一种外骨骼系统的制作方法

1.本公开涉及机械关节的技术领域，尤其涉及一种外骨骼系统。


背景技术：

2.机械外骨骼是一种可让人体穿上的机器装置，机械外骨骼主要用于辅助穿戴者肢体进行运动，其在医学、建筑、军事等领域中已得到广泛的应用。
3.机械外骨骼的背架系统主要起着背负负重物的作用，是整个外骨骼系统中与人体接触面积以及相互作用力最大的部件，其结构强度和贴合性设计是否合理，直接影响了机械外骨骼的承载能力和穿戴的舒适程度。
4.现有的机械外骨骼装置中，背架组件偏向于制造成柔性件，如此一来，背架组件在背负负重物后，在负重物的重力作用下容易发生变形。背架组件一般包括背板和托板，负重物放置于托板时，若负重物的重心偏向于靠近人体背部，此时，负重物的部分作用力容易集中于背板的底部，背板底部朝向穿戴者背部方向发生较大变形，进而造成对穿戴者背部下方的持续压迫，同时，托板在负重物的重力作用下向下发生形变，负重物的重心降低，肩带需要提供反向拉力牵引负载，使得穿戴者肩部受压较为严重，穿戴体验差，肩部承担大量负载，导致负重物通过髋关节向下传递负载的能力较弱。若负重物的重心偏向于远离人体背部，此时，负重物的部分作用力使得托板远离背板的一端向下变形较大，负重物重心下移，负重物产生一个使得穿戴者向后倾转的力矩，在该力矩的作用下，背板发生形变，一方面，背板的顶部在肩带的牵引下保持与人体背部靠紧，肩带需要提供反向力矩以保持平衡，这就使得穿戴者的肩部需要承受较大压力；另一方面，背板的中间部分在上述力矩的作用下发生形变，远离穿戴者背部变形，背板底部朝向穿戴者弯曲，背板整体上基本只有顶部以及底部与穿戴者背部接触，背板底部容易对穿戴者的背部下方造成局部持续挤压，且也不利于穿戴者背部的均匀受压。整个机械外骨骼负载传递效果较差，穿戴舒适性程度不高。


技术实现要素：

5.本公开实施例的目的在于：提供一种外骨骼系统，将背架组件中的背架部分以及托板部分设置为刚性结构，增强外骨骼系统的减重效果，解决外骨骼系统与人体之间力传递不均、其肩部及腰部负重较大导致的负重能力下降的问题。
6.为达上述目的，本公开采用以下技术方案：
7.提供一种外骨骼系统，包括：
8.背架组件，所述背架组件包括刚性背架以及肩带，所述刚性背架设置有刚性承托部，所述刚性承托部用于承载负重；所述肩带的两端分别连接于所述刚性背架，所述肩带用于穿戴在穿戴者肩部；
9.髋关节模组，用于提供髋部穿戴空间，所述髋关节模组一端设置于所述刚性背架；
10.腿部模组，连接于所述髋关节模组的另一端。
11.作为一种可选的实施方式，所述肩带为两条；
12.两所述肩带的一端分别连接于所述刚性背架顶部的相对两侧，两所述肩带的另外一端连接于所述刚性背架底部的相对两侧。
13.作为一种可选的实施方式，所述刚性背架的前侧用于贴合于穿戴者，所述刚性背架的后侧用于形成负载放置空间，所述刚性承托部与所述刚性背架的后侧面之间的夹角小于90
°
。
14.作为一种可选的实施方式，所述刚性承托部和刚性背架在负载作用下产生形变，产生形变的所述刚性承托部与所述刚性背架的后侧面之间的夹角小于90
°
。
15.作为一种可选的实施方式，所述髋关节模组为刚性髋关节模组。
16.作为一种可选的实施方式，所述刚性髋关节模组由连接刚性背架的一端至连接腿部模组的一端呈向下倾斜设置，以实现负载的传递。
17.作为一种可选的实施方式，所述刚性背架包括背板本体以及尾板；
18.所述髋关节模组设置于所述尾板，所述尾板的上部与所述背板本体连接，并在所述刚性背架的前侧共同形成腰背穿戴空间，所述尾板的前侧面由上至下向所述刚性背架的后侧方向倾斜设置。
19.作为一种可选的实施方式，所述髋关节模组与所述腿部模组之间设置有后伸限位结构，所述后伸限位结构用于限制所述髋关节模组与所述腿部模组之间的后伸极限位置。
20.作为一种可选的实施方式，所述腿部模组包括大腿组件、小腿组件以及弹性储能结构，所述弹性储能结构的两端分别连接所述大腿组件和所述小腿组件，所述髋关节模组处于后伸极限位置下，所述弹性储能结构能够提供使得所述大腿组件和所述小腿组件趋于绷直的预紧力。
21.作为一种可选的实施方式，所述尾板靠近所述背板本体的一侧形成第一板部；
22.所述第一板部的前侧面由上至下向所述刚性背架的后侧方向倾斜设置，并与竖直平面之间的夹角为θ1，θ1为2
°‑
15
°
。
23.作为一种可选的实施方式，所述背板本体靠近所述尾板的一侧形成第二板部；
24.所述第二板部的前侧面由上至下向所述刚性背架的前侧方向倾斜设置。
25.作为一种可选的实施方式，所述尾板在竖直投影方向上，其前侧面由相对两端往中部向远离所述腰背穿戴空间的方向凹陷设置。
26.作为一种可选的实施方式，所述背板本体在竖直投影方向上，其前侧面由相对两端往中部向远离所述腰背穿戴空间的方向凹陷设置。
27.作为一种可选的实施方式，所述背板本体上设置有加强筋，所述加强筋设置于所述背板本体的中部并沿第一长度方向延伸设置。
28.作为一种可选的实施方式，所述加强筋凸设于所述背板本体的前侧面。
29.作为一种可选的实施方式，所述背板本体的后侧面对应所述加强筋凹设有减负槽。
30.作为一种可选的实施方式，所述髋关节模组与所述腿部模组还具有直立位置，所述髋关节模组与所述腿部模组在直立位置与后伸位置之间的摆转角度为2-10
°
。
31.作为一种可选的实施方式，所述髋关节模组与所述腿部模组之间设置有用于限制后伸位置的后伸限位结构，所述后伸限位结构包括：
32.第一限位部，设置于所述髋关节模组，所述第一限位部可随所述髋关节模组第一
旋转轴线运动，以限定出第一运动轨迹；
33.第二限位部，设置于所述腿部模组，所述第二限位部可随所述腿部模组绕第一旋转轴线运动，以限定出第二运动轨迹；
34.所述第一运动轨迹与所述第二运动轨迹之间形成交点，所述第一运动轨迹与所述第二运动轨迹的交点处位于后伸位置，以使所述第一限位部与所述第二限位部可在后伸位置相抵限位。
35.作为一种可选的实施方式，第一限位部形成有第一构造面；
36.所述第二限位部形成有第二构造面，所述腿部模组的限定有沿其长度方向延伸的第一中心线，在所述腿部模组的左侧或右侧投影方向上，所述第二构造面的投影为第二投影线，所述第一中心线与所述第二投影线形成限位夹角θ2，θ2小于或等于10
°
；
37.所述腿部模组处于后伸位置状态下，所述第二构造面抵于所述第一构造面。
38.作为一种可选的实施方式，所述髋关节模组与所述腿部模组之间设置有转动轴以及可与所述转动轴转动配合的轴孔，所述转动轴与所述轴孔间隙配合并形成所述第一旋转轴线。
39.作为一种可选的实施方式，所述髋关节模组设置有两间隔设置的限位块，两所述限位块之间形成活动槽，所述活动槽提供所述腿部模组的运动空间，所述腿部模组设置于所述活动槽；
40.所述轴孔开设于所述腿部模组并连通所述运动空间，至少一所述限位块朝向所述轴孔的一侧设置所述转动轴；
41.或，所述轴孔开设于至少一所述限位块并连通运动空间，所述腿部模组朝向所述轴孔的一侧设置所述转动轴。
42.作为一种可选的实施方式，所述转动轴与所述髋关节模组可拆连接，其中一所述限位块开设有贯通的固定孔，所述固定孔连通所述活动槽，以使所述转动轴可从所述固定孔穿入所述活动槽内；
43.所述轴孔贯通所述腿部模组的相对两侧，所述转动轴长度大于所述轴孔，以使所述转动轴可贯穿所述轴孔。
44.本公开的有益效果为：
45.在外骨骼系统的穿戴状态下，穿戴者的上身处于背架组件，通过肩带环绕穿戴者的肩部从而实现背架组件与人体绑定配合，通过将背架组件设置为刚性结构的刚性背架，从而提高刚性背架的抗形变能力，外骨骼系统负重状态下，刚性背架整体形变较小，能够有效减轻对穿戴者背部以及腰部的压迫感。
附图说明
46.下面根据附图和实施例对本公开作进一步详细说明。
47.图1为本公开实施例所述外骨骼系统整体结构受力分析示意图；
48.图2为本公开实施例所述刚性背架轴测图之一；
49.图3为本公开实施例所述刚性背架轴测图之二；
50.图4为本公开实施例所述刚性背架侧视图之一；
51.图5为本公开实施例所述刚性背架侧视图之二；
52.图6为图5的a部放大示意图；
53.图7为图5的a-a方向剖视图；
54.图8为本公开实施例所述刚性背架主视图；
55.图9为图8的b-b方向剖视图；
56.图10为本公开实施例所述髋关节活动座与大腿组件装配结构轴测图；
57.图11为本公开实施例所述髋关节活动座与大腿组件爆炸图；
58.图12为本公开实施例所述髋关节活动座与大腿组件装配结构主视图；
59.图13为图12的c-c剖面图(直立位置)；
60.图14为图13的b部放大视图；
61.图15为本公开实施例所述髋关节活动座与大腿组件装配状态剖视图(后伸位置)；
62.图16为本公开实施例所述髋关节活动座与大腿组件运动轨迹示意图；
63.图17为本公开实施例所述腿部模组剖面结构示意图。
64.图中：10、刚性背架；11、背板本体；111、第二板部；112、加强筋；113、减负槽； 12、尾板；121、第一板部；13、肩带；14、刚性承托部；20、髋关节模组；21、连接臂； 211、第二旋转轴线；22、髋关节活动座；221、第三旋转轴线；222、第一限位部；2221、第一构造面；223、转动轴；224、限位块；2241、活动槽；2242、固定孔；225、第一参考线；226、保护件；30、腿部模组；31、第一旋转轴线；32、大腿组件；321、第二限位部；3211、第二构造面；322、轴孔；323、第一中心线；33、小腿组件；34、弹性储能结构；40、鞋履组件。
具体实施方式
65.为使本公开解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面对本公开实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
66.在本公开的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
67.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
68.本实施例提供一种外骨骼系统，旨意在于提高外骨骼系统穿戴状态下的舒适性，以增强穿戴者的负重能力，降低其受伤风险。
69.参考图1，为本实施例所述外骨骼系统的整体结构穿戴状态示意图，刚性背架10作为外骨骼系统中与穿戴者接触面积及相互作用力最大的部件，通过肩带13用于提供穿戴者
腰部、背部乃至上臀部的穿戴空间，髋关节模组20分别与刚性背架10以及腿部模组30连接，用于提供穿戴者髋关节前屈、后伸等不同方向的活动自由度，并可对穿戴者的髋关节施加辅助作用力。
70.本实施方式的外骨骼系统以无源外骨骼为例，一般而言，无源外骨骼包括背架组件、髋关节模组20、腿部模组30以及鞋履组件40，为了让外骨骼系统能够穿戴于人体，并协助穿戴者肢体的运动，上述各部分的部件均对应设置有穿戴组件，各穿戴组件根据穿戴者各部位的人体结构，对应提供穿戴者对应肢体的穿戴空间。
71.外骨骼系统中，各模组、组件中用于支撑穿戴者肢体，并具有一定刚性，用于实现力传递的构件可以采用金属材质，例如：铝质材料，铝合金材料、铜质材料、铜合金材料、铁质材料、不锈钢材料，也可以采用塑料、碳纤维材料等一种或多种的结合，一般采用刚性较高，具备一定抵抗切向扭矩能力，质量较小，适用于无源外骨骼的轻便要求的材料。同时，外骨骼系统中还包括有软质材料，软质材料一般用于上述的穿戴组件中，以使穿戴组件能够适于不同身材体型的穿戴者肢体，从而让穿戴者肢体与外骨骼系统之间具有良好的顺应性，软质材料具体可以采用橡胶件(橡胶可以选择天然橡胶或合成橡胶)，橡胶属于完全无定型聚合物，在室温下富有弹性，在很小的外力作用下能产生较大形变，除去外力后能恢复原状，可以提高与穿戴者肢体的接触面积，从而提高固定的稳定性和舒适性。也可采用硅胶件(可选择有机硅胶或无机硅胶)，硅胶具有较好的化学稳定性并且具备较好的柔韧性，同样可以提高与穿戴者肢体的接触面积，从而提高固定的稳定性和舒适性。或者还可采用皮革件，皮革是经脱毛和鞣制等物理、化学加工所得到的已经变性不易腐烂的动物皮。革是由天然蛋白质纤维在三维空间紧密编织构成的，其表面有一种特殊的粒面层，具有自然的粒纹和光泽，手感舒适，并且具备较好的弹性形变功能，也可以提高与肢体(待固定件)的接触面积，从而提高固定的稳定性和舒适性。
72.背架组件包括刚性背架10以及肩带13，刚性背架10用于穿戴在穿戴者的腰背部分，为外骨骼系统的核心部分，让外骨骼系统与穿戴者之间具有良好的同步性，肩带13的两端分别连接于刚性背架10的上部以及下部，在穿戴状态下，刚性背架10置于穿戴者的背部，穿戴者的双臂则从肩带13与刚性背架10环绕围合形成的空间穿过，从而让肩带13搭在穿戴者的肩部上，可以理解的是，为了保持负载的重量能够平均传递至穿戴者，提高传力均匀性，肩带13一般为两条，两条肩带13的一端分别连接在刚性背架顶部或靠近顶部的左右两侧，两条肩带13的另一端分别连接于刚性背架10底部或靠近底部的相对两侧，能够决定穿戴者的其他肢体与外骨骼系统的各模组之间的顺应性，刚性背架10一般会由穿戴者的上背部延伸至穿戴者的腰部或上臀部，其具备承载负重的功能，本实施方式采用具有一定刚性强度的刚性背架10结构，刚性背架10、刚性承托部14具有一定刚性强度的定义是，在外骨骼系统负重状态下，刚性背架10、刚性承托部14随负重的增加而产生的弯曲变形量较小，弯曲变形后负重的重心位置变化量较小，人体腰部承受的力值基本恒定。如果刚性背架10的刚性较差，同等负重情形下，柔性的刚性背架10容易发生弯曲变形，变形均为向靠近人体背部的方向发生，此时负重的重心方向更加靠近人体腰部，重心的靠近将使得穿戴者腰臀部位上方的分重力值增大，等效于负重的重力传递至人体腰部的力值增大，致使人体腰部更容易发生疲劳损伤问题。
73.而髋关节模组20为刚性髋关节模组，髋关节模组20具有一定刚性的定义是，在外
骨骼系统负重状态下，髋关节模组20随负重的增加而产生的变形量较小，变形后负重的重心位置变化量较小，人体腰部承受的力值基本恒定，相当于增加了髋部模组20与腿部模组30之间的刚性，进一步增强负载传递效果，确保负重物重心不会因髋关节模组20的形变而改变，提高穿戴者的负重能力。
74.髋关节模组20的一侧与刚性背架10连接，髋关节模组20的另一侧与腿部模组30连接，一般而言，为了适配人体髋关节构造，髋关节模组20会由穿戴者腰部分别朝人体两侧环绕，从而形成环绕于穿戴者髋部的髋关节穿戴空间，并具备两个或以上的活动自由度，从而提供人体髋关节的活动自由度。而腿部模组30则包括本实施方式所述的，绑定于大腿的大腿组件 32以及绑定于小腿的小腿组件33，大腿组件32的一端与髋关节模组20可转动地连接，提供人体大腿，也可以说是髋关节部分的自由度，大腿组件32的另一端与小腿组件33活动连接从而为人体膝关节提供摆转自由度。鞋履组件40提供穿戴者鞋足部的固定空间，一般而言，鞋履组件40包括用于固定穿戴者鞋履的基板以及环绕基板设置的穿戴组件，但也有一种设置方式，鞋履组件40包括鞋履，穿戴者可直接将足部穿入外骨骼系统本身自带的鞋履当中，完成与鞋履组件40的穿戴。鞋履组件40通过与小腿组件33活动连接，形成踝关节组件，提供穿戴者踝关节活动自由度。
75.而为了让刚性背架10背负有负重物的情况下，让负重物的重力传递至地面更为顺畅，刚性髋关节模组由连接刚性背架10的一端至连接腿部模组10的一端呈向下倾斜设置，以实现刚性背架10与腿部模组30通过刚性髋关节模组实现负载的传递，在人体穿戴外骨骼系统的状态下，髋关节模组20顺应人体结构，一端连接于人体背部的刚性背架10，由人体背部一侧依次沿着人体腰部、髋部向下延伸至人体的左侧或右侧，并与处于人体髋关节与腿部连接的关节处与腿部模组30连接，有利于人体穿戴的同时，提高力的传递效率。
76.需要说明的是，刚性背架10的前侧用于贴合于穿戴者，刚性背架10的后侧用于形成负载放置空间，在刚性背架10的后侧还设置有用于承载负重的刚性承托部14，以使负重物能够被刚性承托部14支撑并置于负载放置空间中。
77.为了适配大多数穿戴者的身体结构，腿部模组30一般包括两组，分别为左腿模组以及右腿模组，左腿模组与右腿模组分别连接在外骨骼系统两侧的髋关节模组20上，以提供穿戴者双腿的穿戴空间，在穿戴状态下，左腿模组与右腿模组分别对应穿戴在穿戴者的左腿以及右腿上，具体的，左腿模组与右腿模组均包括大腿组件32以及小腿组件33，从而提供穿戴者双腿膝关节的活动自由度。可以理解的，大腿组件32与小腿组件33分别沿穿戴者的大腿及小腿长度方向延伸，理想状态下，大腿组件32与小腿组件33长度分别对应于穿戴者的大腿以及小腿，大腿组件32与小腿组件33的连接处在水平方向上与穿戴者膝关节的转动轴223 处相对应，提高外骨骼系统与穿戴者的人机顺应性，也能更好的为穿戴者肢体提供支撑。
78.本实施方式的外骨骼系统的结构改进可应用于有源外骨骼系统以及无源外骨骼系统中，而特别针对无源外骨骼而言，本技术的发明人经过长期研究发现：从事物流搬运、建筑搬运、汽车装配、飞机装配、消防救援、环卫、军事等情景领域的作业人员需要携带负重物，如图 1所示，在外骨骼系统背负有负重物并且穿戴者处于直立的状态下，外骨骼系统会跟随穿戴者，同样处于直立或接近直立的状态，而在此状态下，穿戴者在背负负重物的状态下，负重物一般会处于穿戴者的后侧。负重物的一部分重量会通过刚性背架10直接传递至
穿戴者的背部或腰部，另一部分重量则会通过刚性背架10传递至髋关节模组20以及腿部模组30，位于腿部模组30与髋关节模组20之间，会提供穿戴者髋关节的前屈/后伸、外旋/内旋、外展/内收的活动自由度。在穿戴者穿戴外骨骼系统并处于直立状态下，外骨骼系统及负重物的一部分重力g1会对腿部模组30施加f1的作用力，f1作用力会传递到腿部模组30的膝关节处，从而对腿部模组30的大腿组件32产生绕膝关节相对于小腿组件33并朝人体后侧方向旋转的扭矩t1，同时，外骨骼系统及负重物的另一部分重力g2也会对刚性背架10施加f2的作用力，负重物的重心靠近刚性背架10靠近髋关节模组20的一侧，通过对刚性背架10产生绕大腿组件32朝人体后侧方向旋转的扭矩t2，即髋关节后伸方向的扭矩，穿戴者为了保持上身平稳，其腰部需要抵于刚性背架10的下部，从而会在穿戴者的腰部及上臀部处形成集中的应力，对穿戴者的腰臀处造成极大的负担，而为降低腰臀处以及大腿的负担，穿戴者必须通过大腿组件32上的穿戴组件对大腿组件32施加作用力f3，从而产生与扭矩t1相反的作用力形成力矩t3，以及对刚性背架10上穿戴在穿戴者肩部的肩带施加作用力，让肩带拉动刚性背架10的上部以及负重物，产生一个与t2相反的作用力形成扭矩t4，从而平衡扭矩t1以及t2来维持站立状态下的身体平衡，导致增加了穿戴的腿部、腰部、肩部及腿部等部位的负担。为此，本技术提供了如下实施例。
79.参考图1，为本实施例所述外骨骼系统直立状态，即后续所述的腿部模组30处于直立位置的示意图，在对该方案进行详细说明之前，需要说明的是，在本实施方式中，对于外骨骼系统中的各部件而言，在穿戴者穿戴状态下，各部件与穿戴者前侧朝向相同的一侧为各部件的前侧，即为附图中箭头所指示的“前”的方向；各部件与穿戴者后侧朝向相同的一侧为各部件的后侧，即为附图中箭头所指示的“后”的方向。
80.并且，各部件与穿戴者上侧朝向相同的一侧为各部件的上部，即为附图中箭头所指示的“上”的方向，各部件与穿戴者下侧朝向相同的一侧为各部件的下部，即为附图中箭头所指示的“下”的方向。
81.本实施方式所述的直立状态以及直立位置，指的是穿戴者双腿处于伸直状态，或穿戴者大腿与上身大致处于同一竖直平面的状态。理想的直立状态下，从穿戴者的侧投影方向上看，穿戴者双腿上身位置与穿戴者冠状面相契合，可以理解的是，穿戴于穿戴者的上身的刚性背架10延伸方向与大腿组件32的延伸方向之间的夹角呈180
°
或接近180
°
，但是，由于不同的穿戴者具有不同的站立习惯，大腿与上身的夹角不一定完全为处于180
°
的展开状态，因此，本实施方式中所述的直立状态或直立位置并没有具体的限定。
82.通过将背架组件设置为刚性结构的刚性背架10，从而提高刚性背架的抗形变能力，外骨骼系统负重状态下，刚性背架10整体形变较小，能够有效减轻对穿戴者背部以及腰部的压迫感。由于刚性背架10形变量较小，刚性背架弯曲性变后负重物的重心位置变化量也较小，因此，肩带13作用于穿戴者肩部的作用力也相对减小，人体肩部承受的力值基本恒定，减轻了穿戴者的负重感，提高穿戴者的负重能力。并且负重物通过刚性承托部14作用于刚性刚性背架时，髋部组件与刚性刚性背架10连接部分，刚性够足，便于负载通过刚性刚性背架10传递至髋关节模组20，进而传递至腿部模组30，有利于负载更高效效率地通过外骨骼系统传递至站立面，如此一来，既能减轻穿戴者的压迫感，提高穿戴者的舒适度。
83.并且，将托板也同样设置为刚性结构的刚性承托部14，也能够减小刚性承托部14在负重状态下的形变量，由于刚性承托部14形变量较小，承托部在弯曲性变后负重物的中
心位置变化量也较小，能够进一步降低穿戴者的身体负担。
84.具体的，刚性承托部14与刚性背架10的后侧面之间的夹角小于90
°
，可以理解的是，如图4所示，刚性承托部14的上侧面与刚性背架10之间的夹角小于90
°
，使刚性承托部14在承载负重物的状态下，负重物会在自身重力作用下，沿刚性承托部14所倾斜的方向处于尽可能靠近刚性背架10的位置上，在刚性背架的前侧面与穿戴者背部贴合的状态下，让负重物也相当于紧贴在穿戴者背部的状态，负重物重心趋于靠近穿戴者，从而减轻穿戴者的负重感，穿戴者各身体部位的负担减轻，穿戴者通过肩带13对刚性背架10所施加的作用力，以及对腿部模组30所施加的作用力f3能够相对减少，也让背架背负的稳定性得到加强，最终提高穿戴者的负重能力。
85.需要说明的是，在负重物放置于负载放置空间的情况下，刚性承托部14和刚性背架10 在负载作用下会产生形变，负重物的下侧会载置于刚性承托部14的上表面，负重物的前侧抵靠于刚性背架10的后侧面，由于刚性承托部14朝刚性背架10方向向下倾斜设置的缘故，负重物的重力会对刚性背架10以及刚性承托部14分别施加一定的作用力，从而让刚性背架10 与刚性承托部14之间产生一定的扭矩，扭矩会导致刚性背架10与刚性承托部14之间产生一定的形变，而两者在产生形变的情况下，刚性承托部14与刚性背架10的后侧面之间的夹角小于90
°
，刚性背架10与刚性承托部14可通过对结构以及材料的设置，让两者达到一定的刚度，从而让两者在承载一定重力范围内的负重物时，其形变量较小，保证负重状态的刚性承托部14仍然保持朝刚性背架10方向向下倾斜的结构，确保穿戴者在背负一定重力范围的负重物时，负重物重心偏向于靠近穿戴者背部的状态。
86.进一步，如图2-图3所示，本实施方式的外骨骼系统中的刚性背架10包括背板本体11 以及尾板12，肩带13一端连接背板本体11的上部，另一端连接尾板12，尾板12的上部与背板本体11连接，并在刚性背架10的前侧共同形成腰背穿戴空间，在应用状态下，背板本体11提供穿戴者的背部穿戴空间，可通过在背板本体11上绑定肩带，让肩带的两端分别连接背板本体11以及尾板12，从而环绕于穿戴者的双肩，而尾板12提供穿戴者的腰部或腰臀处的穿戴空间，尾板12上可绑定腰带，并与尾板12配合环绕于穿戴者的腰部，从而与穿戴者形成较高的契合度，提高外骨骼系统与穿戴者之间的人机顺应性。
87.为了便于理解，本实施方式将刚性背架10分为背板本体11与尾板12两个部分，实际上，背板本体11与尾板12可以为一体成型的整体结构，也可以为相互独立加工成型，再经过后续装配为一体的构件。
88.如图3-图5所示，尾板12的前侧面由上至下向刚性背架10的后侧方向倾斜设置，能够让尾板12与穿戴者形成配合的一侧面由上至下朝远离穿戴者的方向倾斜，这样，尾板12前侧面所延伸的方向会与人体腰部、臀部相对于其冠状面之间的倾斜方向一致，让背板本体11 与尾板12前侧面的结构与人体脊椎结构匹配度更高，提高尾板12整体前侧面与穿戴者腰部，或腰部及上臀部之间的接触面积，通过提高穿戴者与尾板12之间的接触面积，可以降低刚性背架10在负重状态下穿戴者腰部及臀部的压力，舒缓扭矩t2在穿戴者腰部、臀部处形成应力集中的问题，从而扩大了刚性背架10与穿戴者之间的力传递均匀性，减轻穿戴者的负重感，从而提高了穿戴者的负重能力，提高了穿戴者穿戴外骨骼系统的舒适性，延长外骨骼系统的穿戴时间，也降低了穿戴者在负重状态下的受伤风险。
89.髋关节模组20的一侧设置于尾板12的下部，具体设置在尾板12的后侧面，髋关节
模组 20的另一侧通过与腿部模组30枢转连接以限定出第一旋转轴线31，提供穿戴者髋关节绕第一旋转轴线31运动的前屈、后伸自由度。通过对刚性背架10结构的改进，也能够在一定程度上减少由外骨骼系统及负重物对髋关节模组20产生的后伸方向的扭矩。
90.具体的，腿部模组30具有直立位置以及后伸位置，如图13-图15所示，以穿戴者站立于水平支撑面为例，理想的直立位置下，腿部模组30限定出沿其长度方向延伸的第一中心线 323与水平支撑面相互垂直，而后伸方向则是刚性背架10朝图中逆时针方向摆转的方向，即穿戴者后倾的方向摆转，可以理解的是，在腿部模组30处于直立位置的状态下，穿戴者的上身会受到外骨骼系统及负重物的重力倾向具有一个后倾方向的扭矩，上身力量较差的穿戴者可能会被该扭矩影响导致上身往髋关节后伸方向运动让身体失衡，因此，对腿部模组30的后伸位置作限制，将腿部模组30的直立位置与后伸位置之间的摆转角度设置为小于或等于10
°
。后伸位置作为髋关节模组20与腿部模组30之间往后伸方向运动的极限位置，当髋关节模组 20与腿部模组30之间相对运动，让腿部模组30运动至后伸位置的状态下，穿戴者的髋关节则无法继续朝后伸方向运动，并且，髋关节模组20与腿部模组30之间能够形成限位，并能够抵消至少部分上述的扭矩t1，腿部构件会对髋关节模组20施加一定由外骨骼系统与负重物通过髋关节模组20对腿部模组30所施加的作用力f2的反作用力，这样，外骨骼系统与负重物的重力g1g2以及扭矩t1就能够更好地通过髋关节模组20以及腿部模组30传递至鞋履组件40，最终传递至地面，较大程度提高了外骨骼系统负重静止站立时的减重效果，穿戴者肩部对肩带所施加的作用力f1也能相对减小，从而减轻穿戴者肩部负担以及腰部负担，延长了外骨骼系统的穿戴时长，也提高了穿戴者携带负重物的承重范围，提高其作业效率。具体的，由于髋关节模组20与大腿模组之间具有后伸位置的限位，能够为穿戴者髋关节的后伸方向提供支撑，因此，大腿模组与小腿模组之间的扭矩也会相对减小，进而减轻了穿戴者膝关节的负担。
91.如图2-图6所示，尾板12靠近背板本体11的一侧形成第一板部121，第一板部121的前侧面由上至下向刚性背架10的后侧方向倾斜设置，并与竖直平面之间的夹角为θ1，θ1为 2
°‑
15
°
，这里的竖直平面指的是当穿戴者站立于水平支撑面的情况下，与水平支撑面相垂直的虚构竖直平面。背板本体11与尾板12之间通过第一板部121与第二板部111相连，本实施方式中，背板本体11与尾板12为一体加工成型的结构，因此，实际上背板本体11与尾板 12之间并没有很清楚的界限，在外骨骼系统的穿戴状态下，背板本体11处于穿戴者的背部，背板本体11由穿戴者的上背部向下延伸至靠近穿戴者腰部的位置上，而尾板12则处于穿戴者后侧腰部，由穿戴者腰部靠近其背部的一侧延伸至穿戴者的腰部下侧或上臀部处，因此，第一板部121与第二板部111之间的连接处优选处于穿戴者的背部与腰部之间，理想状态下，第一板部121与第二板部111之间的连接处处于穿戴者背部末端与腰部之间曲线发生变化的位置上。由于人体由背部至腰部的方向上，位于腰部处，其人体曲线开始往远离人体冠状面的方向开始倾斜，腰部至臀部会形成与背部曲线之间呈一定角度的曲线，因此，将第一板部 121倾斜设置，能够让穿戴者的腰部，或穿戴者的腰臀与尾板12之间具有较好的契合度，可以理解的是，在刚性背架10的左侧或右侧投影方向上，第一板部121前侧面与尾板12整体前侧面所延伸的方向可以是一致的，这样，尾板12前侧面所延伸的方向会与人体腰部、臀部相对于其冠状面之间的倾斜，从而提高了尾板12整体前侧面与穿戴者腰部，或腰部及上臀部之间的接触面积，达到上述的技术效果。
92.接上述尾板12结构的方案，尾板12整体的前侧面可以为平面，也可以为曲面等其他不规则构造面，本实施例在此不作具体限定，尾板12的前侧面整体延伸趋向与第一板部121前侧趋向大致一致，其构造只要能够起到提高与穿戴者腰臀延伸线条契合度的技术效果即可。
93.并且，本实施方式的背板本体11与尾板12可以为板件结构，背板本体11与尾板12整体各部位的厚度可以为一致或接近一致，达到刚性背架10更加轻薄的效果，这样也能够让放置于刚性背架10后侧的负重物更接近于穿戴者本身，起到减少负重物重力对外骨骼系统所形成的扭矩的效果。
94.通过将第一板部121的倾斜角度设置为θ1，使尾板12的前侧面能够适配不同体型的穿戴者，2
°‑
15
°
的范围能够保证尾板12与不同腰臀曲线的穿戴者契合度更高，在穿戴状态下，穿戴者的腰部，或腰部及上臀部会对尾板12施加一定的反作用力，从而用来抵消由负重物通过尾板12对穿戴者腰臀处所施加的压力，因此，设置适当的角度，能够让尾板12的前侧面与穿戴者的身体更加贴合。
95.如图7-图9所示，为了进一步匹配人体脊椎，第二板部111的前侧面由上至下向刚性背架10的前侧方向倾斜设置，这样，第一板部121与第二板部111之间能够很好地与人地腰部的窝形结构相匹配，而背板本体11的上侧则继续沿穿戴者上背部贴合延伸，尾板12的下部则继续沿穿戴者腰部延伸至上臀部。
96.如图9所示，尾板12在竖直投影方向上，其前侧面由相对两端往中部向远离腰背穿戴空间的方向凹陷设置。可以理解的是，尾板12的左右两侧较其中部而言更靠近于腰背穿戴空间，在穿戴状态下，尾板12的左右两侧较其中部而言更靠近于穿戴者的冠状面，尾板12的左右两侧与其中部呈环绕于穿戴者腰部或腰部及上臀部的后侧，尾板12的左右两侧可环绕至穿戴者的腰部左右两侧，从而进一步提高尾板12与穿戴者的腰部或腰部及上臀部的接触面积，其结构也与人体的腰臀处结构更为接近，可进一步提高穿戴者的穿戴舒适性以及负重能力。
97.本实施方式中，尾板12的前侧面为弧面，具体的，在尾板12的竖直投影方向上，尾板 12的前侧面为弧线，圆弧的过渡面能够让尾板12的前侧面与穿戴者身体更加服帖，也能避免尾板12的前侧面形成有阶梯结构或其他不规则形状而对穿戴者的腰臀处造成不适。
98.如图5所示，背板本体11在竖直投影方向上，其前侧面由相对两端往中部向远离腰背穿戴空间的方向凹陷设置。可以理解的是，背板本体11的左右两侧较其中部而言更靠近于腰背穿戴空间，在穿戴状态下，背板本体11的左右两侧较其中部而言更靠近于穿戴者的冠状面，进一步提高背板本体11的前侧面与穿戴者的背部的接触面积，其结构也与人体的背部结构更为接近，可进一步提高穿戴者的穿戴舒适性以及负重能力，但是，由于背板本体11的左右两侧需要提供穿戴者手部的活动空间，因此背板本体11的宽度不宜过大。
99.当然，为了适配人体结构，背板本体11的前侧面也可以为弧形。
100.如图5所示，进一步，背板本体11在左侧或右侧投影方向上，其前侧面的中部向远离腰背穿戴空间的方向凹陷。可以理解的是，背板本体11的上下两侧较其中部而言更靠近于腰背穿戴空间，在穿戴状态下，背板本体11的上下两侧较其中部而言更靠近于穿戴者的冠状面，背板本体11的上下两侧与其中部的相对结构与人体背部线条更为契合，背板本体11的上侧处于穿戴者的上背部，背板本体11的下侧处于穿戴者的下背部，由于人体上背部
位置与下背部位置一般而言较人体背部的中部更加接近其冠状面，因此，背板本体11的上部与下部能够沿穿戴者的背部线条延伸，与穿戴者背部更好的贴合，让背板本体11与穿戴者之间的力传递更加均匀，可进一步提高穿戴者的穿戴舒适性以及负重能力。
101.本实施方式中，由于刚性背架10作轻量化设计，其背板本体11与尾板12均为板状结构，因此，为了保证刚性背架10的结构强度，背板本体11上设置有加强筋112，加强筋112设置在背板本体11中部，并沿背板本体11的中心线延伸设置。
102.由于人体背部两侧具有竖脊肌，竖脊肌的存在会让人体背部的脊椎处形成凹陷的结构，因此，为了提高人体背部与刚性背架10的贴合程度，可将加强筋112凸设于背板本体11的前侧面，从而让刚性背架10在穿戴状态下，加强筋112处于上述凹沟结构处，进一步契合人体背部结构。
103.接上述，为了进一步提高刚性背架10的轻量化程度，背板本体11的后侧面对应加强筋 112凹设有减负槽113，本实施方式中，由于刚性背架10为板状结构，其可通过一体成型的方式制造形成，因此，在加工刚性背架10的过程中，加强筋112的整体厚度也可以设置为与背板本体11厚度一致的状态，从而在背板本体11的后侧面形成上述的减负槽113，一定程度上降低刚性背架10的整体重量。
104.如图10-图13所示，作为髋关节模组20与腿部模组30之间的进一步方案，便于理解的，髋关节模组20与腿部模组30之间设置有后伸限位结构，后伸限位结构用于限制髋关节模组 30与腿部模组20之间的后伸极限位置。
105.如图17所示，需要说明的是大腿组件32与小腿组件33之间连接有弹性储能结构34，弹性储能结构34的两端分别连接大腿组件32和小腿组件33，髋关节模组30处于后伸极限位置下，弹性储能结构34能够提供使得大腿组件32和小腿组件33趋于绷直的预紧力，这里所述的绷直指的是大腿组件32与小腿组件33之间基本处于同一直线的状态，使穿戴者的髋关节处于后倾极限位置下，弹性储能结构34能够为穿戴者的腿部直立提供一定的助力效果。
106.具体的，髋关节活动座22形成有垂直于水平支撑面的第一参考线225，腿部活动活动件形成有第一中心线323，第一参考线225与第一中心线323均与第一旋转轴线31垂直并相交，在腿部模组30处于直立位置时，理想状态下的第一中心线323与第一参考线225重合，而在相对于髋关节模组20运动时，第一中心线323会相对于第一中心线323绕第一旋转轴线31 往复摆转，当腿部模组30朝图中顺时针方向运动，即往后伸方向运动时，其运动至后伸位置状态下，第一中心线323与第一参考线225之间的夹角为θ2，θ2小于或等于10
°
。
107.通过后伸限位结构限制穿戴者后倾方向的运动自由度，在髋关节模组20与腿部模组30 通过后伸限位结构实现后倾方向自锁后，相当于增加了髋部模组20与腿部模组30之间的刚性，进一步增强负载传递效果。
108.腿部模组30在直立位置与后伸位置之间的摆转角度为2-10
°
，即髋关节模组20与腿部模组30绕第一旋转轴线31朝后伸方向运动，第一参考线225与第一中心线323的最大偏转角度为2
°‑
10
°
，让髋关模组与腿部模组30之间在后伸方向上具有限位功能，又不会对穿戴者的运动状态构成影响，这里需要说明的是，θ2的角度不宜设置太小，因为穿戴者处于运动状态 (如跨步、奔跑、上阶台阶等)的情况下，过小的θ2会限制人体在迈步过程中，非迈步脚朝后伸方向运动的角度。同时，θ2亦不宜设置过大，过大的θ2就会失去穿戴者在直立状态
下，对髋关节后伸方向的扭矩t2的支撑作用。因此，通过综合分析减重效果、安全性、穿戴后工况等因素，θ2宜取值2
°‑
10
°
，让穿戴者在运动状态下，非迈步脚仍具有后伸的运动自由度，而在穿戴者处于直立状态时，其又能够对穿戴者髋关节的后伸运动方向进行限制，保持穿戴者的身体平衡。
109.本实施方式的髋关节模组20包括连接臂21以及髋关节活动座22，一端与尾板12下部摆转连接以限定出第二旋转轴线211，提供穿戴者髋关节绕第二旋转轴线211运动的外展、内收自由度。髋关节活动座22一侧与连接臂21活的另一端动连接以限定出第三旋转轴线221，提供穿戴者髋关节绕第三旋转轴线221运动的旋外、旋内自由度；髋关节活动座22的另一侧与腿部模组30枢转连接。
110.如图10-图16所示，所示，髋关节模组20与腿部模组30之间设置有用于限制后伸位置的后伸限位结构，后伸限位结构包括第一限位部222与第二限位部321，第一限位部222与第二限位部321能够将髋关节活动座22与腿部模组30限制在后伸极限位置上。第一限位部 222设置于髋关节活动座22，第一限位部222可随髋关节活动座22绕第一旋转轴线31运动，为了便于方案的理解，第一限位部222的运动轨迹定义为第一运动轨迹。第二限位部321设置于腿部模组30，具体设置在大腿组件32枢接于髋关节活动座22的一端，第二限位部321 可随腿部模组30绕第一旋转轴线31运动，第二限位部321的运动轨迹定义为第二运动轨迹。
111.为了让第一限位部222与第二限位部321在髋关节活动座22与腿部模组30朝后伸方向上相对运动过程中能够实现限位的作用，第二限位部321设置于第一运动轨迹上，也可以理解为第一限位部222设置于第二运动轨迹上，以使第一运动轨迹与第二运动轨迹之间形成交点，第一运动轨迹与第二运动轨迹的交点处位于后伸位置，在髋关节活动座22与腿部模组 30运动至后伸极限位置时，由于第一运动轨迹与第二运动轨迹之间存在交点，因此，第一限位部222与第二限位部321之间在运动至后伸位置时会相互干涉，第一限位部222与第二限位部321相抵，将髋关节活动座22与大腿组件32限制在后伸极限位置上，让穿戴者髋关节的后伸角度保持与θ2的预设角度一致的位置上。
112.本实施方式的第一限位部222与第二限位部321的具体结构包括但不限于凸台结构、凹槽结构等，并且，第一限位部222与第二限位部321可设置在髋关节活动座22与大腿组件 32的任何部位上，其只要能够实现两个限位部的运动轨迹至少部分存在重合干涉的效果即可。
113.第一限位部222与髋关节活动座22之间、第二限位部321与大腿组件32之间的连接方式可以采用固定连接(如焊接、粘接、螺接、铆接等)的连接方式，也可以采用可拆连接(如卡扣连接、螺纹连接等)的连接方式进行连接，当然，为了提高髋关节后伸限位机构以及外骨骼系统的生产效率，降低其装配难度，第一限位部222与髋关节活动座22以及第二限位部 321与大腿组件32可以为同一种材质，以便于通过一体加工成型的方式(如一体注塑成型、一体挤压成型、一体铸造成型、弯折成型等)进行加工生产。
114.如图14所示，进一步，为了提高第一限位部222与第二限位部321之间在干涉限位状态下的稳定性，第一限位部222形成有第一构造面2221，第二限位部321形成有第二构造面 3211，在腿部模组30的左侧或右侧投影方向上，第二构造面3211的投影为第二投影线l4，第一中心线323与第二投影线l4形成限位夹角θ2，而在腿部模组30处于直立位置时，第一构造面2221的投影为第一投影线l3，第一投影线l3与第一中心线323相互平行。
115.第一构造面2221与第二构造面3211可以为平面，腿部模组30处于后伸位置状态下，第二构造面3211抵于第一构造面2221。
116.第一构造面2221与第二构造面3211之间通过面与面的抵接，一方面能够避免压强过大，增加使用寿命，另一方面，两个抵接面通过大面积接触的实现了负载的传递，提高了负载的传递效率，进而有利于提升体外骨骼的负重能力。同时，理想状态下，两个面抵接时，优选为由上至下向后倾斜的状态，能够确保负载更顺畅的传递至腿部模组30，进一步通过鞋履组件40传递至地面，相较于水平或倾斜的抵接限位，其负载传递效果更优。
117.如图16所示，取第一限位部222与大腿组件32最小间距处，在相对运动的过程中形成第一运动轨迹l1，取第二限位部321与大腿组件32最大间距处，在相对运动的过程中形成第二运动轨迹l2，l1与l2之间具有交点a，从而让第一运动部靠近第二运动部运动的过程中，位于a点相互干涉实现限位。
118.如图11所示，为了髋关节模组20与腿部模组30之间的结构紧凑性，以及提高髋关节活动座22与大腿组件32在相对运动过程中的稳定性，髋关节活动座22设置有两间隔设置的限位块224，两限位块224之间形成活动槽2241，活动槽2241提供大腿组件32的运动空间。大腿组件32设置于活动槽2241，以使在第一旋转轴线31的径向方向上，大腿组件32位于髋关节活动座22靠近中部的位置上，髋关节活动座22位于两限位块224之间设置第一限位部222，第二限位部321设置于大腿组件32绕第一旋转轴线31的外周旋转构造面上。
119.具体的，第一限位部222所形成的第一构造面2221设置在活动槽2241的槽底上，作为活动槽2241槽底的一部分，能够节省髋关节活动座22用于设置第一限位部222所需耗材，也能让髋关节活动座22整体体积保持在相对不变的状态，而第二限位部321具体设置在大腿组件32，在髋关节活动座22与大腿组件32处于后伸极限位置时，第二限位部321朝向第一限位部222，即朝向活动槽2241的槽底，能够很好的隐藏第二限位部321，节省空间。
120.本实施方式中的髋关节活动座22与大腿组件32之间采用转动连接的方式进行连接，髋关节活动座22与大腿组件32之间设置有转动轴223以及与转动轴223相匹配的轴孔322，转动轴223形成第一旋转轴线31并与轴孔322间隙配合。
121.轴孔322与转动轴223的设置方式可以为：
122.1)轴孔322开设于大腿组件32并连通运动空间，至少一限位块224朝向轴孔322的一侧设置转动轴223；
123.2)轴孔322开设于至少一限位块224并连通运动空间，大腿组件32朝向轴孔322的一侧设置转动轴223。
124.本实施方式采用设置方式1)作为示例性说明，为了便于转动轴223的安装以及转动轴 223与轴孔322的连接，转动轴223与髋关节活动座22设置成可拆连接的方式，其中一限位块224开设有贯通的固定孔2242，固定孔2242连通活动槽2241，以使转动轴223可从固定孔2242穿入活动槽2241内。具体的，轴孔322贯通大腿组件32的相对两侧，转动轴223长度大于轴孔322，以使转动轴223可贯穿轴孔322。
125.转动轴223一端从设有固定孔2242的限位块224一侧，经固定孔2242穿入活动槽2241 内，并贯穿轴孔322，实现髋关节活动座22与大腿组件32的铰接，转动轴223从轴孔322 一端穿出后与另一限位块224连接，以通过两侧的限位块224对转动轴223进行支撑，并且，转动轴223与轴孔322的接触面积也相对增加，让转动轴223不会形成悬臂结构，提高了轴孔
322与转轴的转动稳定性。
126.转动轴223与轴孔322之间套设有保护件226，保护件226具体由低摩擦系数的耐磨材质制成，可以为轴套、衬套等部件，其一般优选为具有自润滑功能的部件。从而降低轴孔322 与转动轴223之间的摩擦系数，提高髋关节活动座22与大腿组件32的转动流畅度。
127.于本文的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、等方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语“第一”、“第二”，仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。
128.在本说明书的描述中，参考术语“一实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。
129.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
130.以上结合具体实施例描述了本公开的技术原理。这些描述只是为了解释本公开的原理，而不能以任何方式解释为对本公开保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本公开的其它具体实施方式，这些方式都将落入本公开的保护范围之内。

技术特征：
1.一种外骨骼系统，其特征在于，包括：背架组件，所述背架组件包括刚性背架(10)以及肩带(13)，所述刚性背架(10)设置有刚性承托部(14)，所述刚性承托部(14)用于承载负重；所述肩带(13)的两端分别连接于所述刚性背架(10)，所述肩带(13)用于穿戴在穿戴者肩部；髋关节模组(20)，用于提供髋部穿戴空间，所述髋关节模组(20)一端设置于所述刚性背架(10)；腿部模组(30)，连接于所述髋关节模组(20)的另一端。2.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其特征在于，所述肩带(13)为两条；两所述肩带(13)的一端分别连接于所述刚性背架(10)顶部的相对两侧，两所述肩带(13)的另外一端连接于所述刚性背架(10)底部的相对两侧。3.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其特征在于，所述刚性背架(10)的前侧用于贴合于穿戴者，所述刚性背架(10)的后侧用于形成负载放置空间，所述刚性承托部(14)与所述刚性背架(10)的后侧面之间的夹角小于90
°
。4.根据权利要求3所述的外骨骼系统，其特征在于，所述刚性承托部(14)和刚性背架(10)在负载作用下产生形变，产生形变的所述刚性承托部(14)与所述刚性背架(10)的后侧面之间的夹角小于90
°
。5.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其特征在于，所述髋关节模组(20)为刚性髋关节模组。6.根据权利要求5所述的外骨骼系统，其特征在于，所述刚性髋关节模组由连接刚性背架(10)的一端至连接腿部模组(10)的一端呈向下倾斜设置，以实现负载的传递。7.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其特征在于，所述髋关节模组(20)与所述腿部模组(30)之间设置有后伸限位结构，所述后伸限位结构用于限制所述髋关节模组(30)与所述腿部模组(20)之间的后伸极限位置。8.根据权利要求7所述的外骨骼系统，其特征在于，所述腿部模组(30)包括大腿组件(32)、小腿组件(33)以及弹性储能结构(34)，所述弹性储能结构(34)的两端分别连接所述大腿组件(32)和所述小腿组件(33)，所述髋关节模组(30)处于后伸极限位置下，所述弹性储能结构能够提供使得所述大腿组件(32)和所述小腿组件(33)趋于绷直的预紧力。9.根据权利要求7所述的外骨骼系统，其特征在于，所述髋关节模组(20)与所述腿部模组(30)还具有直立位置，所述髋关节模组(20)与所述腿部模组(30)在直立位置与后伸位置之间的摆转角度为2-10
°
。10.根据权利要求7或9所述的外骨骼系统，其特征在于，所述髋关节模组(20)与所述腿部模组(30)之间设置有用于限制后伸位置的后伸限位结构，所述后伸限位结构包括：第一限位部(222)，设置于所述髋关节模组(20)，所述第一限位部(222)可随所述髋关节模组(20)绕第一旋转轴线(31)运动，以限定出第一运动轨迹；第二限位部(321)，设置于所述腿部模组(30)，所述第二限位部(321)可随所述腿部模组(30)绕第一旋转轴线(31)运动，以限定出第二运动轨迹；所述第一运动轨迹与所述第二运动轨迹之间形成交点，所述第一运动轨迹与所述第二运动轨迹的交点处位于后伸位置，以使所述第一限位部(222)与所述第二限位部(321)可在后伸位置相抵限位。
11.根据权利要求10所述的外骨骼系统，其特征在于，第一限位部(222)形成有第一构造面(2221)；所述第二限位部(321)形成有第二构造面(3211)，所述腿部模组(30)限定有沿其长度方向延伸的第一中心线(323)，在所述腿部模组(30)的左侧或右侧投影方向上，所述第二构造面(3211)的投影为第二投影线，所述第一中心线(323)与所述第二投影线形成限位夹角θ2，θ2小于或等于10
°
；所述腿部模组(30)处于后伸位置状态下，所述第二构造面(3211)抵于所述第一构造面(2221)。12.根据权利要求1所述的外骨骼系统，其特征在于，所述刚性背架(10)包括背板本体(11)以及尾板(12)；所述髋关节模组(20)设置于所述尾板(12)，所述尾板(12)的上部与所述背板本体(11)连接，并在所述刚性背架(10)的前侧共同形成腰背穿戴空间，所述尾板(12)的前侧面由上至下向所述刚性背架(10)的后侧方向倾斜设置。13.根据权利要求12所述的外骨骼系统，其特征在于，所述尾板(12)靠近所述背板本体(11)的一侧形成第一板部(121)；所述第一板部(121)的前侧面由上至下向所述刚性背架(10)的后侧方向倾斜设置，并与竖直平面之间的夹角为θ1，θ1为2
°‑
15
°
。14.根据权利要求12或13所述的外骨骼系统，其特征在于，所述尾板(12)在竖直投影方向上，其前侧面由相对两端往中部向远离所述腰背穿戴空间的方向凹陷设置。15.根据权利要求12所述的外骨骼系统，其特征在于，所述背板本体(11)的后侧面凹设有减负槽(113)。

技术总结
本申请公开一种外骨骼系统，涉及机械关节的技术领域，其背架组件包括刚性背架以及肩带，刚性背架设置有刚性承托部，刚性承托部用于承载负重，肩带的两端分别连接于刚性背架，肩带用于穿戴在穿戴者肩部髋关节模组用于提供髋部穿戴空间，髋关节模组一端设置于所述刚性背架，腿部模组连接于髋关节模组的另一端。通过将背架组件以及托板设置为刚性结构的刚性背架以及刚性承托部，从而提高刚性背架以及刚性承托部的抗形变能力，外骨骼系统负重状态下，能够有效减轻对穿戴者背部以及腰部的压迫感，负重物的重心位置变化量也较小，肩带作用于穿戴者肩部的作用力也相对减小，减轻了穿戴者的负重感，提高穿戴者的负重能力以及负重的力传递效率。力传递效率。力传递效率。


技术研发人员：施翔 巫蔡泉
受保护的技术使用者：广州视鹏科技有限公司
技术研发日：2022.03.24
技术公布日：2023/10/6