、辅助膝关节和髋关节的运动。

[0022] 如图1和2所示，腰部支撑组件I包括两腰部支具14、腰部柔性绑带17和腰部支具连接件2，其中，腰部支具连接件2用于连接两腰部支具14的一端，腰部柔性绑带17用于连接两腰部支具14的另一端，以将腰部支具14固定在腰部以承受力支撑。具体的，腰部支具14侧面及后面均有凸台平面，平面上设有螺纹孔，用于连接腰部支具连接件2、弹簧力臂1及棘爪力臂连接件12，腰部支具连接件2上有按一定间距分布的通孔，用于根据穿戴者体型调整左右腰部支具14的距离，通过螺钉将腰部支具连接件2与腰部支具14连接在一起，腰部支具上还设置有用于减轻质量的通孔。

[0023] 如图1和2所示，每组连接组件II包括棘爪力臂连接件12、棘爪力臂13、弹簧力臂1、髋关节运动连接件4、大腿连杆10和膝关节运动连接件16，其中，棘爪力臂连接件12用于将棘爪力臂13连接在腰部支具14上，弹簧力臂1安装在腰部支具14上，髋关节运动连接件4分别铰接棘爪力臂连接件12以及大腿连杆10的上端，以便保证大腿连杆10随大腿自由运动，膝关节运动连接件16与大腿连杆10的下端铰接。

[0024] 具体的，棘爪力臂连接件12通过螺钉固定在腰部支具14上，水平方向设置有两个螺纹孔，用于将棘爪力臂13通过螺钉安装在棘爪力臂连接件12上，最下端有圆柱形槽孔，通过深沟球轴承、螺栓和螺母将髋关节运动连接件4可转动安装在棘爪力臂12上。棘爪力臂13上设有按一定距离均匀布置的通孔，用来固定连接棘爪绳11的上端。髋关节运动连接件4的上端设置有连接棘爪力臂12的通孔，下端设置有圆柱形槽孔，通过深沟球轴承、螺栓和螺母将大腿连杆10可转动安装在髋关节运动连接件4上。大腿连杆10通过上述连接可以保证在穿戴者行走时随大腿自由运动，大腿连杆10的上端设有按一定距离均匀布置的通孔，用于根据穿戴者身高的不同调整膝关节运动连接件16和髋关节运动连接件4之间的距离。

[0025] 如图1和2所示，每组大腿组件III均包括大腿后环箍9和大腿柔性绑带15，大腿后环箍9铰接在膝关节运动连接件16上，大腿柔性绑带15用于将大腿后环箍9紧贴在大腿上。具体的，膝关节运动连接件16中间设有圆柱形槽孔，通过深沟球轴承、螺栓和螺母将膝关节运动连接件16可转动安装在大腿连杆10的下端，膝关节运动连接件16两侧对称设有放置销轴的圆柱形通孔，大腿后环箍9通过销轴可转动安装在膝关节运动连接件16上。进一步的，大腿后环箍9中间设有凸台平面，凸台平面上钻有螺纹孔，用于安装离合器盖板18和离合器支架23，大腿柔性绑带15通过大腿后环箍9两侧的孔将大腿后环箍9紧贴人体大腿，从而使大腿后环箍9和离合器组件随大腿一起运动，大腿后环箍9上还设置有用于减轻质量的通孔。

[0026] 如图3和4所示，每组离合器组件IV均包括离合器支架23、离合器盖板18、棘轮20、行程挡片21、导线轮22、棘爪33和棘爪绳11，其中，离合器支架23安装在大腿后环箍9上，棘轮20、行程挡片21和导线轮22通过一花键轴28安装在离合器支架23和离合器盖板18之间，保证棘轮20、行程挡片21和导线轮22同步转动，棘爪33通过棘爪轴32可转动的安装在离合器支架23和离合器盖板18之间，棘爪绳11的上端连接在棘爪力臂13上，下端连接在棘爪33上，当大腿后摆时，棘爪绳11拉动棘爪33转动，使棘爪33与棘轮20脱离啮合。

[0027] 具体的，离合器盖板18和离合器支架23上均设有圆孔，用于放置法兰轴承，棘轮20、行程挡片21和导线轮22紧贴安装在花键轴28上，以保证棘轮20、行程挡片21和导线轮22同步转动，花键轴28可转动安装在离合器支架23和离合器盖板18上平行布置的法兰轴承中。具体的，导线轮22安装在花键轴28的长轴侧，棘轮20穿过花键轴28位于导线轮22靠近离合器盖板18的一侧，棘轮挡片19穿过花键轴28，放位于棘轮20与离合器盖板18之间，防止棘轮20在花键轴28上轴向窜动，导线轮挡片30穿过花键轴28，放置在导线轮22与离合器支架
23之间，防止导线轮22在花键轴28上轴向窜动。

[0028] 进一步的，棘爪33通过棘爪轴32可转动安装在离合器支架23和离合器盖板18上平行布置的法兰轴承中，棘爪33上开设有用于安装棘爪扭簧27的扭簧槽，其开设有扭簧槽的一侧朝向离合器盖板18安装，棘爪扭簧27一侧安装在棘爪33的扭簧槽中，棘爪扭簧27的另一侧安装在离合器盖板18的孔上，由此便可使棘爪33在不受到外部作用力时回复到初始状态，棘爪挡片26穿过棘爪轴32，位于棘爪33和离合器盖板18之间。进一步的，离合器支架23上设置有阶梯杆，塑料导轨25安装在离合器支架23的阶梯杆上，用于确定弹簧连接绳5的走向，导轨挡圈24穿过离合器支架23上的阶梯杆、设置在塑料导轨25与离合器盖板18之间，用来轴向定位塑料导轨25。导线轮22上开设有扭簧槽，导线轮扭簧29一侧安装在导线轮22的扭簧槽中，导线轮扭簧29另一侧安装在离合器支架23的孔上，由此便可使导线轮22在不受外部作用力时回复到初始安装状态，扭簧挡片31位于导线轮22和离合器支架23之间，同轴盖在导线轮扭簧29上，防止导线轮扭簧29的窜动。

[0029] 如图1和2所示，每组小腿组件V均包括小腿后环箍7、小腿前环箍6和小腿柔性绑带8，小腿后环箍7和小腿前环箍6通过销轴铰接在一起，小腿柔性绑带8将小腿后环箍7和小腿前环箍6固定在小腿上。具体的，小腿前环箍6侧端设有放置销轴的圆形通孔，小腿后环箍7通过销轴可转动安装在小腿前环箍6上，小腿柔性绑带8将小腿后环箍7和小腿前环箍6紧贴在小腿上，使小腿组件V能跟随小腿一起运动。

[0030] 如图1和4所示，每组弹性元件组件VI均包括拉伸弹簧3、弹簧连接绳5、棘爪扭簧27和导线轮扭簧29，其中，拉伸弹簧3上端连接在弹簧力臂1上，下端与弹簧连接绳5的上端相连，弹簧连接绳5的中部连接在导线轮22上，下端连接在小腿后环箍7上。棘爪扭簧27安装在棘爪33与离合器盖板18之间，用于将棘爪33回位至初始位置，当大腿后摆时，棘爪绳11将会拉动棘爪33转动，使棘爪33与棘轮20脱离啮合，此时导线轮棘爪扭簧27具有一定的回复力矩，当大腿前摆时，棘爪绳11处于松弛状态，棘爪扭簧27带动棘爪33回位至初始位置。导线轮扭簧29安装在导线轮22和离合器支架23之间，用于将导线轮22回位至初始位置，当人处于直立状态时，弹簧连接绳5拽动导线轮22旋转一定角度，此时导线轮扭簧29具有一定回复力矩，当大腿后摆、膝关节弯曲时，弹簧连接绳5处于松弛状态，导线轮22在导线轮扭簧29的作用下回位至初始安装位置。

[0031] 具体的，拉伸弹簧3上端勾在弹簧力臂1上，拉伸弹簧3下端与弹簧连接绳5的上端捆绑在一起，弹簧连接绳5的中间固定在导线轮22的孔洞上，使得弹簧连接绳5的中部随导线轮22同步转动，弹簧连接绳5的下端固定连接在小腿后环箍7上，由此便可使拉伸弹簧3在膝关节负功阶段拉伸，以储能辅助膝关节运动，在髋关节正功阶段缩短，以释放能量辅助髋关节运动，弹簧连接绳5为聚乙烯绳。如图3所示，通过调整棘爪扭簧27和导线轮扭簧29的初始位置，使得初始状态时棘爪33靠近但不啮合棘轮20，导线轮22逆时针转动一定角度后(譬如100°)，行程挡片21顶开棘爪33，当导线轮22释放回位时，行程挡片21会向下压住棘爪33，使得棘爪33与棘轮20互相啮合，无法转动。本装置的初始状态为穿戴者正常站立时穿戴，此时导线轮22转动100°左右，导线轮扭簧29随导线轮22同步转动扭转，导线轮扭簧29扭转100°左右、具有很大的回复力矩，棘爪33被行程挡片21紧压、与棘轮20互相啮合自锁，棘爪扭簧27随棘爪33同步转动扭转，具有一定的回复力矩，调整棘爪绳11为紧绷状态，调整弹簧连接绳5为紧绷状态，此时拉伸弹簧3应无拉力。

[0032] 下面以足尖离地时为人体行走的初始相位，说明本装置的正常工作情况：

[0033] 第一阶段：足尖离地时，髋关节处于伸展最大角度，此时导线轮22至拉伸弹簧3中间的弹簧连接绳5处于松弛状态，小腿后环箍7至导线轮22之间的弹簧连接绳5处于绷紧状态，拉伸弹簧3处于自由状态，棘爪绳11将棘爪33拉开，棘爪33与棘轮20脱离啮合，棘轮20能够转动回位；随后大腿前摆，小腿弯曲，髋关节从伸展最大角度运动至零度，膝关节从零度运动至接近屈曲最大角度，此阶段棘轮20同导线轮22在导线轮扭簧29的作用下同步回位，使得导线轮22至拉伸弹簧3中间的弹簧连接绳5仍处于松弛状态，此时棘爪33在棘爪扭簧27的作用下回位，棘爪绳11处于初始绷紧状态；

[0034] 第二阶段：髋关节从零度运动至屈曲最大角度，膝关节屈曲至最大角度，此阶段大腿前摆，小腿弯曲，弹簧连接绳5整个处于绷紧状态，拉伸弹簧3处于自由状态，棘爪绳11处于松弛状态；

[0035] 第三阶段：髋关节保持屈曲最大角度，膝关节从屈曲最大角度运动至伸展最大角度，此阶段大腿不动，小腿前摆，行程挡片21随导线轮22同步转动，行程挡片21弹开并越过棘爪33，弹簧连接绳5处于拉伸状态同时拉长拉伸弹簧3存储小腿运动的能量，辅助膝关节做正功；

[0036] 第四阶段：膝关节微小幅度运动，髋关节从屈曲最大角度运动至零度，此阶段大腿后摆，行程挡片21略微回转，压紧棘爪33，使棘爪33同棘轮20啮合锁死，棘爪绳11逐渐拉伸至初始紧绷状态，拉伸弹簧3缩短释放能量，辅助髋关节做负功；

[0037] 第五阶段：膝关节微小幅度运动，髋关节从零度运动至伸展最大角度，此阶段大腿后摆，棘爪绳11紧绷并将棘爪33拉开，使棘爪33与棘轮20脱离啮合并弹开行程挡片21，行程挡片21同棘轮20在导线轮扭簧29的作用下具有回复力，导线轮22至拉伸弹簧3中间的弹簧连接绳5处于松弛状态，小腿后环箍7至导线轮22之间的弹簧连接绳5处于绷紧状态，拉伸弹簧3处于自由状态。

[0038] 本发明结合行走时膝关节和髋关节的运动规律以及做功特点，利用高效的弹簧作为人体的弹性外肌腱，通过随髋、膝关节运动角度触发的离合器，使得拉伸弹簧在膝关节做负功时拉伸存储能量，髋关节做正功时收缩释放该能量，膝关节能量能够通过外部装置转移至髋关节，同时辅助膝关节和髋关节的运动，提高能量利用效率，减少行走的代谢能消耗。

[0039] 本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。