一种可折叠上肢助力外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可折叠上肢助力外骨骼装置，包括腰部组件、背部组件、肩部组件和肘部组件，肩部组件与背部组件和肘部组件转动连接，肘部组件包括大臂杆和小臂杆，小臂杆能够转动到与大臂杆平行的位置并伸入到大臂杆与所述肩部组件形成的空间内；肩部组件包括肩部过渡件，肩部过渡件处设有肩部圆周件，大臂杆为空心结构状，肩部圆周件上开设有凹槽和连接孔，凹槽处绕设有第一拉索，大臂杆的空心结构内设有第一弹簧，第一拉索另一端通过所述连接孔伸入到所述大臂杆的空心结构内并与所述第一弹簧连接，本方案省去了动力源件，能有效提供腰部、肩部和肘部助力，增强上肢搬运能力，且整体结构设计巧妙，轻便可靠，在不使用时易于收纳存放。

A folding upper limb assist exoskeleton device

【技术实现步骤摘要】
一种可折叠上肢助力外骨骼装置
本专利技术涉及可穿戴设备
，具体涉及一种可折叠上肢助力外骨骼装置。
技术介绍
随着现代生活水平的提高及社会生产力的发展，货物运输搬运已成为人们生产生活的重要活动，搬运作业的便捷、迅速及安全成为提高效益及可靠服务的必要条件。搬运动作对于人体是个复杂的全身协调工作，包括脚、腿、腰、背和手臂等部分的参与。人体在搬运物品时，双手一般抱住重物最下端，腰部弯曲，小臂及上臂主要为持紧上抬，肘关节向上托住重物，大臂向身体收，腰部向上挺，共同发力相互协调实现搬运。在移动物品时，主要体现为肘关节动作和腰部动作的保持，而物品的重量大小和搬运的时间直接导致腰部和肘部更容易产生疲劳；货物越重，搬运时间越长，对于搬运者的力量和耐力要求就高，而肌肉的收缩长度和发力时间有限，长时间的负荷会造成乳酸堆积从而引起肌肉酸痛。对于腰背部分，腰背肌肉为一对拮抗肌肉，搬运对其力量及耐力要求高，在完成搬运的动作中，腰背肌肉不仅起到用力作用，还要调节搬运时整体的重心变化，维持身体平衡。怀抱重物时，髋关节支撑身体，腰肌受到牵拉，所以长期高负荷工作易导致腰肌劳损，使得人体在未搬运物品时的日常活动受到影响。外骨骼作为一种可穿戴辅助装置，是将人的智慧和外骨骼的“体能”有机结合在一起，起到增强人体机能的作用，上肢外骨骼主要为人体上肢作业提供辅助。外骨骼的机械结构是整个系统的基础，它与人体结合，既起到重力平衡作用，又具有传递运动和力的功能，人机之间存在运动耦合作用，其机构设计的合理性将直接影响功能效果。现今多数上肢外骨骼助力产品为有源动力形式，即主动外骨骼，通过电机、液压、气压缸等动力源提供动力，增强力量达到辅助效果。这种主动外骨骼在实际使用过程中却存在两个方面的问题：1、由于有外源动力输出辅助，虽然能显著提升人抬举重物的能力，但对于由于电机、液压缸等动力源部件的增加，需要解决重量大、成本高、设计复杂等一系列的问题，且佩戴者的行动能力可能会因为能源储备而受限，而在能源耗尽时会对搬运者造成巨大负担。2、主动外骨骼装置由于结构复杂、零部件多、没有折叠功能，导致在不使用时收纳存放不方便。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本专利技术要解决的技术问题是：如何提供一种既能有效的为人体搬运货物提供助力，同时还具有设计巧妙且在不使用时易于收纳存放的可折叠上肢助力外骨骼装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：一种可折叠上肢助力外骨骼装置，包括腰部组件和背部组件，所述腰部组件用于缠绕在人体的腰部，所述背部组件用于穿戴在人体上肢，所述背部组件的下端与所述腰部组件连接，所述背部组件的两侧对称设有肩部组件和肘部组件，所述肩部组件呈L型结构，所述肩部组件L型结构的长边与所述背部组件转动连接，所述肩部组件L型结构的短边与所述肘部组件转动连接，所述肘部组件包括相对转动连接的大臂杆和小臂杆，所述大臂杆与所述小臂杆转动连接的另一端与所述肩部组件转动连接，所述小臂杆能够转动到与所述大臂杆平行的位置并伸入到所述大臂杆与所述肩部组件形成的空间内；所述肩部组件L型结构的短边上设有肩部过渡件，所述肩部过渡件处设有肩部圆周件，所述肩部圆周件的一端与所述肩部过渡件转动连接，所述肩部圆周件的另一端与所述大臂杆固定连接，所述大臂杆为空心结构状，所述肩部圆周件的外轮廓面上开设有凹槽，所述肩部圆周件上还开设有连接孔，所述连接孔两侧分别与所述大臂杆的空心结构和所述凹槽相通，所述凹槽处绕设有第一拉索，所述大臂杆的空心结构内设有第一弹簧，所述第一拉索一端与所述肩部过渡件固定连接，所述第一拉索另一端通过所述连接孔伸入到所述大臂杆的空心结构内并与所述第一弹簧连接，所述第一弹簧另一端固定连接在所述大臂杆上。这样，当该装置在不使用时，将肩部组件绕其L型结构的长边与背部组件的转动连接处旋转，使得肩部组件旋转到背部组件和腰部组件之间的位置；然后将大臂杆绕其与肩部组件转动连接处旋转，使其旋转到与肩部组件L型结构的短边呈90°左右的位置；最后再将小臂杆绕大臂杆旋转，使得小臂杆伸入到大臂杆与肩部组件形成的空间内，由此实现了整个装置的折叠，当需要使得该装置时，按相反步骤将各部分结构依次展开，再将该装置穿戴在人体上肢即可。因此，本方案的上肢助力外骨骼装置设计巧妙，且在不使用时易于收纳存储。同时，根据人体搬运货物的操作特点，当人体穿着该助力外骨骼装置进行货物搬运时，人体手臂下垂以作用在货物的底部，人体手臂的肘部将通过大臂杆带动肩部圆周件绕肩部过渡件转动，此时大臂杆空心结构内的第一弹簧将在第一拉索的作用下发生拉伸变形；当人体手臂搬动货物上移时，人体手臂的肘部将通过大臂杆带动肩部圆周件绕肩部过渡件反方向转动，此时在第一拉索的作用下，第一弹簧复位，第一弹簧复位过程中释放能量、减少了前屈动作的肌肉，从而为人体手臂搬运货物提供运动助力，减轻手臂承受的重力。因此本方案既能有效的为人体搬运货物提供助力，同时还具有设计巧妙且在不使用时易于收纳存放的优点。优选的，所述小臂杆包括与所述大臂杆转动连接的小臂连接部，所述小臂连接部与所述大臂杆转动连接的另一端面上设有支撑杆，还包括限位块和压簧块，所述支撑杆与所述小臂连接部连接的另一端固定连接在所述限位块上，所述压簧块套设在所述支撑杆上并能够沿所述支撑杆往复移动，所述支撑杆上套设有第二弹簧，所述第二弹簧的一端连接在所述压簧块上，所述第二弹簧的另一端连接在所述支撑杆或所述小臂连接部上，所述大臂杆上还固定连接有第二拉索，所述第二拉索与所述大臂杆连接的另一端固定在所述压簧块上。这样，在进行货物搬运时，人体手臂下垂以作用在货物的底部，人体的小臂与人体大臂之间具有较大的夹角，此时第二拉索将拉动第二弹簧在压簧块的作用下沿支撑杆移动，使得第二弹簧处于压缩状态，第二弹簧压缩蓄能，当人体手臂搬运货物上移时，人体小臂与人体大臂之间的夹角将变小，此时在第二弹簧弹力的作用下，压簧块将带动第二弹簧沿支撑杆反向移动，使得第二弹簧复位并释放能量为人体小臂助力。优选的，所述支撑杆的两侧对称设有固定在所述小臂连接部端面上的安装杆，所述安装杆与所述小臂连接部连接的另一端固定在所述限位块上，所述压簧块滑动套设在所述支撑杆和所述安装杆上，每侧的所述安装杆上均套设有第二弹簧，所述大臂杆上固定连接有两个第二拉索，每个所述第二拉索与所述大臂杆连接的另一端分别与所述压簧块的对应侧连接。这样，通过在支撑杆两端设置安装杆，再在两侧的安装杆上分别设置第二弹簧，并利用两个第二拉索分别作用在压簧块上对两个第二弹簧进行压缩，这样，两个第二弹簧能对人体小臂提供更大的助力，减轻人体小臂搬运货物产生的疲劳。优选的，所述腰部组件和所述背部组件之间通过两个第三弹簧进行连接，两个所述第三弹簧的一端分别固定连接在所述背部组件的两侧，两个所述第三弹簧的另一端分别固定连接在所述腰部组件的两侧。这样，当人体进行货物搬运时，人体腰部向下弯曲，此时会带动第三弹簧拉伸蓄能，当人体将货物搬运起向上移动时，人体腰部也向上伸展，此时第三弹簧将收缩复位并释放能量，从而为人体的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可折叠上肢助力外骨骼装置，其特征在于，包括腰部组件和背部组件，所述腰部组件用于缠绕在人体的腰部，所述背部组件用于穿戴在人体上肢，所述背部组件的下端与所述腰部组件连接，所述背部组件的两侧对称设有肩部组件和肘部组件，所述肩部组件呈L型结构，所述肩部组件L型结构的长边与所述背部组件转动连接，所述肩部组件L型结构的短边与所述肘部组件转动连接，所述肘部组件包括相对转动连接的大臂杆和小臂杆，所述大臂杆与所述小臂杆转动连接的另一端与所述肩部组件转动连接，所述小臂杆能够转动到与所述大臂杆平行的位置并伸入到所述大臂杆与所述肩部组件形成的空间内；/n所述肩部组件L型结构的短边上设有肩部过渡件，所述肩部过渡件处设有肩部圆周件，所述肩部圆周件的一端与所述肩部过渡件转动连接，所述肩部圆周件的另一端与所述大臂杆固定连接，所述大臂杆为空心结构状，所述肩部圆周件的外轮廓面上开设有凹槽，所述肩部圆周件上还开设有连接孔，所述连接孔两侧分别与所述大臂杆的空心结构和所述凹槽相通，所述凹槽处绕设有第一拉索，所述大臂杆的空心结构内设有第一弹簧，所述第一拉索一端与所述肩部过渡件固定连接，所述第一拉索另一端通过所述连接孔伸入到所述大臂杆的空心结构内并与所述第一弹簧连接，所述第一弹簧另一端固定连接在所述大臂杆上。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可折叠上肢助力外骨骼装置，其特征在于，包括腰部组件和背部组件，所述腰部组件用于缠绕在人体的腰部，所述背部组件用于穿戴在人体上肢，所述背部组件的下端与所述腰部组件连接，所述背部组件的两侧对称设有肩部组件和肘部组件，所述肩部组件呈L型结构，所述肩部组件L型结构的长边与所述背部组件转动连接，所述肩部组件L型结构的短边与所述肘部组件转动连接，所述肘部组件包括相对转动连接的大臂杆和小臂杆，所述大臂杆与所述小臂杆转动连接的另一端与所述肩部组件转动连接，所述小臂杆能够转动到与所述大臂杆平行的位置并伸入到所述大臂杆与所述肩部组件形成的空间内；
所述肩部组件L型结构的短边上设有肩部过渡件，所述肩部过渡件处设有肩部圆周件，所述肩部圆周件的一端与所述肩部过渡件转动连接，所述肩部圆周件的另一端与所述大臂杆固定连接，所述大臂杆为空心结构状，所述肩部圆周件的外轮廓面上开设有凹槽，所述肩部圆周件上还开设有连接孔，所述连接孔两侧分别与所述大臂杆的空心结构和所述凹槽相通，所述凹槽处绕设有第一拉索，所述大臂杆的空心结构内设有第一弹簧，所述第一拉索一端与所述肩部过渡件固定连接，所述第一拉索另一端通过所述连接孔伸入到所述大臂杆的空心结构内并与所述第一弹簧连接，所述第一弹簧另一端固定连接在所述大臂杆上。


2.根据权利要求1所述的可折叠上肢助力外骨骼装置，其特征在于，所述小臂杆包括与所述大臂杆转动连接的小臂连接部，所述小臂连接部与所述大臂杆转动连接的另一端面上设有支撑杆，还包括限位块和压簧块，所述支撑杆与所述小臂连接部连接的另一端固定连接在所述限位块上，所述压簧块套设在所述支撑杆上并能够沿所述支撑杆往复移动，所述支撑杆上套设有第二弹簧，所述第二弹簧的一端连接在所述压簧块上，所述第二弹簧的另一端连接在所述支撑杆或所述小臂连接部上，所述大臂杆上还固定连接有第二拉索，所述第二拉索与所述大臂杆连接的另一端固定在所述压簧块上。


3.根据权利要求2所述的可折叠上肢助力外骨骼装置，其特征在于，所述支撑杆的两侧对称设有固定在所述小臂连接部端面上的安装杆，所述安装杆与所述小臂连接部连接的另一端固定在所述限位块上，所述压簧块滑动套设在所述支撑杆和所述安装杆上，每侧的所述安装...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎波，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50