CN111993393A - 肢体驱动器和助力设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种肢体驱动器和助力设备，涉及肢体辅助设备技术领域。肢体驱动器包括壳体、弹性件、滑动块、连杆和固定座。壳体用于佩戴在操作人员的助力部位，弹性件的两端分别连接在壳体和滑动块上，滑动块可滑动地设置在壳体上，连杆的一端与滑动块铰接、且铰接位置为第一铰点，固定座的中部与壳体铰接、且铰接位置为第二铰点，固定座的一端用于连接操作人员的支撑部位，固定座的另一端与连杆的另一端铰接、且铰接位置为第三铰点，其中，弹性件在不受外力或最大形变的情况下，第一铰点、第二铰点和第三铰点位于同一直线上。肢体驱动器能够为操作人员的助力部位，例如大臂或大腿，提供助力，避免操作人员肩部或腿部等部位疲劳、骨骼及肌肉损伤。

Description

肢体驱动器和助力设备

技术领域

本发明涉及肢体辅助设备技术领域，具体而言，涉及一种肢体驱动器和助力设备。

背景技术

目前，在建筑和工业领域中，存在大量的举手操作的作业场景，例如，手举过头顶、并手握工具对上方的设备或建筑进行维修，这些工作操作时间长且动作重复，对操作人员来说，很容易引起一些骨骼及肌肉损伤性疾病，严重影响操作人员的身体健康。此外，操作人员容易肩部疲劳，还可能引起操作动作变形，导致工作质量下降的问题。

因此，设计一种肢体驱动器，能够佩戴在操作人员的肢体上，能够为操作人员在进行举手等操作时提供助力，避免操作人员肩部等疲劳、骨骼及肌肉损伤，这是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的包括提供一种肢体驱动器和助力设备，其能够佩戴在操作人员的肢体上，能够为操作人员在进行举手等操作时提供助力，避免操作人员肩部等疲劳、骨骼及肌肉损伤。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种肢体驱动器，肢体驱动器包括：

壳体，用于佩戴在操作人员的助力部位上；

弹性件，弹性件的一端连接在壳体上；

滑动块，可滑动地设置在壳体上，滑动块连接在弹性件的另一端；

连杆，连杆的一端与滑动块铰接、且铰接位置为第一铰点；

固定座，固定座的中部与壳体铰接、且铰接位置为第二铰点，固定座的一端用于连接操作人员的支撑部位，固定座的另一端与连杆的另一端铰接、且铰接位置为第三铰点；

其中，弹性件在不受外力或最大形变的情况下，第一铰点、第二铰点和第三铰点位于同一直线上。

在可选的实施方式中，滑动块与弹性件铰接、且铰接位置为第四铰点，第一铰点相对于第四铰点靠近弹性件与壳体连接的一端。

在可选的实施方式中，固定座为L形，固定座包括：

第一连接段，第一连接段的一端用于连接操作人员的支撑部位；

第二连接段，第二连接段的一端连接在第一连接段的另一端，第二连接段的另一端与连杆铰接；

其中，第一连接段与第二连接段的连接处与壳体铰接。

在可选的实施方式中，滑动块包括：

第三连接段，第三连接段的一端与壳体滑动连接；

第四连接段，第四连接段的一端连接于第三连接段的另一端，第四连接段的一端还与连杆铰接、且铰接位置为第一铰点，第四连接段的另一端与弹性件铰接、且铰接位置为第四铰点。

在可选的实施方式中，壳体上设置有滑轨，滑轨的长度方向平行于弹性件的长度方向，第三连接段上开设有滑槽，滑槽与滑轨配合。

在可选的实施方式中，弹性件包括至少一个收缩弹簧，收缩弹簧对滑动块保持有拉力。

在可选的实施方式中，弹性件的一端与壳体铰接、且铰接位置为第五铰点，第五铰点、第一铰点、第四铰点、第二铰点和第三铰点沿壳体的长度方向依次设置。

在可选的实施方式中，弹性件包括至少一个压簧或至少一个气弹簧，压簧或气弹簧对滑动块保持有推力。

在可选的实施方式中，滑动块、连杆和固定座向弹性件与壳体连接的一端依次排布。

在可选的实施方式中，滑动块与弹性件铰接、且铰接位置为第四铰点，第四铰点、第一铰点、第三铰点和第二铰点沿壳体的长度方向依次设置。

第二方面，本发明实施例提供一种助力设备，助力设备包括第一方面提供的肢体驱动器。

本发明实施例提供的肢体驱动器和助力设备的有益效果包括：

1.通过将壳体佩戴在操作人员的助力部位(例如大臂或大腿)上，固定座的一端连接操作人员的支撑部位(例如背部)上，弹性件在不受外力或最大形变的情况下，第一铰点、第二铰点和第三铰点位于同一直线上，例如，将壳体佩戴在操作人员的大臂上，操作人员的大臂呈竖直上举或下垂的姿态时，肢体驱动器不提供助力，在大臂放下或抬起时，弹性件发生形变、且保持有恢复原状的弹力，从而使壳体与固定座之间形成一个恢复原状的弹力，也就使大臂与背部受到一个外力，这个外力相当于对操作人员大臂的助力，帮助操作人员节省力气，避免操作人员肩部疲劳、骨骼及肌肉损伤；

2.恰好考虑到操作人员工作时，大臂大致呈水平的状态，手臂承受的外力最大，肢体驱动器就会对大臂施加最大的助力，很好地结合了手臂的使用习惯，使用效果较好；

3.该肢体驱动器的结构简单、紧凑，安全可靠性好，还可以运用到大腿或腰部等部位上，为大腿或腰部等部位助力，适用性好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的肢体驱动器的轴测示意图；

图2为本发明第一实施例提供的肢体驱动器的侧视图；

图3为图2中沿A-A线的剖视图；

图4为图2中沿B-B线的剖视图；

图5为本发明第二实施例提供的肢体驱动器的结构示意图；

图6为本发明第三实施例提供的肢体驱动器的结构示意图。

图标：100-肢体驱动器；110-壳体；111-滑轨；120-弹性件；130-连杆；140-固定座；141-第二连接段；142-第一连接段；150-滑动块；151-第四连接段；152-第三连接段；153-挡板；154-连接板；155-滑动板；A-第一铰点；B-第二铰点；C-第三铰点；D-第四铰点；E-第五铰点。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

对于手举过头顶、并手握工具对上方的设备或建筑进行维修的情形，对操作人员来说，很容易引起一些骨骼及肌肉损伤性疾病，严重影响操作人员的身体健康。对此，本实施例提供一种肢体驱动器，能够佩戴在操作人员的肢体上，能够为操作人员在进行举手等操作时提供助力，避免操作人员肩部等疲劳、骨骼及肌肉损伤。肢体驱动器的具体结构介绍见下文。

第一实施例

请参考图1至图4，本实施例提供了一种肢体驱动器100，肢体驱动器100包括壳体110、弹性件120、滑动块150、连杆130和固定座140。其中，弹性件120包括收缩弹簧，收缩弹簧用于被相连部件拉伸，收缩弹簧对该部件保持有恢复原状态的拉力。

壳体110为条形，壳体110用于佩戴在操作人员的大臂上，在佩戴壳体110时，壳体110的长度方向与大臂的长度方向平行。

弹性件120的一端铰接在壳体110上、且铰接位置为第五铰点E，第五铰点E位于壳体110的一端，弹性件120包括两根相互平行的收缩弹簧，两根收缩弹簧同步运作，收缩弹簧的数量可以根据所需的助力大小灵活设置。

弹性件120的另一端铰接在滑动块150上、且铰接位置为第四铰点D，滑动块150可滑动地设置在壳体110上，滑动块150的滑动方向平行于壳体110的长度方向。具体的，滑动块150包括第三连接段152和第四连接段151，第三连接段152的一端与壳体110滑动连接，壳体110上设置有滑轨111，滑轨111的长度方向平行于弹性件120的长度方向，第三连接段152上开设有滑槽，滑槽与滑轨111配合。第四连接段151的一端连接于第三连接段152的另一端，第四连接段151的一端还与连杆130铰接、且铰接位置为第一铰点A，第四连接段151的另一端与弹性件120铰接、且铰接位置为第四铰点D。

固定座140位于壳体110的另一端，固定座140为L形，固定座140包括第一连接段142和第二连接段141，第一连接段142的一端用于连接操作人员的背部，具体的，可以连接到穿戴设备上，再将穿戴设备穿戴在操作人员的背部。第二连接段141的一端连接在第一连接段142的另一端，第二连接段141的另一端与连杆130铰接、且铰接位置为第三铰点C，第一连接段142与第二连接段141的连接处与壳体110铰接、且铰接位置为第二铰点B。

请参阅图4，第一铰点A相对于第四铰点D靠近第五铰点E，也就是说，滑动块150的一端与弹性件120的一端连接，滑动块150的另一端向弹性件120的另一端延伸、且与连杆130铰接，连杆130向固定座140的方向延伸，这样，弹性件120、滑动块150和连杆130依次连接、且呈Z字形连接形式，可以使整体的长度最小，避免壳体110的长度过长。

其中，第一铰点A、第二铰点B、第三铰点C、第四铰点D和第五铰点E分别所对应的转动轴线是相互平行的、且垂直于壳体110内平行连杆130和固定座140的侧面。其中，连杆130和固定座140均为板状。

弹性件120在不受外力的情况下，第二连接段141与连杆130位于共线的位置，也就是说，第一铰点A、第二铰点B和第三铰点C位于同一直线上，第一连接段142垂直于连杆130、也垂直于壳体110的长度方向。此时，在肢体驱动器100的实际工作中，相当于操作人员的大臂呈竖直上举的状态。

弹性件120在受外力的情况下，相当于操作人员的大臂开始下放。请参阅图4，第三铰点C与第二铰点B的连线相对于第二铰点B与第一铰点A的连线逆时针旋转，假定第三铰点C、第二铰点B和第一铰点A依次连接形成∠a，则∠a>0°。此时，固定座140将连杆130向左拉动，连杆130带动滑动块150向左运动，滑动块150带动弹性件120向左拉伸，这样，弹性件120保持有使固定座140顺时针旋转的拉力，相当于大臂受到向上抬起的助力，帮助操作人员节省力气，避免操作人员肩部疲劳、骨骼及肌肉损伤。

此外，在弹性件120被拉伸到最大长度(最大形变)时，第三铰点C和第一铰点A位于第二铰点B的两侧，第三铰点C、第一铰点A和第二铰点B位于同一直线上，第一连接段142垂直于连杆130、也垂直于壳体110的长度方向。此时，在肢体驱动器100的实际工作中，相当于操作人员的大臂呈竖直下垂的状态。在操作人员的大臂开始向上抬起时，固定座140相对壳体110转动，第三铰点C、第一铰点A和第二铰点B不在同一直线上，弹性件120保持有使固定座140继续保持原方向转动的拉力，相当于大臂受到向上抬起的助力，帮助操作人员节省力气，避免操作人员肩部疲劳、骨骼及肌肉损伤。

本实施例提供的肢体驱动器100的工作原理：

首先，操作人员将壳体110佩戴在大臂上，将固定座140的第一连接段142连接在操作人员的背部，在操作人员的大臂竖直上举或下垂时，肢体驱动器100中的弹性件120保持自由伸缩状态或最大拉伸状态；

其次，在操作人员的大臂开始从竖直上举到下放或从竖直下垂到抬起时，第一连接段142相对于壳体110的长度方向转动，弹性件120从自由伸缩状态开始拉伸或从最大拉伸状态开始收缩，弹性件120具有使第一连接段142恢复到垂直于壳体110的长度方向的拉力，相当于大臂受到向上抬起的助力。

本实施例提供的肢体驱动器100的有益效果：

1.通过将壳体110佩戴在操作人员的大臂上，固定座140的一端连接操作人员的背部上，弹性件120在不受外力或最大形变的情况下，第一铰点A、第二铰点B和第三铰点C位于同一直线上，也就是说，操作人员的大臂呈竖直上举或下垂时，肢体驱动器100不提供助力，在大臂下放或抬起时，弹性件120发生形变，从而使壳体110与固定座140之间形成一个弹力，也就使大臂受到一个外力，这个外力相当于对操作人员大臂向上抬起的助力，帮助操作人员节省力气，避免操作人员肩部疲劳、骨骼及肌肉损伤；

2.该肢体驱动器100的固定座140在不受外力或最大拉伸状态的情况下，第一铰点A、第二铰点B和第三铰点C位于同一直线上，恰好考虑到操作人员工作时，大臂大致呈水平的状态，手臂承受的外力最大，第一连接段142旋转到平行于壳体110的长度方向，肢体驱动器100就会对大臂施加最大的助力，很好地结合了手臂的使用习惯，使用效果较好；

3.弹性件120、滑动块150和连杆130依次连接、且呈Z字形连接形式，可以使整体的长度最小，避免壳体110的长度过长，使肢体驱动器100的结构简单、紧凑，安全可靠性好。

第二实施例

请参阅图5，本实施例提供一种肢体驱动器100，其与第一实施例提供的肢体驱动器100结构相近，不同之处在于：弹性件120包括压簧。其中，压簧用于被相连部件压缩，压簧对该部件保持有恢复原状态的弹力。

弹性件120包括两根平行的压簧，两根压簧同步运作，压簧的数量可以根据所需的助力大小灵活设置。弹性件120的长度方向平行于壳体110的长度方向，弹性件120的一端连接于壳体110上，弹性件120的另一端抵触在滑动块150上，滑动块150包括依次连接的挡板153、连接板154和滑动板155，挡板153与弹性件120的端部抵触，挡板153用于压缩弹性件120，连接板154与连杆130的一端铰接、且铰接位置为第一铰点A，滑动板155与壳体110上的滑轨111滑动连接，滑动板155的滑动方向平行于壳体110的长度方向。连杆130的另一端与固定座140的一端铰接、且铰接位置为第三铰点C，固定座140为L形，固定座140的转角部位与壳体110铰接、且铰接位置为第二铰点B，固定座140的一端用于连接操作人员的背部。

本实施例提供的肢体驱动器100的工作原理：

在操作人员的大臂保持竖直上举或下垂时，肢体驱动器100中的弹性件120保持自由伸缩状态或最大压缩状态(最大形变状态)；在操作人员的大臂从竖直上举开始下放或从竖直下垂开始上抬时，固定座140相对于壳体110的长度方向转动，弹性件120被压缩或从最大压缩状态开始释放，弹性件120对固定座140具有弹力，相当于对大臂施加有向上抬起的助力。

本实施例提供的肢体驱动器100的有益效果：

1.操作人员的大臂竖直上举或下垂时，肢体驱动器100不提供助力，在大臂从竖直上举开始下放或从竖直下垂开始上抬时，弹性件120发生形变，从而使壳体110与固定座140之间形成一个弹力，也就使大臂受到一个外力，这个外力相当于对操作人员大臂向上抬起的助力，帮助操作人员节省力气，避免操作人员肩部疲劳、骨骼及肌肉损伤；

2.该肢体驱动器100的固定座140在不受外力或最大压缩状态的情况下，第一铰点A、第二铰点B和第三铰点C位于同一直线上，恰好考虑到操作人员工作时，大臂大致呈水平的状态，手臂承受的外力最大，第一连接段142旋转到平行于壳体110的长度方向，肢体驱动器100就会对大臂施加最大的助力，很好地结合了手臂的使用习惯，使用效果较好；

3.滑动块150、连杆130和固定座140沿弹性件120的长度方向依次设置、且与弹性件120在长度方向重合，可以使整体的长度最小，避免壳体110的长度过长，使肢体驱动器100的结构简单、紧凑，安全可靠性好。

第三实施例

请参阅图6，本实施例提供一种肢体驱动器100，其与第一实施例提供的肢体驱动器100结构相近，不同之处在于：弹性件120包括气弹簧。其中，气弹簧用于被相连部件压缩，气弹簧对该部件保持有恢复原状态的弹力。

弹性件120的长度方向平行于壳体110的长度方向，弹性件120的一端铰接于壳体110，弹性件120的另一端铰接于滑动块150，滑动块150包括相互连接的连接板154和滑动板155，连接板154的一端与弹性件120铰接，连接板154的另一端与滑动板155连接、且与连杆130铰接，滑动板155与壳体110上的滑轨111滑动连接，滑动板155的滑动方向平行于壳体110的长度方向。连杆130的另一端与固定座140的一端铰接，固定座140为L形，固定座140的转角部位与壳体110铰接，固定座140的一端用于连接操作人员的背部。

本实施例提供的肢体驱动器100的工作原理：

在操作人员的大臂保持竖直上举或下垂时，肢体驱动器100中的弹性件120保持自由伸缩状态或最大压缩状态(最大形变状态)；在操作人员的大臂从竖直上举开始下放或从竖直下垂开始上抬时，固定座140相对于壳体110的长度方向转动，使弹性件120被压缩或从最大压缩状态开始释放，弹性件120具有弹力，相当于对大臂施加有向上抬起的助力。

本实施例提供的肢体驱动器100的有益效果：

1.操作人员的大臂竖直上举或下垂时，肢体驱动器100不提供助力，在大臂从竖直上举开始下放或从竖直下垂开始上抬时，弹性件120发生形变，从而使壳体110与固定座140之间形成一个弹力，也就使大臂受到一个外力，这个外力相当于对操作人员大臂向上抬起的助力，帮助操作人员节省力气，避免操作人员肩部疲劳、骨骼及肌肉损伤；

2.该肢体驱动器100的弹性件120在不受外力或最大压缩状态的情况下，第一铰点A、第二铰点B和第三铰点C位于同一直线上，恰好考虑到操作人员工作时，大臂大致呈水平的状态，手臂承受的外力最大，第一连接段142旋转到平行于壳体110的长度方向，肢体驱动器100就会对大臂施加最大的助力，很好地结合了手臂的使用习惯，使用效果较好；

3.滑动块150、连杆130和固定座140沿弹性件120的长度方向依次设置、且与弹性件120在长度方向重合，可以使整体的长度最小，避免壳体110的长度过长，使肢体驱动器100的结构简单、紧凑，安全可靠性好。

容易理解的是，第一实施例至第三实施例提供的肢体驱动器100还可以用于为操作人员的其它助力部位助力，例如，为操作人员的大腿或腰部助力，只要调整肢体驱动器100在操作人员身上的佩戴位置即可。

第四实施例

本实施例提供一种助力设备，助力设备包括穿戴设备和第一实施例至第三实施例中任一种的肢体驱动器100，其中，穿戴设备穿戴在操作人员的支撑部位(例如背部)，肢体驱动器100的固定座140连接到穿戴设备上。助力设备在工作过程中，肢体驱动器100中的弹性件120的两端分别对壳体110和穿戴设备具有拉力或推力，从而对操作人员的助力部位(例如大臂或大腿)保持有向上抬起的助力。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种肢体驱动器，其特征在于，所述肢体驱动器包括：

壳体(110)，用于佩戴在操作人员的助力部位上；

弹性件(120)，所述弹性件(120)的一端连接在所述壳体(110)上；

滑动块(150)，可滑动地设置在所述壳体(110)上，所述滑动块(150)连接在所述弹性件(120)的另一端；

连杆(130)，所述连杆(130)的一端与所述滑动块(150)铰接、且铰接位置为第一铰点(A)；

固定座(140)，所述固定座(140)的中部与所述壳体(110)铰接、且铰接位置为第二铰点(B)，所述固定座(140)的一端用于连接所述操作人员的支撑部位，所述固定座(140)的另一端与所述连杆(130)的另一端铰接、且铰接位置为第三铰点(C)；

其中，所述弹性件(120)在不受外力或最大形变的情况下，所述第一铰点(A)、所述第二铰点(B)和所述第三铰点(C)位于同一直线上。

2.根据权利要求1所述的肢体驱动器，其特征在于，所述滑动块(150)与所述弹性件(120)铰接、且铰接位置为第四铰点(D)，所述第一铰点(A)相对于所述第四铰点(D)靠近所述弹性件(120)与所述壳体(110)连接的一端。

3.根据权利要求1所述的肢体驱动器，其特征在于，所述固定座(140)为L形，所述固定座(140)包括：

第一连接段(142)，所述第一连接段(142)的一端用于连接所述操作人员的支撑部位；

第二连接段(141)，所述第二连接段(141)的一端连接在所述第一连接段(142)的另一端，所述第二连接段(141)的另一端与所述连杆(130)铰接；

其中，所述第一连接段(142)与所述第二连接段(141)的连接处与所述壳体(110)铰接。

4.根据权利要求1所述的肢体驱动器，其特征在于，所述滑动块(150)包括：

第三连接段(152)，所述第三连接段(152)的一端与所述壳体(110)滑动连接；

第四连接段(151)，所述第四连接段(151)的一端连接于所述第三连接段(152)的另一端，所述第四连接段(151)的一端还与所述连杆(130)铰接、且铰接位置为所述第一铰点(A)，所述第四连接段(151)的另一端与所述弹性件(120)铰接、且铰接位置为第四铰点(D)。

5.根据权利要求4所述的肢体驱动器，其特征在于，所述壳体(110)上设置有滑轨(111)，所述滑轨(111)的长度方向平行于所述弹性件(120)的长度方向，所述第三连接段(152)上开设有滑槽，所述滑槽与所述滑轨(111)配合。

6.根据权利要求2所述的肢体驱动器，其特征在于，所述弹性件(120)包括至少一个收缩弹簧，所述收缩弹簧对所述滑动块(150)保持有拉力，所述弹性件(120)的一端与所述壳体(110)铰接、且铰接位置为第五铰点(E)，所述第五铰点(E)、所述第一铰点(A)、所述第四铰点(D)、所述第二铰点(B)和所述第三铰点(C)沿所述壳体(110)的长度方向依次设置。

7.根据权利要求1所述的肢体驱动器，其特征在于，所述弹性件(120)包括至少一个压簧或至少一个气弹簧，所述压簧或所述气弹簧对所述滑动块(150)保持有推力。

8.根据权利要求7所述的肢体驱动器，其特征在于，所述滑动块(150)、所述连杆(130)和所述固定座(140)向所述弹性件(120)与所述壳体(110)连接的一端依次排布。

9.根据权利要求7所述的肢体驱动器，其特征在于，所述滑动块(150)与所述弹性件(120)铰接、且铰接位置为第四铰点(D)，所述第四铰点(D)、所述第一铰点(A)、所述第三铰点(C)和所述第二铰点(B)沿所述壳体(110)的长度方向依次设置。

10.一种助力设备，其特征在于，所述助力设备包括权利要求1～9任一项所述的肢体驱动器。

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