CN109262586A - 一种腰部助力装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种腰部助力装置，包括背部外骨骼(1)、腿部外骨骼(2)、助力驱动装置、助力牵引绳；所述背部外骨骼(1)上安装有助力驱动装置，助力牵引绳一端连接于助力驱动装置，另一端连接于腿部外骨骼(2)；通过助力驱动装置带动助力牵引绳进行收缩或伸长动作，从而拉动背部外骨骼对人体腰部从弯曲到直立提供助力；通过感测人体动作或语音识别执行，无需使用者用手操作。

Description

一种腰部助力装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种腰部助力装置，特别是属于能在使用者在搬运重物弯腰与直腰时提供助力的助力器。

背景技术

腰部助力器作为辅助使用者在搬起重物时节省力气并且防止腰部肌肉拉伤的工具，具有穿戴便捷，操作简单，应用广泛，自重轻等特点，能在大型机械设备不便使用的地方工作，在短距离搬运物品时十分方便。

在医院中，护士大多为力气较小的女性，她们在帮病人翻身起床时通常十分费力，做完工作腰部肌肉也因为负荷太重而酸痛。如果借助腰部助力器就可以改善这种现象，进而大大提高工作效率和服务质量。在工地工作的工人，经常在搬运施工器材时拉伤腰部肌肉，如果使用腰部助力器既可以用较少的力气搬动较重的施工器材也能防止闪腰。但是，要保证腰部助力装置的助力能达到最大，就需要结构强度较大的材料，因此，也就会出现一些问题：第一，外骨骼助力器成本高，结构复杂特别是硬连接的外骨骼，穿戴后非常僵硬，不适合长时间使用；第二，需要利用一只手来控制作动器的动作，非常不够灵活，如果利用压力传感器或者陀螺仪，又会引起误动作。

中国专利CN206416159U公开了一种穿戴式外骨骼助力器，利用两个作动器驱动一系列转轴进行腰部助力，结构非常复杂，需要一只手进行控制，控制不够灵活，因此受到了使用的限制。此外其结构均为硬连接，因此穿戴后非常僵硬，容易引起使用者的疲劳，特别是其中的“40-弧面支撑板”安装僵硬，紧紧地顶住大腿，妨碍行走，使用不便利，如果放松“40-弧面支撑板”与大腿之间的安装，就失去了助力的作用。

中国专利CN206760818U、CN207387645U和CN101103850A公开了一种外骨骼助力器，它是在弯腰时发生弹性形变直腰时靠回复力省力，但是它没办法控制力的大小，而且一个方向省力另一个方向不省力。

中国专利CN201611165507.8公开了一种外骨骼助力器，该助力器的预设值到某一数值驱动电机就会恢复初始位置。但是它因为需要提前设定回复值，灵活性相对较低，面对突发情况时，不能很好地进行调整应对。此外，该助力器利用减速器控制，属于硬连接，穿戴起来比较僵硬，容易引起腰部疲劳，或者受伤

中国专利CN201710150358.6公开了一种可以通过数据采集分析提供助力的腰部助力器，该助力器可以通过数据分析进行调整，选择合适的助力大小，但是该装置控制复杂，穿戴僵硬，属于硬驱动，不灵活，容易疲劳，容易受伤。

综上所述，所有涉及到辅助弯腰直腰的腰部助力装置，必须要在所有细节设计方面考虑实际应用可能给使用者带来的阻碍和不便，并要对此尽量做出改进措施。而所有腰部助力装置最需要解决的问题有两个，第一是选用适合的软性材料，保证使用者穿戴的舒适性；第二是选用一种不需要通过手来操作助力装置的控制方法并且此控制方法不会在搬运以及弯腰直腰过程中产生影响或误操作。

发明内容

本发明针对现有技术存在的缺陷，提出了一种腰部助力装置。该一种腰部助力装置可以通过使用者抬头和低头进行控制，无需额外的帮助或占用一只手去操纵，并且在整个弯腰直腰过程非常平稳，不会使使用者感受到过快的拉力；该腰部助力装置的设计遵循人的生理结构，弯曲部分在使用者关节可活动范围内，采用柔性钢索驱动，没有任何硬链接部分，因此与使用者接触的部分能保证其舒适性，且方便使用者行走和大范围活动。本发明也可以通过肩部安装的传感器编码结构，利用肩部动作进行编码，对助力装置进行控制，从而将双手完全解放出来，能够完成更多，更复杂的任务。

本发明采取的技术方案为：

一种腰部助力装置，包括背部外骨骼(1)、腿部外骨骼(2)、助力驱动装置、助力牵引绳；其特征在于：所述背部外骨骼(1)配戴于人体躯干部位；所述背部外骨骼(1)上安装有助力驱动装置，助力牵引绳一端连接于助力驱动装置，另一端连接于腿部外骨骼(2)；所述腿部外骨骼(2)配戴于人体腿部，提供施加牵引力支点；通过助力驱动装置带动助力牵引绳进行收缩或伸长动作，从而拉动背部外骨骼对人体腰部从弯曲到直立提供助力。

还提供一种控制方法

助力驱动装置根据感测人体动作或识别语音执行相应的收缩或伸长动作；

当感测人体头部动作时，

步骤A-1：向下低头角度超过下限阈值时，助力驱动装置伸长；

步骤A-2：随着助力驱动装置伸长，助力牵引绳伸长；

步骤A-3：当头部挺直时，头部角度恢复下限阈值时，助力电推杆停止；

步骤B-1：向上抬头角度超过上限阈值时，助力驱动装置收缩；

步骤B-2：随着助力驱动装置收缩，助力牵引绳收缩；

步骤B-3：当头部挺直时，头部角度恢复上限阈值时，助力电推杆停止；

当感测人体肩部动作时，

步骤C-1：感测到人体肩部耸动时，记录一次，如果计数为1，助力驱动装置伸出；

步骤C-2：感测到人体肩部耸动时，记录一次，如果计数为2，助力驱动装置收缩；

步骤C-3：感测到人体肩部耸动时，记录一次，如果计数为3，计数清0，助力驱动装置停止。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

用钢索连接背部支架和腿部支架，让助力器在使用过程中更加灵活；电推杆可以根据弯曲传感器的弯曲方向伸缩，无需使用者用手操作；背部支架符合人体背部弯曲构型；腿部外骨骼为对称结构且重心较低，有助于在搬运过程中保持平衡；背部外骨骼以人的脊柱为对称轴的对称结构，使助力钢索受力更均匀；助力钢索分为左右两段，可以减少每段钢索的受力，使助力钢索的使用寿命更长。

附图说明

图1是本发明中一种腰部助力装置的立体示意图；

图2-A是本发明中一种腰部助力装置的使用状态示意图；

图2-B是本发明中一种腰部助力装置的正常状态示意图；

图3是本发明中一种腰部助力装置的结构示意图；

图4是本发明中一种腰部助力装置的背部外骨骼结构示意图；

图5是本发明中一种腰部助力装置的腿部外骨骼结构示意图；

图6是本发明中一种腰部助力装置的结构电路图；

图7是本发明中一种腰部助力装置电机控制器内部电路图；

图8是本发明中另一种肩部传感器的安装使用示意图；

图9是本发明中另一种语音控制方法的控制原理图；

图10是本发明中一种腰部助力装置弯腰状态的使用侧视图；

图11-A和图11-B是本发明中一种腰部助力装置正常状态的使用示意图。

附图中，各标号所代表的部件：

1、背部外骨骼，2、腿部外骨骼，101、背部支架，102、电推杆上部支架，103、肩带，104、电推杆中部支架，105、旋转铰链，106、腰带，107、腰部支架，108、助力电推杆，109、主钢索支架，110、副钢索支架，111、弯曲传感器，112、控制器，113、电机控制器，114、背部软垫，115、头带，116、话筒，117、语音识别模块，1131、驱动电路，1132、一号开关管，1133、二号开关管，1134、三号开关管，1135、四号开关管，201、腿部支架，202、固定板，203、钢索固定端，204、助力钢索，205、电源，206、空气开关，2021、左固定板，2022、右固定板，2031、左钢索固定端，2032、右钢索固定端，2041、电推杆端钢索，2042、左端钢索，2043、右端钢索，2051、左电源，2052、右电源，2061、左空气开关，2062、右空气开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的介绍。

图1为一种腰部助力装置立体示意图，使用者可以通过助力电推杆108收缩拉动腿部外骨骼2产生的力完成直腰活动，期间使用者不需出力完成该动作。图2-A是腰部助力装置的使用状态，使用者低头牵动弯曲传感器111，控制助力电推杆108伸长，无需用手控制，使用方便灵活，图2-B时腰部助力装置的正常状态，弯曲传感器111自然下垂，不会影响使用者的正常活动。

图3一种腰部助力装置结构示意图，包括背部外骨骼1、腿部外骨骼2。使用者可通过低头或抬头来改变弯曲传感器111的电阻大小，从而驱动助力电推杆108进行伸缩，从而达到助力的效果，两部分没有刚性连接的部分，在不使用时可以将腰部助力装置拆解成背部外骨骼1余腿部外骨骼2两部分分别存放，保证储存空间的合理分配。在使用时，该腰部助力装置与使用者所接触的部分包括头带115，肩带103，腰带106，背部软垫114，腿部支架201均采用较软的材料，保证使用者在使用本腰部助力装置时更加舒适，同时，这几个部分都是可以根据使用者身形进行调整的，便于不同体型的人使用。

图4为一种腰部助力装置的背部外骨骼结构示意图，包括背部支架101，电推杆上部支架102，肩带103，电推杆中部支架104，旋转铰链105，腰带106，腰部支架107，助力电推杆108，主钢索支架109，副钢索支架110，弯曲传感器111，控制器112，电机控制器113，背部软垫114，头带115，驱动电路1131，一号开关管1132，二号开关管1133，三号开关管1134，四号开关管1135；

电推杆上部支架102安装在背部支架101上端，用于将助力电推杆108上端安装到背部外骨骼1的背部支架101上，达到初步固定助力电推杆108作用，由于助力电推杆108并非按照人的背部曲线向下延伸的，因此采用电推杆上部支架102的设计，使助力电推杆108可以有一定幅度的转动，从而保证助力电推杆108可以在正常状态下保持平行于背部支架101，减少该腰部助力装置的能量损失，电推杆中部支架104安装在背部支架101上，进一步固定助力电推杆，旋转铰链105的两端分别与背部支架101和腰部支架107相连，该旋转铰链105的安装位置对应着使用者的腰部，因此该旋转铰链105作为背部支架101的旋转轴心，使背部支架101绕旋转铰链105转动，保证使用者的弯腰幅度能达到未佩戴该腰部助力装置的程度，主钢索支架109安装在旋转铰链105与腰部支架107的连接处，两个副钢索支架110安装在腰部支架107末端的两侧，使助力钢索能204在不磨损自身及背部外骨骼1的前提下发挥助力的作用，弯曲传感器111安装在背部支架101前端，用于检测使用者颈部前后摆动的幅度，控制器112和电机控制器113安装在背部支架101和背部软垫114之间，图中未标出，用于检测弯曲传感器111的信号和控制助力电推杆108伸缩，由于背部软垫114的厚度较大，因此使用者不会感受到背部的导线，确保使用时的舒适度，头带115与弯曲传感器111相连，使弯曲传感器111检测更加准确，肩带103安装在背部支架101上，腰带106安装在腰部支架107上，肩带103和腰带106用于将腰部助力装置装备在使用者身上。

图5为一种腰部助力装置的腿部外骨骼结构示意图，其中，腿部外骨骼2包括、腿部支架201，固定板202，钢索固定端203，助力钢索204，电源205，空气开关206，左固定板2021，右固定板2022，左钢索固定端2031，右钢索固定端2032，电推杆端钢索2041，左端钢索2042，右端钢索2043，左电源2051，右电源2052，左空气开关2061，右空气开关2062；

设计腿部外骨骼2是因为在进行直腰过程中，在助力电推杆108拉动助力钢索204时，需要有一个回复应力，考虑到便携性与轻便性等因素，决定将在直腰过程中不会出现大幅度运动的大腿部作为应力来源；

所述助力钢索204的两端固定在固定板202的钢索固定端203上，固定板202安装在腿部支架201的背面，电源205安装在固定板202下端，用于给助力电推杆108供电，将电源205安装在固定板202下端可以使腿部外骨骼2的重心向下偏移，在被助力电推杆108拉动时，能提供更大的力，空气开关206安装在电源205上，用于节省空间，空气开关206可以拆卸，因此不会损坏电源，保证工作安全；

所述腿部支架201包括左腿支架2011和右腿支架2012，固定板202包括左固定板2021和右固定板2022，钢索固定端203包括左钢索固定端2031和右钢索固定端2032，助力钢索204包括电推杆端钢索2041，左端钢索2042，右端钢索2043电源205包括左电源2051和右电源2052，空气开关206包括左空气开关2061和右空气开关2062，这是为了保持腿部外骨骼2在工作时可以保持平衡，同时在助力电推杆108拉动助力钢索204时，将助力钢索204分成左右两段，可以减少每段钢索的受力，使助力钢索204的使用寿命更长。

图6是一种腰部助力装置的结构电路图，图7是一种腰部助力装置电机控制器内部电路图，其中，电路包括助力电推杆108，弯曲传感器111，控制器112，电机控制器113，驱动电路1131，一号开关管1132，二号开关管1133，三号开关管1134，四号开关管1135；其中，一号开关管1132和二号开关管1133连接助力电推杆108正极，三号开关管1134和四号开关管1135连接助力电推杆108负极，当弯曲传感器111向使用者背部内侧弯曲时，电阻信息呈递到控制器112，控制器112的正向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112正向运动的信号时，一号开关管1132和四号开关管1135导通，二号开关管1133和三号开关管1134关闭，电流由助力电推杆108正极流向负极，助力电推杆108伸长，当弯曲传感器111向使用者背部外侧弯曲时，电阻信息呈递到控制器112，控制器112的反向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112反向运动的信号时，二号开关管1133和三号开关管1134导通，一号开关管1132和四号开关管1135关闭，电流由助力电推杆108负极流向正极，助力电推杆108收缩，当弯曲传感器111位于正常状态即未发生较大形变时，电路断开。

图8是本发明中另一种肩部传感器的安装使用示意图，其中，肩部传感器包括弯曲传感器111，肩带103，弯曲传感器111的两端，分别固定在肩部的左肩带1031和右肩带1032上，当肩部耸动时，由于肩带103在穿戴时已经确认与人体贴合，因此，使用者耸肩时会带动肩带103运动，从而带动肩带103上所安装的弯曲传感器111发生弯曲形变，从而改变弯曲传感器111的电阻大小，产生信号，并传送给控制器112，控制器112接收到信号后进行一次计数，经过计数处理后控制助力电推杆108的伸缩动作，计数1次为助力电推杆108伸长，计数2次为助力电推杆108收缩，计数3次为电路断开计数清为0，助力装置停止工作。

图9是本发明中另一种语音控制方法的控制结构示意图，其中语音控制模块包括话筒116与语音识别模块117，使用者向话筒116输入声音指令如“上，下，停”，语音识别模块117接收到通过话筒116传输来的信号，呈递给控制器112，控制器112根据声音信号的不同控制助力电推杆108进行伸缩，停止等运动，当声音为“下”指令时，控制器112发送正向运动的信号，助力电推杆108伸长，当声音为“上”指令时，控制器112发送反向运动的信号，助力电推杆108缩短，当声音为“停”指令时，控制器112发送停止运动的信号，电路断开。

本发明腰部助力装置，通过上述结构在实际应用中根据弯曲传感器111的安装方法不同而具有多种工作模式可以选择，主要包括：身体弯曲时利用颈部安装的弯曲传感器111控制的模式，和利用肩部安装的弯曲传感器111控制的模式。

所述的一种腰部助力装置利用颈部安装的弯曲传感器111控制策略分为8个部分，在实际应用中的有身体向下弯曲时利用颈部安装的弯曲传感器111控制的模式和身体向上直立时利用颈部安装的弯曲传感器111控制模式；

其中，身体向下弯曲时利用颈部安装的弯曲传感器111控制策略分为4个部分，实现步骤如下：

步骤A-1：检查线路是否有断开及磨损的情况，排除安全隐患，打开空气开关206并用手弯曲弯曲传感器111，检查设备能否正常工作，由于本腰部助力装置的开关即为弯曲传感器111，因此，弯曲传感器111能否正常工作决定腰部助力装置能否正常完成任务，待检查无误后，穿戴该腰部助力装置，并确认各个部位以成功固定，腰部助力装置与使用者所接触的部分包括头带115，肩带103，腰带106，背部软垫114，腿部支架201均采用较软的材料且这些部位都可以调整，只有在保证各个固定部位没有出现松弛的情况下，才能保证助力电推杆108拉动助力钢索204时产生的力的作用达到最大化，使用者向下低头，头带115带动弯曲传感器111向使用者背部内侧弯曲，；

步骤A-2：当控制器112检测到弯曲传感器111的信号超过阈值DOWN时，控制器112的正向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112正向运动的信号时，一号开关管1132和四号开关管1135导通，二号开关管1133和三号开关管1134关闭，电流由助力电推杆108正极流向负极，助力电推杆108伸长；

步骤A-3:随着助力电推杆108伸出，助力钢索204拉力变小，腰部佩戴的旋转铰链105为轴向下弯曲，腰部可以弯曲活动，助力电推杆108伸长，此时使用者随助力电推杆108伸长而弯腰期间不会受到来自助力装置的阻碍，在弯腰时不会费力；

步骤A-4:待达到所需的位置或助力电推杆108不再伸长时，使用者头部回到正常状态，即头部挺直时，弯曲传感器111位于正常状态即未发生较大形变时的状态，控制器112检测到弯曲传感器111的信号回复到阈值，助力电推杆108停止动作，电路断开，期间使用者可以进行拿取，放置等工作，。

身体向上直立时利用颈部安装的弯曲传感器111控制策略分为4个部分，实现步骤如下：

步骤B-1：待取物或放物工作完成时，使用者将头部扬起，头带115带动弯曲传感器111向使用者背部外侧弯曲，弯曲传感器111电阻阻值发生变化；

步骤B-2：弯曲传感器111电阻信息呈递到控制器112，控制器112检测到弯曲传感器111的信号超过阈值UP时，控制器112的反向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112反向运动的信号时，二号开关管1133和三号开关管1134导通，一号开关管1132和四号开关管1135关闭，电流由助力电推杆108负极流向正极，助力电推杆108收缩；

步骤B-3:随着助力电推杆108收回，助力钢索204缩短，腰部佩戴的旋转铰链105为轴向上挺直，此时使用者在助力电推杆108的拉力下直腰，同时通过肩带103助力腰部搬起较重物体，期间使用者不需要通过自身的腰部力量进行直腰。

步骤B-4:待助力电推杆108不再收缩时，使用者头部回到正常状态，即头部挺直时，控制器112检测到弯曲传感器111的信号回复到阈值时，助力电推杆108停止动作，使用结束后，取下腰部助力装置，断开空气开关206，并检查是否有出现导线磨损或断裂的情况，保持弯曲传感器111处于正常状态，以及确保使用过程中没有磨损的导线产生的安全隐患，整个身体弯曲时利用颈部安装的弯曲传感器111控制的模式流程结束，如图11-A和图11-B所示。

利用肩部安装的弯曲传感器111控制策略分为4个部分，实现步骤如下：

步骤C-1：由于使用者不同，其头部处于正常状态下颈部的自然角度不同，因此需要在使用之前先设定弯曲传感器111弯曲阈值，阈值设定结束后，检查线路是否有断开及磨损的情况，排除安全隐患，打开空气开关206并用手弯曲弯曲传感器111，检查设备能否正常工作，由于本腰部助力装置的开关即为弯曲传感器111，因此，弯曲传感器111能否正常工作决定腰部助力装置能否正常完成任务，待检查无误后，穿戴该腰部助力装置，并确认各个部位以成功固定，腰部助力装置与使用者所接触的部分包括头带115，肩带103，腰带106，背部软垫114，腿部支架201均采用较软的材料且这些部位都可以调整，只有在保证各个固定部位没有出现松弛的情况下，才能保证助力电推杆108拉动助力钢索204时产生的力的作用达到最大化；

步骤C-2：当使用者肩部耸动时，由于肩带103在穿戴时已经确认与人体贴合，因此，使用者耸肩时会带动肩带103运动，从而带动肩带103上所安装的弯曲传感器111发生弯曲形变，从而改变弯曲传感器111的电阻大小，产生信号，并传送给控制器112，控制器112检测到弯曲传感器111超过弯曲阈值时，记录一次，此时记录的弯曲数值为1，控制器112的正向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112正向运动的信号时，一号开关管1132和四号开关管1135导通，二号开关管1133和三号开关管1134关闭，电流由助力电推杆108正极流向负极，助力电推杆108伸长，此时使用者随助力电推杆108伸长而弯腰期间不会受到来自助力装置的阻碍，在弯腰时不会费力，可以进行拿取，放置等工作；

步骤C-3：当拿取，放置等工作结束时，使用者肩部再次耸动，改变弯曲传感器111的电阻大小，产生信号，并再次传送给控制器112，控制器112检测到弯曲传感器111超过弯曲阈值时，记录一次，此时记录的弯曲数值为2，控制器112的反向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112反向运动的信号时，二号开关管1133和三号开关管1134导通，一号开关管1132和四号开关管1135关闭，电流由助力电推杆108负极流向正极，助力电推杆108收缩，此时使用者可以在助力装置的拉动下完成直腰；

步骤C-4：当需要关闭该腰部助力装置时，使用者需要进行第三次肩部耸动，改变弯曲传感器111的电阻大小，产生信号，并传送给控制器112，控制器112检测到弯曲传感器111超过弯曲阈值时，记录一次，此时记录的弯曲数值为3，因此执行对所记录的弯曲数清零，控制助力电推杆108停止运动，使用结束后，取下腰部助力装置，断开空气开关206，并检查是否有出现导线磨损或断裂的情况，保持弯曲传感器111处于正常状态，以及确保使用过程中没有磨损的导线产生的安全隐患。

所述语音识别模块控制策略分为4个部分，实现步骤如下：

步骤D-1：由于使用环境的不同，使用者所需要的音量大小也有所不同，因此，在使用之前需要先进行试音，将话筒116安装在使用者嘴部附近，并对话筒116发出“下”指令，确认助力电推杆108可以伸长后，对话筒116发出“上”指令，确认到助力电推杆108可以正常缩回后，检查线路是否有断开及磨损的情况，排除安全隐患，打开空气开关206，可以正式开始使用，穿戴该腰部助力装置后，使用者对话筒116发出“下”的指令，经语音识别模块117处理后，将信号发送到控制器112，控制器112执行下降指令，此时控制器112的正向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112正向运动的信号时，一号开关管1132和四号开关管1135导通，二号开关管1133和三号开关管1134关闭，电流由助力电推杆108正极流向负极，助力电推杆108伸长；

步骤D-2：此时使用者随助力电推杆108伸长而弯腰期间不会受到来自助力装置的阻碍，在弯腰时不会费力，待助力电推杆108停止伸长或达到所需角度时，使用者对话筒116发出“停”的指令，经语音识别模块117处理后，将信号发送到控制器112，控制器112执行停止指令，控制电路断开，此时可以进行拿取，放置等工作；

步骤D-3：待取物，放物工作完成时，使用者对话筒116发出“上”的指令，经语音识别模块117处理后，将信号发送到控制器112，控制器112执行上升指令，此时控制器112的反向运动端口发出信号到电机控制器113，驱动电路1131收到来自控制器112反向运动的信号时，二号开关管1133和三号开关管1134导通，一号开关管1132和四号开关管1135关闭，电流由助力电推杆108负极流向正极，助力电推杆108收缩，此时使用者可以在助力装置的拉动下完成直腰；

步骤D-4：待助力电推杆停止收缩时，使用者对话筒116发出“停”的指令，经语音识别模块117处理后，将信号发送到控制器112，控制器112执行停止指令，电路断开，此时可以卸下腰部助力装置，断开空气开关206，并检查是否有出现导线磨损或断裂的情况，话筒116与语音识别模块117处于正常状态，以及确保使用过程中没有磨损的导线产生的安全隐患。

图10为本发明的一个应用实例，在医疗护理中，由于部分病人活动不便，护士常需要搬运病人进行病床转移及日常护理，而长时间工作可能会导致因腰部肌肉的过重负荷而导致的腰部酸痛，利用本腰部助力装置，可以减少使用者在工作时腰部的用力，减少腰部酸痛发生的概率，同时，本腰部助力装置无需用手操作，不会对护士进行医疗护理工作造成影响

对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种腰部助力装置，包括背部外骨骼(1)、腿部外骨骼(2)、助力驱动装置、助力牵引绳；其特征在于：所述背部外骨骼(1)配戴于人体躯干部位；所述背部外骨骼(1)上安装有助力驱动装置，助力牵引绳一端连接于助力驱动装置，另一端连接于腿部外骨骼(2)；所述腿部外骨骼(2)配戴于人体腿部，提供施加牵引力支点；通过助力驱动装置带动助力牵引绳进行收缩或伸长动作，从而拉动背部外骨骼对人体腰部从弯曲到直立提供助力。

2.根据权利要求1所述的一种腰部助力装置，其特征在于，背部外骨骼(1)包括背部支架、腰部支架两部分；两部分通过旋转铰链进行连接，旋转铰链安装位置对应于人体腰部；助力驱动装置安装于背部支部上，助力牵引绳拉动背部支架相对于腰部支架以旋转铰链为轴进行旋转。

3.根据权利要求1所述的一种腰部助力装置，其特征在于，助力驱动装置连接人体动作感测装置或语音命令识别装置，根据人体动作或语音执行相应的收缩或伸长动作。

4.根据权利要求3所述的一种腰部助力装置，其特征在于，人体动作感测装置采用颈部弯曲传感器；颈部弯曲传感器一端固定于背部外骨骼上部，另一端连接有头部适配件；头部适配件配戴于头部；当人体头部进行低头或抬头动作时，带动颈部弯曲传感器发生弯曲形变，电阻值减小或增加。

5.根据权利要求3所述的一种腰部助力装置，其特征在于，人体动作感测装置采用肩部弯曲传感器；肩部弯曲传感器两端分别连接肩部适配件；肩部适配件配戴于左肩部和右肩部；当人体肩部进行耸动时，带动肩部弯曲传感器发生弯曲形变，电阻值改变，产生动作信号。

6.根据权利要求4所述的一种腰部助力装置，其特征在于，还包括控制器，用于接收颈部弯曲传感器产生的信号，并控制助力驱动装置进行动作；当电阻值低于下限阈值时，助力驱动装置进行伸长动作，当电阻值位于下限阈值和下限阈值之间时，助力驱动装置停止动作，当电阻值高于上限阈值时，进行收缩动作。

7.根据权利要求5所述的一种腰部助力装置，其特征在于，还包括控制器，用于接收肩部弯曲传感器产生的动作信号，并控制助力驱动装置进行动作；控制器接收动作信号后进行一次计数，当计数为1时，助力驱动装置伸长，当计数为2时，助力驱动装置收缩，当计数为3时，计数清零并且助力驱动装置停止。

8.根据权利要求3所述的一种腰部助力装置，其特征在于，还包括控制器，用于接收语音命令识别装置产生的信号，并控制助力驱动装置进行动作；当声音为“下”指令时，助力驱动装置伸长，当声音为“上”指令时，助力驱动装置缩短，当声音为“停”指令时，助力驱动装置停止。

9.一种基于权利要求1所述腰部助力装置的控制方法，其特征在于：助力驱动装置根据感测人体动作或识别语音执行相应的收缩或伸长动作；

当感测人体头部动作时，

步骤A-1：向下低头角度超过下限阈值时，助力驱动装置伸长；

步骤A-2：随着助力驱动装置伸长，助力牵引绳伸长；

步骤A-3：当头部挺直时，头部角度恢复下限阈值时，助力电推杆停止；

步骤B-1：向上抬头角度超过上限阈值时，助力驱动装置收缩；

步骤B-2：随着助力驱动装置收缩，助力牵引绳收缩；

步骤B-3：当头部挺直时，头部角度恢复上限阈值时，助力电推杆停止；

当感测人体肩部动作时，

步骤C-1：感测到人体肩部耸动时，记录一次，如果计数为1，助力驱动装置伸出；

步骤C-2：感测到人体肩部耸动时，记录一次，如果计数为2，助力驱动装置收缩；

步骤C-3：感测到人体肩部耸动时，记录一次，如果计数为3，计数清0，助力驱动装置停止。

10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，

识别语音时，当声音为“下”指令时，助力驱动装置伸长，当声音为“上”指令时，助力驱动装置缩短，当声音为“停”指令时，助力驱动装置停止。