CN111618823B - 鱼骨式外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种鱼骨式外骨骼装置，属于外骨骼装置技术领域，包括附着基体和助力机构，附着基体设有鱼骨式包覆架，鱼骨式包覆架通过绑带固定于人体背部，鱼骨式包覆架用于与整个人体背部贴合靠紧并相对固定，助力机构连接于附着基体上，助力机构用于为人体上肢的活动提供额外的动力；本发明提供的鱼骨式外骨骼装置，能够解决现有的外骨骼装置使用效果不佳的问题。

Description

鱼骨式外骨骼装置

技术领域

本发明属于外骨骼装置技术领域，更具体地说，是涉及一种鱼骨式外骨骼装置。

背景技术

外骨骼装置是一种能够由人体穿戴，并且能够提供额外的能量供四肢运动的机械框架。外骨骼装置可以作为人体装甲武装士兵，使他们具有更强的战斗力，也可以作为康复装置，辅助患有肌萎缩等病症的人们进行康复治疗；外骨骼装置还能够供快递配送人员穿戴，提升他们的负重能力，提高配送效率。现有的外骨骼装置往往具有使用效果不佳的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种供人体上半身穿戴的鱼骨式外骨骼装置，旨在解决现有的外骨骼装置使用效果不佳的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，提供一种鱼骨式外骨骼装置，包括附着基体和助力机构；

所述附着基体设有鱼骨式包覆架，所述鱼骨式包覆架通过绑带固定于人体背部，所述鱼骨式包覆架用于与整个人体背部贴合靠紧并相对固定；

所述助力机构连接于所述附着基体上，所述助力机构用于为人体上肢的活动提供额外的动力。

作为本申请另一实施例，所述鱼骨式包覆架包括脊柱体和若干个鱼骨体，所述鱼骨体沿所述脊柱体的长度方向设置，所述鱼骨体上设有曲线部，所述曲线部用于与人体背部贴合靠紧。

作为本申请另一实施例，所述曲线部上设有贴靠单元，所述贴靠单元设有贴靠板，所述贴靠板背面设有第一万向球，所述贴靠单元借助所述第一万向球与所述鱼骨体铰接。

作为本申请另一实施例，所述贴靠单元通过第一连接组件与所述鱼骨体连接，所述第一连接组件与所述第一万向球铰接并用于使所述贴靠板能够垂直于人体背部移动。

作为本申请另一实施例，所述第一连接组件包括固定块、滑柱和弹性元件；

所述固定块固设于所述鱼骨体上；

所述滑柱滑动设置在所述固定块中且用于垂直于人体背部设置，所述滑柱的伸出端设有用于与所述第一万向球铰接的球形腔；

所述弹性元件设于所述固定块中，所述弹性元件用于连接所述滑柱位于所述固定块内部的一端，并为所述滑柱提供向外移动的轴向推力。

作为本申请另一实施例，所述脊柱体包括若干个脊椎段，所述脊椎段通过第二连接组件连接，相邻的所述脊椎段能够借助所述第二连接组件相对错动或转动。

作为本申请另一实施例，所述第二连接组件包括圆柱卡块和卡槽；

所述圆柱卡块数量为两个且固设于一个所述脊椎段的端部，两个所述圆柱卡块平行设置；

所述卡槽开设于另一个所述脊椎段的端部且用于与所述圆柱卡块滑动卡接，所述卡槽包括直线段和两个圆弧段，所述圆弧段与所述直线段连通且对称设置，所述圆弧段用于在一个所述圆柱卡块卡接于所述直线段时，与另一个所述圆柱卡块滑动卡接。

作为本申请另一实施例，所述绑带包括腰带和两个肩带，所述腰带用于绑在人体腰部且与所述脊柱体绑紧连接，所述肩带用于从上方绕过人体肩膀且一端连接所述腰带，另一端与所述脊柱体绑紧连接，所述肩带上设有用于调节松紧的日字扣。

作为本申请另一实施例，所述助力机构包括两个助力组件，所述助力组件用于设置在人体两侧且分别连接于所述附着基体上，所述助力组件包括顶杆、动力元件和摆杆；

所述顶杆连接于所述附着基体上且沿人体的前后方向设置；

所述动力元件为杆状且数量为两个，所述动力元件连接在所述顶杆两端且竖直设置在所述顶杆下方，所述动力元件设有能够向下推出的推杆；

所述摆杆尾端和中部分别与两个所述推杆铰接，所述摆杆与所述动力原件和顶杆组成四边形结构，并在所述动力元件的驱动下上下摆动。

作为本申请另一实施例，所述附着基体设有向前伸出的悬杆，所述顶杆通过第二万向球铰接在所述悬杆的伸出端。

本发明提供的鱼骨式外骨骼装置，与现有技术相比，设有附着基体，附着基体能够通过鱼骨式包覆架牢固的附着在人体上，为助力机构提供稳定的固定基体，保证助力机构上的活动部件能够准确的完成预设的助力动作，使人们能够切实的通过外骨骼装置达成预期的目的，具有良好的使用效果；同时，鱼骨式包覆架与整个人体背部贴合靠紧，使外骨骼装置的自重以及助力机构产生的反作用力能够均匀的作用在人体上，而不是集中作用在人体的某个部位，保证不会因为局部受力过大而产生疲劳感，甚至疼痛，保证了外骨骼装置的舒适性，从而具有良好的用户体验；助力机构为人体上肢的活动提供额外的动力，从而能够提高人体上肢的负重能力，提起更重的物品，还能够作为康复训练装置，帮助人们实现摆臂、屈臂等训练动作，助力机构功能的多样性使得本发明提供的鱼骨式外骨骼装置能够应用在多种领域，产生良好的经济、技术价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置一个视角的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置另一视角的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中附着基体一个视角的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中设有贴靠单元的鱼骨体的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中贴靠单元的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中第一连接组件处的剖视结构示意图；

图7为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中附着基体另一视角的结构示意图；

图8为图7中A处的放大视图；

图9为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中第二连接组件处一种状态下的侧视结构示意图；

图10为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中第二连接组件处另一状态下的侧视结构示意图；

图11为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中绑带的结构示意图；

图12为本发明实施例提供的鱼骨式外骨骼装置中助力组件的结构示意图。

图中：1、助力机构；11、顶杆；12、动力元件；121、推杆；13、摆杆；14、束臂筒；15、操作杆；2、附着基体；21、脊柱体；211、脊椎段；212、第二连接组件；2121、圆柱卡块；2122、卡槽；21221、直线段；21222、圆弧段；22、鱼骨体；221、曲线部；222、连接孔；23、贴靠单元；231、贴靠板；232、第一万向球；24、第一连接组件；241、固定块；242、滑柱；243、弹性元件；25、悬杆；26、第二万向球；27、肩杆；3、绑带；31、腰带；32、肩带。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅图1及图2，现对本发明提供的鱼骨式外骨骼装置进行说明。鱼骨式外骨骼装置包括附着基体2和助力机构1，附着基体2设有鱼骨式包覆架，鱼骨式包覆架通过绑带3固定于人体背部，鱼骨式包覆架用于与整个人体背部贴合靠紧并相对固定；助力机构1连接于附着基体2上，助力机构1用于为人体上肢的活动提供额外的动力。

本发明提供的鱼骨式外骨骼装置，与现有技术相比，设有附着基体2，附着基体2能够通过鱼骨式包覆架牢固的附着在人体上，为助力机构1提供稳定的固定基体，保证助力机构1上的活动部件能够准确的完成预设的助力动作，使人们能够切实的通过外骨骼装置达成预期的目的，具有良好的使用效果；同时，鱼骨式包覆架与整个人体背部贴合靠紧，使外骨骼装置的自重以及助力机构1产生的反作用力能够均匀的作用在人体上，而不是集中作用在人体的某个部位，保证不会因为局部受力过大而产生疲劳感，甚至疼痛，保证了外骨骼装置的舒适性，从而具有良好的用户体验；助力机构1为人体上肢的活动提供额外的动力，从而能够提高人体上肢的负重能力，提起更重的物品，还能够作为康复训练装置，帮助人们实现摆臂、屈臂等训练动作，助力机构1功能的多样性使得本发明提供的鱼骨式外骨骼装置能够应用在多种领域，产生良好的经济、技术价值。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图3，鱼骨式包覆架包括脊柱体21和若干个鱼骨体22，鱼骨体22沿脊柱体21的长度方向设置，鱼骨体22上设有曲线部221，曲线部221用于与人体背部贴合靠紧。脊柱体21大致沿人体的脊柱上下走向设置，鱼骨体22为板状且大致与鱼骨体22垂直，曲线部221为鱼骨体22靠近人体背部的边沿。鱼骨体22沿脊柱体21的延伸方向自上而下布置，并分别对应人体背部不同高度的部位，不同部位的鱼骨体22与人体背部尺寸适配，大小不一，使得曲线部221能够更好的贴合人体背部，保证鱼骨式包覆架与人体背部靠紧，使附着基体2稳定的附着在人体上。

需要说明的是，鱼骨式包覆架用于与整个人体背部贴合靠紧，并不是曲线部221能够覆盖、贴合人体背部的全部区域，而是曲线部221大致均匀分布在整个人体背部范围内，避免人体局部受力过大。具体的，曲线部221的形状尺寸可以根据特定人体定做，进一步保证曲线部221能够与人体背部贴合靠紧。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图4，曲线部221上设有贴靠单元23，贴靠单元23设有贴靠板231，贴靠板背231面设有第一万向球232，贴靠单元23借助第一万向球232与鱼骨体22铰接。具体的，贴靠单元23的数量为多个，并且沿曲线部221的延伸方向设置。通过贴靠单元23与人体背部贴合，不仅能够利用贴靠板231增大与人体背部的接触面积，进一步分散附着基体2对人体的作用力，保证外骨骼装置的舒适性，而且还能够利用第一万向球232与鱼骨体22万向铰接，使贴靠板231能够在预设的小范围内灵活的万向转动，保证贴靠板231能够在绑带3的作用下与人体背部紧密贴合，并实现靠紧，从而保证了附着基体2能够稳定的附着在人体上。

具体的，贴靠板231可以由硅胶或橡胶等材料制成，贴靠板231具有透气性，并且软硬适中，既能够保持一定的形状，又不至于太硬，硌伤背部皮肤；贴靠板231上可以设置透气小孔，以增加其透气性能；鱼骨体22可以由有机玻璃材质制成，既具有足够的强度，而且重量轻。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图4，贴靠单元23通过第一连接组件24与鱼骨体22连接，第一连接组件24与第一万向球232铰接并用于使贴靠板231能够垂直于人体背部移动。贴靠板231不仅能够万向转动，还能够借助第一连接组件24垂直于人体背部移动，进一步增强了贴靠单元23的适应能力，使贴靠单元23能够灵活适应不同的背部形状，以及人们穿戴外骨骼装置活动时背部形状的实时变化，保证贴靠板231始终与人体背部紧密贴合并靠紧。贴靠板231垂直于人体背部移动，并非严格的垂直，而是大致为垂直方向，因为人体背部表面为不规则的曲面形状，使每个贴靠板231严格垂直于背部表面是不现实的。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图6，第一连接组件24包括固定块241、滑柱242和弹性元件243，固定块241固设于鱼骨体22上；滑柱242滑动设置在固定块241中且用于垂直于人体背部设置，滑柱242的伸出端设有用于与第一万向球232铰接的球形腔；弹性元件243设于固定块241中，弹性元件243用于连接滑柱242位于固定块241内部的一端，并为滑柱242提供向外移动的轴向推力。

初始状态下，滑柱242在弹性元件243推力的作用下，位于如图6所示的推出状态，滑柱242的尾端设有周向均布的若干个限位块，固定块241上设有与限位块滑动卡接的轴向槽以及与限位块接触的挡圈，能够将滑柱242的尾端限位在固定块241中，使滑柱242不会从固定块241上脱出；固定块241的中心开设有与滑柱242适配的滑孔，滑柱242能够在滑孔中顺畅的轴向滑动，滑孔与轴向槽连通。

以图6所示方向为例，当贴靠板231受到人体背部的压力时，滑柱242向左滑动，弹性元件243进一步压缩，实现贴靠单元23垂直于人体背部的移动。具体的，弹性元件243为弹簧。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图7，脊柱体21包括若干个脊椎段211，脊椎段211通过第二连接组件212连接，相邻的脊椎段211能够借助第二连接组件212相对错动或转动。具体的，相对错动的方向为垂直于脊椎段211的轴线，相对转动的方向为人体的前后方向。借助脊椎段211的相对错动或转动，脊柱体21能够在一定范围内实现弯曲、扭动等变形，从而灵活的适应人体运动时背部形状的变化，保证附着基体2始终能够贴合靠紧人体背部。

需要说明的是，脊椎段211的相对错动或转动的程度需要合理控制，给予脊柱体21灵活程度的同时，还需要使其保持一定的整体强度，以便绑带3的绑扎力能够通过脊柱体21传递至每一个鱼骨体22上。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图8，第二连接组件212包括圆柱卡块2121和卡槽2122，圆柱卡块2121数量为两个且固设于一个脊椎段211的端部，两个圆柱卡块2121平行设置；卡槽2122开设于另一个脊椎段211的端部且用于与圆柱卡块2121滑动卡接，卡槽2122包括直线段21221和两个圆弧段21222，圆弧段21222与直线段21221连通且对称设置，圆弧段21222用于在一个圆柱卡块2121卡接于直线段21221时，与另一个圆柱卡块2121滑动卡接。

当两个圆柱卡块2121均位于直线段21221时，如图9所示，圆柱卡块2121只能沿直线段21221滑动，实现两个脊椎段211垂直于轴线的相对错动；此时，若人体弯腰，背部变形会带动两个脊椎段211具有相对转动的趋势，使圆柱卡块2121在直线段21221内向左或向右滑动，当一个圆柱卡块2121滑动至直线段21221和圆弧段21222的相交处，并且两个脊椎段211具有相对转动的趋势时，该圆柱卡块2121即可进入圆弧段21222，并以另一个圆柱卡块2121为中心转动，实现两个脊椎段211的相对转动，如图10所示。

卡槽2122的创新之处在于，借助形状和尺寸的限制，同一时间，只有一个圆柱卡块2121能够进入圆弧段21222中；如图10所示为左侧的圆柱卡块2121进入左侧圆弧段21222中，上方的脊椎段211顺时针转动；当右侧的圆柱卡块2121进入右侧的圆弧段21222中时，上方的脊椎段211将逆时针转动；上述设置使得两个脊椎段211既能够相对转动，同时转动的方向和角度又能够控制在预设的范围内，保证脊柱体21能够保持一定的整体强度。

本实施例提供的第二连接组件212的具体结构，实现了两个脊椎段211的活动连接，使两个脊椎段211的连接处能够在人体背部变形的驱动下适当的相对错动或转动，以适应人体背部变形；同时，也能够保证两个脊椎段211的变形控制在预设的范围内，使脊柱体21保持一定的整体强度，绑带3的绑扎力能够有效传递至每一个鱼骨体22上。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图1、图2和图11，绑带3包括腰带31和两个肩带32，腰带31用于绑在人体腰部且与脊柱体21绑紧连接，肩带32用于从上方绕过人体肩膀且一端连接腰带31，另一端与脊柱体21绑紧连接，肩带32上设有用于调节松紧的日字扣(图中未示出)。日字扣是一种常见的现有结构，广泛应用于箱包包带上，通过日字扣可以方便的调节绑带3的松紧。腰带31连接在脊柱体21的下部，肩带32连接在脊柱体21的上部，两者共同将附着基体2拉向人体背部，使其能够与背部表面紧密贴合靠紧。肩带32还为附着基体2提供向上的拉力，保证附着基体2在高度方向不会随意移动。

具体的，鱼骨体22上设有供脊柱体21穿过的连接孔222，连接孔222设置在鱼骨体22的中部，脊柱体21不会紧靠背部表面，绑带3与脊柱体21连接端未紧靠背部表面，使绑带3能够处于绷紧状态，从而为附着基体2提供足够的箍紧力，使其稳定的附着在人体背部。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图1、图2和图12，助力机构1包括两个助力组件，助力组件用于设置在人体两侧且分别连接于附着基体2上，助力组件包括顶杆11、动力元件12和摆杆13，顶杆11连接于附着基体2上且沿人体的前后方向设置；动力元件12为杆状且数量为两个，动力元件12连接在顶杆11两端且竖直设置在顶杆11下方，动力元件12设有能够向下推出的推杆121；摆杆13的尾端和中部分别与两个推杆121铰接，摆杆13与动力元件12和顶杆11组成四边形结构，并在动力元件12的驱动下上下摆动。摆杆13能够在人体两侧的竖直面内上下摆动，从而实现康复训练或者增加负重能力的目的。

具体的，动力元件12的上端可以与顶杆11固定连接，也可以转动连接；动力元件12可以为气缸，也可以是电动推杆；当动力元件12用于康复训练时，外骨骼装置在室内使用，位置变化不大，动力元件12一般为气缸；当动力元件12用于增加上肢负重能力时，外骨骼装置一般在户外使用，且处于移动状态，此时动力元件12一般为电动推杆，电动推杆可由设置在附着基体2上的蓄电池提供电能。当动力元件12用于康复训练时，摆杆13的内侧可以设置束臂筒14，束臂筒14能够供小臂穿过，摆杆13上下摆动时，带动小臂上下摆动，实现屈臂的康复训练动作；束臂筒14的前方设有操作杆15，供使用者控制摆杆13的摆动。

作为本发明提供的鱼骨式外骨骼装置的一种具体实施方式，请参阅图1至图3，附着基体2设有向前伸出的悬杆25，顶杆11通过第二万向球26铰接在悬杆25的伸出端。具体的，悬杆25通过肩杆27设置在附着基体2上，肩杆27固设在脊柱体21上；顶杆11的中部设有用于与第二万向球26铰接的球腔。

本实施例提供的结构一般用于外骨骼装置增加上肢负重的场合，顶杆11通过第二万向球26与悬杆25铰接，使得助力组件组成的四边形结构所在的平面能够在一定范围内向身体内侧或外侧转动，提高灵活程度，利用动力元件12时摆杆13向上摆动并提起重物后能够灵活的移动重物的位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，包括附着基体和助力机构；

所述附着基体设有鱼骨式包覆架，所述鱼骨式包覆架通过绑带固定于人体背部，所述鱼骨式包覆架用于与整个人体背部贴合靠紧并相对固定；

所述助力机构连接于所述附着基体上，所述助力机构用于为人体上肢的活动提供额外的动力；

所述鱼骨式包覆架包括脊柱体和若干个鱼骨体，所述鱼骨体沿所述脊柱体的长度方向设置，所述鱼骨体上设有曲线部，所述曲线部用于与人体背部贴合靠紧；

所述脊柱体包括若干个脊椎段，所述脊椎段通过第二连接组件连接，相邻的所述脊椎段能够借助所述第二连接组件相对错动或转动；

所述第二连接组件包括圆柱卡块和卡槽；

所述圆柱卡块数量为两个且固设于一个所述脊椎段的端部，两个所述圆柱卡块平行设置；

所述卡槽开设于另一个所述脊椎段的端部且用于与所述圆柱卡块滑动卡接，所述卡槽包括直线段和两个圆弧段，所述圆弧段与所述直线段连通且对称设置，所述圆弧段用于在一个所述圆柱卡块卡接于所述直线段时，与另一个所述圆柱卡块滑动卡接。

2.如权利要求1所述的鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，所述曲线部上设有贴靠单元，所述贴靠单元设有贴靠板，所述贴靠板背面设有第一万向球，所述贴靠单元借助所述第一万向球与所述鱼骨体铰接。

3.如权利要求2所述的鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，所述贴靠单元通过第一连接组件与所述鱼骨体连接，所述第一连接组件与所述第一万向球铰接并用于使所述贴靠板能够垂直于人体背部移动。

4.如权利要求3所述的鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，所述第一连接组件包括：

固定块，固设于所述鱼骨体上；

滑柱，滑动设置在所述固定块中且用于垂直于人体背部设置，所述滑柱的伸出端设有用于与所述第一万向球铰接的球形腔；以及

弹性元件，设于所述固定块中，所述弹性元件用于连接所述滑柱位于所述固定块内部的一端，并为所述滑柱提供向外移动的轴向推力。

5.如权利要求1所述的鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，所述绑带包括腰带和两个肩带，所述腰带用于绑在人体腰部且与所述脊柱体绑紧连接，所述肩带用于从上方绕过人体肩膀且一端连接所述腰带，另一端与所述脊柱体绑紧连接，所述肩带上设有用于调节松紧的日字扣。

6.如权利要求1所述的鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，所述助力机构包括两个助力组件，所述助力组件用于设置在人体两侧且分别连接于所述附着基体上，所述助力组件包括：

顶杆，连接于所述附着基体上且沿人体的前后方向设置；

动力元件，为杆状且数量为两个，所述动力元件连接在所述顶杆两端且竖直设置在所述顶杆下方，所述动力元件设有能够向下推出的推杆；以及

摆杆，尾端和中部分别与两个所述推杆铰接，所述摆杆与所述动力原件和顶杆组成四边形结构，并在所述动力元件的驱动下上下摆动。

7.如权利要求6所述的鱼骨式外骨骼装置，其特征在于，所述附着基体设有向前伸出的悬杆，所述顶杆通过第二万向球铰接在所述悬杆的伸出端。

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