CN105795690B - 基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，包括柔顺背板、载物支架、可调节支撑器、刹车系统。柔顺背板包括前背板、上V板、下V板、背带，前背板包括背板上片、背板中片、背板下片，并依次串联铰接，上V板通过铰链与背板上片铰接，下V板通过铰链与背板下片铰接。载物支架包括门架和托架，所述门架上部、下部通过铰链分别与上V板、下V板铰接，托架连接于门架下部。可调节支撑器中连接导套一端连接于托架上，另一端固定于连接杆，连接杆另一端通过下坐箍固定于叉架上并可上下调节，轮子固定于叉架上。刹车系统中的刹车操作装置固定于门架上，轮边刹车器固定于叉架上，刹车线连接于刹车和轮边刹车器之间。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，属于机器人应用领域。
背景技术
随着社会发展，大容积背包等个人物品携带载运器材，近些年得到快速的发展和广泛的应用，特别是在适用于中长距离的自助旅行和比较专业的野外探险活动，此外军事行军过程中大容积的单兵携运器材也越来越发挥重要的作用。但由于人体自身的负载能力有限，个人难以背负太多载荷，因此，对可以消耗更少的体力，但是可以负载更多物品的大容量载运器材的需求就凸显出来，特别是在单兵徒步作战、后勤保障、民用探险、车辆无法到达地形的各种作业领域，尤为急迫。
现有个人物品携带载运器材主要是各种材质和类型的背囊、背包，其携带能力设计方面主要是采用运用人机工程学提高背负舒适度和优化载荷在人体的分配，从而减轻局部疲劳；部分品种为分担个人负重，底部配装有滚轮，但只适应于机场、车站等平坦地面的推拉行驶，无法适应野外复杂地形。为此，急需开发一种既能有效分担人体负重，又能适应各种野外复杂环境的个人物品携带载运器材，以适应人们不断扩大的野外徒步携行物资需求。
发明内容
技术问题：本发明提供一种能够大幅度提高使用者背负负载能力和持续负载能力，通过8自由度的柔顺背板和可调节支撑位置的支架，并利用即可刹车又可自锁的刹车系统，大幅度提高使用者使用舒适度和机构的灵活性和实用性，并能够在不同的地形中具有越障能力和自适应能力的基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器。
技术方案：本发明的基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，载物支架、设置在所述载物支架一侧的柔顺背板、位于载物支架另一侧并设置在其下端的可调节支撑器、设置在所述载物支架和可调节支撑器上的刹车系统。柔顺背板包括前背板、安装在所述前背板前侧的背带、安装在前背板后侧的上V板和下V板，前背板由依次设置的背板上片、背板中片、背板下片铰接形成，上V板由上V连接板前片和上V连接板后片铰接组成，其中上V连接板前片通过铰链与背板上片铰接，上V连接板后片与载物支架连接。下V板由下V连接板前片和下V连接板后片铰接组成，下V连接板前片通过铰链与背板下片铰接，下V连接板后片与载物支架连接。载物支架包括门架与门架连接安装并能上下调节位置的托架，门架上部通过铰链与上V板的上V连接板后片铰接，门架下部通过铰链与下V板的下V连接板后片铰接。
可调节支撑器包括连接杆、设置在所述连接杆顶端的连接导套、与连接杆下端连接的叉架和安装在所述叉架中的轮子，连接导套用以连接托架，所述连接杆能够相对叉架上下调节并通过下坐箍固定；刹车系统包括固定于门架上的刹车操作装置、固定于叉架上的轮边刹车器、连接设置在所述刹车操作装置和轮边刹车器之间的刹车线。
本发明中，通过可调节支撑器使得整体机构可以直接与地面接触，机构的负载和自身重量可以通过可调节支撑器直接传递到地面，大大降低使用者的背负载荷，从而大幅度提高使用者的负载能力和持续负载能力。
进一步的，本发明中，上V连接板后片一端通过铰链与门架上端铰接，下V连接板后片一端通过铰链与门架下端铰接，背带两端分别与背板上片、背板中片连接。由此组成的柔顺背板共包含8个自由度，使得机构在人体不同姿态时，都能让机构和人体很好的贴合，并且起到缓冲减震的作用，提高使用者的穿戴舒适度，机构的稳定性，机构的越障能力和机构整体的自适应能力，使得机构可以适应各类环境地形。
本发明的一种优选方案中，托架上设置有丝杠、从动轮、传动带、驱动轮、调位预紧右坐箍、调位预紧左坐箍、导轨，所述从动轮安装于丝杠末端，通过传动带与安装于托架上的驱动轮连接，驱动轮能够通过传动带和从动轮带动丝杠转动；所述托架通过调位预紧右坐箍与调位预紧左坐箍与门架下端连接，所述导轨和丝杠均用以与连接导套连接。
本发明的一种优选方案中，连接导套上开有导向孔和丝杠螺孔，导向孔与导轨连接，丝杠螺孔与丝杠连接，连接导套能够通过丝杠旋转沿导轨前后滑动。根据不同载物的不同的中心位置，通过托架机构中的丝杠机构，可调节可调节支撑器的支撑位置，从而使得机构可以适应各类前后中心不同的载物。
本发明中，通过调位预紧右坐箍、调位预紧左坐箍配合调节可以调节门架和托架的安装位置，调节载物的中心的高低，从而使得机构可以适应各类上下中心不同的载物。
本发明的一种优选方案中，刹车操作装置包括刹车手柄、刹车本体、扭簧、弹性限位销、轴，刹车手柄上设置有用于安装弹性限位销的限位销孔、用于连接刹车手柄和刹车本体的安装孔、用于安装刹车线的刹车线固定槽，所述刹车本体上设置有用于使弹性限位销滑动的限位销导槽、用于对弹性限位销限位的限位销卡孔、用于将弹性限位销推出限位销卡孔的限位销触发器；所述刹车手柄在安装孔的位置通过轴和扭簧安装在刹车本体上，刹车手柄与刹车线一端连接，所述弹性限位销安装于限位销孔中；所述弹性限位销能够沿限位销导槽滑动并能在扭簧末端的弹簧的的作用下弹入限位销卡孔中，从而锁定刹车手柄；利用所述限位销触发器能将弹性限位销推出限位销卡孔，从而解锁锁定刹车手柄。
使用者根据不同的场合调节可调节外骨骼支撑机构车轮的灵活度，来适应不同的使用环境，同时机构提供自锁功能，机构可以随时固定下来，使用者可以完全解放出双手，并且也可以靠在机构上休息，大大提高机构性能。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)区别于普通的登山背包、军用背囊等个人物品携带载运器材，由于本外骨骼载运器利用了外骨骼支撑技术，首次使用可调节外骨骼支撑机构，通过丝杠驱动支撑前后调节，可直接将各种类型负载的大部分重力传递到地面，大幅度减少使用者背负负载的重力分担量，从而可以显著提高使用者的负载能力和持续行走能力。
(2)在本机构中使用了柔顺背板牵引机构，大大提高使用者的穿戴背负舒适度，更重要的是，通过柔顺牵机构的使用，使得载运器机构相对人体具有一定的自由度，能够适应人体在上、下坡、越障等不同环境中不同的作业姿态下，保证载运器和人体的良好链接和无干涉相对运动，使得载运器对恶劣环境的自适应性大大提高。
(3)本发明设计采用了具有行走和驻车制动的刹车装置，使用者可以根据不同的场合调节外骨骼支撑机构车轮的转速，从而使得机构可以适应不同的使用环境和起伏地形，并且通过驻车制动自锁功能，实现随时驻车，使用者可以完全解放出双手，并且也可以靠在机构上休息，丰富了使用功能。
(4)本发明中柔顺背板共包含8个自由度，使得机构在人体不同姿态时，都能让机构和人体很好的贴合，并且起到缓冲减震的作用，提高使用者的穿戴舒适度，机构的稳定性，机构的越障能力和机构整体的自适应能力，使得机构可以适应各类环境地形。
(5)本发明中在载物架中设计了可调节装置，一方面可以通过调节一对坐箍调节载物的中心的高低，从而使得机构可以适应各类上下中心不同的载物，另一方面可以通过调节丝杠机构调节可调节支撑器的支撑位置，从而使得机构可以适应各类前后中心不同的载物，此外本发明中在可调节支撑器中设计了调节高度机构，可以根据使用者不同的身高，使得机构的受众适应性大大提高。
(6)本发明中大量使用标准件如各类连接杆、铰链、自行车车架、自行车车轮等，大大降低了机构的成本也提高了机构通用性，本发明结构简单，质量轻，通用性强，并且机构对环境的适应性强，可以适用于各种地形场合，使得本发明可以运用于军事、民用等各个领域和众多场合。
附图说明
图1为本发明的整体示意图；
图2为本发明的柔顺背板爆炸视图；
图3为本发明的柔顺背板示意图；
图4为本发明的载物支架示意图；
图5为本发明的可调节支撑器示意图；
图6为本发明的刹车系统示意图；
图7为本发明的刹车系统爆炸视图；
图8为本发明的刹车手柄轴测图；
图中有：柔顺背板1、载物支架2、可调节支撑器3、刹车系统4、前背板11、上V板12、下V板13、背带14、背板上片111、背板中片112、背板下片113、上V连接板前片121、上V连接板后片122、下V连接板前片131、下V连接板后片132、托架21、门架22、丝杠211、从动轮212、传动带213、驱动轮214、调位预紧右坐箍215、调位预紧左坐箍216、导轨217、连接导套31、导向孔311、丝杠螺孔312、连接杆32、下坐箍33、叉架34、轮子35、刹车操作装置41、刹车线42、轮边刹车器43、刹车手柄411、限位销孔4111、安装孔4112、套索槽4113、刹车本体412、限位销导槽4121、限位销触发器4122、限位销卡孔4123、扭簧413、弹性限位销414、轴415。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图，对本发明的技术方案进行详细的说明。
如图1至图7所示，本发明是一种基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，该载运器包括柔顺背板1、载物支架2、可调节支撑器3、刹车系统4。
进一步柔顺背板1包括前背板11、上V板12、下V板13、背带14，背板1的背板上片111与背板中片112上端铰接、背板中片112下端与背板下片113铰接；上V板12包括上V连接板前片121、上V连接板后片122，上V连接板前片121一端通过铰链与背板上片111铰接，上V连接板前片121另一端通过弹性铰链与上V连接板后片122一端铰接，上V连接板后片122另一端通过铰链与门架22上端铰接；下V板13包括下V连接板前片131、下V连接板后片132，下V连接板前片131一端通过铰链与背板下片113铰接，下V连接板前片131另一端通过弹性铰链与下V连接板后片132一端铰接，下V连接板后片132另一端通过铰链与门架22下端铰接，背带14两端分别与背板上片111、背板中片112连接。
进一步载物支架2包括门架22和托架21，门架22上部、下部通过铰链分别与上V板12、下V板13铰接，托架21中丝杠211安装于托架21上，传动带213安装于丝杠211末端，通过传动带213与安装于托架21上的驱动轮214连接，驱动轮214通过传动带213和从动轮212带动丝杠211转动；托架21通过调位预紧右坐箍215与调位预紧左坐箍216与门架22下端连接，导杆217平行于丝杠211安装于托架22中部。
进一步可调节支撑器3中连接导套31上导向孔311与导轨217连接，连接导套31上丝杠螺孔312与丝杠211连接；含有连接导套31的可调节支撑器3通过丝杠211旋转可前后滑动，连接导套31另一端固定于连接杆32，连接杆32另一端通过下坐箍33固定于叉架34上并可上下调节，轮子35固定于叉架34上。
进一步刹车系统4中刹车操作装置41固定于门架22上，轮边刹车器43固定于叉架34上，刹车线42连接于刹车41和轮边刹车器43之间，刹车手柄411在安装孔4112的位置通过轴415和扭簧413安装于刹车本体412，刹车手柄411通过刹车线固定槽4113与刹车线42连接，弹性限位销414安装于刹车手柄411中限位销孔4111；刹车本体412开有限位销导槽4121和限位销卡孔4123，并装有限位销触发器4122，；弹性限位销414可沿限位销导槽4121滑动并可弹入限位销卡孔4123中锁定刹车手柄411；利用限位销触发器4122可将弹性限位销414推出限位销卡孔4123解锁锁定刹车手柄411。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干可以预期的改进和等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护。
Claims (5)
1.一种基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，包括载物支架(2)、刹车系统(4)，其特征在于，该载运器还包括设置在所述载物支架(2)一侧的柔顺背板(1)、位于载物支架(2)另一侧并设置在其下端的可调节支撑器(3)，所述刹车系统(4)设置在所述载物支架(2)和可调节支撑器(3)上；
所述柔顺背板(1)包括前背板(11)、安装在所述前背板(11)前侧的背带(14)、安装在前背板(11)后侧的上V板(12)和下V板(13)，所述前背板(11)由依次设置的背板上片(111)、背板中片(112)、背板下片(113)铰接而成，所述上V板(12)由上V连接板前片(121)和上V连接板后片(122)铰接组成，其中上V连接板前片(121)通过铰链与背板上片(111)铰接，上V连接板后片(122)与载物支架(2)连接，所述下V板(13)由下V连接板前片(131)和下V连接板后片(132)铰接组成，其中下V连接板前片(131)通过铰链与背板下片(113)铰接，下V连接板后片(132)与载物支架(2)连接；
所述载物支架(2)包括门架(22)、与所述门架(22)连接安装并能上下调节位置的托架(21)，所述门架(22)上部通过铰链与上V板(12)的上V连接板后片(122)铰接，门架(22)下部通过铰链与下V板(13)的下V连接板后片(132)铰接；
所述可调节支撑器(3)包括连接杆(32)、设置在所述连接杆(32)顶端的连接导套(31)、与连接杆(32)下端连接的叉架(34)和安装在所述叉架(34)中的轮子(35)，所述连接导套(31)用以连接托架(21)，所述连接杆(32)能够相对叉架(34)上下调节并通过下坐箍(33)固定；
所述刹车系统(4)包括固定于门架(22)上的刹车操作装置(41)、固定于叉架(34)上的轮边刹车器(43)、连接设置在所述刹车操作装置(41)和轮边刹车器(43)之间的刹车线(42)。
2.按照权利要求1所述的基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，其特征在于，所述上V连接板后片(122)一端通过铰链与门架(22)上端铰接，所述下V连接板后片(132)一端通过铰链与门架(22)下端铰接，所述背带(14)两端分别与背板上片(111)、背板中片(112)连接。
3.按照权利要求1所述的基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，其特征在于，所述托架(21)上设置有丝杠(211)、从动轮(212)、传动带(213)、驱动轮(214)、调位预紧右坐箍(215)、调位预紧左坐箍(216)、导轨(217)，所述从动轮(212)安装于丝杠(211)末端，通过传动带(213)与安装于托架(21)上的驱动轮(214)连接，驱动轮(214)能够通过传动带(213)和从动轮(212)带动丝杠(211)转动；所述托架(21)通过调位预紧右坐箍(215)与调位预紧左坐箍(216)与门架(22)下端连接，所述导轨(217)和丝杠(211)均用以与连接导套(31)连接。
4.按照权利要求1、2或3所述的基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，其特征在于，所述连接导套(31)上开有导向孔(311)和丝杠螺孔312，所述导向孔(311)与导轨(217)连接，所述丝杠螺孔312与丝杠(211)连接，连接导套(31)能够通过丝杠(211)旋转沿导轨(217)前后滑动。
5.按照权利要求1、2或3所述的基于可变位支撑的柔顺牵引支撑外骨骼载运器，其特征在于，所述刹车操作装置(41)包括刹车手柄(411)、刹车本体(412)、扭簧(413)、弹性限位销(414)、轴(415)，所述刹车手柄(411)上设置有用于安装弹性限位销(414)的限位销孔(4111)、用于连接刹车手柄(411)和刹车本体(412)的安装孔(4112)、用于安装刹车线(42)的刹车线固定槽(4113)，所述刹车本体(412)上设置有用于使弹性限位销(414)滑动的限位销导槽(4121)、用于对弹性限位销(414)限位的限位销卡孔(4123)、用于将弹性限位销(414)推出限位销卡孔(4123)的限位销触发器(4122)；所述刹车手柄(411)在安装孔(4112)的位置通过轴(415)和扭簧(413)安装在刹车本体(412)上，刹车手柄(411)与刹车线(42)一端连接，所述弹性限位销(414)安装于限位销孔(4111)中；所述弹性限位销(414)能够沿限位销导槽(4121)滑动并能在弹性限位销(414)末端的弹簧的作用下弹入限位销卡孔(4123)中，从而锁定刹车手柄(411)；利用所述限位销触发器(4122)能将弹性限位销(414)推出限位销卡孔(4123)，从而解锁锁定刹车手柄(411)。
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