CN111317247B - 一种可调负载的悬浮背包装置 - Google Patents

Abstract

一种可调负载的悬浮背包装置，它包括调节机构和两套恒力机构，调节机构和两套恒力机构布置在背板的另一侧面上，两套恒力机构相对调节机构对称布置；所述调节机构包括导轨丝杠、滑块和第一导轮组；每套所述恒力机构包括第一弹簧、第二导轮组、摆杆和柔性绳；第一弹簧的一端安装在背板底部，第二导轮组可转动安装在背板的上部，摆杆的一端转动安装在背板上，另一端设在背板上的横架的滑槽内并能滑动，柔性绳的一端固定在第一弹簧的另一端，柔性绳绕在第二导轮组和第一导轮组的导轮上，柔性绳的另一端固定在摇杆的另一端上。本发明整体为被动式结构，且满足人体各种频率下的运动，能保证背包相对地面静止，可以适应不同负载的要求。

Description

一种可调负载的悬浮背包装置

技术领域

本发明涉及一种悬浮背包装置，具体涉及一种可调负载的悬浮背包装置。

背景技术

随着人们生活水平的不断提高，科学技术的不断发展，人们对可穿戴设备的舒适性和安全性有了更多的要求。背包作为一种普遍的穿戴设备服务于人类各个方面，有民用的家庭背包，有军用的特种背包。无论是哪种背包在装载较重负载的时候由于人体在行走或奔跑时重心上下移动导致背包无法与人体十分地贴合而产生相对运动。这种相对运动产生的惯性冲击对人体本身造成了额外的耗能。

发明内容

本发明提供一种可调负载的悬浮背包装置，以克服现有人体在背负背包行走或奔跑的时候，由于人体运动时重心的上下移动导致背包对人体造成的惯性冲击的问题。

一种可调负载的悬浮背包装置包括背包连接板和带有背带的背板，背带设置于背板的一侧面上，它还包括调节机构和两套恒力机构，调节机构和两套恒力机构布置在背板的另一侧面上，两套恒力机构相对调节机构对称布置；

所述调节机构包括导轨丝杠、滑块和第一导轮组；滑块与导轨丝杠的丝杠螺纹连接且能沿导轨丝杠的导轨上下滑动，滑块的两端分别安装有可转动的第一导轮组；

每套所述恒力机构包括第一弹簧、第二导轮组、摆杆和柔性绳；第一弹簧的一端安装在背板底部，第二导轮组可转动安装在背板的上部，摆杆的一端转动安装在背板上，另一端设在背板上的横架的滑槽内并能滑动，柔性绳的一端固定在第一弹簧的另一端，柔性绳绕在第二导轮组和第一导轮组的导轮上，柔性绳的另一端固定在摆杆的另一端上，两根摆杆倾斜布置，且所述一端邻近设置，所述另一端远离设置，背包连接板安装在背板上且相对背板上下滑动。

本发明相比现有技术的有益效果是：

本发明采用对称式可调节的恒力机构，可以适应不同负载的要求，通过调节第一导轮组连接的滑块在导轨丝杠上的位置即可调节装置的平衡效果，结构紧凑，调节稳定可靠，整体装置体积小，满足高机动的性能指标要求。

本发明整体为被动式结构，且满足人体各种频率下的运动，能保证背包相对地面静止，减少惯性力对人体的冲击。使人体在远距离奔跑或行走不会感到十分疲惫。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步地说明：

附图说明

图1为本发明的立体结构示意图；

图2为背包连接板、背板、调节机构和恒力机构的连接关系图；

图3为图2的侧视图；

图4为背板、调节机构和恒力机构的连接关系立体图；

图5为从背板另一侧面看的主视图；

图6为从背带侧看的背板、竖向滑轨和竖向挡板连接关系的立体图；

图7为本发明的工作原理图。

具体实施方式

参见图1-图5所示，本实施方式的一种可调负载的悬浮背包装置包括背包连接板2和带有背带1-1的背板1，背带1-1设置于背板1的一侧面上，它还包括调节机构和两套恒力机构，调节机构和两套恒力机构布置在背板1的另一侧面上，两套恒力机构相对调节机构对称布置；

所述调节机构包括导轨丝杠3、滑块4和第一导轮组5；滑块4与导轨丝杠3的丝杠螺纹连接且能沿导轨丝杠3的导轨上下滑动，滑块4的两端分别安装有可转动的第一导轮组5；每套所述恒力机构包括第一弹簧6、第二导轮组7、摆杆8和柔性绳9；第一弹簧6的一端安装在背板1底部，第二导轮组7可转动安装在背板1的上部，摆杆8的一端转动安装在背板1上，另一端设在背板1上的横架的滑槽内并能滑动，柔性绳9的一端固定在第一弹簧6的另一端，柔性绳9绕在第二导轮组7和第一导轮组5的导轮上，柔性绳9的另一端固定在摆杆8的另一端上，两根摆杆8倾斜布置，且所述一端邻近设置，所述另一端远离设置，背包连接板2安装在背板1上且相对背板1上下滑动。

本实施方式在背板1和背包连接板2间隙装有可调平衡力大小的所述恒力机构，第一弹簧通6过柔性绳9牵引，在第一导轮组5和第二导轮组7的作用下改变柔性绳9的方向。

可选地，对于一套恒力机构来说：柔性绳9的一端通过三角连接板6-1与第一弹簧6(如2根弹簧)连接，另一端绕过背板1上的第二导轮组7(如1个导轮)到导轨丝杠3上的第一导轮组5(如1个导轮)，最终连接在摆杆8的另一端处。当人体的重心随着人体走路或奔跑而上下运动时，四根第一弹簧6产生拉伸形变，使背包17可以在人体运动的过程中保持相对地面静止，达到减少惯性力对人体冲击的目的。使人体舒适度和机动性都能够提高，动作过程中也不会被背包所干涉。

可选地，如图2和图4所示，所述背包连接板2通过第二弹簧10与背板1连接，第二弹簧10的一端钩子背板1上，另一端钩子背包连接板2上。如此设置，第二弹簧10的作用是可使背包17在人不运动后，可以自动拉回滑轨中央处。

可选地，如图2和图3所示，所述横架包括水平挡板12和两个水平滑轨11；所述摆杆8的另一端安装有带槽的滑轮15，滑轮15设置于两个间隔布置的水平滑轨11的间隙内，且滑轮15的轮槽贴于水平滑轨11上，水平滑轨11外侧包覆有水平挡板12，水平挡板12安装在背包连接板2上。

可选地，如图5和图6所示，所述背包连接板2通过滑动组件在背板1上滑动，所述滑动组件包括滑轮15和竖向滑轨13，滑轮15带有轮槽，背包连接板2连接有滑轮15，背板1上沿竖向开有两条长孔1-2，每个长孔1-2边缘固定有竖向滑轨13，滑轮15的轮槽贴于竖向滑轨13上。

进一步地，如图3和图6所示，背板2通过V形的滑轮15和V形的水平滑轨11与背包连接板2嵌合一起，背包连接板2通过V型的滑轮15可以在背板1的V型的竖向滑轨13上上下移动，背板1另一侧面两边分别装有两根刚度系数较大的第一弹簧(拉伸弹簧，)6，第一弹簧6外侧装有弹簧保护罩18，保证第一弹簧6在拉动过程中始终保持竖直状态。两根摆杆8分别在摆杆轴上通过轴承和卡簧装配一起在背板1上，使其可以自由旋转，柔性绳9通过导轮约束改变方向，第一弹簧6与三角连接板6-1连接一起，左右形成对称的重力平衡机构，在背板1中央处有一刚度系数很小的第二弹簧10与背包连接板2连接一起，如图3所示。

作为一个示例：导轨丝杠3和导轮支座7-1通过螺钉螺母固连在背板1上，导轮与导轮支座3、导轮与滑块4通过销轴和卡簧装配。导轮组上的导轮可以在销轴上自由旋转运动。第一弹簧6通过第一弹簧固定座连接，第一弹簧固定座固连在背板1上。

第二弹簧固定座一个固定在背包连接板2上，一个固定在背板1上。通过调节导轨丝杠3顶端的旋转螺母即可改变滑块4的位置。第二弹簧10通过第二弹簧固定座将背板1和背包连接板2连接一起，如图4所示。

可选地，如图6所示，所述悬浮减负背包还包括竖向挡板14，竖向挡板14布置在背板1的所述一侧面上，且竖向挡板14与竖向滑轨13固接。如此设置，为了防止滑轮15滑动过程中脱离竖向滑轨13，本实施方式采取挡板方式避免竖向滑轮13脱轨。

进一步地，在上述实施方式的方案中，所述背板1、背包连接板2的材质均为碳纤维。碳纤维材料轻和韧性好，水平滑轨11、水平挡板12、竖向滑轨13和竖向挡板14的材质均为铝合金。铝合金强度高，材料轻。本发明装置整体重量不到2kg，负载能力5kg-30kg。如图4所示，为了提高背包者的舒适度，所述背板1一侧面上还平铺有支撑后背的护垫16。

工作原理

如图5和图7所示，本装置采用被动恒力平衡的原理，原理图如图7所示，负载产生的重力矩通过弹簧自身的变形来平衡。定义，第一弹簧的净拉伸量，满足如下等式要求。

Mga＝Kab

上式中，M是负载质量，g是重力加速度，K弹簧刚度系数，a是摆杆长度，b是摆杆的旋转轴线到滑块位置的距离OB。

即选定合适的满足最大负载能力的刚度系数K情况下，调节滑块的上下位置，使b的长度发生变化，即可改变平衡重量的大小。理想情况下可实现调节平衡设计范围内的任意重量的负载。本装置涉及范围是5kg-25kg均可使用。

完全恒力的效果其实并不是所希望的，因为恒力意味着背包最终无论运动到任意一个地方都可以停下保持静止不动。为了能使背包17最终静止在竖向滑轨13的中央处，在设计重力补偿的时候考虑最大负载比所需平衡重力的大小稍小一点，通过增设一个刚度系数很小的第二弹簧10(直线弹簧)来补偿平衡的效果，使在人体不运动时保持在初始状态而不会随便停在滑轨任意地方而干涉人体使人体感到不适。具体到可调恒力背包装置上即调节滑块4在丝杠上的位置，即可改变平衡负载的大小。达到使背包17相对地面静止，减少惯性力对人体冲击的作用。

本发明已以较佳实施案例揭示如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可以利用上述揭示的结构及技术内容做出些许的更动或修饰为等同变化的等效实施案例，均仍属本发明技术方案范围。

Claims (6)

1.一种可调负载的悬浮背包装置，它包括背包连接板(2)和带有背带(1-1)的背板(1)，背带(1-1)设置于背板(1)的一侧面上，其特征在于：它还包括调节机构和两套恒力机构，调节机构和两套恒力机构布置在背板(1)的另一侧面上，两套恒力机构相对调节机构对称布置；

所述调节机构包括导轨丝杠(3)、滑块(4)和第一导轮组(5)；滑块(4)与导轨丝杠(3)的丝杠螺纹连接且能沿导轨丝杠(3)的导轨上下滑动，滑块(4)的两端分别安装有可转动的第一导轮组(5)；

每套所述恒力机构包括第一弹簧(6)、第二导轮组(7)、摆杆(8)和柔性绳(9)；第一弹簧(6)的一端安装在背板(1)底部，第二导轮组(7)可转动安装在背板(1)的上部，摆杆(8)的一端转动安装在背板(1)上，另一端设在背板(1)上的横架的滑槽内并能滑动，柔性绳(9)的一端固定在第一弹簧(6)的另一端，柔性绳(9)绕在第二导轮组(7)和第一导轮组(5)的导轮上，柔性绳(9)的另一端固定在摆杆(8)的另一端上，两根摆杆(8)倾斜布置，且所述两根摆杆(8)的一端邻近设置，另一端远离设置，背包连接板(2)安装在背板(1)上且相对背板(1)上下滑动；

所述背包连接板(2)通过第二弹簧(10)与背板(1)连接，第二弹簧(10)的一端钩子背板(1)上，另一端钩子背包连接板(2)上；所述横架包括水平挡板(12)和两个水平滑轨(11)；所述摆杆(8)的另一端安装有带槽的滑轮(15)，滑轮(15)设置于两个间隔布置的水平滑轨(11)的间隙内，且滑轮(15)的轮槽贴于水平滑轨(11)上，水平滑轨(11)外侧包覆有水平挡板(12)，水平挡板(12)安装在背包连接板(2)上。

2.根据权利要求1所述一种可调负载的悬浮背包装置，其特征在于：所述背包连接板(2)通过滑动组件在背板(1)上滑动，所述滑动组件包括滑轮(15)和竖向滑轨(13)；滑轮(15)带有轮槽，背包连接板(2)连接有滑轮(15)，背板(1)上沿竖向开有两条长孔(1-2)，每个长孔(1-2)边缘固定有竖向滑轨(13)，滑轮(15)的轮槽贴于竖向滑轨(13)上。

3.根据权利要求2所述一种可调负载的悬浮背包装置，其特征在于：还包括竖向挡板(14)，竖向挡板(14)布置在背板(1)的所述一侧面上，且竖向挡板(14)与竖向滑轨(13)固接。

4.根据权利要求1或3所述一种可调负载的悬浮背包装置，其特征在于：所述背板(1)、背包连接板(2)的材质均为碳纤维。

5.根据权利要求4所述一种可调负载的悬浮背包装置，其特征在于：水平滑轨(11)、水平挡板(12)、竖向滑轨(13)和竖向挡板(14)的材质均为铝合金。

6.根据权利要求1或5所述一种可调负载的悬浮背包装置，其特征在于：所述背板(1)一侧面上还平铺有支撑后背的护垫(16)。

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