一种人体防护型穿戴式机械外骨骼制造技术

本发明专利技术提供了一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，包括胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲；所述胸背护甲由胸部护甲、护肩悬带、肩部护甲、肩胛支撑、锁骨护甲和椎骨护甲构成；所述右臂或左臂护甲由上臂护甲、肘部护甲、前臂护甲、上臂侧翼护甲、上臂护甲纵向导向轴、肘部支撑件、前臂侧翼护甲、前臂护甲纵向导向轴和腕部护甲构成；各部件通过铰接副、圆柱副、移动副和球铰链组成的连接装置和机械关节连接在一起，可实现人体上半身多自由度全方位运动，并且可支撑上身重量保护脊椎；此外骨骼不仅可以消除外界对上身冲击的动能，对人体进行保护，并且其可与防摔背心、防弹背心、下肢外骨骼兼容，使用者可以在外衣内穿戴，用于安全防护或者残疾肢体的保护。

An exoskeleton of wearable machine with human body protection

【技术实现步骤摘要】
一种人体防护型穿戴式机械外骨骼
本专利技术涉及机械外骨骼领域，具体一种人体防护型穿戴式机械外骨骼。
技术介绍
近年来机械外骨骼的发展如火如荼，但是市场上销售的外骨骼与学术报告中正在研发的外骨骼，几乎都是在做用于助力或者康复训练的机电一体化装置。其中大部分外骨骼装置体积巨大而且笨重，不适于人体穿戴，必须进行复杂的人机捆绑。有的外骨骼厂商或研发机构为了减轻重量，把外骨骼做成了只有连杆的电机驱动机械设备。由此可见，实现外骨骼最基本功能，即像大自然中昆虫和甲壳纲动物的外骨骼，用于自身防护的外骨骼产品，乏善可陈。于此同时，用于人体防护的护具，不管是警用、军用，还是残疾人或肢体受伤的病人使用的肢体护具，都存在结构僵硬，穿戴不方便的问题。警用军用的护具，大多是背心，没有肢体的保护，更没有承重保护脊椎的功能；用于残疾人或行动不便人群的护具，大多数都是一整块的刚性结构。例如手臂护具，一般都是一个铸模结构体，手臂放在其中，保护其不被外接碰到，没有任何的连接装置和机械关节，一般由绳索将其与人体捆绑。此装置是否不利于病人中后期的康复训练，而且穿戴不舒适，给患者带来诸多生活的不便。
技术实现思路
本专利技术针对上述问题，设计了一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，包括胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲；所述的胸背护甲通过连接装置和机械关节连接连接右臂护甲与左臂护甲，即可实现肩关节三个正交轴方向转动，又可实现向上耸肩、向下垂肩、向前探肩，向后扩肩，以及因为弓背或扩胸引起的人体横切面侧方向上的肩部的位移，即三个正交轴方向上平动，完美模拟人体肩部6个自由度的运动，在空间上没有约束；于此同时，由于移动副链接与圆柱副副链接相配合，约束了肩部平动的范围，可在剧烈撞击或剧烈运动时起到保护肩关键，降低肩膀脱臼的发生率，符合人体工程学的要求；所述的右臂护甲与左臂护甲通过支撑构件与机械关节连接各部，并通过侧翼护甲扩到保护的范围以及利于与人体固定。所述的人体防护型穿戴式机械外骨骼，满足对于弱者潜在的致命伤害的保护需求以及残疾与肢体受伤人员对肢体的保护需求，通过机械结构对使用者的两臂和胸背部进行保护；其不仅可以用于消除外界对上身冲击的动能，对人体进行保护，并且其可以与防摔背心、防弹背心、下肢外骨骼兼容，使用者可以在外衣内穿戴，用于安全防护或者残疾或受伤肢体的保护。进一步地，所述胸背护甲由胸部护甲、护肩悬带、肩胛支撑、锁骨护甲和椎骨护甲构成；胸部护甲与锁骨护甲相连，并且此连接具有三个正交转动方向上的自由度，使得胸部护甲可以随胸部肌肉运动而活动，不像刚性的盔甲那样僵硬，而以至于大大约束人体上半身的运动；锁骨护甲与肩部护甲相连，同时肩部护甲通过球铰链与肩胛翼梁相连，此连接提供了三个正交方向上完整的转动自由度，从而可组合实现所有方向上的关节转动；肩胛翼梁通过三个正交方向上的轴铰链副和一组圆柱副和轴铰链副组合的连接装置与护肩悬带连接，此机械关节即可实现所有方向上的关节转动，又可以实现延肩方向上的移动，即可以实现护甲随人体肩部6个自由度的全方位运动；所述椎骨护甲可根据人体脊椎长度进行多片组合连接，各片椎骨护甲之间由椎骨翼梁支撑件与椎骨中梁支撑件相连，形成由每个椎骨和椎骨支撑件所限定的四边形；此四边形结构可通过沿着该平面的对角线的折叠方向进行旋转，同时又能约束自身旋转的幅度，避免动作过于猛烈导致脊椎受伤；此连接具备一定的柔性，可模拟人体脊椎的生理弯曲，同时其刚性的机构可支撑重量并保护脊椎。进一步的，所述右臂护甲和左臂护甲分别由其上臂护甲、肘部护甲、前臂护甲、上臂侧翼护甲、上臂护甲纵向导向轴、肘部上支撑件、肘部下支撑件、前臂侧翼护甲、前臂护甲纵向导向轴和腕部支撑构成；上臂护甲通过肘部护甲与前臂护甲相连，肘部护甲由具有韧性的弹性材料构成，肘部上支撑件与肘部下支撑件之间可以弯曲，实现人类肘部的折叠动作。进一步的，所述上臂护甲两侧各配有上臂侧翼护甲；所述的上臂侧翼护甲具有一个上臂侧翼护甲支撑轴，且上臂侧翼护甲支撑轴两端通过球铰链与上臂护甲相连，两侧的上臂侧翼护甲支撑轴其与上臂护甲中轴线上的纵向导向轴以及球铰链形成一个带有中轴约束的四边形结构；此四边形结构即可以实现上臂护甲随上臂护甲纵向导向轴沿轴方向转动，即通过沿着该平面的对角线的折叠方向旋转运动，同时又能约束其转动的幅度，避免动作过于猛烈导致受伤。进一步的，所述前臂护甲两侧配有前臂侧翼护甲；所述的前臂侧翼护甲具有一个前臂侧翼护甲支撑轴，且前臂侧翼护甲支撑轴两端通过球铰链与前臂护甲相连，两侧的前臂侧翼护甲支撑轴其与前臂护甲中轴线上的纵向导向轴以及球铰链形成一个带有中轴约束的四边形结构；此四边形结构即可以实现前臂臂护甲随前臂护甲纵向导向轴沿轴方向转动，即通过沿着该平面的对角线的折叠方向旋转运动，同时又能约束其转动的幅度，避免动作过于猛烈导致受伤。进一步地，所述腕部护甲与前臂护甲之间的连接为弹性材料，在保护腕部的同时，不阻碍腕部的自由活动，也其不妨碍军用或警用手套的穿戴。进一步地，所述的一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，使用者可以在外衣内进行穿戴，针对可能遭受致命伤害的身体区域进行保护，例如胸部、背部和上肢；该专利技术采用了刚性结构、弹性结构与多自由度机械关节以及连接装置相融合的设计方法，使得外骨骼可以完全模仿使用者的运动动作，以此满足保护需求；同时使用者可以通过肢体动作的主动保护，使用上臂护甲、前臂护甲主动保护，利用外骨骼的坚硬部分分散受到的撞击，即使用者自由使用的外骨骼安全设备，将不同要素组合起来以此保护身体。进一步地，所述的一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，是一件完全铰接的机械保护设备，亦可定义为机械内衣，其可以代替传统的防摔背心；同时其也可与防摔背心、防弹衣兼容，既可以穿在防摔背心、防弹衣之内或之外，也可以将背部护甲拆卸，将右臂护甲、左臂护甲通过护臂悬带的机械组件与防摔背心或防弹衣固定连接；进一步地，所述的一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，其机械部件包括便于其与人体固定的槽，支架，孔；可通过所有合适的可移除装置在固定点将外骨骼固定到佩戴者的身体和/或佩戴者肢体上，它们可以包括各种材料：帆布带，皮带，吊带，绑扎，粘合手段，自动钩挂手段或任何其他适当的装置。附图说明图1是本专利技术的一种人体防护型穿戴式机械外骨骼的整体结构总视图。图2是本专利技术的一种人体防护型穿戴式机械外骨骼的背部结构视图。图3是椎骨护甲连接器的两种解决方案示意图。图4是外骨骼肩部结构的各部件以及互相直接连接的结构示意图。图5是外骨骼上肢结构的各部件以及互相直接连接的结构示意图。图6是上臂护甲的各部件以及互相直接连接的结构示意图。图7是前臂护甲的各部件以及互相直接连接的结构示意图。其中：1-左臂护甲；2-右臂护甲；3-胸背护甲；4-肩胛支撑；5-护肩悬带；6-椎骨护甲；7-椎骨护甲连接器；8-椎骨锚接部；9-椎骨翼梁支撑件；10-椎骨中梁支撑件；11-锁骨护甲；12-肩胛翼梁；13-胸部护甲；14-肩部护甲；15-上臂护甲；16-肘部护甲；17-前臂护甲；18-上臂侧翼护甲支撑轴、19-上臂侧翼护甲；20-上臂护甲纵向导向轴；21-肘部护甲上支撑件；22-肘部护甲下支撑件；23前臂侧翼护甲支撑轴、25-前臂侧翼护甲；24-前臂护甲纵向导向轴；26-腕部护甲；27、28、29、30、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，其特征在于，包括胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲；所述胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲之间通过多重铰接的方式相连，形成了一个完整的机械保护设备，可以模仿跟随佩戴者的上半身与上肢的运动。

【技术特征摘要】
1.一种人体防护型穿戴式机械外骨骼，其特征在于，包括胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲；所述胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲之间通过多重铰接的方式相连，形成了一个完整的机械保护设备，可以模仿跟随佩戴者的上半身与上肢的运动。2.如权利要求1所述的胸背护甲，其特征在于，包括胸部护甲、护肩悬带、肩胛支撑、锁骨护甲和椎骨护甲；所述胸部护甲与锁骨护甲相连，并且此连接具有三个正交转动方向上的自由度；所述肩部护甲通过球铰链与肩胛翼梁相连，具有三个正交方向上完整的转动自由度；所述肩胛翼梁通过三个正交方向上的轴铰链副和一组圆柱副和轴铰链副组合的连接装置与护肩悬带连接；所述椎骨护甲之间由椎骨翼梁支撑件与椎骨中梁支撑件相连，形成由上下椎骨和椎骨支撑件所限定的四边形；此四边形结构可通过沿着该平面的对角线的折叠方向进行旋转，同时约束自身旋转的幅度。3.如权利要求1中所述的右臂护甲和左臂护甲，其特征在于，包括上臂护甲、肘部护甲、前臂护甲和腕部支撑；上臂护甲通过肘部护甲与前臂护甲相连，肘部护甲由具有韧性的弹性材料构成，肘部上支撑件与肘部下支撑件之间可以弯曲，实现肘部的折叠动作。4.如权利要求3中所述的上臂护...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泽峰，桂琪珍，徐久，
申请(专利权)人：南京拓步智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32