CN111283661A - 一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，包括腰部支撑架，背部支撑架，主动动力构件，髋关节传动构件和背部构件。髋关节传动构件与腰部绑带固联，布置于髋两侧。背部构件一端与髋关节传动构件连接，另一端与背部支撑架连接。电机支撑架位于腰部后侧，并固联于腰部绑带，主动动力构件安装于电机支撑架。电机支撑架上设有钢丝绳导管，钢丝绳通过转动滑轮将电机输出的扭矩传递给髋关节传动构件，进而驱动背部构件对腰部助力。本发明的优点在于：该装置的设计考虑了人机相容性问题，提高了穿戴舒适性，腰部屈曲角度大，同时也满足了人体弯腰时侧屈的需求，助力效果显著。使用单电机进行驱动，成本低，穿戴方便。

Description

一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置

技术领域

本发明涉及一种可帮助穿戴者搬起重物、减轻腰部疲劳的助力装置，具体说，涉及一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置。

背景技术

腰痛是一个普遍存在的健康问题，严重影响一个人的生活质量。尤其是从事劳动密集型工作的人，极易患腰肌劳损和各种腰椎疾病。下腰痛的治疗是痛苦且昂贵的，而且恢复的希望相当有限。因此，在体力活动期间为工人提供外部帮助，相比于患病后再去治疗更有意义。尽管工业用外骨骼的开发取得了一定进展，但它们还没有被工业广泛采用。一些必须克服的挑战包括运动范围缩小，运动自由度不足及成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，其特征在于：该腰部助力装置包括背部支撑架、腰部支撑架、髋关节传动构件、主动动力构件及背部构件。

装置通过腰部绑带与背部绑带与人体连接。髋关节传动构件与腰部绑带固联，布置于髋两侧。腰部绑带上设有电机支撑架，位于背部后侧，主动动力构件安装在电机支撑架上。电机支撑架两侧上设有钢丝绳导管，电动机输出的扭矩通过钢丝绳来驱动转动滑轮，进而带动背部构件进行腰部助力。

进一步，使用一个电机同时驱动两侧的髋关节传动构件，穿戴装置时人体可以实现屈曲和侧屈两个自由度的运动，且装置不会对人体运动范围有所限制。

进一步，髋关节传动构件位于腰部绑带两侧，包括转动滑轮、角接触轴承和轴。轴通过螺钉与腰部绑带连接，传动时轴不转动，转动滑轮转动。

进一步，电机安装在电机支撑架上，电机轴上安装有转盘，其上加工有4个均匀分布的圆柱型凸台，钢丝绳用“Z”型缠绕在圆柱形凸台上，通过两侧的钢丝绳导管分别与髋关节传动构件中的转动滑轮相连，传递电机输出的扭矩。

进一步，轮盘上圆柱型凸台的分布半径大于钢丝绳缠绕的转动滑轮半径，以满足人体最大弯腰角度。

进一步，转动滑轮上打有螺纹孔，使用螺钉将钢丝绳固定在滑轮上。

进一步，两个相同的髋关节传动构件共同驱动背部构件。背部构件包括U型件、圆柱轨道、圆柱移动件、连接件、螺纹销、轴、M14螺栓及M14螺母。从背部连接处向下为RRPRPR链，包括转动副、转动副、移动副、转动副、移动副和转动副。背部绑带上有转动副底座。背部构件通过第一个转动副与人体背部连接，通过第二个移动副分别与两侧的髋关节传动构件进行连接，髋关节部分为最后一个转动副，转动轴线大致对准人体髋关节，RRPRPR链的采用，允许其轴线对准时有一定的偏差。第一个转动副与第二个转动副轴线垂直，第二个转动副与第三个转动副轴线平行，且垂直于第一个移动副轨道。转动滑轮上安装有限位螺钉，避免U型件脱落。

该装置包括背部支撑架1、腰部支撑架2、髋关节传动构件3、主动动力构件4及背部构件5。装置通过背部绑带6与腰部绑带7与人体连接。髋关节传动构件3有两个，分别安装于腰部绑带7两侧。腰部绑带7上设有电机支撑架14，位于背部后侧，主动动力构件4安装在电机支撑架14上。电机支撑架14两侧上设有钢丝绳导管12，电动机31输出的扭矩通过钢丝绳15来驱动转动滑轮8，进而带动背部构件5进行腰部助力。

腰部支撑架2包括腰部绑带7、护垫13及电机支撑架14。护垫13上安装有电机支撑架14用来安装电机。

转动滑轮8与U型件19通过移动副连接，转动滑轮8上打有通孔，U型件19相应位置也打有对应槽，M6螺钉9与M6螺母18装在转动滑轮8上，用来限制转动滑轮8与U型件19之间的相对移动距离，其最大相对移动距离为50毫米。

圆柱移动件23靠近人体部分打有竖直方向的螺纹通孔，螺纹销26将圆柱移动件23与轴25固连。

腰部绑带7后侧安装有护垫13，护垫13上安装有电机支撑架14，电机31轴上安装有转盘17，转盘17上加工有分布均匀的4个相同的凸台，用以缠绕钢丝绳15输出扭矩。连接板16上加工有均匀分布的螺纹孔，用4个M2.5螺钉32与8个M3螺钉33通过连接板16使电机31与转盘17连接。

背部构件5包括U型件19、M14螺栓20和M14螺母21、圆柱轨道22、圆柱移动件23、转动件24、轴25、螺纹销26。U型件19上部与圆柱轨道22由转动副连接，由M14螺栓20和M14螺母21进行定位；

髋关节构件3包括转动滑轮8、轴11、角接触球轴承27、角接触球轴承28、套筒29及螺钉。转动滑轮8内侧加工有凸台，两个角接触球轴承安装在轴11上，轴11与腰部绑带7用2个M6螺钉连接，转动滑轮8的凸台定位两轴承外圈，轴肩与套筒29分别定位两轴承内圈。转动滑轮8上打有螺纹孔，用螺钉10将钢丝绳15固定在转动滑轮8上，电机31输出的扭矩由钢丝绳15传递给转动滑轮8，再由转动滑轮8传递给背部构件5。

与现有技术相比本发明的有益效果是：该装置结构简单，穿戴方便。不同于常见的双电机装置，本装置只需一个电机进行驱动，大大降低了成本，并且充分考虑了人机相容性问题，可以实现屈曲与侧屈运动，弯腰运动范围得到充分考虑，可以实现人体最大弯曲角度。

附图说明

图1是人体穿戴本发明时的轴测视图；

图2是本发明一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置时的轴测视图；

图3是背部构件的轴测视图；

图4是髋关节传动构件的分解图；

图5是背部构件移动副的分解图；

图6是背部构件与人体连接位置的剖视图；

图7是主动动力构件的分解图；

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图7所示，图1是人体穿戴本发明时的轴测视图，图2是本发明一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置时的轴测视图，图3是背部构件的轴测视图，图4是髋关节传动构件的分解图，图5是背部构件移动副的分解图，图6背部构件与人体连接位置的剖视图，图7是主动动力构件的分解图。

本实例提供了一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，参图1～图8所示，该装置包括背部支撑架1、腰部支撑架2、髋关节传动构件3、主动动力构件4及背部构件5。装置通过背部绑带6与腰部绑带7与人体连接。髋关节传动构件3有两个，分别安装于腰部绑带7两侧。腰部绑带7上设有电机支撑架14，位于背部后侧，主动动力构件4安装在电机支撑架14上。电机支撑架14两侧上设有钢丝绳导管12，电动机31输出的扭矩通过钢丝绳15来驱动转动滑轮8，进而带动背部构件5进行腰部助力。

本实例中，参图1及图2所示,腰部支撑架2包括腰部绑带7、护垫13及电机支撑架14。腰部绑带7为内凹弧形，可以调高穿戴的舒适性，护垫13有一定厚度，与人体贴合良好，其上安装有电机支撑架14用来安装电机。

本实例中，参图2及图3所示，背部构件5包括U型件19、M14螺栓20和M14螺母21、圆柱轨道22、圆柱移动件23、转动件24、轴25、螺纹销26。U型件19上部与圆柱轨道22由转动副连接，由M14螺栓20和M14螺母21进行定位，M14螺栓20和M14螺母21没有旋紧，并且孔的半径大于螺纹部分的半径，避免影响相连构件的相对转动。

本实例中，参图2及图4所示，髋关节构件3包括转动滑轮8、轴11、角接触球轴承27、角接触球轴承28、套筒29及2个M6螺钉30。转动滑轮8内侧加工有凸台，两个角接触球轴承安装在轴11上，轴11与腰部绑带7用2个M6螺钉30连接，转动滑轮8的凸台定位两轴承外圈，轴肩与套筒29分别定位两轴承内圈。转动滑轮8上打有螺纹孔，用螺钉10将钢丝绳15固定在转动滑轮8上，电机31输出的扭矩由钢丝绳15传递给转动滑轮8，再由转动滑轮8传递给背部构件5。

本实例中，参图2及图5所示，转动滑轮8与U型件19通过移动副连接，转动滑轮8上打有通孔，U型件19相应位置也打有对应槽，M6螺钉9与M6螺母18装在转动滑轮8上，用来限制转动滑轮8与U型件19之间的相对移动距离，其最大相对移动距离为50毫米。

本实例中，参图2及图6所示，圆柱移动件23靠近人体部分打有竖直方向的螺纹通孔，螺纹销26将圆柱移动件23与轴25固连。

本实例中，参图2及图7所示，腰部绑带7后侧安装有护垫13，护垫13上安装有电机支撑架14，电机31轴上安装有转盘17，转盘17上加工有分布均匀的4个相同的凸台，用以缠绕钢丝绳15输出扭矩。连接板16上加工有均匀分布的螺纹孔，用4个M2.5螺钉32与8个M3螺钉33通过连接板16使电机31与转盘17连接。

本发明提供一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，具有如下有益效果：

1)该装置可以提高人腰部的抗疲劳能力，有效预防各种腰部相关疾病的产生，对于有轻微腰部疾病的患者，可减轻腰部疼痛。

2)该装置不同于普遍采用双电机驱动的装置，该装置只使用一个电机进行驱动，大大降低了成本。

3)该装置充分考虑人机相容性问题，相关被动关节的采用，使得穿戴装置时可以实现屈曲和侧屈两个自由度的运动，运动范围大，能够满足各种搬取重物姿势的要求。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。

Claims (4)

1.一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，其特征在于：该腰部助力装置包括背部支撑架、腰部支撑架、髋关节传动构件、主动动力构件及背部构件；

通过腰部绑带与背部绑带与人体连接；髋关节传动构件与腰部绑带固联，布置于髋两侧；背部构件一端与髋关节传动构件连接，另一端与背部支撑架连接；电机支撑架位于腰部后侧，并固联于腰部绑带，主动动力构件安装于电机支撑架；电机支撑架上设有钢丝绳导管，钢丝绳通过转动滑轮将电机输出的扭矩传递给髋关节传动构件，进而驱动背部构件对腰部助力。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，其特征在于：髋关节传动构件位于腰部绑带两侧，包括转动滑轮，角接触轴承，轴；轴通过螺钉与腰部绑带连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，其特征在于：使用一个电机同时驱动两侧的髋关节传动构件，电机安装在电机支撑架上，电机轴上安装有转盘，其上加工有4个分布均匀的圆柱型凸台，钢丝绳“Z”型缠绕在圆柱型凸台上，通过两侧的钢丝绳导管分别与转动滑轮相连，将电机输出的扭矩传递到髋关节传动构件；轮盘上加工的圆柱型凸台的分布半径大于转动滑轮的半径。

4.根据权利要求1所述的一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，其特征在于：两个相同的髋关节传动构件共同驱动背部构件；背部构件包括U型件、圆柱轨道、圆柱移动件、连接件、螺纹销、轴、M14螺栓和M14螺母；从背部连接处向下为RRPRPR链，包括转动副、转动副、移动副、转动副、移动副和转动副；背部绑带上有转动副底座，背部构件通过第一个转动副与人体背部连接，通过第二个移动副分别与两侧的髋关节传动构件进行连接，髋关节部分为最后一个转动副，第一个转动副与第二个转动副轴线垂直，第二个转动副与第三个转动副轴线平行，且垂直于第一个移动副轨道；转动滑轮上安装有限位螺钉。

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