正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统技术方案

本发明专利技术提供了一种正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，包括变刚度模块、控制模块、驱动模块以及结构件，所述变刚度模块穿戴在人体上，包括刚性状态和柔性状态，所述控制模块输出控制命令；所述驱动模块执行控制命令并能够驱使所述变刚度模块在刚性状态和柔性状态之间切换，所述控制模块、驱动模块、变刚度模块通过所述结构件穿戴在人体上。本发明专利技术采用全新的颗粒拥塞变刚度穿戴式系统设计，利用颗粒受压后相互挤压不能相互移动形成刚度增加解除挤压后恢复柔性的特性，通过控制柔性囊体内的压力轻松实现对人体不同关节的助力，具有低成本、操作方便、持久性好的优点。持久性好的优点。持久性好的优点。

【技术实现步骤摘要】
正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统


[0001]本专利技术涉及工作辅助设备
，具体地，涉及一种正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统。

技术介绍

[0002]在人们进行一些特殊工作，如对头顶上方工位进行操作，或人体处于仰卧姿势进行一些工作，肢体长时间保持一个姿势，人很容易产生疲劳，需要中断休息，且工作容易出错。此时支撑关节进行助力可以减小人体工作时的能量消耗，延长工作时间，减少疲劳从而降低出错率。
[0003]现有工作姿势助力方面的产品极为有限。一些刚性固定式的支具可用于该领域，但其不可变形状限制了人体正常活动，且刚性支架增加了人机交互的危险性及不舒适度。外骨骼机器人能够胜任该工作，但结构复杂且成本高，造成资源浪费。变刚度设备可用于所述工作领域，但现有变刚度设备都采用负压力抽真空挤压的方式增大刚度，压力变化最多一个大气压，刚度变化范围很有限，能提供的助力较小。因此，一款成本低廉且有效的变刚度关节助力设备将对需要长时间保持特殊工作姿势的工作人员提供极大的帮助。
[0004]专利文献CN111660284A公开了一种具有辅助支撑功能的可穿戴协作机器人，包括：两台多自由度辅助操作机械臂、可穿戴背板、两台三自由度辅助支撑腿、驱动与传动模块、传感模块、控制模块、电源模块；所述多自由度辅助操作机械臂包括：机械臂本体和末端执行装置；所述三自由度辅助支撑腿包括：短连杆、长连杆、伸缩杆、末端支撑装置，伸缩杆通过轴向伸缩改变支撑腿长度，髋部关节用于改变支撑腿前后及左右摆角；所述可穿戴背板包括：双臂基座、支撑腿基座、电源基座、控制卡槽以及与人体连接的绑带。控制模块与传感模块、驱动和传动模块连接，控制双臂和支撑腿的运动，但该设计质量较大且成本较高。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统。
[0006]根据本专利技术提供的一种正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，包括：
[0007]变刚度模块，穿戴在人体上，包括刚性状态和柔性状态；
[0008]控制模块，输出控制命令；
[0009]驱动模块，执行控制命令并能够驱使所述变刚度模块在刚性状态和柔性状态之间切换；
[0010]结构件，所述控制模块、驱动模块、变刚度模块通过所述结构件穿戴在人体上。
[0011]优选地，所述变刚度模块包括第一端盖、颗粒、柔性囊体、第二端盖、导气管以及柔性外壳；
[0012]所述柔性外壳的内部设置有第一容纳空间，所述柔性囊体安装在所述第一容纳空间中，所述柔性外壳和柔性囊体之间形成第二容纳空间，所述颗粒填充在所述第二容纳空
间中；
[0013]所述第一端盖安装在所述柔性外壳的一端，所述第二端盖安装在所述柔性外壳的另一端，所述导气管的一端连接所述柔性囊体，所述导气管的另一端穿过所述第二端盖并延伸到所述柔性外壳的外部连接所述驱动模块。
[0014]优选地，所述驱动模块包括电源以及驱动器，所述驱动器与所述电源电连接。
[0015]优选地，所述驱动器采用马达气泵。
[0016]优选地，所述控制模块包括按键、电磁阀以及微处理器；
[0017]所述微处理器分别与所述按键、电磁阀、驱动模块信号连接。
[0018]优选地，所述电磁阀为三通阀，其中，所述电磁阀的第一端口与所述驱动模块，所述电磁阀的第二端口与所述变刚度模块所具有的柔性囊体连接，所述电磁阀的第三端口与外部大气连接。
[0019]优选地，能够采用多个所述变刚度模块并联的方式穿戴在人体用以匹配不同的人体辅助支撑需求。
[0020]优选地，所述结构件包括端盖连接器以及绑带；
[0021]所述端盖连接器连接所述变刚度模块的端部并通过所述绑带穿戴在人体上。
[0022]优选地，所述柔性外壳采用布料绕成，所述布料采用不可拉伸的布料；
[0023]所述柔性外壳的两端分别与所述第一端盖、第二端盖缝合或粘接。
[0024]优选地，所述柔性囊体采用如下任一种结构：
[0025]‑
采用硅胶浇注成形，所述柔性囊体在浇注时完成所述导气管密封连接；
[0026]‑
采用长条形气球多层叠放结构，所述柔性囊体与所述导气管采用线绳扎紧并采用粘接实现密封连接。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：
[0028]1、本专利技术采用全新的颗粒拥塞变刚度穿戴式系统设计，利用颗粒受压后相互挤压不能相互移动形成刚度增加解除挤压后恢复柔性的特性，通过控制柔性囊体内的压力轻松实现对人体不同关节的助力，具有低成本、操作方便、持久性好、质量小的优点。
[0029]2、本专利技术通过正压力使内部气囊膨胀挤压颗粒实现变刚度，气囊内部只接触压缩气体，外部接触颗粒；而负压力的情况是外壳收缩，内部接触颗粒，外部接触工作环境，更加容易损害，因此本专利技术比负压力实现变刚度能实现的刚度变化范围更大，且使用寿命将更长。
[0030]3、本专利技术能够通过改变绑带固定在人身上的位置轻松实现对人体不同关节的助力，可配置性强。
[0031]4、本专利技术针对现有辅助设备存在的问题，设计了一款满足特殊工作需求的颗粒拥塞变刚度穿戴式系统。该项目的实施有助于推进相关产品的研发与应用，提高工人的工作能力。
[0032]5、本专利技术利用正气压作为刚度变化的能量来源，刚度大小与其他压力呈正相关，刚度变化范围大，当到达所需刚度后能够通过阀保持压力，无须气压源连续工作，节约能源。
附图说明
[0033]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
[0034]图1为正压力变刚度模块工作原理示意图；
[0035]图2为正压力变刚度模块穿戴系统结构示意图。
[0036]图中示出：
[0037]第一端盖1
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驱动器8
[0038]颗粒2
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变刚度模块9
[0039]柔性囊体3
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端盖连接器10
[0040]第二端盖4
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第一容纳空间11
[0041]导气管5
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绑带12
[0042]电磁阀6
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第二容纳空间13
[0043]微处理器7
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柔性外壳14
具体实施方式
[0044]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，其特征在于，包括：变刚度模块(9)，穿戴在人体上，包括刚性状态和柔性状态；控制模块，输出控制命令；驱动模块，执行控制命令并能够驱使所述变刚度模块(9)在刚性状态和柔性状态之间切换；结构件，所述控制模块、驱动模块、变刚度模块(9)通过所述结构件穿戴在人体上。2.根据权利要求1所述的正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，其特征在于，所述变刚度模块(9)包括第一端盖(1)、颗粒(2)、柔性囊体(3)、第二端盖(4)、导气管(5)以及柔性外壳(14)；所述柔性外壳(14)的内部设置有第一容纳空间(11)，所述柔性囊体(3)安装在所述第一容纳空间(11)中，所述柔性外壳(14)和柔性囊体(3)之间形成第二容纳空间(13)，所述颗粒(2)填充在所述第二容纳空间(13)中；所述第一端盖(1)安装在所述柔性外壳(14)的一端，所述第二端盖(4)安装在所述柔性外壳(14)的另一端，所述导气管(5)的一端连接所述柔性囊体(3)，所述导气管(5)的另一端穿过所述第二端盖(4)并延伸到所述柔性外壳(14)的外部连接所述驱动模块。3.根据权利要求1所述的正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，其特征在于，所述驱动模块包括电源以及驱动器8，所述驱动器8与所述电源电连接。4.根据权利要求3所述的正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，其特征在于，所述驱动器8采用马达气泵。5.根据权利要求1所述的正压力颗粒拥塞的变刚度穿戴系统，其特征在于，所述控制模块包括按键、电磁阀(6)...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏海生，刘天鑫，李智军，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：