1.本实用新型属于外骨骼助力装置技术领域，具体是一种可穿戴的随行助坐外骨骼。
背景技术：
2.目前，许多行业工人在作业时，由于没有较大的工作空间或者具体工作操作的限制等，往往需要长时间保持站立或半蹲姿势，使人容易感觉到疲劳，降低了工人作业的舒适度和工作效率，长此以往还会引发职业病，引起骨骼变形。例如，医生在做手术时，有时需要保持半蹲姿势，只能依靠自己的腿提供支撑力，耗费体力，会使医生更加劳累。而助坐外骨骼不仅能够为人体提供支撑，还不影响使用者进行工作操作。
3.现有的外骨骼绝大部分利用电机、液压系统、气压系统等动力源为人行走提供动力，这些动力源会使外骨骼的整体结构变得更为复杂，并且更加笨重，不利于穿戴外骨骼进行工作操作。例如申请号为201510384049.6的专利文献公开了一种坐式下肢外骨骼，通过两腿间的座椅使人体能够随时坐在座椅上，利用电机驱动，可以辅助人体行走；但是人体的坐姿支撑是通过膝关节处的阻尼离合器实现的，因此当人体坐下时并不稳定，此外由于电机的原因使外骨骼整体的复杂程度以及重量增加，能耗较高。现有外骨骼的膝关节连接多采用简单的铰接，例如申请号为201410705631.3的专利文献公开了一种穿戴式外骨骼座椅，通过大腿和小腿的两个支架以及支架间的伸缩杆实现人体的坐姿支撑，膝关节的连接仅仅通过简单的铰接，稳定性较差，同时加剧大腿和小腿之间的摩擦。
技术实现要素：
4.针对现有技术的不足，本实用新型拟解决的技术问题是，提供一种可穿戴的随行助坐外骨骼。
5.本实用新型解决所述技术问题采用的技术方案是：
6.一种可穿戴的随行助坐外骨骼，包括上身背带、座椅、左腿和右腿；左腿和右腿的结构相同，均包括支撑机构、大腿、膝关节、小腿、踝关节和脚掌；其特征在于，
7.所述支撑机构包括导轨上挡块、滑块、气弹簧连接件一、导轨、导轨下挡块、气弹簧和气弹簧连接件二；导轨的上、下端分别通过导轨上挡块和导轨下挡块固定在大腿的大腿骨架的下表面，滑块滑动安装在导轨上；气弹簧的上端通过气弹簧连接件一与滑块转动连接，气弹簧的下端通过气弹簧连接件二与小腿的小腿骨架转动连接；
8.所述膝关节包括轴承座、套筒、轴承和膝关节连接轴；小腿的小腿骨架上端的两侧分别安装有轴承座，每个轴承座上均安装有轴承；膝关节连接轴贯穿小腿的小腿骨架上端和两个轴承，膝关节连接轴与轴承内圈固连，膝关节连接轴能相对于小腿骨架转动；大腿的大腿骨架下端与膝关节连接轴固连，套筒套装在膝关节连接轴上，且位于轴承内圈与大腿的大腿骨架之间。
9.所述踝关节包括连接销、连接块、踝关节套筒、一字转轴和踝关节连接件；踝关节
连接件转动安装在小腿的小腿伸缩管的下部，一字转轴的一端与踝关节连接件固连，另一端与踝关节套筒的一端固连；连接块的一端设有滑槽，连接块设有滑槽的一端插装在踝关节套筒的另一端，连接销插装在踝关节套筒和连接块的滑槽上，连接销能够沿着滑槽滑动，使连接块沿着踝关节套筒往复滑动，提供踝关节沿外骨骼前后方向的移动自由度；连接块的另一端与脚掌的后端转动连接。
10.所述大腿包括大腿骨架和大腿绑带；大腿骨架的上端与座椅的座椅骨架固连，大腿骨架下端的两侧分别设有与膝关节连接轴固连的端耳，小腿的小腿骨架上端位于两个端耳之间。
11.所述座椅包括座椅骨架和安装在座椅骨架上的坐垫；座椅骨架一端的两侧分别延伸出两个与各自的大腿骨架连接的倾斜杆，大腿骨架与倾斜杆的连接位置可调节。
12.所述小腿包括小腿骨架、小腿伸缩管和小腿绑带；小腿伸缩管插装在小腿骨架内，并通过卡箍锁紧，小腿伸缩管插入小腿骨架内的深度可调节。
13.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
14.1.现有的无源下肢外骨骼的支撑机构并没有考虑人体走动时，抬腿需要自身提供一部分力来抵消气弹簧的弹力，给人体走动造成阻碍，因此本实用新型将气弹簧和导轨滑块组合使用，气弹簧的一端固定在滑块上，另一端固定在小腿骨架上，这样人走动时，滑块会沿着导轨往上移动，从而完成抬腿动作，而不需要人体施加额外的力来抵消气弹簧的弹力。下肢外骨骼的大腿和小腿普遍采用铰接机构，会使大腿和小腿内壁会产生较大的摩擦力，影响产品的使用寿命，而且还会对膝关节的转动造成一定的阻碍，因此本实用新型的膝关节采用轴承结构将大腿与小腿之间的转动转变为轴承内圈与外圈之间的转动，将常规铰接的面接触变为点接触，减小了摩擦力，使得膝关节的转动更加柔顺。
15.2.现有产品的踝关节普遍只有1个转动自由度，而人体的踝关节有3个转动自由度，所以现有产品的脚踝部分的运动灵活性很差。本实用新型的踝关节包含4个自由度，能够绕xyz三轴自由旋转，让脚踝能自由灵活运动，符合人体工程学，而且还拥有1个沿前后方向的移动自由度，此移动自由度可以在运动和蹲下的过程中，动态调整脚掌和小腿之间的距离，使行走和下蹲更加顺滑；下蹲时，连接块插入踝关节套筒内的深度可以自动调节，使得下蹲动作更加顺畅，减小下蹲时外骨骼对人体的冲击力；克服了现有产品的脚掌和小腿之间距离固定不变的缺陷。
16.3.本实用新型的结构简单，整体重量小，方便穿戴和携带，不需要复杂的操作；同时可以通过上身背带将外骨骼对人体的力转移到上身，改善人体的受力情况，减小外骨骼对人体正常行走的阻碍。
附图说明
17.图1为本实用新型的整体结构示意图；
18.图2为本实用新型的支撑机构与大腿和小腿的连接示意图；
19.图3为本实用新型的气弹簧与小腿骨架的连接示意图；
20.图4为本实用新型的膝关节与大腿和小腿的连接示意图；
21.图5为本实用新型的踝关节与脚掌和小腿连接的爆炸图；
22.图6为本实用新型的大腿骨架与座椅骨架的爆炸图；
23.图7为本实用新型的座椅骨架的结构示意图；
24.图中：1、上身背带；2、座椅；3、大腿；4、支撑机构；5、小腿；6、膝关节；7、踝关节；8、脚掌；
25.201、坐垫；202、座椅骨架；301、大腿骨架；302、大腿绑带；401、导轨上挡块；402、滑块；403、气弹簧连接件一；404、导轨；405、导轨下挡块；406、气弹簧；407、气弹簧连接件二；501、小腿骨架；502、小腿伸缩管；601、膝关节连接轴；602、套筒；603、轴承；604、轴承座；701、连接销；702、连接块；703、踝关节套筒；704、一字转轴；705、踝关节连接件；801、脚部绑带；
26.202-1、倾斜杆；301-1、端耳；502-1、圆周槽；702-1、滑槽。
具体实施方式
27.下面结合实施例及附图对本实用新型做进一步详述，但并不以此作为对本技术保护范围的限定。
28.本实用新型为一种可穿戴的随行助坐外骨骼(简称外骨骼，参见图1-7)，包括上身背带1、座椅2、左腿和右腿；上身背带1与座椅2连接，座椅2分别与左腿和右腿连接；左腿和右腿的结构相同，均包括支撑机构4和依次连接的大腿3、膝关节6、小腿5、踝关节7和脚掌8，大腿3与座椅2固连；支撑机构4连接大腿3和小腿5；
29.所述支撑机构4包括导轨上挡块401、滑块402、气弹簧连接件一403、导轨404、导轨下挡块405、气弹簧406和气弹簧连接件二407；导轨404的上、下端分别通过导轨上挡块401和导轨下挡块405固定在大腿3的大腿骨架301的下表面，滑块402滑动安装在导轨404上，通过导轨上挡块401和导轨下挡块405对滑块402的行程进行限位；气弹簧406的上端通过销轴转动连接有气弹簧连接件一403，气弹簧连接件一403与滑块402固连，气弹簧406的下端通过销轴转动连接有气弹簧连接件二407，气弹簧连接件二407与小腿5的小腿骨架501固连；在抬腿和坐下过程中，气弹簧406推动滑块402朝向导轨上挡块401的方向滑动，气弹簧406的初始弹力被释放，因此不需要人体施加额外的力来抵消气弹簧406的初始弹力；
30.所述膝关节6包括轴承座604、套筒602、轴承603和膝关节连接轴601；小腿5的小腿骨架501上端的两侧分别安装有轴承座604，每个轴承座604上均安装有轴承603，轴承603的外圈与轴承座604过盈配合；膝关节连接轴601贯穿小腿5的小腿骨架501上端和两个轴承603，且膝关节连接轴601与轴承603的内圈过盈配合，膝关节连接轴601能相对于小腿骨架501转动；大腿3的大腿骨架301下端与膝关节连接轴601固连，套筒602套装在膝关节连接轴601上，且位于轴承603内圈与大腿骨架301之间；通过轴承603实现大腿3与小腿5之间的转动，将大腿3与小腿5之间的转动转变为轴承603内圈与外圈之间的转动，将常规铰接的面接触变为点接触，减小了摩擦力，使得膝关节6的转动更加柔顺；
31.所述踝关节7包括连接销701、连接块702、踝关节套筒703、一字转轴704和踝关节连接件705；踝关节连接件705转动安装在小腿5的小腿伸缩管502的下部，实现踝关节7绕z轴的转动；一字转轴704的一端与踝关节连接件705固连，另一端与踝关节套筒703的一端固连，通过一字转轴704实现踝关节7绕x轴的转动；连接块702的一端设有滑槽702-1，连接块702设有滑槽702-1的一端插装在踝关节套筒703的另一端，连接销701插装在踝关节套筒703和连接块702的滑槽702-1上，实现连接块702与踝关节套筒703之间的连接，连接销701
能够沿着滑槽702-1滑动，使连接块702沿着踝关节套筒703往复滑动，即外骨骼前后方向上的往复滑动；在人体下蹲或坐下过程中，在小腿5的作用下，连接块702插入踝关节套筒703内的深度可以自动调节，使得下蹲动作更加顺畅，减小下蹲时外骨骼对人体的冲击力；连接块702的另一端通过另外的连接销701与脚掌8的后端转动连接，实现踝关节绕y轴的转动；踝关节7包含三个转动自由度和一个沿前后方向的移动自由度，使人体运动更加柔顺、灵活。
32.所述大腿3包括大腿骨架301和大腿绑带302，大腿绑带302安装在大腿骨架301上，大腿骨架301的上端与座椅2固连；大腿骨架301下端的两侧分别设有端耳301-1，两个端耳301-1分别锁紧螺母与膝关节连接轴601固连，小腿5的小腿骨架501上端位于两个端耳301-1之间；每个端耳301-1与相应的轴承603之间设置套筒602，套筒602的一个端面与轴承603内圈接触，通过套筒602对大腿骨架301进行轴向限位；为了使膝关节6更加牢固，在大腿骨架301的端耳301-1与锁紧螺母之间增加垫片，以增大接触面积；安装时，锁紧螺母施加一定的预紧力，使套筒602顶紧轴承603内圈，这样就相当于将大腿骨架301、膝关节连接轴601和轴承603内圈固连在一起，而小腿5的小腿骨架501和轴承603外圈固连在一起，进而将大腿骨架301和小腿骨架501之间的转动转变为轴承603的内、外圈之间的转动。
33.所述小腿5包括小腿骨架501、小腿伸缩管502和小腿绑带(图中未画出)；小腿伸缩管502插装在小腿骨架501内，并通过卡箍锁紧，通过调节小腿伸缩管502插入小腿骨架501内的深度，调节小腿5的长度，以满足不同身高的使用者；小腿绑带设置在小腿骨架501上；所述小腿伸缩管502的下部设有圆周槽502-1，用于安装踝关节连接件705，防止踝关节连接件705沿着小腿伸缩管502的轴向移动，但并不妨碍踝关节连接件705与小腿伸缩管502之间的相对转动。
34.所述座椅2包括座椅骨架202和安装在座椅骨架202上的坐垫201；坐垫201的上表面呈凹字形，防止人体下滑；座椅骨架202一端的两侧分别延伸出两个与各自的大腿骨架301连接的倾斜杆202-1，倾斜杆202-1朝向地面倾斜，与水平面的夹角为60
°
～80
°
；倾斜杆202-1沿长度方向上设有多个用于与大腿骨架301连接的螺纹孔，穿戴时通过调节大腿骨架301与倾斜杆202-1的连接位置，调节大腿3的长度；倾斜杆202-1的设置使得外骨骼在任意位姿下，座椅骨架202除倾斜杆202-1的部分均保持水平，人体坐在座椅2上，大腿始终保持向地面斜向，以提高舒适度。
35.所述气弹簧406与气弹簧连接件之间的销轴为阶梯型，销轴末端通过开口销进行轴向限位，销轴的表面光滑，因此气弹簧406和销轴的摩擦很小。
36.本实用新型的工作原理和工作流程是：
37.穿戴外骨骼：根据使用者身高调节座椅骨架202和大腿骨架301之间的距离，并通过螺栓固定；调节小腿伸缩管502插入小腿骨架501中的深度，通过卡箍固定；上身背带1穿戴在使用者上身，分别将大腿绑带302、小腿绑带和脚掌8上的脚部绑带801与使用者的大腿、小腿和足绑在一起，完成外骨骼的穿戴。
38.使用者坐下时，气弹簧406推动滑块402朝向导轨上挡块401的方向滑动，滑动到导轨上挡块401位置时滑块402的位置固定，此时使用者继续向下坐，气弹簧406被压缩，当气弹簧406到达极限位置时，使用者的坐姿固定，此时大腿骨架301与小腿骨架501之间的夹角大约100度左右，而膝关节6靠近小腿5处，而非顶着使用者的膝关节，使得坐姿更加舒适；气
弹簧406被压缩的过程中，会产生一定的反力，对人体起到缓冲作用，使坐下过程更加柔顺、平缓，使用者体验更舒服。在坐下或下蹲过程中，小腿5向外骨骼前方转动，小腿5的下端对踝关节7具有水平向后的作用力，在此作用力的作用下，踝关节套筒703后移，因此连接块702插入踝关节套筒703内的深度减小，使得下蹲动作更加顺畅，减小下蹲时外骨骼对人体的冲击力；
39.当使用者起立时，气弹簧406伸长提供一定的支撑力，滑块402沿着导轨404朝着膝关节6的方向滑动，气弹簧406被压缩的气体被释放，为大腿3和座椅2提供向上的支撑力，为起身站立过程助力，不需要使用者自身提供支撑力。
40.本实用新型未述及之处适用于现有技术。