一种腰部助力外骨骼制造技术

本申请公开了一种腰部助力外骨骼，所述外骨骼包括用于将所述外骨骼固定于穿戴者上身的上体支撑系统和用于将所述外骨骼固定于穿戴者腿部的腿部支撑系统，所述上体支撑系统和腿部支撑系统通过离合器(3)转动连接，所述离合器(3)包括与上体支撑系统连接的第一连接组件，与腿部支撑系统连接的第二连接组件，用于为所述外骨骼提供弹性势能的弹性组件，以及用于控制弹性组件与第一连接组件和/或第二连接组件通断的控制组件,实现在穿戴者需要助力的情况下为其提供助力，而在自由行走的情况下，即，不需要提供助力的情况下可以自由行走，而不为会穿戴者带来阻力。

【技术实现步骤摘要】
一种腰部助力外骨骼
本申请涉及机器人外骨骼领域，特别涉及一种腰部助力外骨骼。
技术介绍
腰部助力外骨骼是一款可穿戴机械设备，所述腰部助力外骨骼的作用在于为穿戴者提供腰部助力以完成长时间重复搬运、弯腰等劳作，从而减轻弯腰搬运过程中穿戴者腰部的载荷，进而减轻腰部劳损。传统腰部助力外骨骼的结构如图1所示，主要包括上体支撑系统和腿部支撑系统，上体支撑系统包括支撑框架单元001、胸部支撑单元002和腰部固定单元005，腿部支撑系统包括腿部支撑单元003，所述上体支撑系统和腿部支撑系统通过弹性元件004可转动连接。所述腰部助力外骨骼根据人体结构预设胸部支撑单元002与腿部支撑单元003的相对位置。作业人员通过支撑框架单元001将所述腰部助力外骨骼穿戴于身上后，胸部支撑单元002位于作业人员前胸部，腰部固定单元005固定于作业人员髂部，腿部支撑单元003位于作业人员的大腿前部，而弹性元件004则位于作业人员身体两侧，用于如果胸部支撑单元002和腿部支撑单元003偏离预设位置，则使它们恢复至预设位置。腰部助力外骨骼基本工作原理如图2a和图2b所示，当作业人员弯腰进行搬运作业时，作业人员所搬运物体的重量会对作业人员的腰部产生附加力矩，所述附加力矩为物体重量G与力臂L的乘积。所述附加力矩与作业人员上半身自重产生的力矩共同作用对作业人员腰部下半部，使腰部下半部产生载荷，腰部助力外骨骼在此作业过程中会通过弹性元件在穿戴者弯腰过程中储存弹性势能，并通过位于大腿前部和前胸部的腿部支撑单元003和胸部支撑单元002经由支撑框架单元001连接向作业人员施加反向力矩M以部分抵消由上半身自重及所搬运物体重量所产生的力矩。所述弹性元件004的弹性势能的储存和释放是伴随着穿戴者由直立到弯腰再到直立的过程发生的。弹性元件004的作用，体现在在穿戴者由直立到弯腰的过程中不断储存弹性势能，以及，同时向穿戴者提供与重力方向相反的反向力矩。在穿戴者从弯腰到直立的过程中，弹性元件004的弹性势能不断释放，对腰部的助力效果在直立时完全消失。传统被动腰部助力外骨骼由于是通过纯机械结构将各单元连接在一起，在抬腿行走运动的过程中，支撑框架单元001与腿部支撑单元003是联动的，又由于支撑框架单元001紧贴胸部支撑单元002，导致当穿戴者在直立状态时会限制抬腿运动。因此，传统腰部助力外骨骼作为被动设备，在一定程度上限制了穿戴者在直立行走，上下楼梯，上下载具等过程中运动的自由度，即，在一定程度上限制了被动腰部助力外骨骼的使用环境以及穿戴舒适性。
技术实现思路
为解决传统被动腰部助力外骨骼限制穿戴者抬腿运动的问题，本申请提供了一种既能够在搬运时提供助力，又能够在不搬运时提供足够运动灵活性的腰部助力外骨骼。本申请的目的在于，提供一种腰部助力外骨骼，所述外骨骼包括用于将所述外骨骼固定于穿戴者身上的上体支撑系统和用于将所述外骨骼固定于穿戴者腿部的腿部支撑系统，所述上体支撑系统和腿部支撑系统通过离合器3转动连接，所述离合器3包括与上体支撑系统连接的第一连接组件，与腿部支撑系统连接的第二连接组件，用于为所述外骨骼提供弹性势能的弹性组件，以及用于控制弹性组件与第一连接组件和/或第二连接组件通断的控制组件。在一种可实现的方式中，所述离合器3包括机械离合器、电机驱动离合器、电磁离合器、电磁销离合器、液压离合器和/或气动离合器。在一种可实现的方式中，所述第一连接组件包括第一基座31，固定设置于所述第一基座31上的转轴32，所述第二连接组件包括套接于所述转轴32上的腿部连接件33，所述控制组件包括套接于所述转轴32上的绕线环34，设置于腿部连接件33中可沿腿部连接件33长度方向L1往复运动的推杆331，所述弹性组件包括设置于所述第一基座31上的压簧35，所述压簧35与所述绕线环34在第一基座31的同侧，在所述压簧35远离所述绕线环34的一端固定设置有弹簧挡板351，所述绕线环34与所述压簧35通过拉线36连接，所述拉线36的一端固定设置于所述绕线环34，环绕于所述绕线环34后伸入所述压簧35内部，另一端固定安装于所述弹簧挡板351上。在一种可实现的方式中，在所述第一基座31上开设有用于安装压簧35的弹簧槽，所述压簧35在弹簧槽内可沿压簧35的轴L2往复运动，所述压簧35的轴L2与所述转轴32互相垂直。在一种可实现的方式中，在所述离合器3上还设置有用于设置腿部支撑系统初始位置的初始位置调节机构37。在一种可实现的方式中，在所述外骨骼上设置有用于控制离合器3启停的切换装置，所述切换装置为启停开关，所述启停开关可以手动控制，也可以根据行为检测组件所采集的信息自动控制。在一种可实现的方式中，所述行为检测组件包括：设置于上体支撑系统上用于检测上体行为趋势的上体行为检测器41和设置于离合器3上用于检测髋部行为趋势的髋部行为检测器42。在一种可实现的方式中，所述上体行为检测器41包括角度传感器和/或惯性传感器；所述髋部行为检测器42包括角度传感器和/或惯性传感器。在一种可实现的方式中，所述上体支撑系统包括：肩带11、第一肋侧固定带12以及腰部固定带13，肩带11与第一肋侧固定带12通过胸部支撑组件14固定连接，所述腰部固定带13通过所述离合器3腿部支撑系统转动连接。在一种可实现的方式中，所述腿部支撑系统包括腿部支撑杆21和安装于所述腿部支撑杆21前端的腿部支撑挡板22，所述腿部支撑杆21安装于所述腿部连接件33上，在所述腿部支撑系统上安装有用于调节所述腿部支撑挡板22角度的角度调节装置23。本申请提供的外骨骼通过离合器连接上体支撑系统与腿部支撑系统，通过控制离合器的启停来控制外骨骼是否为穿戴者提供助力，从而实现在穿戴者需要助力的情况下为其提供助力，而在自由行走的情况下，即，不需要提供助力的情况下可以自由行走，而不会为穿戴者带来阻力。本申请提供的离合器存在两种状态，一是开启，二是停止。当穿戴者弯腰作业时，离合器处于开启的状态，使腿部反作用力支撑单元、弹性单元及支撑框架成为能传递力矩的整体结构以此通过胸部支撑单元向人体传递支撑力矩，所述外骨骼开始工作。当人体不需要进行腰部助力时，离合器处于关闭状态，腿部的运动会与支撑框架及弹性元件断开，实现不影响行走等运动的目的，在此情况下，腿部支撑系统将被动的跟随人体运动而运动，同时不会由于上体支撑系统的存在而阻碍正常运动。进一步地，本申请通过小型离合器以及基于惯性传感器或其他类角度传感等行为检测装置的使用，使所述外骨骼能够判定穿戴者运动趋势并以此控制离合器的断开和闭合。如果处理系统根据行为检测装置采集的数据判定穿戴者需要外力辅助，则操作离合器闭合，即开启离合器，外骨骼为穿戴者提供助力作用；反之，如果处理系统判定穿戴者无需助力，则断开离合器，外骨骼则处于随动状态，不对穿戴者施加任何外力，保证了穿戴者的运动灵活性。附图说明图1为传统腰部助力外骨骼的结构示意图；图2a为人体弯腰作业受力分析图；图2b为腰部助力外骨骼基本工作原理；图3为本申请实施例提供的一种腰部助力外骨骼的结构示意图；图4为本申请实施例提供的一种离合器的结构示意图；图5为图4所示离合器的爆炸图；图6为图4所示离合器的侧视图。附图标记说明11-肩带，12-第一肋侧固定带，13-腰部固定带，131本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种腰部助力外骨骼，其特征在于，所述外骨骼包括用于将所述外骨骼固定于穿戴者上身的上体支撑系统和用于将所述外骨骼固定于穿戴者腿部的腿部支撑系统，所述上体支撑系统和腿部支撑系统通过离合器(3)转动连接，所述离合器(3)包括与上体支撑系统连接的第一连接组件，与腿部支撑系统连接的第二连接组件，用于为所述外骨骼提供弹性势能的弹性组件，以及用于控制弹性组件与第一连接组件和/或第二连接组件通断的控制组件。

【技术特征摘要】
1.一种腰部助力外骨骼，其特征在于，所述外骨骼包括用于将所述外骨骼固定于穿戴者上身的上体支撑系统和用于将所述外骨骼固定于穿戴者腿部的腿部支撑系统，所述上体支撑系统和腿部支撑系统通过离合器(3)转动连接，所述离合器(3)包括与上体支撑系统连接的第一连接组件，与腿部支撑系统连接的第二连接组件，用于为所述外骨骼提供弹性势能的弹性组件，以及用于控制弹性组件与第一连接组件和/或第二连接组件通断的控制组件。2.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述离合器(3)包括机械离合器、电机驱动离合器、电磁离合器、电磁销离合器、液压离合器和/或气动离合器。3.根据权利要求1或2所述的外骨骼，其特征在于，所述第一连接组件包括第一基座(31)，固定设置于所述第一基座(31)上的转轴(32)；所述第二连接组件包括套接于所述转轴(32)上用于连接腿部支撑系统与离合器(3)的腿部连接件(33)；所述控制组件包括套接于所述转轴(32)上的绕线环(34)，设置于腿部连接件(33)中可沿腿部连接件(33)长度方向L1往复运动的推杆(331)；所述弹性组件包括设置于所述第一基座(31)上的压簧(35)，所述压簧(35)与所述绕线环(34)在第一基座(31)的同侧，在所述压簧(35)远离所述绕线环(34)的一端固定设置有弹簧挡板(351)，所述绕线环(34)与所述压簧(35)通过拉线(36)连接，所述拉线(36)的一端固定设置于所述绕线环(34)，环绕于所述绕线环(34)后伸入所述压簧(35)内部，另一端固定安装于所述弹簧挡板(351)上。4.根据权利要求3所述的外骨骼，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：尚可，刘源，许香照，
申请(专利权)人：赤源动力大连科技有限责任公司，
类型：新型
国别省市：辽宁,21