CN110103233A - 一种有动力型可弯腰部助力器 - Google Patents

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Abstract

一种有动力型可弯腰部助力器，属于助老助残机器人领域。该可弯腰部助力器包括驱动机构Ⅰ、多轴单自由度机构Ⅱ、绑带Ⅲ，其中绑带Ⅲ包括肩部绑带、腰部绑带。所述多轴单自由度机构Ⅱ设于肩部绑和腰部绑带之间，与人体背部贴合，通过交错并联的两排齿形连杆实现多轴单自由度运动，仿照人体竖脊肌作用，用于与人体脊椎从弯曲到直立过程保持贴合状态。所述的驱动机构Ⅰ置于多轴单自由度机构Ⅱ外侧，为使用者搬运东西时提供从弯腰到直立过程的助力。本发明结构简单、价格相对廉价、功能较为齐全，采用气缸驱动助力，舒适性好，安全可靠。

Description

一种有动力型可弯腰部助力器
技术领域
本发明属于助老助残机器人领域，提供一种有动力型可弯腰部助力器。
背景技术
目前助老助残机器人技术领域，为人体腰部提供助力的技术方案中，现存有三种技术方案：第一种为内含钢片的固定式护腰带，虽然可以对腰部提供有效支撑，但也对腰部脊椎运动加以限制，使其无法正常弯曲。第二种为单个回转轴的腰部铰链驱动机构，虽然可以在弯腰时提供助力，但因其无法在弯曲过程中始终实现与脊柱相一致的弯曲变形，导致机构与身体无法保持良好的紧密贴合，无法确保其对腰部的支撑效果。第三种为软式充气变形气囊结构，一般存在着体积较大、形状调整不易、运动控制不够精确的缺点。
发明内容
本发明的目的就是针对从事搬运劳动的工作人员，设计一种可弯腰部助力器，它可以穿戴在使用者身上，为穿戴者搬运重物时提供腰部助力，减轻腰部负担。还可以帮助患有腰痛疾病的患者提供弯腰运动时的支撑，缓解疼痛症状。本发明采用多轴单自由度机构来实现对腰部弯腰运动的全过程进行紧密贴合支撑。弯腰助力的动力采用有动力型-弯曲动力来自外部的直线驱动器(气缸、电动推杆等)。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种有动力型可弯腰部助力器，包括驱动机构Ⅰ、多轴单自由度机构Ⅱ、绑带Ⅲ，所述绑带Ⅲ包括肩部绑带12、腰部绑带13。所述多轴单自由度机构Ⅱ设于肩部绑带12和腰部绑带13之间，与人体背部贴合，通过交错并联的两排齿形连杆实现多轴单自由度运动，仿照人体竖脊肌作用，用于与人体脊椎从弯曲到直立过程保持贴合状态。所述的驱动机构Ⅰ置于多轴单自由度机构Ⅱ外侧，为使用者搬运东西时提供从弯腰到直立过程的助力。
所述的多轴单自由度机构Ⅱ包括连接板1、上部齿形连接件2、中部多个齿形连接结构3、螺栓4、下部齿形连接件5、齿形连接板、轴承9、轴套10、锁紧螺母11、方杆14，其中，齿形连接板包括下部齿形连接板6、中部多个齿形连接板7、上部齿形连接板8，齿形连接板7个数比齿形连接结构3个数少1。
所述的上、下部齿形连接件2、5均为局部齿形结构，齿形连接结构3两端均为齿型结构。所述的上部齿形连接件2下端为圆弧端，与顶端的齿形连接结构3啮合，上部齿形连接件2顶端与连接板1铰接，上部齿形连接件2外侧与顶部方杆14固定连接。所述的下部齿形连接件5顶端为圆弧端，与底端的齿形连接结构3啮合，下部齿形连接件5下端与腰部固定板19连接，下部齿形连接件5外侧与底部方杆14固定连接。中部齿形连接结构3之间通过齿相互啮合。所述的上、下部齿形连接件2、5中间设有一个用于通过螺栓4的轴孔，齿形连接结构3、齿形连接板上均设有上下两个用于通过螺栓4的轴孔。所述的齿形连接板设于上部齿形连接件2、下部齿形连接件5、齿形连接结构3侧面，并通过螺栓4连接。所述的齿形连接件2、3、5的每个轴孔与齿形连接板6、7、8之间均通过轴套10定位，每个轴孔两侧分别安装轴承9，螺栓4端部通过锁紧螺母11锁紧。
所述的驱动机构Ⅰ包括气缸15、驱动绳索17、吊环18、腰部固定板19。所述气缸15铰接在顶部方杆14端部，吊环通过底部方杆14安装在腰部固定板19上。驱动绳索17两端分别与吊环18和气缸15的气缸杆16绑定。
所述的绑带Ⅲ包括肩部绑带12、腰部绑带13。肩部绑带12连接在连接板1两侧，腰部绑带13连接在腰部固定板19两侧。
本发明的有益效果为：本发明结构简单、价格相对廉价、功能较为齐全，采用气缸驱动助力，舒适性好，安全可靠。
附图说明
图1为一种有动力型可弯腰部助力器的示意图；
图2为多轴单自由度机构示意图；
图3为多轴单自由度机构侧面示意图；
图4为多轴单自由度机构螺栓连接剖面示意图；
图5为气缸驱动机构与绑带示意图；
图中：Ⅰ驱动机构；Ⅱ多轴单自由度机构；Ⅲ绑带；
1连接板；2上部齿形连接件；3齿形连接结构；4螺栓；5下部齿形连接件；6下部齿形连接板；7中部齿形连接板；8上部齿形连接板；9轴承；10轴套；11锁紧螺母；12肩部绑带；13腰部绑带；14方杆；15气缸；16气缸杆；17驱动绳索；18吊环；19腰部固定板
具体实施方式
以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种有动力型可弯腰部助力器，包括驱动机构Ⅰ、多轴单自由度机构Ⅱ、绑带Ⅲ，所述绑带Ⅲ包括肩部绑带12、腰部绑带13。所述多轴单自由度机构Ⅱ设于肩部绑带12和腰部绑带13之间，与人体背部贴合，通过交错并联的两排齿形连杆实现多轴单自由度运动，仿照人体竖脊肌作用，用于与人体脊椎从弯曲到直立过程保持贴合状态。所述的驱动机构Ⅰ置于多轴单自由度机构Ⅱ外侧。
所述的多轴单自由度机构Ⅱ包括连接板1、上部齿形连接件2、齿形连接结构3、螺栓4、下部齿形连接件5、下部齿形连接板6、中部齿形连接板7、上部齿形连接板8、轴承9、轴套10、锁紧螺母11、方杆14。
所述的上、下部齿形连接件2、5均为局部齿形结构，局部齿型结构的圆弧端与齿形连接结构3啮合，连接板1与上部齿形连接件2端部铰接，上部齿形连接件2外侧与方杆14固定连接。所述的齿形连接结构3两端均为齿型结构，齿形连接结构3顶端通过齿与上部齿形连接件2圆弧端啮合，底端啮合连接相同的齿形连接结构3，最下端齿形连接结构3的底端通过齿与下部齿形连接件5圆弧端啮合。所述的上部齿形连接件2、下部齿形连接件5中间设有轴孔，齿形连接结构3、上部齿形连接板8、中部齿形连接板7、下部齿形连接板6均设有上下两个轴孔，两轴孔位置处于上下外圆的圆心处。所述上部齿形连接件2中心轴孔通过螺栓4与上部齿形连接板8上部轴孔连接，上部齿形连接板8下端轴孔与最顶端齿形连接结构3的上部轴孔连接；下部齿形连接件5中心轴孔通过螺栓4与下部齿形连接板6下端轴孔连接，下部齿形连接板6上端轴孔与最底端齿形连接结构3的下部轴孔连接；中部齿形连接板7轴孔与其他端齿形连接结构3轴孔连接。以上齿形连接件2、3、5的每个轴孔与连接板6、7、8之间均通过轴套10定位，每个轴孔两侧分别安装轴承9，螺栓4端部通过锁紧螺母11锁紧。
所述的驱动机构Ⅰ包括气缸15、气缸杆16、驱动绳索17、吊环18、腰部固定板19。气缸15铰接在方杆14端部，吊环通过另一方杆14安装在腰部固定板19上。驱动绳索17两端分别与吊环18和气缸杆16绑定。
所述的绑带Ⅲ包括肩部绑带12、腰部绑带13。肩部绑带12连接在连接板1两侧，腰部绑带13连接在腰部固定板两侧。
该有动力装置穿着使用过程为：调节2上部齿形连接件、3齿形连接结构、4螺栓、5下部齿形连接件、6齿形连接板、7中部齿形连接板、8上部齿形连接板的齿形连接位置，至该多轴单自由度机构Ⅰ刚好与直立时的人体脊椎曲线一致；将1连接板与背部贴合，并用12肩部绑带与上半身绑定；19腰部固定板与腰部贴合，将13腰部绑带与腰部绑定；调节17驱动绳索长度调节件至人体直立状态时，17驱动绳索为拉紧状态。
人体直立，自由搬运物品行走时，当16气缸杆处于收缩状态，15气缸提供助力。
弯曲上身卸下物品时，人体靠自身力量通过17驱动绳索拉伸16气缸杆伸长，15气缸不提供助力。
搬运物品，人体从弯腰变为直立时，16气缸杆收缩，通过拉动17驱动绳索，为直立过程提供助力，15气缸提供助力。

Claims (2)

1.一种有动力型可弯腰部助力器，其特征在于，所述的有动力型可弯腰部助力器包括驱动机构Ⅰ、多轴单自由度机构Ⅱ、绑带Ⅲ，所述绑带Ⅲ包括肩部绑带(12)、腰部绑带(13)；所述多轴单自由度机构Ⅱ设于肩部绑带(12)和腰部绑带(13)之间，与人体背部贴合，通过交错并联的两排齿形连杆实现多轴单自由度运动，仿照人体竖脊肌作用，用于与人体脊椎从弯曲到直立过程保持贴合状态；所述的驱动机构Ⅰ置于多轴单自由度机构Ⅱ外侧，为使用者搬运东西时提供从弯腰到直立过程的助力；
所述的多轴单自由度机构Ⅱ包括连接板(1)、上部齿形连接件(2)、中部多个齿形连接结构(3)、下部齿形连接件(5)、齿形连接板、方杆(14)，其中，齿形连接板包括下部齿形连接板(6)、中部多个齿形连接板(7)、上部齿形连接板(8)，齿形连接板(7)个数比齿形连接结构(3)个数少1；
所述的上、下部齿形连接件(2)、5均为局部齿形结构，齿形连接结构(3)两端均为齿型结构；所述的上部齿形连接件(2)下方为圆弧端，与顶端齿形连接结构(3)啮合，另一端与连接板(1)铰接，上部齿形连接件(2)外侧与顶部方杆(14)固定连接；所述连接板(1)两侧与肩部绑带(12)连接；所述的下部齿形连接件(5)上方为圆弧端，与底端齿形连接结构(3)啮合，另一端与腰部固定板(19)连接，下部齿形连接件(5)外侧与底部方杆(14)固定连接；中部齿形连接结构(3)之间通过齿相互啮合；所述的上、下部齿形连接件(2)、(5)中间设有一个用于通过螺栓(4)的轴孔，齿形连接结构(3)、齿形连接板上均设有上下两个用于通过螺栓(4)的轴孔；所述的齿形连接板设于上部齿形连接件(2)、下部齿形连接件(5)、齿形连接结构(3)侧面，并通过螺栓(4)连接；
所述的驱动机构Ⅰ包括气缸(15)、驱动绳索(17)、吊环(18)、腰部固定板(19)；所述气缸(15)铰接在顶部方杆(14)端部，吊环通过底部方杆(14)安装在腰部固定板(19)上，腰部固定板(19)两侧与腰部绑带(13)连；驱动绳索(17)两端分别与吊环(18)和气缸(15)的气缸杆(16)绑定。
2.根据权利要求1所述的一种有动力型可弯腰部助力器，其特征在于，所述的齿形连接件(2)、(3)、(5)的每个轴孔与齿形连接板(6)、(7)、(8)之间均通过轴套(10)定位，每个轴孔两侧分别安装轴承(9)，螺栓(4)端部通过锁紧螺母(11)锁紧。
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