CN101744450B - 均力背具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种均力背具，其构成有刚性承物架、承压板和刚性肩负架，以承压板作为竖直立面，承压板位于刚性承物架与刚性肩负架相互连接所形成的立面内，刚性承物架与刚性肩负架呈定向性固定连接，即刚性承物架与刚性肩负架在垂直于承压板面的法线方向是刚性连接，承压板和刚性肩负架与人体接触的部位设置有受力缓冲装置。该背具特有的“刚柔相济”结构，使人体的肩、背、胸和腰(腹)都能受力，并以肩部向下压力为主。充气气囊、弹性垫层起到减小人体局部压强作用。该均力背具随动性好，穿戴方便，尤如着一“贴身背心”；该均力背具调节方便，能适合不同背负者的身体状态；背具各部分结构件是以简便常规方式组装，易操作；具有广泛的应用前景。

Description

均力背具

技术领域

本发明涉及一种背具，尤其是一种对于人体受力均匀、背负随动性能好的背具。

背景技术

背具是人类负重行走经常用到的装备，传统背具的胸前背带为柔软的带子，使所背物品的重量大部分压在肩部，当所负重物比重较大，重心较低时，后坠感觉比较突出，长时期背负，肩部易疲劳。

传统背具通过提高所肩负重物的重心来减轻肩负疲劳、便于行走，但传统背具也会因承物背囊是软性的，而难以找到固定重物以提高重心的有效结构形式。

另外，传统背具中，人体与所背重物之间是以柔软背带维系，人体与重物相对分离，随动性差，有时需要用手拉固。

发明内容

本发明的目的是克服现有背具受力不均匀，人体局部负担过大，易产生疲劳的不足，提供一种类似背心的穿戴式均力背具。

为实现上述目的，本发明的技术方案是，该均力背具的构成包括有刚性承物架、承压板和刚性肩负架，以承压板作为竖直立面，承压板位于刚性承物架与刚性肩负架相互连接所形成的立面内，刚性承物架与刚性肩负架呈定向性固定连接，即刚性承物架与刚性肩负架在垂直于承压板面法线的方向是刚性连接。

鉴于本发明所述均力背具使用状态呈三维立体框架形式，为描述方便，现对均力背具的座标方向做出约定，此约定是以背负者身体朝向作为基准，约定背负者背部的朝向（向后方向）为X轴正方向，背负者头部的朝向（向上方向）为Y轴正方向，背负者身体左侧的朝向（向左方向）为Z轴正方向。如附图1所示。刚性承物架与刚性肩负架在垂直面方向（X轴与Y轴所构成的垂直面）是刚性连接，而两者在水平面方向（X轴与Z轴所构成的水平面）则是可活动连接，即刚性肩负架在水平方向（Z轴方向）可相对于刚性承物架做定点转动，使背具又具有“柔性”。由此结构特征，形成了本发明均力背具“刚柔相济”的突出特点。背具的“刚性”实现了所背负重力的有效分解，达到均力之目的，而背具的“柔性”则克服了全刚性所形成的不方便背负，无法拆装折叠之不足。

下面对本发明均力背具做简单力学分析，由于刚性承物架与刚性肩负架是在X轴方向上排布并连接的，所以，连接后的刚性承物架与刚性肩负架在垂直面（X轴与Y轴构成垂直面）呈现刚性，即当刚性承物架位于人体身后并承受重力时，整个背具会呈现顺时针旋转趋势，相反，当刚性承物架位于人体胸前并承受重力时，整个背具会呈现逆时针旋转的趋势，由于人体紧贴承压板，限制了背具整体旋转趋势，从而以刚性承物架与刚性肩负架连接处为支点并以承压板为支撑面，形成了“杠杆”结构，进而将承架物所承载重物重力分配到人体的肩部、胸部、腰部和背部。

在上述技术方案中，所述均力背具有“前负”和“后背”两种使用状态，所谓“前负”，是承压板紧贴于人体前胸，承物架及重物位于人体胸前，所谓“后背”即传统背负形式，是承压板紧贴于人体背部，承物架及重物位于人体身后。

在上述技术方案中，在背具与人体接触部位设置受力缓冲装置，缓冲装置为充气气囊，所谓透气是指气囊表面呈凸凹状，便于透气和增强气囊的支撑度。基于充气气囊的软性结构，充气气囊一方面增加背具与人体接触的面积从而减小对人体的压强；另一方面增加了背具对于不同人体的适应性，起到因人制宜的调节功能。另外，受力缓冲装置还可以是弹性垫层，该弹性垫层包覆于刚性肩负架外部，同样能以减少刚性肩负架对人体各部位的压强，增加人体背负时的舒适感。 

以上述技术方案为基础，本发明进一步给出了具体均力背具的结构方案，该均力背具结构特点为，所述刚性承物架分为左右对称的竖立杆部分和横向杆部分，并且各侧的竖立杆和横向杆连接成为一整体，承压板设置于刚性承物架的两个竖立杆之间，刚性肩负架为两个，且左右对称，每个刚性肩负架为一整体，肩负架从上至下按其功能作用可划分为肩担横杆部分、侧围杆部分和竖立杆部分，两个刚性肩负架的竖立杆分别与承物支架的两根竖立杆呈可活动方式连接，即连接后，刚性肩负架能以其竖立杆为轴转动。

在上述均力背具结构技术方案中，所述刚性承物架横向杆既可位于竖立杆的下部构成为“L”形状，也可位于竖立杆的上部构成为“Γ”形状。 

在上述均力背具结构技术方案中，所述刚性承物架由两根对称支架构成，该支架的竖立杆（Y轴方向）和横向杆（X轴方向）之间呈九十度，两个横向杆端头各自向相对的横向杆端（Z轴方向）延伸并以铰链方式连接，两个横向杆中部设置有连接杆，且该连接杆长度可调，进而调整承物支架竖直立杆的张开度。

在上述均力背具结构技术方案中，所述肩负架侧围杆由上、中、下三段构成，侧围杆上段与肩担横杆为整体部件，侧围杆上段与侧围杆中段之间相互嵌套且通过螺纹做伸缩调节，侧围杆下段与肩负架的竖立杆为整体部件，侧围杆中段与侧围杆下段之间则由弹性伸缩调节锁定机构相连接。

在上述均力背具结构技术方案中，所述刚性肩负架顶部的肩担横杆处设置有受力缓冲装置，该受力缓冲装置由硬质基板和依附该基板的充气气囊构成，硬质基板与肩担横杆之间呈可转动方式连接。

在上述均力背具结构技术方案中，所述弹性伸缩调节锁定机构由弹簧、圆环头螺栓、柱芯构成，弹簧置于侧围杆下段套管内，柱芯置于侧围杆中段套管内，弹簧的底端固定于侧围杆下段套管，弹簧的上端则钩挂于侧围杆中段套管，中段套管可在下段套管中做弹性伸缩运动，圆环头螺栓旋入柱芯的螺纹孔，使得中段套管、下段套管与柱芯三者这间的位置固定。

在上述均力背具结构技术方案中，所述承压板由硬质基板和依附该基板的充气气囊构成，硬质基板连接于承物架两个竖立杆之间，且承压板的形状与人体背部曲面相吻合，承压板立侧边开有通孔，该承压板与承物支架两个竖直立杆通过弹性线绳连接为一体。

在上述均力背具结构技术方案中，所述刚性肩负架中部的两根弧形侧围杆之间设置有腰腹带，该腰腹带长度可调节并可扣锁和开锁。

在上述均力背具结构技术方案中，承物架竖立杆上端设置有连接件，该连接件上设置有两条长度可调节的胸前护带，此胸前护带一端固定于连接件，另一端则连接于腰腹带。

本发明的优点在于：

1、均力。当本发明定向刚性的独特结构设计使得该均力背具承载重物时，其主要受力点为肩部，是向下的压力，同时人体的背部和前胸均受力，这也分解掉部分重力，减轻了肩部的压力，此时，承重背具与和人体之间还由于存在相对运动的趋势（下滑）产生摩擦力，该静摩擦力的方向向上克服了承重背具的部分重力，减轻了承重背具在人体肩部的压力。另外，设置于刚性肩负架、承压板与人体之间的受力缓冲装置（如充气气囊或弹性垫层）也起到减小人体局部压强的作用。 

2、随动性好。承重背具由于重力作用在人体的前后两侧均产生压力，使载物架贴紧人体；尤如一“贴身背心”，当背负者处于行走颠簸状态时，该背具的跟随性特点尤其突出； 

3、此均力背具穿戴方便，并有多处调整机构，能适用于不同背负者的身体状态，不同的承物架结构和不同的背负形式（身后背或胸前背），拓展了此均力背具的应用领域；

4、此均力背具是由多结构件以简便常规方式组装而成，易操作，背具零散状态体积紧凑，仓储运输方便。

附图说明

图1是本发明实施例一，从侧后方向看背具的结构示意图。

图2是本发明实施例一，从侧前方向看背具的结构示意图。

图3是本发明实施例一，背具所有零部件示意图。

图4是本发明实施例一，从侧面看背具的弹性伸缩调节锁定机构（锁定状态的结构示意图。

图5是图4局部结构放大示意图。

图6是本发明实施例一，从侧面看背具的弹性伸缩调节锁定机构（未锁定状态）的结构示意图。

图7是图6局部结构放大示意图。

图8是本发明实施例一，人体背负状态的侧后面示意图。

图9是本发明实施例一，人体背负状态的侧前面示意图。

图10是本发明背具使用状态之一示意图。

图11是本发明背具使用状态之二示意图。

图12是本发明背具使用状态之三示意图。

图13是本发明背具使用状态之四示意图。

以上附图中，1是托杆，2是托杆，3是销钉，4是销钉，5是销钉，6是连接杆，7是连接杆，8是旋转套筒，9是承物架竖立杆，10是肩负架竖立杆，11是双孔套管，12是螺帽，13是侧围杆上段，14是侧围杆中段，15是侧围杆下段，16是肩担横杆，17是弹簧，18是圆环头螺栓，19是柱芯，20是气囊垫肩，21是硬质基板，22是充气气囊，23是承压板，24是硬质基板，25是充气气囊，26是腰腹带，27是连接件，28是胸前护带。

具体实施例

下面结合附图，介绍本发明两个实施例。

实施例一：

本实施例所给出均力背具的外观形状及结构如图1、图2所示。本实施例承物架的横杆位于竖立杆的下端，从侧面看呈现为“L”形状。图3为该均力背具各零部件图。

本实施例中，承物架由两个对称的支架构成，两个支架Z轴方向的托杆1和托杆2通过销钉3铰接，两个支架X轴方向的支杆之间通过销钉4和销钉5连接有连接杆6、连接杆7（连接杆是沿Z轴方向设置），带有外螺纹的连接杆6、连接杆7以及带有内螺纹的旋转套筒8构成了连接杆长度调节机构，当旋转套筒8旋转时，以承物架托杆1和托杆2销钉铰接点为连接点，可使承物架X轴方向横向杆之间距离扩大或缩小，以适应不同人体肩宽的需要。

本实施例中，承物架竖立杆9与肩负架竖立杆10之间通过双孔套管11连接，承物架竖立杆9固定于双孔套管11的一个插孔，肩负架竖立杆10则插入双孔套管11的另一个插孔内，左右肩负架均可以其竖立杆为轴（即Y轴）转动，实现左右肩负架的开启和闭合，以方便人员穿戴背具，此外肩负架竖立杆10的Y轴方向相对于承物架的高度通过肩负架竖立杆10上部的螺帽12来调节，这样可根据所背负重量重心的高低，调节到较合适的位置。

本实施例中，刚性肩负架由侧围杆上段13、侧围杆中段14、侧围杆下段15两两相接组装而成，侧围杆上段13与肩担横杆16为整体部件，侧围杆上段13与侧围杆中段14之间相互嵌套且通过螺纹调节伸缩，以适合背负者的身高。

本实施例中，侧围杆下段15与肩负架的竖立杆为整体部件，侧围杆中段14与侧围杆下段15之间则由弹性伸缩调节锁定机构相连接。图4表示出背具该弹性伸缩调节锁定机构锁定状态结构示意图，图5是图4的局部放大，表明了弹性伸缩调节锁定机构锁紧状态的具体结构。图6表示背具该弹性伸缩调节锁定机构未锁定状态结构示意图，图7是图6的局部放大，表明了弹性伸缩调节锁定机构处于未锁紧状态的具体结构。弹性伸缩调节锁定机构由弹簧17、圆环头螺栓18、柱芯19构成，弹簧17置于侧围杆下段15套管内，柱芯19置于侧围杆中段14套管内，弹簧17的底端固定于侧围杆下段15套管，弹簧17的上端则钩挂于侧围杆中段14套管，中段套管可在下段套管中伸缩运动，圆环头螺栓18旋入柱芯19的螺纹孔，使得中段套管、下段套管与柱芯三者之间的位置固定。实际调节过程是，旋拧松开圆环头螺栓18，侧围杆中段14相对于侧围杆下段15的位置可以变化，此时只要克服弹簧17的拉力即可，当调节到适合位置时，再旋入拧紧圆环头螺栓18，侧围杆中段14与侧围杆下段15之间即固定，不再会发生位移。此结构使得肩负架在X轴方向和Y轴方向均可实现调节，以适应人体不同高度和不同厚度的要求。

本实施例中，气囊垫肩20由硬质基板21和依附基板的充气气囊22构成，充气气囊22贴近人体的一面由软性手感舒适材料制成，气囊垫肩20既连接定位于肩负架肩担横杆16下方，气囊垫肩20还可以围绕肩担横杆16转动，充气气囊设置有充气嘴，当背负者背起背具后，通过手动充气装置对充气气囊充气以达到人体肩部感觉舒适程度为宜。肩部气囊结构通过充气方式达到对于人体曲线的自然吻合。

本实施例中，承压板23也是由硬质基板24和依附该基板的充气气囊25构成，硬质基板与承物架竖立杆之间是以弹性绳索连系，以适应承物架的开度调节。背部的充气气囊贴近人体的一面为软性手感舒适材料，背部气囊面呈丘陵状结构，以增强透气性，同时突出了背部的重点着力部位。背部充气气囊设置有充气嘴，当背负者背起背具后，通过手动充气装置对背部充气气囊充气以达到人体背部全面受力，达到与人体背部曲线的自然吻合，感觉舒适为宜。

本实施例中，刚性肩负架中部的两根弧形侧围杆之间设置有腰腹带26，该腰腹带长度可调节并可扣锁和开锁。

本实施例中，承物架竖立杆上端设置有连接件27，该连接件上设置有两条长度可调节的胸前护带28，此胸前护带一端固定于连接件，另一端则连接于腰腹带26。

本实施例尤其适合用于背负比重较大物品，如移动作业所需要背负的小型动力设备。图8和图9分别为人体处于背负状态时的示意图。背具与人体柔性接触，所背负重量均匀地分散到人体各个部位，双肩承担了所背负重量的约80%，作力于人体背部的背具承压板与作力于人体胸部的刚性肩负架侧围杆之间形成了一对能相互平衡的力点，而该平衡力点使得人体肩部受到的重力基本是竖直向下的，这样当人体运动或作业过程中经常弯腰，人体与地面的倾斜角时常变化时，所背负物品重量基本还是落在两肩。本实施例背具简单受力分析情况如图10所示，所背负物品的重力可分解为F1、F2、F3和F4，F1是指由背具气囊垫肩作用于人体肩部的向下压力，F2是指由背具侧围杆上段和中段作用于人体胸前部推力，F3是指由承物架作用于人体背部的压力，F4是指由背具承压板与人体背部的摩擦阻力。通过受力分析，可以形象的认为，穿戴本实施例背具就类似穿着一件较重的背心，背具与人体之间相吻合地依附并结合，背负者行走自如，身体局部不会产生过度承受重量而带来的疲劳，尤其当背负者需要弯腰作业时，此背具更能显示出其随动性好的特点。

实施例二：

本实施例所给出均力背具的结构与实施例一基本相同，差别在于，实施例二承物架的横杆位于竖立杆的上端。如图11所示，从侧面看承物架呈现为“Γ”形状。

此结构承物架一方面可以在横杆下方悬挂重物以提高所负重物的重心位置，另一方面还可以在横杆上方固定承载物。

本实施例物品重力分解如图11所示，F1是人体肩部受到向下的压力，F2 是人体胸前部所受到背具侧围杆上段和中段指向人体的推力，F3是人体背部受到的承物架压力，F4是人体背部受到的，与背具承压板之间的摩擦阻力。

实施例三：

本实施例是本发明背具的另一种穿戴形式，即承物架位于胸前，重物置于所背负人面前，以方便对承载物的照看和操作。如附图12和附图13所示。在有些场合，如所背负的是移动装置（如探测装置或操作装置），且该移动装置比重较大，重量较重。

本实施例物品重力分解如图12和图13所示，F1仍然是人体肩部受到向下的压力，F2 是人体后背肩受到背具侧围杆上段和中段指向人体的推力，F3是人体胸前部受到的承物架压力，F4是人体胸部受到的，与背具承压板之间的摩擦阻力。

根据人体前胸和后背的生理特点，可以对该背具进行针对性的改进，使其穿戴更舒适，受力更均匀。

Claims (8)

1.一种均力背具，其特征在于：该均力背具的构成包括有刚性承物架、承压板和刚性肩负架，以承压板作为竖直立面，承压板位于刚性承物架与刚性肩负架相互连接所形成的立面内，刚性承物架与刚性肩负架在垂直于承压板面法线的方向是刚性连接，所述刚性承物架分为左右对称的竖立杆和横向杆，并且各侧的竖立杆和横向杆连接成为一整体，所述刚性承物架由两根对称支架构成，该支架的竖立杆和横向杆之间呈九十度，两个横向杆端头各自向相对的横向杆端延伸，并以铰链方式连接，两个横向杆中部设置有连接管，且该连接管长度可调，进而调整承物支架竖直立杆的张开度；承压板设置于刚性承物架的两个竖立杆之间，刚性肩负架为两个，且左右对称，每个刚性肩负架为一整体，刚性肩负架从上至下按其功能作用可划分为肩担横杆、侧围杆和竖立杆，两个刚性肩负架的竖立杆分别与刚性承物架的两根竖立杆呈可活动方式连接，即连接后，刚性肩负架能以其竖立杆为轴转动。

2.根据权利要求1所述的均力背具，其特征在于：所述承压板和刚性肩负架与人体接触的部位设置有受力缓冲装置，该受力缓冲装置为弹性垫层。

3.根据权利要求1所述的均力背具，其特征在于：所述刚性承物架横向杆既可位于竖立杆的下部构成为“L”形状，也可位于竖立杆的上部构成为“Γ”形状。 

4.根据权利要求1所述的均力背具，其特征在于：所述刚性肩负架侧围杆由上、中、下三段构成，侧围杆上段与肩担横杆为整体部件，侧围杆上段与侧围杆中段之间相互嵌套且通过螺纹做伸缩调节，侧围杆下段与刚性肩负架的竖立杆为整体部件，侧围杆中段与侧围杆下段之间则由弹性伸缩调节锁定机构相连接。

5.根据权利要求1或4所述的均力背具，其特征在于：所述刚性肩负架顶部的肩担横杆处设置有受力缓冲装置，该受力缓冲装置由硬质基板和依附该硬质基板的充气气囊构成，硬质基板与肩担横杆之间呈可转动方式连接，所述刚性肩负架侧围杆被弹性垫层包覆。

6.根据权利要求4所述的均力背具，其特征在于：所述弹性伸缩调节锁定机构由弹簧、圆环头螺栓、柱芯构成，弹簧置于侧围杆下段套管内，柱芯置于侧围杆中段套管内，弹簧的底端固定于侧围杆下段套管，弹簧的上端则钩挂于侧围杆中段套管，中段套管可在下段套管中做弹性伸缩运动，圆环头螺栓旋入柱芯的螺纹孔，使得中段套管、下段套管与柱芯三者之间的位置固定。

7.根据权利要求1所述的均力背具，其特征在于：所述承压板由硬质基板和依附该基板的充气气囊构成，硬质基板连接于承物架两个竖立杆之间，且承压板的形状与人体背部曲面相吻合，承压板立侧边开有通孔，该承压板与承物支架两个竖直立杆通过弹性线绳连接为一体。

8.根据权利要求1所述的均力背具，其特征在于：所述刚性肩负架中部的两根侧围杆之间设置有腰腹带，该腰腹带长度可调节并可扣锁和开锁；所述刚性承物架竖立杆上端设置有连接件，该连接件上设置有两条长度可调节的胸前护带，此胸前护带一端固定于连接件，另一端则连接于腰腹带。

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