【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及机器人与自动化领域，特别涉及一种轻型无源模块化助力外骨骼。
技术介绍
1、随着我国经济的迅速发展，人们对生活品质要求越来越高，外出旅游或徒步成为一种新型减压的方式，人们在外出游玩、登山或拜访亲朋好友时需携带大量的生活用品或当地特色等，并在负重条件下长时间行走，体能消耗巨大，生活的幸福感大大折扣。出门旅游的摄影爱好者行走高山、丛林或者小村庄，道路崎岖、难以通行，还需携带沉重的设备，外出途中会产生疲倦感，影响拍摄心情和质量。亟需解决在高山、丛林等复杂环境尤其是车辆无法到达区域的“背不动”、“走不远”、“走不快”等生活现实问题。
2、在登山活动、医疗救援、外出游玩等长距离行走的生活应用场景中，体能消耗大、易受伤、效率不高。轻型无源模块化助力外骨骼实际上是一种可穿戴式的机器人，可以辅助徒步行走中穿戴者携带更多的装备和生活物资，辅助医护人员突破地形限制，搬运医疗物资，转移伤员，故需研发轻型无源模块化助力外骨骼增强人体力量。
技术实现思路
1、为了克服任务人员在高山、丛林等复杂环境尤其是车辆无法到达区域的“背不动”、“走不远”、“走不快”等生活现实问题，本专利技术的目的在于提供一种轻型无源模块化助力外骨骼，轻型助力外骨骼可辅助下肢关节屈伸，增强肌肉力量，缓解肌肉疲劳，防止运动损伤，并且轻型助力外骨骼对人体运动自由度干扰小，灵活度高，可适应崎岖山路、陡坡、草丛等车辆无法到达区域中的行走需要，另外轻型助力外骨骼质量轻、模块化设计使得携带方便，与人体贴合度高，便于与设备的开
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种轻型无源模块化助力外骨骼，包括人机背负系统1、腿部支撑系统2和弹性助力系统3；所述人机背负系统1包括背负支架11、背部靠垫12、背带13、插拔卡扣14、伸缩扣15、腰封16、支撑托板17、支撑托板转轴18、支撑托板限位簧19、托板限位旋钮110和支撑插板111，主要实现与穿戴者连接适配及承载背负重物的功能；
4、所述腿部支撑系统2包括腰部插板21、髋部连接杆22、关节轴承盖23、髋关节上杆24、旋转套筒螺钉25、旋转套筒26、髋关节下杆27、腿部上侧杆28、腿部绑缚盖29、腿部伸缩管210、长度调节按钮211、柔性绑缚212、调节限位板213、调节复位簧214、腿部下侧杆215、踝关节杆216、踝关节转轴217、踝关节轴承218、足底支座219、足底连接垫220和鞋套221，将外骨骼及负载重物的部分重量通过腿部支撑系统传递到地面，减少了穿戴者的体能消耗，进而提升了穿戴者负重的能力；
5、所述弹性助力系统3包括弹性调节旋钮31、弹性调节端盖32、扭簧外壳端盖33、棘爪复位簧34、棘爪35、扭簧调节方轴36、棘轮复位簧37、棘轮38、扭簧转轴39、扭簧310、扭簧基座311、扭簧止动环312、扭簧调节环313、扭簧外壳314、关节轴315，将穿戴者行走时肢体动作产生的能量存储起来，释放能量用于助力行走动作，提升了穿戴者行走的持久性。
6、所述背部靠垫12、背带13和腰封16连接在背负支架11上，插拔卡扣14和伸缩扣15连接在背带13上，支撑托板17与支撑插板111通过支撑托板转轴18、支撑托板限位簧19和托板限位旋钮110连接组成一个整体，通过摩尔带安装在腰封16上。
7、所述背部靠垫12内部填充eva，增大和皮肤的缓冲，并在两块eva填充块中间设计内凹处，以形成空气流动散热，增加穿戴者长时间穿戴的舒适感。
8、所述腰封16，除了与背部靠垫12一样，内部填充eva、设计内凹处和采用透气材料以外，腰封16前端进行内凹式处理，便于穿戴者进行特殊行为(如弯腰，蹲，坐的行为)时缓解腰封对于肚子的压力，进一步提升了穿戴者穿戴的舒适感。
9、所述背带13的伸缩扣15用于调节背带13以适配不同身高的穿戴者。背带13设计的插拔卡扣14以及腰封16上的魔术贴和插拔卡扣与穿戴者牢固连接，防止穿戴者在剧烈运动过程中与外骨骼进行分离。
10、所述背负支架11和支撑托板17可以承载重物，将负载重物的重量分散到背部和腰部，一定程度上缓解了身体长时间单一受力点的酸痛。
11、所述髋部连接杆22安装在腰部插板21上，关节轴承盖23和髋关节上杆24安装在髋部连接杆22上，旋转套筒螺钉25、旋转套筒26和髋关节下杆27连接到髋关节上杆24上，髋关节下杆27连接腿部上侧杆28，腿部上侧杆28、腿部绑缚盖29、长度调节按钮211、柔性绑缚212、调节限位板213、调节复位簧214和腿部下侧杆215安装在腿部伸缩管210上，大腿和小腿采用相同的结构，踝关节杆216与腿部下侧杆215相连，踝关节转轴217和踝关节轴承218安装在踝关节杆216上，足底支座219连接到踝关节轴承218上，足底连接垫220和鞋套221安装到足底支座219上。
12、所述腿部支撑系统2采用模块化设计，腰部插板21通过摩尔带与人机背负系统1相连，可以手动直接分离。腿部上侧杆28和腿部下侧杆215通过按钮实现与腿部伸缩管210的分离。不需要借助工具将外骨骼进行模块化拆卸，便于收纳、携带和维护。
13、所述腿部支撑系统2的髋关节、膝关节和踝关节设计多个自由度，实现穿戴者屈曲-伸展、内旋-外旋、内收-外展等各种典型动作。
14、所述腿部上侧杆28和腿部下侧杆215标注刻度，可以通过长度调节按钮211、调节复位簧214和调节限位板213调节腿部上侧杆28和腿部下侧杆215的有效长度，可以针对不同身高需求的穿戴者进行调整。
15、所述柔性绑缚212内侧增加软质防磨层，外侧采用魔术贴和插拔卡扣与腿部固定，减小运动过程中与腿部的摩擦。
16、所述腿部支撑系统2与穿戴者密切接触且外骨骼延伸到地面，将负载重物和外骨骼的部分重量传递到地面，减轻穿戴者的体能消耗，提高了穿戴者负重的能力。
17、所述弹性调节端盖32和扭簧调节方轴36安装在弹性调节旋钮31上，扭簧外壳端盖33、扭簧调节环313安装在扭簧外壳314上，棘爪复位簧34、棘爪35连接到扭簧外壳端盖33上，扭簧转轴39通过棘轮复位簧37与扭簧调节方轴36和棘轮38相连，扭簧310一端与扭簧基座311相连另一端与扭簧转轴39相连，扭簧止动环312安装在扭簧调节环313上，关节轴315一端与扭簧基座311相连另一端与腿部支撑系统2相连。
18、所述弹性助力系统3的弹性具有调节功能，棘爪35和棘轮38具有单向的转动性能，通过弹性调节旋钮31转动改变扭簧310的伸缩量，进而可以调节弹性助力系统3的弹性。弹性调节旋钮31有标识，可以确保左右两条腿部机构弹性单元的弹性一致。
19、所述弹性助力系统3设计了弹性释放机构，通过按压弹性调节端盖32压缩棘轮复位簧34，使得棘爪35和棘轮38脱离，扭簧本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：包括人机背负系统(1)、腿部支撑系统(2)和弹性助力系统(3)；人机背负系统(1)包括背负支架(11)、背部靠垫(12)、背带(13)、插拔卡扣(14)、伸缩扣(15)、腰封(16)、支撑托板(17)、支撑托板转轴(18)、支撑托板限位簧(19)、托板限位旋钮(110)和支撑插板(111)，实现与穿戴者连接适配及承载背负重物的功能；腿部支撑系统(2)包括腰部插板(21)、髋部连接杆(22)、关节轴承盖(23)、髋关节上杆(24)、旋转套筒螺钉(25)、旋转套筒(26)、髋关节下杆(27)、腿部上侧杆(28)、腿部绑缚盖(29)、腿部伸缩管(210)、长度调节按钮(211)、柔性绑缚(212)、调节限位板(213)、调节复位簧(214)、腿部下侧杆(215)、踝关节杆(216)、踝关节转轴(217)、踝关节轴承(218)、足底支座(219)、足底连接垫(220)和鞋套(221)，将外骨骼及负载重物的部分重量通过腿部支撑系统传递到地面，减少了穿戴者的体能消耗，进而提升了穿戴者负重的能力；弹性助力系统(3)包括弹性调节旋钮(31)、弹性调节
2.根据权利要求1所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：背部靠垫(12)、背带(13)和腰封(16)连接在背负支架(11)上，插拔卡扣(14)和伸缩扣(15)连接在背带(13)上，支撑托板(17)与支撑插板(111)通过支撑托板转轴(18)、支撑托板限位簧(19)和托板限位旋钮(110)连接组成一个整体，通过摩尔带安装在腰封(16)上。
3.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：背部靠垫(12)内部填充EVA，增大和皮肤的缓冲，并在两块EVA填充块中间设计内凹处，以形成空气流动散热，增加穿戴者长时间穿戴的舒适感。
4.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述腰封(16)，除了与背部靠垫(12)一样，内部填充EVA、设计内凹处和采用透气材料以外，腰封(16)前端进行内凹式处理，便于穿戴者进行特殊行为(如弯腰，蹲，坐的行为)时缓解腰封对于肚子的压力，进一步提升了穿戴者穿戴的舒适感。
5.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述背带(13)的伸缩扣(15)用于调节背带(13)以适配不同身高的穿戴者；背带(13)设计的插拔卡扣(14)以及腰封(16)上的魔术贴和插拔卡扣与穿戴者牢固连接，防止穿戴者在剧烈运动过程中与外骨骼进行分离。
6.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述背负支架(11)和支撑托板(17)可以承载重物，将负载重物的重量分散到背部和腰部，一定程度上缓解了身体长时间单一受力点的酸痛。
7.根据权利要求1所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述髋部连接杆(22)安装在腰部插板(21)上，关节轴承盖(23)和髋关节上杆(24)安装在髋部连接杆(22)上，旋转套筒螺钉(25)、旋转套筒(26)和髋关节下杆(27)连接到髋关节上杆(24)上，髋关节下杆(27)连接腿部上侧杆(28)，腿部上侧杆(28)、腿部绑缚盖(29)、长度调节按钮(211)、柔性绑缚(212)、调节限位板(213)、调节复位簧(214)和腿部下侧杆(215)安装在腿部伸缩管(210)上，大腿和小腿采用相同的结构，踝关节杆(216)与腿部下侧杆(215)相连，踝关节转轴(217)和踝关节轴承(218)安装在踝关节杆(216)上，足底支座(219)连接到踝关节轴承(218)上，足底连接垫(220)和鞋套(221)安装到足底支座(219)上。
8.根据权利要求1所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述腿部支撑系统(2)采用模块化设计，腰部插板(21)通过摩尔带与人机背负系统(1)相连，可以手动直接分离，腿部上侧杆(28)和腿部下侧杆(215)通过按钮实现与腿部伸缩管(210)的分离，不需要借助工具将外骨骼进行模块化拆卸，便于收纳、携带和维护。
9.根据权利要求8所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述腿部支撑系统(2)的髋关节、膝关节和踝关节设计多个自由度，实现穿戴者屈曲-伸展、内旋-外旋、内收-外展等各种...
【技术特征摘要】
1.一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：包括人机背负系统(1)、腿部支撑系统(2)和弹性助力系统(3)；人机背负系统(1)包括背负支架(11)、背部靠垫(12)、背带(13)、插拔卡扣(14)、伸缩扣(15)、腰封(16)、支撑托板(17)、支撑托板转轴(18)、支撑托板限位簧(19)、托板限位旋钮(110)和支撑插板(111)，实现与穿戴者连接适配及承载背负重物的功能；腿部支撑系统(2)包括腰部插板(21)、髋部连接杆(22)、关节轴承盖(23)、髋关节上杆(24)、旋转套筒螺钉(25)、旋转套筒(26)、髋关节下杆(27)、腿部上侧杆(28)、腿部绑缚盖(29)、腿部伸缩管(210)、长度调节按钮(211)、柔性绑缚(212)、调节限位板(213)、调节复位簧(214)、腿部下侧杆(215)、踝关节杆(216)、踝关节转轴(217)、踝关节轴承(218)、足底支座(219)、足底连接垫(220)和鞋套(221)，将外骨骼及负载重物的部分重量通过腿部支撑系统传递到地面，减少了穿戴者的体能消耗，进而提升了穿戴者负重的能力；弹性助力系统(3)包括弹性调节旋钮(31)、弹性调节端盖(32)、扭簧外壳端盖(33)、棘爪复位簧(34)、棘爪(35)、扭簧调节方轴(36)、棘轮复位簧(37)、棘轮(38)、扭簧转轴(39)、扭簧(310)、扭簧基座(311)、扭簧止动环(312)、扭簧调节环(313)、扭簧外壳(314)、关节轴(315)，将穿戴者行走时肢体动作产生的能量存储起来，释放能量用于助力行走动作，提升了穿戴者行走的持久性。
2.根据权利要求1所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：背部靠垫(12)、背带(13)和腰封(16)连接在背负支架(11)上，插拔卡扣(14)和伸缩扣(15)连接在背带(13)上，支撑托板(17)与支撑插板(111)通过支撑托板转轴(18)、支撑托板限位簧(19)和托板限位旋钮(110)连接组成一个整体，通过摩尔带安装在腰封(16)上。
3.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：背部靠垫(12)内部填充eva，增大和皮肤的缓冲，并在两块eva填充块中间设计内凹处，以形成空气流动散热，增加穿戴者长时间穿戴的舒适感。
4.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述腰封(16)，除了与背部靠垫(12)一样，内部填充eva、设计内凹处和采用透气材料以外，腰封(16)前端进行内凹式处理，便于穿戴者进行特殊行为(如弯腰，蹲，坐的行为)时缓解腰封对于肚子的压力，进一步提升了穿戴者穿戴的舒适感。
5.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述背带(13)的伸缩扣(15)用于调节背带(13)以适配不同身高的穿戴者；背带(13)设计的插拔卡扣(14)以及腰封(16)上的魔术贴和插拔卡扣与穿戴者牢固连接，防止穿戴者在剧烈运动过程中与外骨骼进行分离。
6.根据权利要求2所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述背负支架(11)和支撑托板(17)可以承载重物，将负载重物的重量分散到背部和腰部，一定程度上缓解了身体长时间单一受力点的酸痛。
7.根据权利要求1所述一种轻型无源模块化助力外骨骼，其特征在于：所述髋部连接杆(22)安装在腰部插板(21)上，关节轴承盖(23)和髋关节上杆(24)安装在髋部连接杆(22)上，旋转套筒螺钉(25)、旋转套筒(26)和髋关节下杆(27)连接到髋关节上杆(24)上，髋关节下杆(27)连接腿部上侧杆(28)，腿部上侧杆(28)、腿部绑缚盖(29)、长度调节按钮(211)、柔性绑缚(212)、调节限位板(213)、调节复位簧(214)和腿部下侧杆(215)安装在腿部伸缩管(210)上，大腿和小腿采用相同的结构，踝关节杆(216)与腿部下侧杆(215)相连，踝关节转轴(217)和踝关节轴承(218)安装在踝关节杆(216)上...
【专利技术属性】
技术研发人员：王新蕊，李鹏杰，李小奇，许国强，司访，杨争坤，吕梦柔，李文涛，朱益梁，刘达，张志远，孟令森，李楠，伍博文，张培峰，
申请(专利权)人：中国兵器装备集团兵器装备研究所，
类型：发明
国别省市：
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