CN105856190B - 一种可穿戴搬运助力装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可穿戴搬运助力装置，属于机械设计技术领域。腰部曲杆两侧设有腿部组件，腿部组件的大腿内杆通过转动副与腰部曲杆连接，背部承重板的顶部两侧设有吊带棘轮机构，吊带棘轮机构的棘轮和卷簧同轴设置，棘轮通过键槽与轴固定，吊带轴固定，并缠绕于轴周围，卷簧一端与轴缠绕，另一端与机架固定，棘爪弹簧的一端与机架固定，另一端与棘爪连接，棘爪的末端与控制棘爪收放的牵引线连接，带有球铰的连杆开一环形槽，背部连接盘与带有球铰的连杆之间为转动副连接，两侧弹簧与背部连接盘和腰部曲杆固定，中间弹簧与背部连接盘和腰部曲杆固定，带有球铰的连杆与腰部曲杆之间为球面副连接。主要用于人工搬运助力。
Description
技术领域
本发明属于机械设计技术领域，特别涉及利用人体外骨骼的助力技术。
背景技术
随着网购的普及，快递行业近年飞速发展，快递员每个工作日都要付出巨大的体力劳动来完成尽可能多的快递的投递，其中不乏送货上门的情况。而现有的搬运载运工具大多无法上下楼梯、台阶，不适应短途复杂地形搬运，由此，我们设计了一种可穿戴的助力装置。该装置将快递员身上所背负、举起的重量转移、分散到地面上，令快递员节省体力，避免肌肉拉伤等伤害。在短途搬运和上下楼梯、台阶方面相较于传统人力搬运有明显优势。据检索，专利号为CN 104758142 A，专利名称为一种助力外骨骼机器人的中国专利，专利号为CN105105973 A，专利名称为可穿戴式助力外骨骼下肢机构的中国专利，这个专利中也对上肢没有任何的助力，并且外骨骼都不能折叠，搬运起来十分不便。又如Atsushi Tsukahara在2015年发表于《IEEE TRANSACTIONS ON NEURAL SYSTEMS AND REHABILITATIONENGINEERING》期刊上的文章《Restoration of Gait for Spinal Cord Injury PatientsUsing HAL With Intention Estimator for Preferable Swing Speed》，文中提出的可穿戴外骨骼装置在下肢每个关节处都有一个动力单元，在其背部还放置有控制电脑和电池，大大增加了控制难度、装置的复杂程度和制造维护成本，同时其背部及上肢部分并没有助力机构，不便于搬运重物。并且外骨骼都不能折叠，搬运起来十分不便。为解决上述问题，有必要设计一款使用起来方便舒适，既能对上下肢提供助力，又能折叠的外骨骼搬运装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种可穿戴搬运助力装置，它可以有效解决短途搬运及上下楼梯的助力问题。
本发明实现其目的所采用的技术方案是，一种可穿戴搬运助力装置，包括腿部组件和身体固定组件，腰部曲杆两侧设有腿部组件，腿部组件的大腿内杆通过转动副与腰部曲杆连接，大腿内杆和大腿外杆之间的配合为移动副，大腿外杆和小腿外杆通过销固定，小腿外杆和小腿内杆之间配合为移动副，背部承重板的顶部两侧设有吊带棘轮机构，吊带棘轮机构的棘轮和卷簧同轴设置，棘轮通过键槽与轴固定，吊带一端与轴固定，并缠绕于轴周围，另一端由机架上的孔引出，卷簧一端与轴缠绕，另一端与机架固定，棘爪弹簧的一端与机架固定，另一端与棘爪连接，棘爪的末端与控制棘爪收放的牵引线连接，带有球铰的连杆开一环形槽，背部连接盘与带有球铰的连杆之间为转动副连接，两侧弹簧的一端与背部连接盘固定，另一端连与腰部曲杆固定，中间弹簧的一端与背部连接盘固定，另一端与腰部曲杆固定，带有球铰的连杆与腰部曲杆之间为球面副连接。
所述身体固定组件包括肩带、海绵板、腰带和小腿固定带，肩带与海绵板相连，海绵板与背部承重板固定，腰带与腰部曲杆相连，小腿固定带与小腿外杆固定。
所述腿部组件为通过转动副与腰部曲杆连接的大腿内杆，及其大腿内杆和大腿外杆之间的配合为移动副，大腿外杆和小腿外杆通过销固定，小腿外杆和小腿内杆之间配合为移动副。
所述两侧弹簧与带有球铰的连杆的轴线在同一平面内。
所述中间弹簧的轴线与腰部曲杆的轴线垂直，与带有球铰的连杆的轴线夹角为30°。
所述移动副之间设有偏心轮。
所述的吊带棘轮机构的棘爪的末端与控制棘爪收放的牵引线相连接，控制棘爪收放的牵引线能使棘爪与棘轮分离。
所述的腿部组件中的小腿组件的外杆膝盖处有一凸出结构，提供跪地支点。
本发明可以配合传统快递和货物使用，大腿组件、小腿组件长度均可调节，并可以通过偏心自锁装置快速锁紧，中间弹簧可以在弯腰时提供拉力，减轻背部肌肉负担，减少腰背痛发病率，两侧弹簧保持背部结构稳定，吊带的伸出端以多种方式与货物相连，棘轮棘爪啮合，吊带可收回不可拉出，从而提供对货物的拉力，减少双臂肌肉负担，按下控制棘爪收放的牵引线的按钮使得棘爪与棘轮脱离，可以放下货物，此时吊带会在卷簧作用下自动收回，松开控制棘爪收放的牵引线的按钮，棘爪与棘轮再次啮合，转动该可穿戴的搬运助力装置腰部曲杆和大腿组件的内杆间的转动副，将腿部组件折至胸部，转动大腿组件的外杆和小腿组件的外杆之间的转动副，将小腿组件折至与大腿组件贴合，方便使用者携带，给使用者较好的工作体验。
本发明的工作过程和原理是：肩带固定于使用者的肩部，腰带固定于使用者的腰部，小腿固定带固定于使用者的小腿，三者均可通过长度调节扣调至合适的长度，大腿组件和小腿组件均可伸缩以配合不同使用者的身高，并且可以通过偏心轮快速有效夹紧。按下控制棘爪收放的牵引线的按钮使得棘爪与棘轮脱离，将吊带从机架上的孔引出，吊带的伸出端以合适的方式与货物相连，此时棘轮棘爪啮合，吊带可收回不可拉出，从而可将货物搬起，提供对货物的拉力，减少双臂肌肉负担，按下控制棘爪收放的牵引线的按钮使得棘爪与棘轮脱离，可以放下货物，此时吊带会在卷簧作用下自动收回，松开控制棘爪收放的牵引线的按钮，棘爪与棘轮再次啮合，将吊带棘轮机构至于肩部从而可以解放背部空间，背更多的货物，中间弹簧在弯腰时伸长，给背部提供拉力，减轻背部肌肉负担，减少腰背痛发病率，两侧弹簧保持背部结构稳定，带有球铰的杆可以向前最大可转动100°，向后最大可转动40°，由吊带拉住的货物和背上背的货物的重力由背部承重板、带有球铰的杆、两侧弹簧、中间弹簧传递至腰部曲杆，腰部曲杆再将重力传递至腿部组件，最后经腿部组件传到地面，从而减轻使用者负重，转动该可穿戴的搬运助力装置腰部曲杆和大腿组件的内杆间的转动副，将腿部组件折至胸部，转动大腿组件的外杆和小腿组件的外杆之间的转动副，将小腿组件折至与大腿组件贴合，方便使用者携带。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
一、本发明，通过腰部的两侧弹簧、中间弹簧和球面副使腰部曲杆和背部承重板相连，设计巧妙，既满足了灵活运动的需要和将上部的力传导到大腿组件的要求，又能在运动时提供助力。
二、吊带的伸缩采用了吊带棘轮机构，卷簧让吊带能够收缩回来，而通过牵引线控制棘爪的啮合和脱离可以实现吊带的卡紧和自由伸缩，该结构使用方便，操作简单。
三、腿部的长度可以按需要伸缩，其夹紧装置采用了偏心轮锁紧机构，锁定简单、性能可靠。
附图说明
图1为发明的三维图
图2为发明的正视图
图3为发明的右视图
图4为发明右视图的I局部放大的吊带棘轮机构的右视图
图5为发明右视图的I局部放大的吊带棘轮机构的左视图
图6为发明的腰部结构的三维零件图
图7为发明的腰部曲杆与大腿组件三维零件图
图8为发明的大腿组件与小腿组件连接处三维零件图
图9为发明的折叠状态图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步的详细说明。
本发明的一种具体实施方式是，一种可穿戴搬运助力装置，由吊带棘轮机构，背部承重板1，由两侧弹簧15和中间弹簧14构成的弹簧组，腿部组件，身体固定组件构成，所述的吊带棘轮机构及卷簧23共同安装在轴22上，棘轮3通过键槽与轴22相固定，吊带20一端固定于轴22上，并缠绕于轴22上，另一端由机架21上的孔引出，卷簧23一端缠绕在轴22上，另一端固定在机架21上，机架21与轴22之间可以相对旋转，弹簧19的一端固定于机架21，另一端与棘爪2相连接，棘爪2的末端与控制棘爪收放的牵引线5，控制棘爪收放的牵引线5能使棘爪2与棘轮3分离，带有球铰的连杆16上开一环形槽，使得背部连接盘17与带有球铰的连杆16之间以转动副相连接，两侧弹簧15一端连于背部连接盘17，另一端连接于腰部曲杆13，并且两侧弹簧15与带有球铰的连杆16的轴线在同一平面内，中间弹簧14一端连于背部连接盘17，另一端连于腰部曲杆13，并且中间弹簧14的轴线与腰部曲杆13的轴线垂直，与带有球铰的连杆的轴线夹角为30°，带有球铰的连杆16与腰部曲杆13之间以球面副连接，腰部曲杆13通过转动副7与大腿内杆8相连接，大腿内杆8和大腿外杆9通过偏心轮相互锁紧，并且大腿内杆8和大腿外杆9之间为移动副，大腿外杆9和小腿外杆10通过销固定，小腿外杆10和小腿内杆12之间以移动副相连接，并且通过偏心轮锁紧。
所述的身体固定组件由肩带4，海绵板18，腰带6，小腿固定带11构成，肩带4与海绵板18相连，海绵板18固定于背部承重板1上，腰带6与腰部曲杆13相连，小腿固定带11固定于小腿外杆10。
本发明可以配合传统快递和货物使用，大腿组件、小腿组件长度均可调节，并可以通过偏心自锁装置快速锁紧，中间弹簧14可以在弯腰时提供拉力，减轻背部肌肉负担，减少腰背痛发病率，两侧弹簧15保持背部结构稳定，吊带20的伸出端以多种方式与货物相连，棘轮3棘爪2啮合，吊带20可收回不可拉出，从而提供对货物的拉力，减少双臂肌肉负担，按下控制棘爪收放的牵引线5的按钮使得棘爪2与棘轮3脱离，可以放下货物，此时吊带20会在卷簧23作用下自动收回，松开控制棘爪收放的牵引线5的按钮，棘爪2与棘轮3再次啮合，转动该可穿戴的搬运助力装置腰部曲杆13和大腿内杆8间的转动副，将腿部组件折至胸部，转动大腿外杆9和小腿外杆10之间的转动副，将小腿组件折至与大腿组件贴合，方便使用者携带，给使用者较好的工作体验。
本发明的工作过程和原理是：肩带4固定于使用者的肩部，腰带6固定于使用者的腰部，小腿固定带11固定于使用者的小腿，三者均可通过长度调节扣调至合适的长度，大腿组件和小腿组件均可伸缩以配合不同使用者的身高，并且可以通过偏心轮快速有效夹紧。按下控制棘爪收放的牵引线5的按钮使得棘爪2与棘轮3脱离，将吊带20从机架21上的孔引出，吊带20的伸出端以合适的方式与货物相连，此时棘轮3棘爪2啮合，吊带20可收回不可拉出，从而可将货物搬起，提供对货物的拉力，减少双臂肌肉负担，按下控制棘爪收放的牵引线5的按钮使得棘爪2与棘轮3脱离，可以放下货物，此时吊带20会在卷簧23作用下自动收回，松开控制棘爪收放的牵引线5的按钮，棘爪2与棘轮3再次啮合，将吊带棘轮机构置于肩部从而可以解放背部空间，背更多的货物，弹簧组的中间弹簧14在弯腰时伸长，给背部提供拉力，减轻背部肌肉负担，减少腰背痛发病率，两侧弹簧15保持背部结构稳定，带有球铰的杆16可以向前最大可转动100°，向后最大可转动40°，由吊带20拉住的货物和背上背的货物的重力由背部承重板1、带有球铰的杆16、弹簧组传递至腰部曲杆13，腰部曲杆13再将重力传递至腿部组件，最后经腿部组件传到地面，从而减轻使用者负重，转动该可穿戴的搬运助力装置腰部曲杆13和大腿内杆8间的转动副，将腿部组件折至胸部，转动大腿外杆9和小腿外杆10之间的转动副，将小腿组件折至与大腿组件贴合，方便使用者携带，给使用者较好的工作体验。
Claims (4)
1.一种可穿戴搬运助力装置，包括腿部组件和身体固定组件，腰部曲杆(13)两侧设有腿部组件，腿部组件的大腿内杆(8)通过转动副(7)与腰部曲杆(13)连接，大腿内杆(8)和大腿外杆(9)之间的配合为移动副，大腿外杆(9)和小腿外杆(10)通过销固定，小腿外杆(10)和小腿内杆(12)之间配合为移动副，其特征在于：背部承重板(1)的顶部两侧设有吊带棘轮机构，吊带棘轮机构的棘轮(3)和卷簧(23)同轴(22)设置，棘轮(3)通过键槽与轴(22)固定，吊带(20)一端与轴(22)固定，并缠绕于轴(22)周围，另一端由机架(21)上的孔引出，卷簧(23)一端与轴(22)缠绕，另一端与机架(21)固定，棘爪弹簧(19)的一端与机架(21)固定，另一端与棘爪(2)连接，棘爪(2)的末端与牵引线(5)连接，带有球铰的连杆(16)开一环形槽，背部连接盘(17)与带有球铰的连杆(16)之间为转动副连接，两侧弹簧(15)的一端与背部连接盘(17)固定，另一端与腰部曲杆(13)固定，中间弹簧(14)的一端与背部连接盘(17)固定，另一端与腰部曲杆(13)固定，带有球铰的连杆(16)与腰部曲杆(13)之间为球面副连接。
2.根据权利要求1所述的一种可穿戴搬运助力装置，其特征在于：所述身体固定组件包括肩带(4)、海绵板(18)、腰带(6)和小腿固定带(11)，肩带(4)与海绵板(18)相连，海绵板(18)与背部承重板(1)固定，腰带(6)与腰部曲杆(13)相连，小腿固定带(11)与小腿外杆(10)固定。
3.根据权利要求1所述的一种可穿戴搬运助力装置，其特征在于：所述两侧弹簧(15)与带有球铰的连杆(16)的轴线在同一平面内。
4.根据权利要求1所述的一种可穿戴搬运助力装置，其特征在于：所述中间弹簧(14)的轴线与腰部曲杆(13)的轴线垂直，与带有球铰的连杆的轴线夹角为30°。
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