CN105055128B - 一种用于缓解疲劳的助力工具 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于缓解疲劳的助力工具，包括平衡机架、支腿、工具连接臂以及用于防止平衡机架失衡的配重装置，所述平衡机架连接于支腿上，所述工具连接臂与配重装置相对设置在平衡机架上。本发明能保证配带者的灵活性，运用杠杆原理，将配带者在工作过程中身上所承受的负载转移到地面上，既节省了操作者的体力，又避免了肌肉疲劳或拉伤等伤害。本发明的特点为无动力源支持，这一特点降低了本发明的结构复杂性和制造成本，有利于市场推广与应用。它可以帮助配带者不需花费太多力气就可以长时间举持砂轮机、气动扳手等工具，适合应用于需长时间握住机械工具进行作业的环境，如大型船只的维修等。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业系统助力工具，具体涉及一种用于缓解疲劳的助力工具。
背景技术
近年来，人体穿戴式助力机构的研究逐渐兴起，目的是将人类的智力和机器人的“体力”结合在一起，既避免了机器人模拟人的智能带来的机械系统的复杂性，同时又能使人具有机器的力量、耐力和速度。其主要应用于医疗康复、工业生产、单兵作战等领域。
目前已公布的各种人体穿戴式助力机构，其功能包括提高负重行走能力，重型物资搬运助力，举起和降下重型负载，人体下肢运行障碍康复等，功能主要集中于人体助力行走。其共同特点是在动力源的支持下，通过传感器采集人体信号反馈给控制单元，经过控制单元的逻辑处理后，下达指令使动力执行单元完成动作，以实现相应功能。这样会带来下肢运动趋势预测机制设计、机器人控制策略的制定与实施、动力源和轻便、高效的自给能源装置等一系列关键问题。而目前这些有待解决的问题导致人体穿戴式助力机构在实现相应功能的过程中，无法达到其理想的效果，同时昂贵的制造成本也使其仅仅停留在科学研究阶段，无法广泛应用于工业生产中。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种用于缓解疲劳的助力工具。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种用于缓解疲劳的助力工具，包括平衡机架、支腿、工具连接臂以及用于防止平衡机架失衡的配重装置，所述平衡机架连接于支腿上，所述工具连接臂与配重装置相对设置在平衡机架上；
所述支腿为两个，每个支腿包括大腿杆、小腿杆、使支腿相对平衡机架前后摆动一定范围的髋关节转角限位机构、使小腿杆相对大腿杆前后摆动一定范围的膝关节转角限位机构，所述大腿杆上部通过髋关节转角限位机构与平衡机架连接，大腿杆下部通过膝关节转角限位机构连接在小腿杆的上部；
所述膝关节转角限位机构包括第一关节块、第二关节块以及将第一关节块与第二关节块铰接起来的第一铰轴，第一关节块和第二关节块相接触的面上分别设置有第一限位凸块和第一弧形限位槽，第一限位凸块滑动连接在第一弧形限位槽中；
膝关节转角限位机构的第一关节块和第二关节块分别与大腿杆和小腿杆连接；
当支腿处于竖直状态时，膝关节转角限位机构的第一限位凸块位于第一弧形限位槽的下限位处。
优选的，所述配重装置包括砝码、砝码安装架以及伸缩臂，所述砝码安装于砝码安装架上，所述伸缩臂一端连接在平衡机架上，另一端与砝码安装架连接。
优选的，所述伸缩臂包括主臂、滑臂以及限位机构，所述限位机构包括开设在主臂上的滑臂槽、开设在滑臂上的连接孔以及固定螺栓，滑臂槽的槽壁上开设有调整槽，所述滑臂滑动连接到滑臂槽中，滑臂末端与砝码安装架固定连接，当将砝码安装架调整到所需位置时，固定螺栓通过调整槽连接到连接孔中以使滑臂固定于主臂上。
优选的，还包裹设置在小腿杆上的小腿束环。
优选的，所述髋关节转角限位机构包括第三关节块、第四关节块以及将第三关节块与第四关节块铰接起来的第二铰轴，第三关节块和第四关节块相接触的面上分别设置有第二限位凸块和第二弧形限位槽，第二限位凸块滑动连接在第二弧形限位槽中；
髋关节转角限位机构的第三关节块和第四关节块分别与平衡机架和大腿杆连接；
当支腿处于竖直状态时，髋关节转角限位机构的第二限位凸块位于第二弧形限位槽中间位置处。
优选的，所述平衡机架上设置有能使支腿相对平衡机架左右摆动的髋关节摆动机构，髋关节摆动机构包括连接主体以及纵向第一铰轴，连接主体固定于平衡机架上，所述纵向第一铰轴分别穿设于连接主体和支腿上，将连接主体与支腿铰接起来。
优选的，所述支腿包括使支腿可绕支腿的轴线旋转的旋转机构，所述旋转机构包括旋转轴承、与所述髋关节转角限位机构连接的第一连接件以及与大腿杆连接的第二连接件，第一连接件的端面凸出有凸台，第二连接件的一端上具有一容置空间，所述旋转轴承的外圈固定于容置空间中，凸台与旋转轴承的内圈固定连接。
优选的，所述旋转机构还设置有呈环形的轴承压盖、垫片以及压紧螺钉，所述第二连接件为中空的筒状结构，容置空间设置在所述中空的筒状结构中，容置空间中具有一圆周凸起，轴承压盖固定安装到容置空间中，轴承压盖与所述圆周凸起形成用于固定旋转轴承外圈的外圈固定空间；凸台顶部端面上开设有螺纹孔，压紧螺钉穿过垫片连接到螺纹孔中，将旋转轴承内圈固定于凸台顶部上。
优选的，所述工具连接臂具有可调整工具高度的调整臂，所述调整臂包括弹簧、弹簧收放装置、工具连接部以及主要由四个杆首尾相互铰接形成呈平行四边形结构的臂体，臂体的其中一杆与平衡机架和弹簧收放装置连接，与其相对的另一杆与工具连接部和弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接在弹簧收放装置上。
优选的，所述弹簧收放装置包括螺纹杆、调整轴承以及弹簧连接块，弹簧连接块上开设有与所述螺纹杆相连接的螺纹孔，弹簧连接块上还开设有与所述弹簧连接的弹簧连接孔，所述螺纹杆通过调整轴承连接到调整臂上；工具连接臂还具有摆臂，摆臂两端分别铰接到调整臂和平衡机架上。
本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：
1、本发明能保证配带者的灵活性，运用杠杆原理，将配带者在工作过程中身上所承受的负载转移到地面上，既节省了操作者的体力，又避免了肌肉疲劳或拉伤等伤害。本发明的特点为无动力源支持，这一特点降低了本发明的结构复杂性和制造成本，有利于市场推广与应用。它可以帮助配带者不需花费太多力气就可以长时间举持砂轮机、气动扳手等工具，适合应用于需长时间握住机械工具进行作业的环境，如大型船只的维修等。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的伸缩臂的结构示意图。
图3是本发明的髋关节转角限位机构和膝关节转角限位机构的结构示意图。
图4是本发明的支腿处于竖直时髋关节转角限位机构的限位凸块处于弧形限位槽中间位置的示意图。
图5是本发明的支腿处于竖直时膝关节转角限位机构的限位凸块处于弧形限位槽下限位处的示意图。
图6是本发明的旋转机构的结构示意图。
图7是本发明的旋转机构的爆炸图。
图8是本发明的调整臂的原理示意图。
图9是本发明的弹簧收放装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一：
一种用于缓解疲劳的助力工具，包括平衡机架1、支腿2、工具连接臂3以及用于防止平衡机架失衡的配重装置4，所述平衡机架连接于支腿上，所述工具连接臂与配重装置相对设置在平衡机架上。
优选的，所述配重装置包括砝码5、砝码安装架6以及伸缩臂，所述砝码安装于砝码安装架上，所述伸缩臂一端连接在平衡机架上，另一端与砝码安装架连接。
更优选的，所述伸缩臂包括主臂7、滑臂8以及限位机构9，所述限位机构包括开设在主臂上的滑臂槽10、开设在滑臂上的连接孔11以及固定螺栓，滑臂槽的槽壁上开设有调整槽12，所述滑臂滑动连接到滑臂槽中，滑臂末端与砝码安装架固定连接，当将砝码安装架调整到所需位置时，固定螺栓通过调整槽连接到连接孔中以使滑臂固定于主臂上，设置伸缩臂的好处在于，在使用时不仅可通过添加砝码增加重量以达到平衡状态，还可以通过调整伸缩臂长度使力臂加长从而减小砝码的添加，达到减轻整体重量的效果。
优选的，所述支腿为两个，每个支腿包括大腿杆13、小腿杆14、设置在小腿杆上的小腿束环15、使支腿相对平衡机架前后摆动一定范围的髋关节转角限位机构、使小腿杆相对大腿杆前后摆动一定范围的膝关节转角限位机构，所述大腿杆上部通过髋关节转角限位机构与平衡机架连接，大腿杆下部通过膝关节转角限位机构连接在小腿杆的上部。
优选的，所述髋关节转角限位机构和膝关节转角限位机构均包括第一关节块16、第二关节块17以及将第一关节块与第二关节块铰接起来的铰轴18，第一关节块和第二关节块相接触的面上分别设置有限位凸块19和弧形限位槽20，限位凸块滑动连接在弧形限位槽中；
髋关节转角限位机构的第一关节块和第二关节块分别与平衡机架和大腿杆连接；
膝关节转角限位机构的第一关节块和第二关节块分别与大腿杆和小腿杆连接。
优选的，所述平衡机架上设置有能使支腿相对平衡机架左右摆动的髋关节摆动机构，髋关节摆动机构包括连接主体21以及纵向铰轴22，连接主体上部固定于平衡机架上，所述纵向铰轴分别穿设于连接主体下部和支腿上部，将连接主体与支腿铰接起来。
优选的，所述支腿包括使支腿可绕支腿的轴线旋转的旋转机构23，所述旋转机构包括旋转轴承24、与所述髋关节转角限位机构连接的第一连接件25以及与大腿杆连接的第二连接件26，第一连接件的端面凸出有凸台27，第二连接件的一端上具有一容置空间28，所述旋转轴承的外圈固定于容置空间中，凸台与旋转轴承的内圈固定连接。
优选的，所述旋转机构还设置有呈环形的轴承压盖29、垫片30以及压紧螺钉31，所述第二连接件为中空的筒状结构，容置空间设置在所述中空的筒状结构中，容置空间中具有一圆周凸起，轴承压盖固定安装到容置空间中，具体的，在第二连接件上开设有固定螺纹孔，还设置有锁定螺栓39，轴承压盖对应固定螺纹孔位置开设有螺纹连接孔，所述锁定螺栓连接到固定螺纹孔与螺纹连接孔中将轴承压盖固定安装到容置空间中，轴承压盖与所述圆周凸起形成用于固定旋转轴承外圈的外圈固定空间；凸台顶部凸出有伸进旋转轴承内圈的内圈连接凸起，内圈连接凸起的端面上开设有螺纹孔，压紧螺钉穿过垫片连接到螺纹孔中，将旋转轴承内圈固定于内圈连接凸起上。
优选的，所述工具连接臂具有可调整工具高度的调整臂，所述调整臂包括弹簧32、弹簧收放装置35、工具连接部33以及主要由四个杆首尾相互铰接形成呈平行四边形结构的臂体34，臂体的其中一杆与平衡机架和弹簧收放装置连接，与其相对的另一杆与工具连接部和弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接在弹簧收放装置上。
优选的，所述弹簧收放装置包括螺纹杆36、调整轴承以及弹簧连接块37，弹簧连接块上开设有与所述螺纹杆相连接的螺纹孔，弹簧连接块上还开设有与所述弹簧连接的弹簧连接孔，所述螺纹杆通过调整轴承连接到调整臂上；工具连接臂还具有摆臂38，摆臂两端分别铰接到调整臂和平衡机架上。
调整臂能起到减震和控制工具连接部的高度，而摆臂能控制工具连接部进行左右的摆动以控制装在工具连接部上的加工工具对所需位置进行处理，具体的，可通过转动螺纹杆使弹簧连接块上移或下移以使弹簧将工具连接部拉起或降低，而当产生震动时，弹簧可适当产生伸缩，从而实现减震的效果，避免由于工具连接部上安装的加工工具在工作中产生的震动传递到平衡机架、支腿以及配重装置上，使配带者受震动的影响；所述加工工具可以为研磨机、铆钉器、喷砂器或冲击钻等。
本发明还可以在平衡机架上设置背带40供配带者穿带，从而达到更方便使用的效果。
本发明的工作过程及工作原理：本发明借助于髋关节摆动机构、髋关节转角限位机构和旋转机构可实现支腿多自由度的运动，能伴随配带者腿部做出的姿势做出相应的调整，使配带者在使用本发明时腿部能自由运动不受约束，从而实现灵活移动，具体的，以本发明向前行进为前方，则髋关节摆动机构能实现支腿在前进方向上的左右两侧的摆动，即使两支腿张开；髋关节转角限位机构能实现的是支腿前进方向的前后摆动，即实现支腿的行走，在配合膝关节转角限位机构时即能实现配带者大腿和小腿的所有动作，膝关节转角限位机构能实现配带者的小腿相对大腿弯曲，即相当于人的膝关节。
本发明采用的原理是杠杆原理，即以支腿为支点，平衡机架为杠杆，工具连接臂和配重装置为作用在杠杆(平衡机架)上的两个力矩，使用中针对工具连接臂承受的重量相应在配重装置上配上相应砝码的重量和调整伸缩臂长度以使平衡机架获得平衡。
支腿竖直时能将平衡机架自重及平衡机架所承受的重量直接引至地面，能有效减轻配带者所承受的重量，有效降低劳动强度，配带者只需保持平衡机架的平衡和使支腿保持竖直即可，具体的，当支腿竖直时髋关节转角限位机构的限位凸块位于弧形限位槽中间位置处，使髋关节转角限位机构的限位凸块位于弧形限位槽中间位置处的好处在于可以使限位凸块直接压在弧形限位槽上将重力竖直传至大腿杆，同时避免支腿竖直时限位凸块位于弧形限位槽的极限位置妨碍大腿杆相对平衡机架转动导致行走的不便，即在支腿竖直后不能向前转或向后转导致行走不便。而膝关节转角限位机构的限位凸块位于弧形限位槽的下限位处，可防止前倾，这是由于人在直立状态下抗后倾能力强于抗前倾的能力，因此这样设置效果更好和更实用。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：包括平衡机架、支腿、工具连接臂以及用于防止平衡机架失衡的配重装置，所述平衡机架连接于支腿上，所述工具连接臂与配重装置相对设置在平衡机架上；
所述支腿为两个，每个支腿包括大腿杆、小腿杆、使支腿相对平衡机架前后摆动一定范围的髋关节转角限位机构、使小腿杆相对大腿杆前后摆动一定范围的膝关节转角限位机构，所述大腿杆上部通过髋关节转角限位机构与平衡机架连接，大腿杆下部通过膝关节转角限位机构连接在小腿杆的上部；
所述膝关节转角限位机构包括第一关节块、第二关节块以及将第一关节块与第二关节块铰接起来的第一铰轴，第一关节块和第二关节块相接触的面上分别设置有第一限位凸块和第一弧形限位槽，第一限位凸块滑动连接在第一弧形限位槽中；
膝关节转角限位机构的第一关节块和第二关节块分别与大腿杆和小腿杆连接；
当支腿处于竖直状态时，膝关节转角限位机构的第一限位凸块位于第一弧形限位槽的下限位处。
2.根据权利要求1所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述配重装置包括砝码、砝码安装架以及伸缩臂，所述砝码安装于砝码安装架上，所述伸缩臂一端连接在平衡机架上，另一端与砝码安装架连接。
3.根据权利要求2所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述伸缩臂包括主臂、滑臂以及限位机构，所述限位机构包括开设在主臂上的滑臂槽、开设在滑臂上的连接孔以及固定螺栓，滑臂槽的槽壁上开设有调整槽，所述滑臂滑动连接到滑臂槽中，滑臂末端与砝码安装架固定连接，当将砝码安装架调整到所需位置时，固定螺栓通过调整槽连接到连接孔中以使滑臂固定于主臂上。
4.根据权利要求1所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：还包裹设置在小腿杆上的小腿束环。
5.根据权利要求1所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述髋关节转角限位机构包括第三关节块、第四关节块以及将第三关节块与第四关节块铰接起来的第二铰轴，第三关节块和第四关节块相接触的面上分别设置有第二限位凸块和第二弧形限位槽，第二限位凸块滑动连接在第二弧形限位槽中；
髋关节转角限位机构的第三关节块和第四关节块分别与平衡机架和大腿杆连接；
当支腿处于竖直状态时，髋关节转角限位机构的第二限位凸块位于第二弧形限位槽中间位置处。
6.根据权利要求1所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述平衡机架上设置有能使支腿相对平衡机架左右摆动的髋关节摆动机构，髋关节摆动机构包括连接主体以及纵向第一铰轴，连接主体固定于平衡机架上，所述纵向第一铰轴分别穿设于连接主体和支腿上，将连接主体与支腿铰接起来。
7.根据权利要求6所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述支腿包括使支腿可绕支腿的轴线旋转的旋转机构，所述旋转机构包括旋转轴承、与所述髋关节转角限位机构连接的第一连接件以及与大腿杆连接的第二连接件，第一连接件的端面凸出有凸台，第二连接件的一端上具有一容置空间，所述旋转轴承的外圈固定于容置空间中，凸台与旋转轴承的内圈固定连接。
8.根据权利要求7所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述旋转机构还设置有呈环形的轴承压盖、垫片以及压紧螺钉，所述第二连接件为中空的筒状结构，容置空间设置在所述中空的筒状结构中，容置空间中具有一圆周凸起，轴承压盖固定安装到容置空间中，轴承压盖与所述圆周凸起形成用于固定旋转轴承外圈的外圈固定空间；凸台顶部端面上开设有螺纹孔，压紧螺钉穿过垫片连接到螺纹孔中，将旋转轴承内圈固定于凸台顶部上。
9.根据权利要求1所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述工具连接臂具有可调整工具高度的调整臂，所述调整臂包括弹簧、弹簧收放装置、工具连接部以及主要由四个杆首尾相互铰接形成呈平行四边形结构的臂体，臂体的其中一杆与平衡机架和弹簧收放装置连接，与其相对的另一杆与工具连接部和弹簧的一端连接，弹簧的另一端连接在弹簧收放装置上。
10.根据权利要求9所述的用于缓解疲劳的助力工具，其特征在于：所述弹簧收放装置包括螺纹杆、调整轴承以及弹簧连接块，弹簧连接块上开设有与所述螺纹杆相连接的螺纹孔，弹簧连接块上还开设有与所述弹簧连接的弹簧连接孔，所述螺纹杆通过调整轴承连接到调整臂上；工具连接臂还具有摆臂，摆臂两端分别铰接到调整臂和平衡机架上。
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