力平衡支撑件、机械设备和可穿戴支撑装置制造方法及图纸

为了支撑附接至基部(10)并且能够围绕可移动旋转点(13)相对于基部旋转的可运动臂(11)，力平衡支撑件(4)包括：臂附接件(41)，臂附接件(41)能够连接至可运动臂并且至少能够围绕旋转中心(43)旋转，旋转中心(43)的位置能够相对于基部附接件(42)移动。支撑件能够通过位于距离臂附接件一定距离处的基部附接件(42)附接至基部。支撑件具有悬臂机构(44)，悬臂机构(44)在联接至可运动臂(11)时将由可运动臂(11)施加在臂附接件(41)上的力传递至基部附接件。悬臂机构具有附接至基部附接件的固定端部(45)以及能够例如通过适当的挠曲而移动的臂侧自由悬臂端部(45)。臂附接件在自由端部处相对于基部附接件悬挂。

Force Balancing Support, Mechanical Equipment and Wearable Support Device

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】力平衡支撑件、机械设备和可穿戴支撑装置
本专利技术涉及一种用于可运动臂的力平衡支撑件。本专利技术还涉及使用这种力平衡支撑件的机械设备和可穿戴支撑装置。
技术介绍
已知用于比如人类的可运动臂的力平衡支撑件。这样的支撑件可以例如用于外骨骼和矫形器中以补偿作用在臂的部位或身体的支撑臂的部位、比如上背部上的力，例如重力。参照图1和图2，示出了可穿戴支撑装置的人类使用者1在该示例中使用比如角磨机的工具设备2来执行体力任务，这涉及人类臂11中的一个或两个臂相对于身体10的复杂运动。如图所示，重力Fg和以箭头Fx、Fy、Fz图示出的其他力——例如，比如由工具2施加的那些力——作用在臂11上并因此传递至身体10的保持使用者直立的部位。因此，这些力给例如肩部、上背部和下背部带来了肌肉骨骼负荷。这样的负荷可能具有负面影响。特别地，长时间或重复性地在前方或头顶上方工作是经常导致肩部或背部的不满和损伤的常见问题。头顶上方的工具平衡器确实提供了一些缓解，但是头顶上方的工具平衡器在许多情况下、比如在受限空间中是不实用的。此外，工作人员仍然必须在工作时向上举起其臂，这本身是麻烦的并且可能在一段时间内导致肌肉骨骼损伤。正在开发许多可穿戴外骨骼以提供缓解的支撑，但这些可穿戴外骨骼仍然具有若干局限性。例如，从国际专利申请公开号WO2014/200343已知一种提供对重平衡力的装置。该装置包括刚性框架，臂组件附接至该刚性框架，并且该刚性框架可以由使用者穿戴以向使用者的臂提供平衡力。框架包括第一枢转点，该第一枢转点将臂组件的刚性的第一臂构件以可枢转的方式连接至框架。臂组件还包括第二枢转点和刚性的第二臂构件，该第二枢转点将第二臂构件连接至第一臂构件。然而，这种支撑件和其他已知的支撑件的缺点是所述支撑件不为可运动臂提供足够的运动自由度。根据支撑件的类型，这可能是由于这种运动被驱动重量平衡支撑件并且例如提供对重平衡力的电动马达或其他主动致动器约束而导致的。缺乏用于可运动臂的运动自由度也可能是由支撑件的机械结构引起的。例如，在前面提到的出版物中，虽然第二枢转点将在第一臂构件围绕第一枢转点旋转时枢转，但是运动的类型限于旋转运动并且被约束至第一臂构件的旋转平面，这是由位于与使用者的背部平行的刚性框架上的第一枢转点设置的。因此，如果可能的话，由该装置支撑的臂的运动也受到限制，并且比如弯折和躯干扭转的复杂运动是麻烦的。这种对运动自由度的限制不仅在支撑件用于人类的臂的情况下是有问题的，而且在支撑件更普遍地用于其他类型的可运动臂的情况下是有问题的，其他类型的可运动臂比如需要能够执行复杂运动的机器人或其他动力机械设备或非动力机械设备。
技术实现思路
本专利技术提供了如所附权利要求中所描述的力平衡支撑件、机械设备和可穿戴支撑装置。在从属权利要求中阐述了本专利技术的具体实施方式。根据下文中描述的实施方式并参照下文中描述的实施方式进行说明，本专利技术的这些方面和其他方面将变得显而易见。附图说明将参照附图仅通过示例的方式来描述本专利技术的进一步细节、方面和实施方式。在附图中，使用相同的附图标记来标识相同元件或功能类似的元件。附图中的元件是出于简单和清楚的目的图示出的并且不一定是按比例绘制的。图1和图2示意性地示出了穿戴可穿戴支撑装置的示例的人类使用者的立体图，图示了臂的运动和可穿戴支撑装置的使用。图3示意性地示出了人类躯干的侧视图，其图示了臂的旋转中心根据臂相对于身体的取向的移动。图4示意性地示出了具有力平衡支撑件的实施方式的示例的可穿戴支撑装置的实施方式的示例的侧视图。图5示意性地示出了图4的示例的后视图。图6示意性地示出了图4和图5的示例的正视图。图7示出了力平衡支撑件的实施方式的第二示例的侧视图。图8示出了适用于第二示例的离散式悬臂弹簧机构的示例的后视图。图9示出了穿戴可穿戴支撑装置的另一示例的人类使用者的俯视图。具体实施方式在下文中，为了理解并欣赏本专利技术的基本构思并且为了不混淆本专利技术的教示或分散对本专利技术的教示的注意力，相比于如上面图示的认为必要的细节，将不在任何更大的程度上解释细节。如在“本专利技术的
技术介绍
”一节中所提到的，已知的可穿戴支撑装置具有有限的运动自由度并且不能跟随复杂的运动。在图1和图2中，例如，使用者1的上臂12在执行任务时不仅围绕上臂12的旋转点13、即肩关节13旋转，而且肩关节13的旋转中心例如通过肩部14、上背部15和下背部16的复杂运动而相对于使用者的髋部17移动。如图4至图6中更详细地所示，为图1和图2的示例中的使用者1提供了减小对身体不适敏感的身体部位上的肌肉骨骼负荷的可穿戴支撑装置3。更具体地，可穿戴支撑装置3将负荷中的至少一部分负荷从臂11传递至身体10的另一部位，同时绕过身体的位于臂11附接至身体的点、即肩关节与身体的另一部位、即该示例中的髋部17之间的部位的肌肉骨骼结构。可穿戴支撑装置允许跟随随着臂在矢状身体平面中向上运动而向上运动的人类肩部的生物运动。这不仅减小了在长期使用中的不适，而且降低了复杂性，从而使该装置更适用于商业化。将参照图4至图6的示例更详细地解释这一点。图4至图6中所示出的可穿戴支撑装置3包括用于可运动臂的力平衡支撑件4。虽然该力平衡支撑件在图1和图2的示例中用于人类臂，但是将显而易见的是，该力平衡支撑件可以与任何类型的可运动臂一起使用，并且该力平衡支撑件尤其适合用于附接至基部并能够围绕能够相对于基部(例如人体的下部部位)移动的可移动旋转点(例如肩关节)旋转的可运动臂。因此，可以在用于非人类的动物的可穿戴支撑装置中使用力平衡支撑件，或者力平衡支撑件可以用于支撑比如机器人的机械设备中的可运动臂。特别地，在旋转点相对于基部的位置至少部分地耦联于可运动臂相对于基部的取向的情况下使用支撑件4是尤其有利的。作为示例，图3示出了人类臂11的旋转点13在臂旋转至例如向上定向时——具体地，在上臂从向下指向(图3a)、水平(图3b)(即与从基部至旋转点的纵向方向垂直)方向向上运动至竖向方向(图3c)(即至少部分定向地在该纵向方向的延长部分中)时——是如何运动的。如图4至图6中所示，支撑件4包括能够连接至可运动臂的臂附接件41。支撑件4包括基部附接件42，基部附接件42位于距离臂附接件一定距离处，以用于将支撑件4附接至基部。臂附接件41至少能够围绕旋转中心43旋转，旋转中心43的位置能够相对于基部附接件42移动。为了提供这种可运动性，支撑件4的所示出的示例设置有悬臂弹簧机构44，在使用悬臂弹簧机构44时，悬臂弹簧机构44将在联接至可运动臂时由可运动臂施加在臂附接件41上的力经由基部附接件42至少部分地传递至基部。力经由悬臂弹簧机构44传递，并且因此，将可运动臂连接至基部的部位被绕过。因此，减小了那些部位上的负荷。在动物、人类或非人类的情况下，这允许减小肌肉骨骼负荷和相关联的身体不适。在例如机器人或其他机械设备的情况下，这允许减小对于主动地使臂相对于基部运动的主动致动器、比如电动马达及或其他马达的机械动力需求。悬臂弹簧机构44包括基部侧固定悬臂端部45和臂侧自由悬臂端部46。固定悬臂端部45附接至基部附接件42，并且该固定悬臂端部45的位置相对于基部附接件42固定。臂侧自由悬臂端部46能够至少通过悬臂弹簧机构4的适当挠曲而相对于基部附接件移动。如所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种力平衡支撑件，所述力平衡支撑件用于可运动臂，所述可运动臂附接至基部并且能够围绕能够相对于所述基部移动的可移动旋转点旋转，所述支撑件包括：臂附接件，所述臂附接件能够连接至所述可运动臂；基部附接件，所述基部附接件位于距离所述臂附接件一定距离处，所述基部附接件用于将所述支撑件附接至所述基部；所述臂附接件至少能够围绕旋转中心相对于所述基部附接件旋转，所述旋转中心的位置能够相对于所述基部附接件移动；悬臂弹簧机构，所述悬臂弹簧机构用于将当所述可运动臂联接至所述臂附接件时由所述可运动臂施加在所述臂附接件上的力经由所述基部附接件至少部分地传递至所述基部，所述悬臂弹簧机构包括：基部侧的固定悬臂端部，所述基部侧的固定悬臂端部附接至所述基部附接件，所述基部侧的固定悬臂端部的位置相对于所述基部附接件固定；以及臂侧的自由悬臂端部，所述臂侧的自由悬臂端部至少通过所述悬臂弹簧机构的适当挠曲而能够相对于所述基部附接件移动，并且所述臂附接件通过所述臂侧的自由悬臂端部而相对于所述基部附接件保持悬挂，所述旋转中心的位置至少部分地取决于所述自由悬臂端部的位置，所述自由悬臂端部的位置反过来至少部分地由所述臂附接件的位置确定。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种力平衡支撑件，所述力平衡支撑件用于可运动臂，所述可运动臂附接至基部并且能够围绕能够相对于所述基部移动的可移动旋转点旋转，所述支撑件包括：臂附接件，所述臂附接件能够连接至所述可运动臂；基部附接件，所述基部附接件位于距离所述臂附接件一定距离处，所述基部附接件用于将所述支撑件附接至所述基部；所述臂附接件至少能够围绕旋转中心相对于所述基部附接件旋转，所述旋转中心的位置能够相对于所述基部附接件移动；悬臂弹簧机构，所述悬臂弹簧机构用于将当所述可运动臂联接至所述臂附接件时由所述可运动臂施加在所述臂附接件上的力经由所述基部附接件至少部分地传递至所述基部，所述悬臂弹簧机构包括：基部侧的固定悬臂端部，所述基部侧的固定悬臂端部附接至所述基部附接件，所述基部侧的固定悬臂端部的位置相对于所述基部附接件固定；以及臂侧的自由悬臂端部，所述臂侧的自由悬臂端部至少通过所述悬臂弹簧机构的适当挠曲而能够相对于所述基部附接件移动，并且所述臂附接件通过所述臂侧的自由悬臂端部而相对于所述基部附接件保持悬挂，所述旋转中心的位置至少部分地取决于所述自由悬臂端部的位置，所述自由悬臂端部的位置反过来至少部分地由所述臂附接件的位置确定。2.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，由所述悬臂弹簧机构施加在所述臂附接件上的补偿力的量由所述悬臂弹簧机构的挠曲量确定。3.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述臂附接件的所述旋转中心位于所述悬臂弹簧机构之外。4.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述臂附接件的所述旋转中心位于距离所述悬臂弹簧机构的基部侧的悬臂端部一定距离并距离所述自由悬臂端部一定距离处。5.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述悬臂弹簧机构围绕所述臂附接件的所述旋转中心弯曲。6.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述臂附接件的所述旋转中心位于所述悬臂弹簧机构在其中延伸的平面之外。7.根据前述权利要求中的任一项所述的力平衡支撑件，包括框架，所述框架将所述基部附接件联接至所述悬臂弹簧机构，所述框架比所述悬臂弹簧机构更具刚性。8.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述臂附接件位于距离所述自由悬臂端部一定距离处。9.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述悬臂弹簧机构包括在所述基部侧的悬臂端部与所述自由悬臂端部之间延伸的连续悬臂弹簧、比如片簧。10.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述悬臂弹簧机构被预加载。11.根据权利要求9和10所述的支撑件，包括带，所述带在彼此相距一定距离的两个点处直接或间接地附接至所述悬挂弹簧机构，所述带能够系紧以预加载所述悬臂弹簧。12.根据权利要求8和11所述的支撑件，其中，所述臂附接件通过刚性臂附接至所述自由悬臂端部。13.根据前述权利要求中的任一项所述的支撑件，其中，所述臂附接件包括：铰链机构，所述铰链机构位于所述旋转中心处并且附接至所述悬臂机构；臂靠，所述臂靠位于距离所述旋转中心一定距离处；臂构件，所述臂构件将所述臂靠连接至所述铰链机构；所述铰链机构具有用于使所述臂构件枢转的至少一个枢转轴线。14.根据权利要求12和13所述的支撑件，其中，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈拉夫·纳拉扬·杰纳尼，
申请(专利权)人：外骨骼控股有限公司，
类型：发明
国别省市：荷兰,NL