一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼及其使用方法与流程

1.本发明涉及外骨骼技术领域，具体而言，涉及一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼及其使用方法。


背景技术：

2.目前，跳伞运动具有降落速度快、操控能动性少、产生的着陆冲击力大等特点，是一项高风险运动。导致跳伞损伤发生的原因较多，但大部分损伤都发生在着陆阶段，而着陆冲击力过大是造成下肢关节和肌肉损伤的主要原因。
3.在现有技术中，外骨骼属于人体机能增强装备，国内外关于外骨骼的研究大多集中在助力效果提升上，或致力于病人康复训练，鲜有针对极限运动的损伤防护功能。专利申请号为202211172393.5的专利申请，一种逆向外骨骼式跳伞防护及定位装置系统，该发明在外骨骼大腿和小腿之间安装气缸，通过增大膝关节运动阻力对使用者腿部进行缓冲防护，但气缸行程的局限会影响膝关节运动范围，进而影响人体自身的落地缓冲动作，并且该外骨骼只对膝关节进行防护，而对损伤几率更大的踝关节防护较少。
4.综上所述，存在如下至少一个技术问题：
5.跳伞运动降落速度快、操控能动性少、产生的着陆冲击力大，导致跳伞损伤，大部分损伤都发生在着陆阶段，着陆冲击力过大造成下肢关节和肌肉损伤；
6.在外骨骼大腿和小腿之间安装气缸，气缸行程的局限会影响膝关节运动范围，进而影响人体自身的落地缓冲动作，并且该外骨骼只对膝关节进行防护，而对损伤几率更大的踝关节防护较少。


技术实现要素：

7.本发明的主要目的在于提供一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼及其使用方法，以解决现有技术中跳伞运动降落速度快、操控能动性少、产生的着陆冲击力大，导致跳伞损伤，大部分损伤都发生在着陆阶段，着陆冲击力过大造成下肢关节和肌肉损伤；在外骨骼大腿和小腿之间安装气缸，气缸行程的局限会影响膝关节运动范围，进而影响人体自身的落地缓冲动作，并且该外骨骼只对膝关节进行防护，而对损伤几率更大的踝关节防护较少的至少一个技术问题。
8.为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，包括：
9.大腿组件，所述大腿组件包括大腿护板，所述大腿护板一侧设有大腿杆，所述大腿杆上设有膝关节缓冲装置，膝关节缓冲装置起到对膝关节缓冲的作用，大腿护板起到对大腿防护的作用，大腿杆起到支撑的作用。
10.小腿组件，所述小腿组件包括小腿护板，所述小腿护板通过小腿杆与大腿组件相连，所述小腿杆上设有护膝，小腿护板起到对小腿防护的作用，小腿杆起到对小腿部件支撑的作用，护膝起到对膝部防护的作用。
11.足踝组件，所述足踝组件包括u型护足，所述u型护足上设有c型护踝，所述u型护足上端连接有缓冲弹片，所述缓冲弹片与长度调节装置相连，所述长度调节装置与小腿组件相连。u型护足起到对脚底支撑和防护的作用，c型护踝起到对踝部防护的作用，缓冲弹片起到缓冲冲击的作用，小腿长度调节装置实现对小腿长度的调节，以适应于不同身高和小腿长度的人群。
12.优选的，所述小腿组件通过绑带固定在人体小腿部位；所述长度调节装置与小腿杆滑动连接，绷带的设置实现将小腿组件与人体固定连接，小腿长度调节装置实现滑动调节长度。
13.优选的，当所述大腿组件和小腿组件相对转动时，弹簧拉伸对膝关节产生转矩，弹簧起到缓冲和复位的作用。
14.优选的，所述大腿护板通过绑带安装在大腿杆上，绷带实现将大腿护板柔性固定连接在大腿杆上。
15.优选的，所述小腿护板通过绑带安装在小腿杆杆上，绷带实现小腿护板柔性固定连接在小腿杆上。
16.优选的，所述护膝通过绑带安装在小腿杆上，绷带实现护膝柔性固定连接在小腿杆上。
17.优选的，所述c型护踝上设有限位装置，通过限位装置调节转动范围，限位装置实现限位c型护踝的作用。
18.优选的，所述足踝组件通过绑带固定在人体足踝部位，绷带实现足踝组件柔性固定连接在人体足踝部位。
19.优选的，所述u型护足上设有足底缓冲垫，足底缓冲垫起到缓冲足底的作用。
20.根据本发明的另一方面提供了一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼的使用方法，包括：
21.通过外骨骼传导、吸收和耗散冲击能量，减少冲击力过大造成的肌肉韧带拉伤、胫腓骨骨折；
22.通过外骨骼关节自由度和刚度调节，强化人体关节刚度，避免运动失稳造成的关节移位和扭伤；
23.通过外骨骼延伸防护结构，对主要易损伤部位形成保护，避免硬质崎岖地面对下肢产生撞击损伤。
24.应用本发明的技术方案，具有如下技术效果：
25.通过足底缓冲垫、缓冲弹片和膝关节缓冲装置，实现跳伞着陆冲击力沿腿杆向上传导过程中的逐级缓冲，有效降低人体下肢各环节所承受的冲击载荷；包括一种二自由度踝关节保护结构，通过关节限位实现对人体踝关节的保护，防止运动失稳造成关节过度动作造成的关节扭伤，将外骨骼与大腿护板、护膝和小腿护板相结合，实现碰撞防护功能，有效防止因地面不平、侧风过大等原因导致着陆过程失稳跌倒造成的磕碰伤。
附图说明
26.构成本技术的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
27.图1示出了根据本发明的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼的结构示意图；
28.图2示出了图1中的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼的零部件结构视图。
29.其中，上述附图包括以下附图标记：
30.大腿组件1；大腿杆11；大腿护板12；膝关节缓冲装置13；小腿组件2；护膝21；小腿杆22；小腿护板23；足踝组件3；长度调节装置31；缓冲弹片32；c型护踝33；u型护足34；足底缓冲垫35。
具体实施方式
31.需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
32.如图1至图2所示，本发明实施例提供了一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，包括大腿组件1，所述大腿组件1包括大腿护板12，所述大腿护板12一侧设有大腿杆11，所述大腿杆11上设有膝关节缓冲装置13；小腿组件2，所述小腿组件2包括小腿护板23，所述小腿护板23通过小腿杆22与大腿组件1相连，所述小腿杆22上设有护膝21；足踝组件3，所述足踝组件3包括u型护足34，所述u型护足34上设有c型护踝33，所述u型护足34上端连接有缓冲弹片32，所述缓冲弹片32与长度调节装置31相连，所述长度调节装置31与小腿组件2相连。
33.本实施例，针对跳伞运动落地冲击导致的下肢损伤问题，提供一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，防止冲击力过大、运动失稳造成的关节移位和扭伤，实现对人体下肢关节和骨骼肌肉的保护，降低使用者的损伤风险。
34.本实施例中，大腿组件1用于与人体大腿部位进行柔性固定和连接，实现对人体大腿部位的支撑，大腿组件1包括大腿护板12，大腿护板12用于对人体大腿部位进行防护，大腿护板12一侧设有大腿杆11，大腿杆11用于对人体大腿部位的支撑，大腿杆11上设有膝关节缓冲装置13，膝关节缓冲装置13实现对人体膝关节处缓冲，大腿护板12通过绑带安装在大腿杆11上，实现大腿护板12与大腿杆11之间的柔性固定连接。
35.本实施例中，小腿组件2用于实现对小腿部位的缓冲和支撑，小腿组件2包括小腿护板23，小腿护板23用于实现小腿部位的防护，小腿护板23通过小腿杆22与大腿组件1相连，小腿杆22上设有护膝21，护膝21用于实现对膝部的防护，护膝21通过绑带安装在小腿杆22上，实现护膝21与小腿杆22的柔性固定连接，小腿组件2通过绑带固定在人体小腿部位，实现小腿组件2与人体小腿部位的柔性固定连接，长度调节装置31与小腿杆22滑动连接，长度调节装置31实现对小腿长度的调节以适应不同身高和小腿长度的人群，当所述大腿组件1和小腿组件2相对转动时，弹簧拉伸对膝关节产生转矩，小腿护板23通过绑带安装在小腿杆22上，实现小腿护板23与小腿杆22的柔性固定连接。
36.本实施例中，足踝组件3通过绑带固定在人体足踝部位，实现足踝组件3与足踝部位的柔性固定连接，足踝组件3包括u型护足34，u型护足34实现对足部的支撑和防护，u型护足34上设有c型护踝33，c型护踝33实现对足踝的支撑和防护，u型护足34上设有足底缓冲垫35，足底缓冲垫35实现对足底的支撑和缓冲，u型护足34上端连接有缓冲弹片32，缓冲弹片32实现对足踝部的缓冲，缓冲弹片32与长度调节装置31相连，长度调节装置31与小腿组件2相连，c型护踝33上设有限位装置，通过限位装置调节转动范围，实现对足踝的限位防护。
37.具体的，本实施例包括大腿组件1、小腿组件2和足踝组件3，大腿组件1与小腿组件2通过转动副连接，转动副实现大腿组件1和小腿组件2的转动连接，小腿组件2与足踝组件3通过长度调节装置31连接，可调节足底到膝关节的距离来适应不同腿长人群使用，大腿组件1包括大腿杆11、大腿护板12、膝关节缓冲装置13，膝关节缓冲装置13一端固定在大腿杆11上，另一端固定在小腿杆22上，中间串联有弹簧，当大腿组件1和小腿组件2相对转动时，弹簧拉伸对膝关节产生转矩，大腿护板12通过绑带安装在大腿杆11上，提供大腿防护功能；大腿组件1通过绑带固定在人体大腿部位；小腿组件2包括护膝21、小腿杆22、小腿护板23；护膝21通过绑带安装在小腿杆22上，提供膝关节保护功能；小腿护板23通过绑带安装在小腿杆22上，提供小腿防护功能；小腿组件2通过绑带固定在人体小腿部位；足踝组件3包括长度调节装置31、缓冲弹片32、c型护踝33、u型护足34、足底缓冲垫35；长度调节装置31与小腿杆22滑动连接，可实现不同档位的锁定，缓冲弹片32上端与长度调节装置31固定连接，下端与c型护踝33通过转动副连接，通过c型护踝33上的限位装置调节转动范围，为踝关节内外翻提供限位保护，c型护踝33与u型护足34通过u型护足34两侧的转动副连接，并且通过u型护足34上的限位装置调节转动范围，为踝关节跖屈和背屈提供限位保护，足底缓冲垫35固定在u型护足34的底部，提供着陆触地缓冲功能，足踝组件3通过绑带固定在人体足踝部位。通过足底缓冲垫35、缓冲弹片32和膝关节缓冲装置13，实现跳伞着陆冲击力沿腿杆向上传导过程中的逐级缓冲，有效降低人体下肢各环节所承受的冲击载荷；包括一种二自由度踝关节保护结构，通过关节限位实现对人体踝关节的保护，防止运动失稳造成关节过度动作造成的关节扭伤，将外骨骼与大腿护板12、护膝21和小腿护板23相结合，实现碰撞防护功能，有效防止因地面不平、侧风过大等原因导致着陆过程失稳跌倒造成的磕碰伤。
38.本发明另一实施例中提供了一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼的使用方法，包括：
39.通过外骨骼传导、吸收和耗散冲击能量，减少冲击力过大造成的肌肉韧带拉伤、胫腓骨骨折；
40.通过外骨骼关节自由度和刚度调节，强化人体关节刚度，避免运动失稳造成的关节移位和扭伤；
41.通过外骨骼延伸防护结构，对主要易损伤部位形成保护，避免硬质崎岖地面对下肢产生撞击损伤。
42.从以上描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
43.通过足底缓冲垫35、缓冲弹片32和膝关节缓冲装置13，实现跳伞着陆冲击力沿腿杆向上传导过程中的逐级缓冲，有效降低人体下肢各环节所承受的冲击载荷；包括一种二自由度踝关节保护结构，通过关节限位实现对人体踝关节的保护，防止运动失稳造成关节过度动作造成的关节扭伤，将外骨骼与大腿护板12、护膝21和小腿护板23相结合，实现碰撞防护功能，有效防止因地面不平、侧风过大等原因导致着陆过程失稳跌倒造成的磕碰伤。
44.以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，包括：大腿组件，所述大腿组件包括大腿护板，所述大腿护板一侧设有大腿杆，所述大腿杆上设有膝关节缓冲装置；小腿组件，所述小腿组件包括小腿护板，所述小腿护板通过小腿杆与大腿组件相连，所述小腿杆上设有护膝；足踝组件，所述足踝组件包括u型护足，所述u型护足上设有c型护踝，所述u型护足上端连接有缓冲弹片，所述缓冲弹片与长度调节装置相连，所述长度调节装置与小腿组件相连。2.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述小腿组件通过绑带固定在人体小腿部位；所述长度调节装置与小腿杆滑动连接。3.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，当所述大腿组件和小腿组件相对转动时，通过弹簧拉伸对膝关节产生转矩。4.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述大腿护板通过绑带安装在大腿杆上。5.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述小腿护板通过绑带安装在小腿杆杆上。6.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述护膝通过绑带安装在小腿杆上。7.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述c型护踝上设有限位装置，通过限位装置调节转动范围。8.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述足踝组件通过绑带固定在人体足踝部位。9.如权利要求1所述的应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼，其特征在于，所述u型护足上设有足底缓冲垫。10.一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼的使用方法，其特征在于，包括:通过外骨骼传导、吸收和耗散冲击能量，减少冲击力过大造成的肌肉韧带拉伤、胫腓骨骨折；通过外骨骼关节自由度和刚度调节，强化人体关节刚度，避免运动失稳造成的关节移位和扭伤；通过外骨骼延伸防护结构，对主要易损伤部位形成保护，避免硬质崎岖地面对下肢产生撞击损伤。

技术总结
本发明公开了一种应对跳伞着陆冲击的下肢防护外骨骼及其使用方法，包括大腿组件，所述大腿组件包括大腿护板，所述大腿护板一侧设有大腿杆，所述大腿杆上设有膝关节缓冲装置；小腿组件，所述小腿组件包括小腿护板，所述小腿护板通过小腿杆与大腿组件相连，所述小腿杆上设有护膝；足踝组件，所述足踝组件包括U型护足，所述U型护足上设有C型护踝，所述U型护足上端连接有缓冲弹片，所述缓冲弹片与长度调节装置相连，所述长度调节装置与小腿组件相连。具有预防落地冲击损伤的下肢防护外骨骼，防止冲击力过大、运动失稳造成的关节移位和扭伤，实现对人体下肢关节和骨骼肌肉的保护，降低使用者的损伤风险的优点。者的损伤风险的优点。者的损伤风险的优点。


技术研发人员：李玉航 张志坚 张利剑 王道臣 刘昊
受保护的技术使用者：北京机械设备研究所
技术研发日：2023.05.24
技术公布日：2023/8/13