用于上肢举持作业的上肢外骨骼制造技术

本实用新型专利技术公开了用于上肢举持作业的上肢外骨骼，包括背部组件，背部组件的下侧设有腰部组件，背部组件的两侧对称设有肩部组件，还包括上臂组件，上臂组件包括棘轮棘爪机构和上臂杆，上臂杆远离其连接肩部组件的一侧还设有用于将上臂组件穿戴在人体上臂的绑缚机构，棘轮棘爪机构包括外圆周上设有多个具有齿形槽的棘轮、以及能够插入棘轮的齿形槽内的棘爪，棘爪通过第二轴向转动件转动连接在卡座上，卡座通过安装座固定连接在肩部组件上，棘轮固定连接在第一轴向转动件上，并能够跟随上臂杆运动。本方案能有效的在人体手臂提供支撑力，从而避免人体手臂在长期举持作业中的过度疲劳，同时也不会引起人体肩关节的不适。

【技术实现步骤摘要】
用于上肢举持作业的上肢外骨骼
本技术涉及可穿戴设备
，具体涉及一种用于上肢举持作业的上肢外骨骼。
技术介绍
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。外骨骼的机械结构是整个系统的基础，它与人体结合，既起到支撑承重作用，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和人机尺寸的匹配性将直接影响功能效果。而上肢外骨骼是一种穿戴在人体上肢部分，以为人体上肢提供助力或支撑作用的外骨骼装置。在工厂、仓库、工地等工作场景，需要工人较长时间或频繁的托举重物，这样容易造成手臂过度用力疲劳，严重的甚至会造成上肢肌肉和关节的损伤，为了减轻长期的、反复的、高强度的作用对人体造成的伤害，在公开号为CN210757711U中公开了一种上肢抬举助力装置，其包括：底座关节，适于设置在人的腰带或者躯干上；杆一，其第一端与所述底座关节连接，并且相对于所述底座关节具有沿空间三个不同方向旋转的自由度；杆二，所述杆二的第一端与所述杆一的第二端铰接；所述杆一的第二端内设有换能器，所述换能器的顶端具有轴承；所述杆二的第一端固设一凸轮，所述凸轮的轴心与所述杆二、杆一的铰接点重合；或者，所述杆二的第一端内设有换能器，所述换能器的顶端具有轴承；所述杆一的第二端固设一凸轮，所述凸轮的轴心与所述杆二、杆一的铰接点重合；所述轴承与所述凸轮的曲面抵接；手臂托杆，其与所述杆二的第二端铰接；手臂托板，适于固定在人体上肢上，所述手臂托板与所述手臂托杆铰接。该上肢抬举助力装置在使用时，当穿戴者手臂向上托举重物时，轴承沿凸轮的曲面移动，随着轴承中心到凸轮中心距离的变化，换能器受到挤压，换能器对凸轮的作用力方向变为不过凸轮的轴心，产生偏心力，进而阻碍手臂下摆，即可对手臂产生向上托举的力。但是上述抬举助力装置在使用过程中，仍然还存在下面的问题：1、由于上述抬举装置提供助力时的支撑点是位于轴承与凸轮的接触处，而该接触处是位于人体肩关节的位置，故长期穿戴容易引起使用者肩部的不适；2、由于上述抬举装置助力支撑点位于肩关节处，当使用者抬升手臂时，如使用者抬升手臂机械拧螺母等的操作时，人体手臂自身也存在一个向下的重力作用，上述举升装置无法对人体手臂自身的重力提供支撑力，从而使得人体手臂长时间举升时也很容易出现疲劳现象。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术要解决的技术问题是：如何提供一种能为人体手臂提供支撑，从而避免手臂过度疲劳的用于上肢举持作业的上肢外骨骼。为了解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：用于上肢举持作业的上肢外骨骼，包括背部组件，所述背部组件上设有用于穿戴在人体上肢的肩带组件，所述背部组件的下侧设有用于缠绕在人体腰部的腰部组件，所述背部组件的两侧对称设有肩部组件，还包括上臂组件，所述上臂组件包括棘轮棘爪机构和上臂杆，所述上臂杆与所述肩部组件通过第一轴向转动件转动连接，以适应人体肩关节的前屈和后伸运动，所述上臂杆远离其连接所述肩部组件的一侧还设有用于将所述上臂组件穿戴在人体上臂的绑缚机构，所述棘轮棘爪机构包括外圆周上设有多个具有齿形槽的棘轮、以及能够插入所述棘轮的齿形槽内的棘爪，所述棘爪设置在所述棘轮和所述绑缚机构之间，且所述棘爪通过第二轴向转动件转动连接在卡座上，所述卡座通过安装座固定连接在肩部组件上，所述棘轮固定连接在所述第一轴向转动件上，并能够跟随所述上臂杆运动，且所述棘爪在所述棘轮跟随所述上臂杆举升到设定角度时能够插入到对应位置的齿形槽内。在本方案中，以人体的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向。本技术的工作原理是：这样，在进行穿戴该上肢外骨骼时，将肩带组件穿戴在人体肩部，腰部组件缠绕在人体腰部，并将绑缚机构穿戴在人体手臂，由此完成该上肢外骨骼的穿戴。当人体抬升手臂进行举持作业时，人体手臂向上移动，人体手臂将带动上臂杆和棘轮一起绕肩部组件转动，由于棘爪是连接在卡座上，卡座是通过安装座固定在肩部组件上的，故此时棘轮也将相对棘爪转动，当棘轮跟随人体手臂举升到设定角度时，此时棘爪插入到对应位置棘轮的齿形槽内，棘爪的上表面将抵住棘轮，防止棘轮向下，由此也就阻碍了手臂的下垂，即对手臂在棘爪和棘轮的抵接处产生了向上托举的支撑力；当人体手臂需要改变举升角度时，人体手臂运动并带动上臂杆和棘轮运动，由于棘轮上的齿形槽是具有弹力的，故在棘轮随人体手臂运动时，棘爪将从前一个齿形槽内退出，直到人体手臂运动到下一个举升位置时，棘爪再插入到对应位置棘轮的齿形槽内，并为此时人体手臂产生一个向上托举的支撑力。本方案的上肢外骨骼是利用棘轮和棘爪抵接处的作用力来实现对人体手臂产生向上托举的支撑力的效果，故本方案的支撑力作用点是在棘轮和棘爪的抵接处，而棘轮和棘爪是设置在与人体上臂对应的位置，故与现有技术中在肩部设置支撑点的方式相比，本方案能有效的在人体手臂提供支撑力，从而避免人体手臂在长期举持作业中的过度疲劳，同时也不会引起人体肩关节的不适。优选的，所述棘爪处还设有复位弹簧，所述复位弹簧用于对所述棘爪产生一个回复力，所述棘轮上在人体手臂举升过程中最先靠近所述棘爪的齿形槽沿所述棘轮径向向外延伸的长度大于其余齿形槽向外延伸的长度，以使得最先靠近所述棘爪的齿形槽在人体手臂举升过程中能与所述棘爪相抵接并将所述棘爪卡回到该齿形槽内。这样，通过在棘爪处设置复位弹簧，利用复位弹簧对棘爪产生一个回复力，从而使得在人体手臂变化举升角度时，棘爪能在回复力的作用下顺利的从前面一个齿形槽退出并插入到另一个位置的齿形槽内，同时当人体手臂举升使得棘爪将棘轮的限位角走完后，棘爪将在拉簧的作用下复位，从而使得人体手臂可以自由放下；同时，将棘轮上在人体手臂举升过程中最先靠近棘爪的齿形槽沿棘轮径向向外延伸的长度设计的大于其余齿形槽向外延伸的长度，使得在再次举升手臂时，最先靠近棘爪的齿形槽能够顺利的将棘爪抓回，方便棘轮棘爪机构的复位。优选的，所述复位弹簧为拉簧，所述拉簧的一端与所述棘爪连接，所述拉簧远离其连接所述棘爪的一端固定在所述卡座上。这样，利用拉簧对棘爪产生一个回复力。优选的，所述复位弹簧为扭簧，所述卡座上还设有第三轴向转动件，所述述扭簧套设在所述第三轴向转动件上，且所述扭簧的两端分别固定在所述卡座和所述棘爪上。这样，利用扭簧对棘爪产生一个回复力。优选的，所述棘爪插入所述棘轮上首尾两个齿形槽时的位置分别对应于人体上臂举升角度为90°和180°的位置。这样，根据人体举升作业时的特点，人体手臂的最大举升角度为180°，且人体手臂的举升角度在低于90°时人体手臂不会产生很强的疲劳感，故将棘爪插入棘轮上首尾两个齿形槽时的位置分别对应于人体上臂举升角度为90°和180°的位置，这样使得在人体手臂举升角度为90°到180°的范围内，该上肢外骨骼装置为人体手臂提供向上的支撑力，从而有效满足人体举升作业时支撑需求。...

【技术保护点】
1.用于上肢举持作业的上肢外骨骼，包括背部组件，所述背部组件上设有用于穿戴在人体上肢的肩带组件，所述背部组件的下侧设有用于缠绕在人体腰部的腰部组件，所述背部组件的两侧对称设有肩部组件，其特征在于，还包括上臂组件，所述上臂组件包括棘轮棘爪机构和上臂杆，所述上臂杆与所述肩部组件通过第一轴向转动件转动连接，以适应人体肩关节的前屈和后伸运动，所述上臂杆远离其连接所述肩部组件的一侧还设有用于将所述上臂组件穿戴在人体上臂的绑缚机构，所述棘轮棘爪机构包括外圆周上设有多个具有齿形槽的棘轮、以及能够插入所述棘轮的齿形槽内的棘爪，所述棘爪设置在所述棘轮和所述绑缚机构之间，且所述棘爪通过第二轴向转动件转动连接在卡座上，所述卡座通过安装座固定连接在肩部组件上，所述棘轮固定连接在所述第一轴向转动件上，并能够跟随所述上臂杆运动，且所述棘爪在所述棘轮跟随所述上臂杆举升到设定角度时能够插入到对应位置的齿形槽内。/n

【技术特征摘要】
1.用于上肢举持作业的上肢外骨骼，包括背部组件，所述背部组件上设有用于穿戴在人体上肢的肩带组件，所述背部组件的下侧设有用于缠绕在人体腰部的腰部组件，所述背部组件的两侧对称设有肩部组件，其特征在于，还包括上臂组件，所述上臂组件包括棘轮棘爪机构和上臂杆，所述上臂杆与所述肩部组件通过第一轴向转动件转动连接，以适应人体肩关节的前屈和后伸运动，所述上臂杆远离其连接所述肩部组件的一侧还设有用于将所述上臂组件穿戴在人体上臂的绑缚机构，所述棘轮棘爪机构包括外圆周上设有多个具有齿形槽的棘轮、以及能够插入所述棘轮的齿形槽内的棘爪，所述棘爪设置在所述棘轮和所述绑缚机构之间，且所述棘爪通过第二轴向转动件转动连接在卡座上，所述卡座通过安装座固定连接在肩部组件上，所述棘轮固定连接在所述第一轴向转动件上，并能够跟随所述上臂杆运动，且所述棘爪在所述棘轮跟随所述上臂杆举升到设定角度时能够插入到对应位置的齿形槽内。


2.根据权利要求1所述的用于上肢举持作业的上肢外骨骼，其特征在于，所述棘爪处还设有复位弹簧，所述复位弹簧用于对所述棘爪产生一个回复力，所述棘轮上在人体手臂举升过程中最先靠近所述棘爪的齿形槽沿所述棘轮径向向外延伸的长度大于其余齿形槽向外延伸的长度，以使得最先靠近所述棘爪的齿形槽在人体手臂举升过程中能与所述棘爪相抵接并将所述棘爪卡回到该齿形槽内。


3.根据权利要求2所述的用于上肢举持作业的上肢外骨骼，其特征在于，所述复位弹簧为拉簧，所述拉簧的一端与所述棘爪连接，所述拉簧远离其连接所述棘爪的一端固定在所述卡座上。


4.根据权利要求2所述的用于上肢举持作业的上肢外骨骼，其特征在于，所述复位弹簧为扭簧，所述卡座上还设有第三轴向转动件，所述扭簧套设在所述第三轴向转动件上，且所述扭簧的两端分别固定在所述卡座和所述棘爪上。


5.根据权利要求1所述的用于上肢举持作业的上肢外骨骼，其特征在于，所述棘爪插入所述棘轮上首尾两个齿形槽时的位置分别对应于人体上臂举升角度为90°和180°的位置。


6.根据权利要求1所述的用于上肢举持作业的上肢外骨骼，其特征在于，所述棘轮上的齿形槽共6个，6个所述棘轮的齿形槽均匀分布在所述棘轮对应于人体上臂举升角度从90°到180°的外圆周上。


7.根据权利要求1所述的用于上肢举持作业的上肢外骨骼，其特征在于，所述肩部组件包括第一肩部连接件和第二...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎波，张榆，刘家红，周大山，刘闽超，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：新型
国别省市：重庆;50