一种用于搬运助力的外骨骼装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及服务机器人领域，公开了一种用于搬运助力的外骨骼装置，包括上肢结构、后背板结构、髋骨结构、下肢结构和脚踝结构；上肢结构与后背板结构连接，后背板结构通过转轴与髋骨结构连接，髋骨结构与下肢结构连接，下肢结构与脚踝结构连接，后背板结构包括后背板，肩关节滑轮固定在后背板上，后背板固定设有腰部助力电机系统；后背板与髋骨结构铰接。本发明专利技术解决了传统外骨骼下蹲过程中存在的人机匹配性差的问题；本发明专利技术通过腰部助力装置进一步加强了对操作人员的保护；本发明专利技术设计的上肢结构由电动缸驱动钢丝绳取代了鲍登线的驱动方式，提升了助力效率。

【技术实现步骤摘要】
一种用于搬运助力的外骨骼装置
本专利技术涉及服务机器人领域，具体地涉及一种用于搬运助力的外骨骼装置。
技术介绍
随着物流业发展，有大量物流从业人员由于工作强度大且得不到很好的肢体保护，很多劳动者有腱鞘炎、腰间盘突出等疾病，因此对物流从业人员的肢体关节保护迫在眉睫。搬运动作是物流从业人员最常用动作，通常由地面搬起物品并随身携带一段路程后放置在某位置。比如，国家专利公开文献CN110842893A，公开了“搬运外骨骼步态判别方法、装置及系统”，该专利技术包括获取初始站立状态下采集到的预定数量的样本，每个样本包括四种参数，分别为左腿前预定个绑带传感器的合压力、左腿后预定个绑带传感器的合压力、右腿前预定个绑带传感器的合压力、右腿后预定个绑带传感器的合压力；计算预定数量样本中四种参数各自的均值；获取当前初始站立状态下采集到的一组数据；根据采集到的数据以及四种参数的均值，对步态进行判别。该专利技术侧重于搬运外骨骼控制、传感方面的设计，但并未涉及对搬运外骨骼受力分析及结构设计。另外，现有的助力上肢外骨骼未考虑搬负载时腰部弯曲导致后背与外骨骼后背板不贴合的状况，此种工况会导致操作人员与外骨骼后背板距离变大，而又因为后背板通常与上肢肩关节固定连接，会导致上肢外骨骼与人上肢发生滑移，从而影响穿戴舒适性，并且助力的准确度受到较大影响。同时，针对负载的搬起动作，腰部承受力矩较上肢更为显著，但搬运外骨骼针对腰部助力涉及较少。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于搬运助力的外骨骼装置，从而解决现有技术的上述问题。一种用于搬运助力的外骨骼装置，包括上肢结构、后背板结构、髋骨结构、下肢结构和脚踝结构；上肢结构与后背板结构连接，后背板结构通过转轴与髋骨结构连接，髋骨结构与下肢结构连接，下肢结构与脚踝结构连接。进一步的，上肢结构包括左上肢结构和右上肢结构，左上肢结构与右上肢结构对称，左上肢结构和右上肢结构分别包括前臂结构、肘关节电动缸、上臂结构、肩关节转盘、肩关节转盘连接板、肩关节滑轮和肩关节电动缸；前臂结构的末端固定连接有肘关节转盘，肘关节转盘用于对前臂结构屈曲动作助力；肘关节转盘固定设有肘关节驱动钢丝绳，肘关节驱动钢丝绳的一端与肘关节转盘连接，肘关节驱动钢丝绳的另一端与肘关节电动缸的伸出杆固定连接；肘关节驱动钢丝绳用于与肘关节电动缸的伸出杆同步进缩、并带动肘关节转盘转动；肘关节电动缸固定设置在上臂结构上；上臂结构的一端与肘关节转盘铰接，上臂结构的另一端固定在肩关节转盘上；肩关节转盘与肩关节转盘连接板铰接；肩关节转盘固定设有肩关节驱动钢丝绳，肩关节驱动钢丝绳的一端固定在肩关节转盘上，肩关节驱动钢丝绳的另一端通过肩关节滑轮与肩关节电动缸的伸出杆连接，肩关节驱动钢丝绳用于对肩关节转盘进行传力；肩关节滑轮用于改变肩关节驱动钢丝绳的传力方向。进一步的，左上肢结构通过第一合页与后背板结构连接，右上肢结构通过第二合页与后背板结构连接；后背板结构包括后背连接板和后背板，第一合页的一侧与左上肢结构的肩关节转盘连接，第一合页的另一侧与后背连接板的左侧连接；第二合页的一侧与右上肢结构的肩关节转盘连接，第二合页的另一侧与后背连接板的右侧连接；左上肢结构的肩关节电动缸和右上肢结构的肩关节电动缸分别固定在后背板上。进一步的，后背连接板固定连接有后背连接板支座，后背连接板支座设有腰关节驱动钢丝绳锚点和后背连接板耳环支座；后背板设有后背板槽，后背板槽内设有后背板滑块，后背板滑块能够在后背板槽内单自由度移动；后背板滑块设有后背板滑块耳环支座；后背连接板耳环支座上设有后背板支撑柱，后背板支撑柱的一端与后背连接板耳环支座铰接，后背板支撑柱的另一端与后背板滑块耳环支座铰接。进一步的，肩关节滑轮固定在后背板上，后背板还固定设有腰部助力电机系统；后背板与髋骨结构铰接。进一步的，腰部助力电机系统通过腰部助力钢丝绳与后背板腰关节驱动钢丝绳锚点连接；腰部助力钢丝绳的一端通过腰关节驱动钢丝绳锚点与后背连接板支座固定连接，腰部助力钢丝绳的另一端通过腰部助力滑轮与腰部助力电机系统连接，腰部助力滑轮固定在后背板上，腰部助力滑轮用于改变腰部助力钢丝绳的传力方向。进一步的，前臂结构设有前臂护带，前臂护带用于与人的上肢前臂绑定；上臂结构设有上臂护带，上臂护带用于与人的上肢上臂绑定。进一步的，后背连接板能够根据不同的人的肩部宽度进行调节。进一步的，下肢结构包括膝关节结构和踝关节结构，膝关节结构和踝关节结构通过鲍登线驱动进行行走助力。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供了一种搬运外骨骼助力装置，从搬运动作方面考虑，解决了传统外骨骼下蹲过程中存在的人机匹配性差的问题。从助力效果方面考虑，较传统外骨骼增加了腰部助力装置，进一步加强了对操作人员的保护。从助力方式考虑，本专利技术的上肢结构由电动缸驱动钢丝绳取代了鲍登线的驱动方式，提升了助力效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本实施例一提供的用于搬运助力的外骨骼装置的结构示意图。图1-1为人体直立状态时传统外骨骼与人体脊柱姿态示意图。图1-2为人体弯腰下蹲时传统外骨骼与人体脊柱姿态示意图。图2为本实施例一提供的用于搬运助力的外骨骼装置的侧视结构示意图。图3为本实施例一提供的上肢结构示意图。图4为本实施例一提供的后背板支撑柱连接结构示意图。图5为本实施例一提供的后背板滑块连接结构示意图。图6为本实施例一提供的后背连接板支座结构示意图。图7为本实施例一提供的后背板结构示意图。0-1、脊柱，0-2、上肢外骨骼，0-3、外骨骼后背板，0-4、人体上肢，1、上肢结构，2、后背板结构，3、髋骨结构，4、下肢结构，5、脚踝结构，1-1、前臂结构，1-2、前臂护带，1-3、肘关节转盘，1-4、肘关节驱动钢丝绳，1-5、肘关节电动缸，1-6、上臂护带，1-7、上臂结构，1-8、肩关节转盘，1-9、肩关节驱动钢丝绳，1-10、肩关节转盘连接板，1-11、合页，1-12、后背连接板，1-13、后背连接板支座，1-14、后背板支撑柱，1-15、后背板滑块，2-1、后背板，2-2、肩关节电动缸，2-3、肩关节滑轮，2-4、腰部助力滑轮，2-5、腰部助力电机系统，2-6、腰部助力钢丝绳。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。需要说明的是，本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本专利技术的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于搬运助力的外骨骼装置，其特征在于，包括上肢结构、后背板结构、髋骨结构、下肢结构和脚踝结构；所述上肢结构与所述后背板结构连接，所述后背板结构通过转轴与所述髋骨结构连接，所述髋骨结构与所述下肢结构连接，所述下肢结构与所述脚踝结构连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于搬运助力的外骨骼装置，其特征在于，包括上肢结构、后背板结构、髋骨结构、下肢结构和脚踝结构；所述上肢结构与所述后背板结构连接，所述后背板结构通过转轴与所述髋骨结构连接，所述髋骨结构与所述下肢结构连接，所述下肢结构与所述脚踝结构连接。


2.根据权利要求1所述的用于搬运助力的外骨骼装置，其特征在于，所述上肢结构包括左上肢结构和右上肢结构，所述左上肢结构与所述右上肢结构对称，所述左上肢结构和右上肢结构分别包括前臂结构、肘关节电动缸、上臂结构、肩关节转盘、肩关节转盘连接板、肩关节滑轮和肩关节电动缸；所述前臂结构的末端固定连接有肘关节转盘，所述肘关节转盘用于对前臂结构屈曲动作助力；所述肘关节转盘固定设有肘关节驱动钢丝绳，所述肘关节驱动钢丝绳的一端与所述肘关节转盘连接，所述肘关节驱动钢丝绳的另一端与肘关节电动缸的伸出杆固定连接；所述肘关节驱动钢丝绳用于与肘关节电动缸的伸出杆同步进缩、并带动肘关节转盘转动；所述肘关节电动缸固定设置在所述上臂结构上；所述上臂结构的一端与所述肘关节转盘铰接，所述上臂结构的另一端固定在所述肩关节转盘上；所述肩关节转盘与所述肩关节转盘连接板铰接；所述肩关节转盘设有肩关节驱动钢丝绳，所述肩关节驱动钢丝绳的一端固定在肩关节转盘上，所述肩关节驱动钢丝绳的另一端通过所述肩关节滑轮与所述肩关节电动缸的伸出杆连接，所述肩关节驱动钢丝绳用于对肩关节转盘进行传力；所述肩关节滑轮用于改变肩关节驱动钢丝绳的传力方向。


3.根据权利要求2所述的用于搬运助力的外骨骼装置，其特征在于，所述左上肢结构通过第一合页与所述后背板结构连接，所述右上肢结构通过第二合页与所述后背板结构连接；所述后背板结构包括后背连接板和后背板，所述第一合页的一侧与所述左上肢结构的肩关节转盘连接，所述第一合页的另一侧与所述后背连接板的左侧连接；所述第二合页的一侧与所述右上肢结构的肩关节转盘连接，所述第二合页的另一侧与所述后背连接板的右侧连...

【专利技术属性】
技术研发人员：李鑫，管廷智，杨明博，阳振锋，李强，
申请(专利权)人：北方工业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11