CN105643597A - 无需外部动力的穿戴式助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无需外部动力的穿戴式助力装置，包括肩部固定支撑、弹簧、移动导向滑块、滑动锁紧装置和支撑连杆。整套装置做成穿戴式服装，各个部分做成一套外骨架与衣服连在一起。通过一个弹簧连接小臂前段与大臂下端，在搬重物前两臂伸直，弹簧拉伸蓄力。一个刚性弹簧一端与小臂后端相连接，经过肩上支撑架的滑槽与背部的弹性皮带相连，背部的弹性皮带再连接滑块，滑块通过转动副与连杆相连。小臂与大臂之间加上一个固结连杆，连杆一端通过转动副连在小臂上，另一端为圆柱滑块可以在大臂上的滑槽内滑动，盖板通过细的钢丝绳与手套相连，通过手的弯曲与伸张，控制盖板的松紧，本发明结构合理，装置提供多个自由度，在辅助搬运重物的同时，保证了人活动的自由。

Description

无需外部动力的穿戴式助力装置

技术领域

本发明涉及一种无需外部动力的穿戴式助力装置。

背景技术

穿戴式助力装置是近年来比较崭新的一个研究领域，它可以帮助人们扩展其四肢部位的运动能力，减轻重物对人们的负担。

传统的需要外部动力的穿戴式助力装置具有下面的一些缺点：

1.整个装置包括可穿戴在人体上各个部位的机械装置、动力装置和控制装置以及检测人体运动信息的多种传感器，造成自重过大，一定程度上削减了其轻便性。

2.传感器、大功率电机等设备造价高昂，使得整个装置的实用性、普及性降低。

针对上述的一些问题，如何在完成运动的同时简化装置结构以减轻装置自重、降低造价，是制造设计穿戴式助力装置的难点。

发明内容

本发明的目标是提供一种结构合理、轻便易携、无需外部动力的穿戴式助力装置。

本发明提出的一种无需外部动力的穿戴式助力装置，所述穿戴式助力装置与人体上身结构相匹配，采用骨架结构与衣服连在一起；包括肩上支撑架、弹簧、移动滑块、滑动锁紧装置和连杆；第一弹簧一端连接小臂前段，另一端连接大臂下端，在搬重物前小臂伸直，第一弹簧拉伸，起到一个蓄力的作用；第二弹簧一端与小臂后端相连接，另一端与肩上支撑架相连接，所述肩上支撑架上设有滑槽，所述第二弹簧通过肩上支撑架上的滑槽与位于背部的弹性皮带相连，弹性皮带再连接移动滑块，移动滑块通过转动副与第一连杆相连，所述移动滑块位于第一滑动导轨上，且能在第一滑动导轨上来回移动，所述第一滑动导轨位于躯干，即腰部侧面；当人搬重物时，小臂伸直，第二弹簧与弹性皮带也被拉伸，此时位于背部的移动滑块处于第一滑动导轨的最高点，使连接于肩部与小臂间第二弹簧变形小，为小臂的伸展提供便利，当人抱起重物时，小臂弯曲，利用小臂与大臂的力量使第一连杆张开，背部的移动滑块同时受到第一连杆作用向下运动，当达到最有利的受力位置，第一连杆被锁紧，此时移动滑块也向下运动一段距离，第二弹簧拉伸，对小臂有向上的拉力；小臂与大臂之间设有第四连杆，大臂上设有第二滑动导轨，所述第四连杆一端固定于小臂上，另一端上设有滑动锁紧装置，且第四连杆位于大臂上的第二滑动导轨内，且能在第二滑动导轨上来回移动，通过改变第四连杆在第二滑动导轨内的位置来改变小臂与大臂间的角度；第二连杆一端固定在躯干上，另一端与第一连杆和第三连杆为共轴转动副，且在第二连杆与第三连杆上各有一个同直径的插孔，其中第三连杆插孔内有连接弹簧的销钉，在到达上述死点位置时，第二连杆上的插孔与第三连杆的插孔相对，销钉弹出，锁紧第二连杆与第三连杆的转动；由于销钉还牵引绳与手相连接，当手握紧时，通过牵引绳将销钉拉出，解除锁定。连杆机构在人的大臂与躯干夹角为13－18°，小臂与大臂夹角为80-100°时达到自身死点位置，可以承受较大压力。

本发明中，位于大臂的第二滑动导轨内部均匀分布有若干齿形滑槽，所述齿形滑槽上设有盖板，齿形滑槽与盖板间空隙处通过小型弹簧连接可以使移动滑块在不同的位置停留。

本发明中，位于躯干上的第一滑动导轨内部呈锯齿状，可以使滑动锁紧装置在不同的位置停留。

整套装置做成穿戴式服装，各个部分做成一套骨架与衣服连在一起。

本发明的有益效果在于：通过弹簧和连杆将力不通过大臂转移到肩部及腰部，可以很轻松的搬起重物。

附图说明

图1是助力装置的机构简图；

图2是助力装置大臂滑动锁紧装置的局部放大图；

图3是第二连杆与第三连杆连接处的局部放大图；

图中标号：1第一弹簧；2第二弹簧；3肩上支撑架；4弹性皮带；5滑动锁紧装置；6移动滑块；7第一连杆；8第二连杆；9第三连杆；10第四连杆；11.小臂与第一连杆固定点；12第一滑动导轨；13固定板；14第二滑动导轨；15手；16小臂；17大臂；18肩部；19躯干；20小型弹簧；21圆柱形滑块；22锯齿形滑槽；23盖板；24牵引绳；25固定绳扣；26销钉；27压缩弹簧。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

如图1所示，整套装置做成穿戴式服装，各个部分做成一套骨架与衣服连在一起。

第一部分是通过第一弹簧1连接小臂16前段与大臂17下端，在搬重物前两臂伸直，第一弹簧1受拉，起到蓄力的作用。

第二部分是通过第二弹簧2一端与小臂16后端相连接，另一端与肩上支撑架３相连接，通过肩上支撑架３上的滑槽与背部的弹性皮带4相连，背部的弹性皮带4再连接移动滑块6，移动滑块6通过转动副与第一连杆7相连。当人去搬重物时，小臂16伸直，第二弹簧2与弹性皮带4连在一起也被拉伸，但背部的移动滑块6处于第一滑动导轨12的最高点，这样第二弹簧2变形小，为小臂16的伸展提供便利，当人抱起重物时，小臂16弯曲，利用手臂的力量使连杆张开，腰部的移动滑块6同时受到第一连杆7作用向下运动，当达到最有利的受力位置，即图1示位置，第一连杆7被锁紧，此时移动滑块6运动到第一滑动导轨12的最下端，第二弹簧2拉伸，对小臂16有向上的拉力，除此之外，第二连杆8和第三连杆9对手臂也有向上的支撑，通过这样，将重物的重力转移到肩部18与躯干19共同支撑。

第三部分中滑动锁紧装置5的第二滑动导轨14内部呈锯齿状，当人抱起重物时，为了减少由于走路引起的不平稳性，在小臂16与大臂17之间加上一个第四连杆10，第四连杆10一端通过转动副连接于小臂16，另一端为圆柱形滑块21安放在大臂17上的第二滑动导轨14内，人可以通过改变第四连杆10在第二滑动导轨14的位置来改变手臂的角度。第二连杆8和第三连杆9在人的大臂与躯干夹角约15°，小臂与大臂夹角约90°时达到自身死点位置，可以承受较大压力。本发明结构合理，装置提供多个自由度，在辅助搬运重物的同时，保证了人活动的自由。

起身过程中，小臂16向上弯曲，使一端位于第二滑动导轨14内的圆柱形滑块21因大臂17、小臂16夹角变小向上滑动，此时手略微握紧，圆柱形滑块21因弹簧张开可以到达上一级滑槽，手松开后锁紧（具体结构和工作原理见图2），此时大臂17、小臂16角度固定，即13固定板和第二滑动导轨14的夹角固定，第四连杆10、第一弹簧1、第二弹簧2共同承担手臂上的重物。同时，第二弹簧和弹性皮带4通过肩上支撑架3连接，弯腰时为二者蓄力，在起身过程中释放弹簧变形能达到省力的效果；起身后，弹性皮带4将移动滑块6的位移传递到第二弹簧2。

在起身弯臂这一过程中，小臂16带动第三连杆9转动，当大臂17上的滑动锁紧装置5在一个特定的位置锁定时，第二连杆8和第三连杆9共线（传动角为0°），到达死点位置，在这个位置是锁定连杆，同时第一连杆7带动移动滑块6运动到最低部，此时，如图3所示，第二连杆8一端固定在躯干19上，另一端与第一连杆7和第三连杆9为共轴转动副，且在第二连杆8与第三连杆9上各有一个同直径的插孔，其中第三连杆插孔内有连接弹簧27的销钉26，在到达上述死点位置时，第二连杆上的插孔与第三连杆的插孔共线，销钉26弹出，锁紧第二连杆8与第三连杆9的转动；由于销钉还牵引绳24与手15相连接，当手15握紧时，通过牵引绳24将销钉26拉出，解除锁定。

如图2所示，大臂17上的滑动锁紧装置5内部呈锯齿状，可以使连杆一端上的圆柱形滑块21在几个不同的位置（即锯齿之间的空位）停留。锯齿形滑槽22两端和盖板23接触的地方通过小型弹簧20连接，因此锯齿形滑槽22和盖板23之间的相对距离有一定的可调性；通过手15的弯曲与伸张，可以控制盖板23的松紧，当手张开时盖板23被弹簧20拉紧，从而限制连杆的圆柱滑块21一端的运动，当手15握紧时，盖板23松开，通过小臂16的弯曲可以决定完成连杆的圆柱滑块21一端是向上还是向下运动。

Claims (2)

1.一种无需外部动力的穿戴式助力装置，其特征在于所述穿戴式助力装置与人体上身结构相匹配，采用骨架结构与衣服连在一起；包括肩上支撑架、弹簧、移动滑块、滑动锁紧装置和连杆；第一弹簧一端连接小臂前段，另一端连接大臂下端，在搬重物前小臂伸直，第一弹簧拉伸蓄力；第二弹簧一端与小臂后端相连接，另一端与肩上支撑架相连接，所述肩上支撑架上设有滑槽，所述第二弹簧通过肩上支撑架上的滑槽与位于背部的弹性皮带相连，弹性皮带再连接移动滑块，移动滑块通过转动副与第一连杆相连，所述移动滑块位于第一滑动导轨上，且能在第一滑动导轨上来回移动，所述第一滑动导轨位于躯干，即腰部侧面；当人搬重物时，小臂伸直，第二弹簧与弹性皮带也被拉伸，此时位于背部的移动滑块处于第一滑动导轨的最高点，使连接于肩部与小臂间第二弹簧变形小，为小臂的伸展提供便利，当人抱起重物时，小臂弯曲，利用大臂的力量使第一连杆张开，背部的移动滑块同时受到第一连杆作用向下运动，当达到最有利的受力位置，此时第一连杆与第二连杆中插孔共轴线，销钉在压缩弹簧作用下弹出，第一连杆被锁紧，此时移动滑块也向下运动一段距离，第二弹簧拉伸，对小臂有向上的拉力；小臂与大臂之间设有第四连杆，大臂上设有第二滑动导轨，所述第四连杆一端固定于小臂上，另一端上设有滑动锁紧装置，且第四连杆位于大臂上的第二滑动导轨内，且能在第二滑动导轨上来回移动，通过改变第四连杆在第二滑动导轨内的位置来改变小臂与大臂间的角度；第二连杆一端固定在躯干上，另一端通过转动副分别与第一连杆和第三连杆连接；第三连杆一端与固定板连接，另一端分别与第一连杆和第二连杆连接，即第一连杆、第二连杆和第三连杆相交于同一点；在小臂与大臂作用下改变第二连杆和第三连杆间的夹角，使第二连杆和第三连杆对小臂和大臂具有向上的支撑，将重物的重力转移到肩部与腰部共同支撑；连杆机构在人的大臂与躯干夹角为13－18°，小臂与大臂夹角为80-100°时达到自身死点位置，可以承受较大压力。

2.根据权利要求１所述的无需外部动力的穿戴式助力装置，其特征在于位于大臂的第二滑动导轨内部均匀分布有若干齿形滑槽，所述齿形滑槽上设有盖板，齿形滑槽与盖板间空隙处通过小型弹簧连接可使移动滑块在不同的位置停留。