CN109291038B - 可穿戴肩部助力外骨骼 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可穿戴肩部助力外骨骼，包括穿戴部分、与穿戴部分相接的对称设置的支撑部分、连接在每个支撑部分上端的对称设置的手臂机构、与手臂机构相接的卷簧式驱动机构；所述的卷簧式驱动机构设置在穿戴部分中的腰带的后部，卷簧式驱动机构中产生助力的拉线位于拉线管内，拉线的端头与手臂机构相接。具有结构简单，驱动部分离开肩、臂等活动部位，增加稳定性，减少肩、臂部位的部件，整体质量轻，应用过程中不与其他相关设备发生干涉现象，也不对操作者自身产生任何影响，使用灵活可靠的优点。
Description
本发明是中国专利申请号为201811135764.6、申请日为20180928、发明名称为“可穿戴肩部助力外骨骼”发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种可穿戴肩部助力外骨骼，是一种利用弹性元件为人体手臂提供支撑力的设备。
背景技术
目前，肩部助力无源外骨骼是一种利用弹性元件为人体手臂提供支撑力的设备。其特点在于不需要任何能源输入，仅通过弹性元件的应用以及机械结构设计实现了对人体手臂提供向上的全范围支撑力。因为该类外骨骼需要配合人体手臂以及肩部的运动，所以需要与人体肩部相同的自由度以及灵活性。否则将会对穿戴者的运动产生阻碍以此导致了不适感甚至影响功能性。整体设备还应该紧贴于人体，防止突出人体的机械结构与工作环境中其他物体发生刮碰。外骨骼整体设计上还需考虑人体工学问题，防止设备与穿戴者身体各部位发生碰撞。生产过程中该设备需要长时间穿戴，因此该设备应进行结构优化来降低重量，防止穿戴疲劳。
传统无源肩部助力外骨骼设备的弹性驱动装置大多置于肩膀处，其驱动装置内包含了驱动所需的机械结构以及拉簧，压簧，卷簧或气弹簧等弹性驱动元件。整体驱动设备的重量都集中于需要在使用过程中不断移动的部位，由于惯性原因增加的了移动阻力以及降低了移动过程中的稳定性。驱动装置的体积使得肩部装置具有剐蹭的可能性，既是对外骨骼设备本身的损伤，也会对生产环境中其他设备造成安全隐患。
传统无源肩部助力外骨骼的肩部框架往往采用通过一个或多个竖直方向的转轴方式进行设计。竖直转轴这种方式使得肩部框架结构必须置于人体肩膀之上或者需要复杂的多轴系统至于背部。肩部上方的肩部框架结构存在着与人体头部运动产生碰撞的可能性，存在着安全隐患。此类肩部框架本身也增加了额外的重量。多轴式系统复杂程度高，虽然肩部上方不存在机械结构，但是却增加了身体后部的零件数量以及外骨骼的空间体积。由于背部延伸过大同样存在着剐蹭以及碰撞的安全隐患。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单，驱动部分离开肩、臂等活动部位，增加稳定性，减少肩、臂部位的部件，整体质量轻，应用过程中不与其他相关设备发生干涉现象，也不对操作者自身产生任何影响，使用灵活可靠的可穿戴肩部助力外骨骼。
本发明的可穿戴肩部助力外骨骼，包括穿戴部分、与穿戴部分相接的对称设置的支撑部分、连接在每个支撑部分上端的对称设置的手臂机构、与手臂机构相接的卷簧式驱动机构；所述的卷簧式驱动机构设置在穿戴部分中的腰带的后部，卷簧式驱动机构中产生助力的拉线位于拉线管内，拉线的端头与手臂机构相接。
所述的手臂机构包括支臂，支臂的一端连接有托起手臂的支撑框架，支臂的另一端通过支臂轴与转臂的一端转动连接，转臂的另一端通过转臂轴与连接臂的一端转动连接，在连接臂的另一端转动连接有过轮，罩在过轮外侧的过轮罩连接在连接臂上，过轮的转轴与转臂轴平行，转臂轴与支臂轴垂直；在连接臂的侧面固定连接有连接架，连接架上设有连接孔；在连接臂的端头连接有支架，套管通过一对带肩轴承安装在支架上，套管上端螺纹连接有轴向锁紧的上螺帽，套管下端螺纹连接有固定拉线管端头的下螺帽；与手臂机构相接拉线穿过下螺帽、套管、上螺帽的中心孔，并且绕过过轮后端头通过连接件挂接在挂轴上，挂轴连接在转臂的端头上；拉线管位于套管和卷簧式驱动机构之间；手臂机构通过连接架和连接孔及销轴转动连接在安装架上，安装架固定连接在支撑部分中的支杆上端。
所述的卷簧式驱动机构包括卷簧壳，卷簧壳上设有开口，卷簧位于卷簧壳内，卷簧外端头钩挂在开口上，卷簧壳的一侧有左壳盖，另一侧有右壳盖，在左壳盖中心孔处设有左轴承，在右壳盖中心孔处设有右轴承；在卷簧壳上通过螺钉固定有压盖，拉线绕在卷簧壳外圆周上并且端头通过压盖固定压紧在卷簧壳上；
卷簧壳位于外壳和外壳盖组成的壳体内，连接座固定夹持在外壳和外壳盖的上边之间，在连接座上螺纹连接有连接管，连接管的上端螺纹连接有丝母，拉线穿过连接座、连接管、丝母的中心孔；在外壳上连接有安装耳，安装耳与支撑部分中的支架的下端通过支杆座相接；在外壳上固定有安装板，在外壳盖上固定有连接板，卷簧式驱动机构通过安装板和连接板与腰带相接；
在外壳和外壳盖中心孔处插装有可转动的卷簧轴，卷簧轴的中部插入左轴承和右轴承的内孔，卷簧内端头插入卷簧轴上的纵向沟槽内；卷簧轴的一端伸到外壳的外侧，并且卷簧轴的外端头上装有棘轮，与棘轮相配的棘爪通过棘爪轴转动连接在外壳的外侧面上，棘爪的一端接有拨动手柄。
所述的支撑部分上部与穿戴部分中的臂带之间有捆绑带。
本发明的可穿戴肩部助力外骨骼，与现有技术相比简化了整体结构，肩、臂部分的部件少，质量轻，同时保证了使用者在各自由度方向上的动作，灵活可靠，与操作者周边的相关设备和操作者自身不发生任何干涉现象，克服了现有技术中所提及的安全隐患。
附图说明
图1是本发明具体实施方式的立体结构后侧视示意图。
图2是本发明具体实施方式的立体结构前侧视示意图。
图3是本发明使用时横向展臂的结构示意图。
图4是本发明使用时向前抬臂的结构示意图。
图5是本发明具体实施方式中手臂机构、与手臂机构相接的卷簧式驱动机构立体结构示意图。
图6是图5所示的A部示意图。
图7是图5所示的B部示意图。
图8是图7所示的C部剖视示意图。
图9是本发明具体实施方式的卷簧式驱动机构部分中的卷簧及卷簧壳的立体分解示意图。
图10是本发明具体实施方式的卷簧式驱动机构部分的立体分解示意图。
具体实施方式
如图1～4所示：本发明的可穿戴肩部助力外骨骼，包括穿戴部分、与穿戴部分相接的对称设置的支撑部分、连接在每个支撑部分上端的对称设置的手臂机构、与手臂机构相接的卷簧式驱动机构。
其中穿戴部分包括腰带50，腰带50的后部内侧与背带53的下端相接，背带53的上部有背板54，背板54上边与连接两个对称的肩带56，肩带56的另一端连接在腰带50的后侧中部，肩带56上设有调节长短的调节卡扣。
如图1、3、4所示：两组卷簧式驱动机构设置在穿戴部分中的腰带50的后部，在腰带50的后部外侧固定有安装座51，安装座51内有支板60，卷簧式驱动机构外壳33上连接的安装板41通过压板52和螺钉与支板60固定连接。卷簧式驱动机构中外壳上连接的连接板40与腰带50相对固定连接。
支撑部分包括两根对称设置的支杆57，支杆57的中间部分设有伸缩调整件44，用于调节支杆57的长度。支杆57的下端通过支杆座59和销轴与安装耳32转动连接，安装耳32连接在卷簧式驱动机构中外壳33上。
支杆57上端折弯后端头通过安装架58和销轴，利用连接孔7与连接架6转动连接。连接架6固定在手臂机构中的连接臂10上，连接架6是手臂机构与支杆57的连接件。
卷簧式驱动机构中产生助力的拉线27位于拉线管34内，拉线27的端头与手臂机构相接。
如图5、6、7、8所示：手臂机构包括支臂2，支臂2的一端连接有托起手臂的支撑框架1。支臂2的另一端通过支臂轴3与转臂4的一端转动连接。转臂4的另一端通过转臂轴5与连接臂10的一端转动连接。在连接臂10的另一端转动连接有绕拉线27的过轮8，罩在过轮8外侧的过轮罩42连接在连接臂10上。安装过轮8的转轴与转臂轴5平行，转臂轴5与支臂轴3垂直。
在连接臂10的侧面固定连接有连接架6，连接架6上设有连接孔7，用于与支杆57端头的安装架58的连接。在连接臂10的端头连接有直角状的支架9，套管12通过一对带肩轴承13安装在支架9上，套管12上端螺纹连接有轴向锁紧的上螺帽14，套管12下端螺纹连接有固定拉线管34端头的下螺帽11；与手臂机构相接拉线27穿过下螺帽11、套管12、上螺帽14的中心孔，并且绕过过轮8后端头通过连接件挂接在挂轴43上，挂轴43连接在转臂4的端头上。拉线管34位于套管12和卷簧式驱动机构之间。手臂机构通过连接架6和连接孔7及销轴转动连接在安装架58上，安装架58固定连接在支撑部分中的支杆57上端。
如图9、10所示：卷簧式驱动机构包括卷簧壳20，卷簧壳20上设有开口45，卷簧22位于卷簧壳20内，卷簧外端头25钩挂在开口45上，卷簧壳20的一侧有左壳盖23，另一侧有右壳盖28，在左壳盖23中心孔处设有左轴承24，在右壳盖28中心孔处设有右轴承29。在卷簧壳20上通过螺钉固定有压盖26，拉线27绕在卷簧壳20外圆周上并且端头通过压盖26固定压紧在卷簧壳20上。
卷簧壳20位于外壳33和外壳盖38组成的壳体内，连接座37固定夹持在外壳33和外壳盖38的上边之间，在连接座37上螺纹连接有连接管36，连接管36的上端螺纹连接有丝母35，拉线27穿过连接座37、连接管36、丝母35的中心孔。在外壳33上连接有安装耳32，安装耳32与支撑部分中的支架57的下端通过支杆座59相接。在外壳33上固定有安装板41，在外壳盖38上固定有连接板40，卷簧式驱动机构通过安装板41和连接板40与腰带50相接。
在外壳33和外壳盖38 中心孔处插装有可转动的卷簧轴31，卷簧轴31的中部插入左轴承24和右轴承29的内孔，卷簧内端头21插入卷簧轴31上的纵向沟槽30内。卷簧轴31的一端伸到外壳33的外侧，并且卷簧轴31的外端头上装有棘轮，与棘轮相配的棘爪通过棘爪轴46转动连接在外壳33的外侧面上，棘爪的一端接有拨动手柄47。
支撑部分中的支杆57上部与穿戴部分中的臂带56之间有捆绑带55，防止支杆57倾斜。
使用时，通过穿戴部分将肩部助力外骨骼安装于操作者上身及肩臂部，调整拉线27的预紧力可手搬拨动手柄47，使棘爪与棘轮解除啮合，然后转动棘轮，棘轮转动可带动卷簧轴31转动，使卷簧22卷紧或变松，达到调整拉线27的拉力的目的。如图3、4所示：穿戴后可通过拉线27提拉转臂4，使转臂4有一个向上的力，形成助力。由于有安装架58和连接架6的转动连接，操作者可在横向伸臂和前向伸臂之间随意转换。具有结构简单，驱动部分离开肩、臂等活动部位，增加稳定性，减少肩、臂部位的部件，整体质量轻，应用过程中不与其他相关设备发生干涉现象，也不对操作者自身产生任何影响，使用灵活可靠的优点。
Claims (1)
1.一种可穿戴肩部助力外骨骼，包括穿戴部分、与穿戴部分相接的对称设置的支撑部分、连接在每个支撑部分上端的对称设置的手臂机构、与手臂机构相接的卷簧式驱动机构，所述支撑部分有支杆（57），卷簧式驱动机构中产生助力的拉线（27）与手臂机构相接，其特征在于：所述的手臂机构包括支臂（2），支臂（2）的一端连接有托起手臂的支撑框架（1），支臂（2）的另一端通过支臂轴（3）与转臂（4）的一端转动连接，转臂（4）的另一端通过转臂轴（5）与连接臂（10）的一端转动连接，在连接臂（10）的另一端转动连接有过轮（8），罩在过轮（8）外侧的过轮罩（42）连接在连接臂（10）上，过轮（8）的转轴与转臂轴（5）平行，转臂轴（5）与支臂轴（3）垂直；在连接臂（10）的侧面固定连接有连接架（6），连接架（6）上设有连接孔（7）；在连接臂（10）的端头连接有支架（9），套管（12）通过一对带肩轴承（13）安装在支架（9）上，套管（12）上端螺纹连接有轴向锁紧的上螺帽（14），套管（12）下端螺纹连接有固定拉线管（34）端头的下螺帽（11）；拉线管（34）位于套管（12）和卷簧式驱动机构之间，所述拉线（27）位于拉线管（34）内并穿过下螺帽（11）、套管（12）、上螺帽（14）的中心孔、绕过过轮（8）后端头通过连接件挂接在挂轴（43）上，挂轴（43）连接在转臂（4）的端头上；手臂机构通过连接架（6）和连接孔（7）及销轴转动连接在安装架（58）上，安装架（58）固定连接在支撑部分中的支杆（57）上端。
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