CN112975909B - 一种搬运助力外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种搬运助力外骨骼装置，包括腰部、手臂、髋关节和膝关节助力组件；腰部助力组件包括上背板和下背板，上背板与下背板之间还设有第一弹性件；手臂助力组件包括两组手臂助力机构，手臂助力机构包括手臂助力安装座和手部握持机构，手臂助力安装座上转动连接有手臂助力安装轴，其上套设有助力绳索和卷簧，助力绳索一端缠绕在手臂助力安装轴上，另一端与手部握持机构连接，手部握持机构能够在搬运重物时将对应位置的助力绳索卡死，且助力绳索在重物搬运完成后，能够在卷簧的回复力作用下回复到初始状态。本发明不需要增加动力源部件就可以实现对搬运过程中的助力，从而达到重量轻、成本低、结构设计简单巧妙目的。

Description

一种搬运助力外骨骼装置

技术领域

本发明涉及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种搬运助力外骨骼装置。

背景技术

随着现代生活水平的提高及社会生产力的发展，货物运输及搬运已成为人们生产生活的重要活动，搬运的便捷、迅速及安全成为提高效益及可靠服务的必要条件。港口、货物集散地、物流运输地、工厂、建筑工地、农用市场、工业园区、超市和商场等一系列场所是搬运使用最频繁密集的地方，货物运输方式及物料搬运效率对劳动生产率有很大的影响。如何使搬运更加便捷、迅速、安全成为提高生产效率重要问题。

搬运动作对于人体是个复杂的全身协调工作，包括脚、腿、腰、背和手臂等部分的参与。搬运助力外骨骼装置是一种为人体搬运作业提供助力的装置，在搬运过程中使用搬运助力外骨骼装置能为人体搬运过程提供有效的助力，现今多数搬运助力外骨骼装置产品主要为有源动力形式，即主动外骨骼，通过电机、液压、气压缸等动力源提供动力，增强力量达到辅助效果。主动外骨骼由于有外源动力输出辅助，能显著提升人抬举重物的能力，但对于由于电机、液压缸等动力源部件的增加，需要解决重量大、成本高、设计复杂等一系列的问题，且佩戴者的行动能力可能会因为能源储备而受限，而在能源耗尽时会对搬运者造成巨大负担。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明要解决的技术问题是：如何提供一种不需要增加动力源部件就可以实现对搬运过程中的助力，从而达到重量轻、成本低、结构设计简单巧妙目的的搬运助力外骨骼装置。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种搬运助力外骨骼装置，包括腰部助力组件、手臂助力组件、髋关节助力组件和膝关节助力组件；

所述腰部助力组件包括上背板和下背板，所述下背板与所述髋关节助力组件的对应位置通过第一轴向转动件进行连接，以使得所述下背板能够绕所述髋关节助力组件前后转动并与人体的弯腰动作相适应，所述上背板上设有用于将所述上背板缠绕在人体胸部位置的第一绑缚带，在所述上背板与所述下背板之间还设有第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别与所述上背板和所述下背板连接，所述第一弹性件在人体处于直立状态时为自由伸长状态，且所述第一弹性件在人体处于弯腰状态时能够被拉长并产生回复力；

所述手臂助力组件包括沿轴向方向对称设置的两组手臂助力机构，所述手臂助力机构包括安装在所述上背板上的手臂助力安装座和用于与人体手部配合的手部握持机构，所述手臂助力安装座上转动连接有沿轴向方向设置的手臂助力安装轴，所述手臂助力安装轴上套设有助力绳索和卷簧，所述助力绳索用于与所述手臂助力安装轴连接的一端缠绕在所述手臂助力安装轴上，以使得所述助力绳索能够被拉长并带动所述手臂助力安装轴转动，且所述手臂助力安装轴转动以使得所述卷簧产生回复力，所述助力绳索远离其连接所述手臂助力安装轴的一端与所述手部握持机构连接，所述手部握持机构能够在搬运重物时将对应位置的所述助力绳索卡死，以避免在搬运重物时所述助力绳索的长度发生变化，且所述助力绳索在重物搬运完成后，能够在所述卷簧的回复力作用下回复到初始状态。

在本方案中，以人体的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向，且初始状态为未搬运重物时各零部件的状态。

本发明的工作原理是：本发明的搬运助力外骨骼装置在使用时，首先将上背板上的第一绑缚带缠绕在人体的胸部位置，同时将髋关节助力组件穿戴在人体髋关节位置，人体手部握持在手部握持机构上，同时将助力绳索跨过对应侧人体的肩部位置，从而实现将外骨骼装置穿戴在人体的目的。

正常站立状态时，助力绳索缠绕在手臂助力安装轴上，当人体准备进行搬运时，人体会由直立状态变为弯腰状态，此时下背板绕髋关节助力组件向前转动以适应人体的弯腰动作，在人体弯腰过程中，上背板和下背板之间的第一弹性件会被拉长，同时缠绕在手臂助力安装轴上的助力绳索被拉长以与人体手臂长度相适应，助力绳索被拉长的同时还将带动手臂助力安装轴转动，手臂助力安装轴转动将使得卷簧发生变形；当开始进行重物搬运时，手部握持机构将助力绳索卡死，使得手臂助力安装轴不再转动，助力绳索的长度不再发生变化并处于拉紧状态，此时重物的重力将经助力绳索分散并传递到承受能力较强的肩部位置，由此使得人体上肢的受力大幅减小，同时上背板和下背板之间的第一弹性件由于被拉长而产生回复力，该回复力也会对人体搬运重物时的腰部位置提供助力效果，当搬运完成后，手部握持机构对助力绳索的作用去除，此时卷簧释放弹性势能，使得助力绳索伸长的部分重新缠绕在手臂助力安装轴上以回复到初始状态；当搬运重物需要下蹲时，髋关节助力组件和膝关节助力组件能在起立时提供助力。由此本方案将重物重力分散传递到承受能力较强的肩部位置，减轻了人体上肢的受力，同时还起到了对人体腰部提供助力，以帮助搬运者抵消部分力矩的作用，同时对下肢蹲下和起立提供助力。

本发明的有益效果在于：本发明根据人体搬运货物的动作特点，在搬运货物时，利用第一弹性件和助力绳索来达到分别为人体腰部和手臂搬运货物提供助力的目的，本发明与现有的主动式外骨骼装置相比，省去了电池、液压缸等动力源部件，从而使得整个装置的重量大大减轻，同时成本也大大的降低，同时本发明充分利用了人体搬运货物的动作特点，整个结构设计巧妙，整体结构简单。

优选的，所述手臂助力机构还包括用于与人体肩部配合的肩带，所述肩带的一端用于连接在所述上背板上，所述肩带的另一端用于连接在所述第一绑缚带上，在所述肩带的内侧与人体肩胛骨对应的位置设有与人体的肩部形状相适应的弧形结构的肩垫软块，在所述肩带的外侧与所述肩垫软块对应的位置还设有肩垫硬块，在所述肩垫硬块上还分别通过第一安装座和第二安装座转动连接有第一定滑轮和第二定滑轮，所述助力绳索依次从所述第一定滑轮的下侧和所述第二定滑轮的上侧穿过，以使得所述第一定滑轮和所述第二定滑轮对所述助力绳索进行张紧和导向。

这样，通过设置肩带，并将肩带两端分别连接在第一绑缚带和上背板上，以利用肩带与人体肩部位置进行配合穿戴，提高外骨骼装置穿戴的稳定性，同时在肩带的内侧设置与人体肩部形状相适应的肩垫软块，提高穿戴的舒适性，在肩带的外侧设置肩垫硬块，并在肩垫硬块上分别通过第一安装座和第二安装座转动连接第一定滑轮和第二定滑轮，并将助力绳索依次从第一定滑轮的下侧和第二定滑轮的上侧穿过，这样可以利用第一定滑轮和第二定滑轮对助力绳索进行张紧和导向，使得助力绳索始终处于张紧状态，保证搬运过程中重物重力能够有效的传递到人体肩部位置，同时保证助力绳索始终按既定的路线移动。

优选的，所述助力绳索用于与所述手臂助力安装轴连接的一端缠绕在所述手臂助力安装轴上，所述助力绳索远离其连接所述手臂助力安装轴的一端穿过所述手部握持机构，并从所述手部握持机构引出后固定连接在所述第一安装座或所述第二安装座上。

这样，通过将助力绳索整体设计为双股线的结构形式，将其活动端缠绕在手臂助力安装轴上，以使得在搬运重物时助力绳索能够伸长并与人体搬运时的状态相适应，其固定端固定在第一安装座或第二安装座上，并通过搬运时手部握持机构的卡死作用，保证了搬运过程中助力绳索的长度不再发生变化，从而使得重物重力能够经助力绳索传递到人体肩部，实现对重力的分散效果，减轻人体上肢的受力，减轻搬运疲劳。

正常站立状态下，助力绳索缠绕在手臂助力安装轴上，当准备搬运重物时，人体手部作用在助力绳索上并拉伸助力绳索，手臂助力安装轴转动，助力绳索伸长且卷簧蓄能，当开始搬运重物时，手部握持机构将助力绳索的对应位置卡死，助力绳索在手部握持机构和其固定端的限制作用下将无法再伸长，此时手臂助力安装轴也无法转动，助力绳索处于卡死拉紧状态，重物重力经助力绳索传递到人体肩部，此时人体上肢的受力大幅减小。当搬运完成后，松开手部握持机构，卷簧释放弹性势能，使得助力绳索伸长的部分重新缠绕在手臂助力安装轴上以回复到初始状态。

优选的，所述手部握持机构包括第一手部握持块、第一手部基座和第一手部压片，所述第一手部握持块上沿轴向方向开设有两个第一指套凹槽，所述第一指套凹槽分别用于容纳人体手部的两根手指，以将所述手部握持机构套设在人体手部，在所述第一手部基座上沿轴向方向转动连接有手部转轴，所述手部转轴上套设有手部定滑轮，且在所述第一手部压片靠近所述手部定滑轮的一端还设有弧形结构的手部压紧块，所述助力绳索用于与所述手部握持机构连接的一端套设在所述手部转轴上，且所述助力绳索卡接在所述手部定滑轮和所述手部压紧块之间，以利用所述手部定滑轮和所述手部压紧块将对应位置的所述助力绳索卡死。

这样，通过设置第一手部握持块，并在第一手部握持块上开设第一指套凹槽，使得人体手部的两根指头能够被容纳在第一指套凹槽内，以实现将手部握持机构穿戴在人体手部的目的，同时第一手部基座的手部转轴上套设有手部定滑轮，助力绳索再套设在手部转轴上并卡接在手部压紧块和手部定滑轮之间，这样就可以利用手部压紧块和手部定滑轮实现对该位置助力绳索的卡死作用。

优选的，所述手臂助力安装座上还连接有棘轮端盖，所述棘轮端盖上设有棘轮，所述手臂助力安装轴上连接有能够与所述棘轮啮合的棘爪，在所述手臂助力安装轴上开设有沿轴向设置的轴心孔和沿径向设置的绳索安装孔，所述助力绳索包括外管和钢绳，所述钢绳的两端穿出所述外管，所述助力绳索穿过所述绳索安装孔，且所述外管固定在所述轴心孔处，所述钢绳穿过轴心孔处后与所述棘爪的一端连接，所述棘爪的另一端通过复位弹簧连接在所述手臂助力安装轴上，所述棘爪在搬运重物时能够在所述助力绳索的拉伸作用下转动到与所述棘轮啮合的位置，以使得所述助力绳索长度在搬运重物时不再发生变化，并在未搬运重物时能够在所述复位弹簧的作用下复位到与所述棘轮分离的位置，以使得所述助力绳索在所述卷簧的回复力作用下回复到初始状态。

这样，将外管的两端分别固定在手部位置和手臂助力安装轴的轴心孔位置，且钢绳的两端伸出外管。正常站立状态下，助力绳索缠绕在手臂助力安装轴上，当准备搬运重物时，手部拉动助力绳索的外管，使得手臂助力安装轴转动，卷簧蓄能，当开始搬运重物时，助力绳索的钢绳拉伸，钢绳与棘爪连接的一端收紧，使得钢绳拉动棘爪克服复位弹簧的作用力并转动到与棘轮啮合的位置，此时由于棘轮与棘爪啮合，使得手臂助力安装轴无法再进行转动，助力绳索的长度也不再发生变化，此时由于助力绳索处于张紧状态而将重物重力经钢绳传递到肩部位置，此时人体上肢的受力大幅度减小。当搬运完成后，松开钢绳，在复位弹簧的作用下棘爪复位到与棘轮分离的位置，此时卷簧也将释放弹性势能，使得助力绳索回复到初始状态下在手臂助力安装轴上的状态。

优选的，所述手部握持机构包括第二手部握持块、第二手部基座和第二手部压片，所述第二手部握持块与所述第二手部基座固定连接，在所述第二手部握持块上开设有供人体手部穿过的握持孔，在所述第二手部基座上开设有供所述第二手部压片穿过的基座孔，所述第二手部压片的一端穿过所述基座孔后与对应位置的所述第二手部握持块通过手部弹簧进行连接，且所述第二手部压片能够在所述基座孔内转动，所述第二手部压片的另一端还开设有第二指套凹槽，所述第二指套凹槽用于容纳人体手部的手指，所述外管远离其连接所述手臂助力安装轴的一端固定连接在所述基座孔处，所述钢绳远离其连接所述棘爪的一端固定连接在所述第二指套凹槽处，以使得在搬运重物时，所述钢绳能够在人体手指作用下在所述外管内滑动，并带动所述棘爪转动到与所述棘轮啮合的位置并卡死，并在未搬运重物时能够在所述手部弹簧的作用下复位。

这样，在搬运重物时，人体手部穿过握持孔，且其中一个手指伸入第二指套凹槽内，伸入第二指套凹槽内的手指带动第二手部压片克服手部弹簧的作用力转动，此时第二手部压片同步带动钢绳在外管内滑动，此时钢绳的另一端被拉伸并带动棘爪转动到与棘轮啮合的位置，使得棘爪被棘轮卡死，进而实现助力绳索的卡死效果，此时重物的重力将经助力绳索分散并传递到承受能力较强的肩部位置，由此使得人体上肢的受力大幅减小；当搬运完成后，人体手指伸出第二指套凹槽，在手部弹簧的作用下，第二手部压片带动钢绳复位。

优选的，在所述上背板和所述下背板之间沿轴向方向对称设有两组背部助力机构，所述背部助力机构包括安装在所述下背板上的第一连接架、安装在所述上背板上的第二连接架和第一弹性件，所述第一弹性件的下端连接在所述第一连接架上，所述第一弹性件的上端通过连接拉线连接在所述第二连接架上，且在所述上背板上还设有支撑垫块，所述支撑垫块与对应位置的所述连接拉线相抵以使得所述连接拉线处于张紧状态。

这样，在上背板和下背板之间设计两组背部助力机构，利用两组背部助力机构中的第一弹性件为人体搬运过程中的腰部提供助力效果，以此增加搬运过程中对腰部的助力效果，同时在上背板上设置支撑垫块，并利用支撑垫块与连接拉线相抵使得连接拉线始终处于张紧状态，这样可以使得在搬运过程中第一弹性件能够始终处于拉长状态，由此保证了第一弹性件对人体搬运过程中腰部的助力效果。

优选的，所述第一连接架上沿轴向方向设有第一左凸起和第一右凸起，所述第一左凸起和所述第一右凸起之间通过第一连接轴进行连接，且在所述第一左凸起和所述第一右凸起之间的所述第一连接轴上还设有第一左限位套筒和第一右限位套筒，所述第一弹性件用于与所述第一连接架连接的一端卡接在所述第一连接轴上，并位于所述第一左限位套筒和第一右限位套筒之间；

所述第二连接架上沿轴向方向设有第二左凸起和第二右凸起，所述第二左凸起和所述第二右凸起之间通过第二连接轴进行连接，且在所述第二左凸起和所述第二右凸起之间的所述第二连接轴上还设有第二左限位套筒和第二右限位套筒，所述连接拉线用于与所述第二连接架连接的一端卡接在所述第二连接轴上，并位于所述第二左限位套筒和第二右限位套筒之间。

这样，通过在第一连接架上设置第一左凸起和第一右凸起，并将两者之间通过第一连接轴进行连接，然后将第一弹性件卡接在第一连接轴上，这样可以方便第一弹性件的安装和拆卸，同时在第一左凸起和第一右凸起之间的第一连接轴上设置第一左限位套筒和第一右限位套筒，利用第一左限位套筒和第一右限位套筒可以对第一弹性件的安装位置进行限制，以保证第一弹性件安装和使用过程中位置的准确性。

通过在第二连接架上设置第二左凸起和第二右凸起，并将两者之间通过第二连接轴进行连接，然后将连接拉线卡接在第二连接轴上，这样可以方便连接拉线的安装和拆卸，同时在第二左凸起和第二右凸起之间的第二连接轴上设置第二左限位套筒和第二右限位套筒，利用第二左限位套筒和第二右限位套筒可以对连接拉线的安装位置进行限制，以保证连接拉线安装和使用过程中位置的准确性。

优选的，搬运助力外骨骼装置还包括膝关节助力组件，所述膝关节助力组件包括大腿杆和小腿杆，在所述大腿杆上还设有用于与人体大腿连接的大腿绑缚机构，所述大腿绑缚机构包括大腿绑缚块和大腿绑缚带，且所述大腿绑缚块与人体大腿的前侧位置相适应，在所述小腿杆上还设有用于与人体小腿连接的小腿绑缚机构，所述小腿绑缚机构包括小腿绑缚块和小腿绑缚带，且所述小腿绑缚块与人体小腿的后侧位置相适应；

所述大腿杆的上端与对应位置的所述髋关节助力组件通过第二轴向转动件进行转动连接，以与人体髋关节的前屈和后伸运动相适应，所述大腿杆的下端通过第三轴向转动件与所述小腿杆转动连接，以与人体膝关节的前屈和后伸运动相适应，在所述第三轴向转动件上还套设有膝关节助力扭簧，所述膝关节助力扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿杆或所述小腿杆上，所述膝关节助力弹簧的另一端作为活动端在所述大腿杆和所述小腿杆相对转动角度达到设定值时与所述小腿杆或所述大腿杆相抵。

这样，膝关节助力组件分别通过大腿绑缚机构和小腿绑缚机构穿戴在人体的大腿和小腿位置，同时将大腿绑缚机构设计为一半为硬质结构的大腿绑缚块，一半为软质结构的大腿绑缚带，小腿绑缚机构也设计为一半为硬质结构的小腿绑缚块，一半为软质结构的小腿绑缚带的结构形式，在保证穿戴舒适性的情况下，还能更好地在屈腿后为膝关节的伸膝动作进行助力，提高对膝关节的助力效果。

同时，在人体搬运货物行走时，大腿杆绕髋关节助力组件转动以与人体髋关节的前屈和后伸运动相适应，同时人体膝关节运动时还将带动小腿杆和大腿杆之间相对转动，当人体是在平路上行走时，大腿杆和小腿杆的相对转动角度在设定值内，此时第一轴向转动件上的膝关节助力扭簧的活动端未与小腿杆或大腿杆相抵，从而膝关节助力扭簧未发生弹性变形，此时膝关节助力扭簧不会对平路行走时人体的膝关节运动产生影响；而当人体搬运货物需要进行爬楼梯等运动时，在小腿弯曲膝关节做屈曲运动时，小腿摆动的角度大，此时人体膝关节的运动将会带动大腿杆和小腿杆的相对转动角度穿过设定值，此时膝关节助力扭簧的活动端将与大腿杆或小腿杆相抵并发生弹性变形进行储能，当小腿回摆膝关节做伸展运动时，膝关节助力扭簧将复位释放储存的能量为人体的运动助力。因此本方案的膝关节助力组件实现了在平路行走时不增加人体行走负荷，而只在爬楼梯等大角度运动时才提供助力的目的。

另外，膝关节助力组件在下蹲搬运时还能够承担部分重物的重力以减轻搬运者的负担。

优选的，所述大腿杆包括大腿上杆和大腿圆盘，所述小腿杆包括小腿下杆和小腿圆盘，所述大腿圆盘和所述小腿圆盘之间通过第三轴向转动件进行连接，所述大腿上杆用于与所述髋关节助力组件连接，所述大腿上杆用于与所述大腿圆盘连接的一端沿其长度方向开设有多个大腿连接孔，所述大腿圆盘用于与所述大腿上杆连接的一端沿其长度方向开设有大腿连接槽，且在所述大腿连接槽上沿其长度方向开设有多个轴向贯穿所述大腿圆盘的大腿安装孔，所述大腿上杆能够滑动伸入所述大腿连接槽内，并使得不同位置的所述大腿连接孔与所述大腿安装孔对应，且所述大腿连接孔与对应位置的所述大腿安装孔之间通过大腿连接螺钉进行连接；

所述小腿下杆用于与所述小腿圆盘连接的一端沿其长度方向开设有多个小腿连接孔，所述小腿圆盘用于与所述小腿下杆连接的一端沿其长度方向开设有小腿连接槽，且在所述小腿连接槽上沿其长度方向开设有多个轴向贯穿所述小腿圆盘的小腿安装孔，所述小腿下杆能够滑动伸入所述小腿连接槽内，并使得不同位置的所述小腿连接孔与所述小腿安装孔对应，且所述小腿连接孔与对应位置的所述小腿安装孔之间通过小腿连接螺钉进行连接。

这样，通过设置大腿上杆和大腿圆盘，当需要调节大腿杆的整体长度时，将大腿上杆沿大腿连接槽滑动，使得大腿上杆上不同位置的大腿连接孔与大腿安装孔位置对应，然后再利用大腿连接螺钉将大腿连接孔和大腿安装孔进行连接即可，这样就可以实现大腿杆整体长度的调整。

同理，当需要调节小腿杆的整体长度时，将小腿下杆沿小腿连接槽滑动，使得小腿连接孔与不同位置的小腿安装孔对应，然后再利用小腿连接螺钉将小腿连接孔和小腿安装孔进行连接，这样就可以实现小腿杆整体长度的调整。

这样，通过调节小腿杆和大腿杆的整体长度，使得该外骨骼装置能更好的与不同穿戴该装置的人体的腿部相适应，从而提高穿着的舒适性和助力支撑效果。

优选的，所述髋关节助力组件包括中间连接板，所述中间连接板与所述下背板通过第一轴向转动件转动连接，在所述中间连接板的轴向两侧对称设有L型结构的侧连接板，所述侧连接板L型结构的长边用于与所述中间连接板转动连接，以与人体大腿的内收和外展运动相适应，所述侧连接板L型结构的短边连接有侧连接盘，所述侧连接盘包括侧连接部和侧圆盘部，所述侧连接部用于与所述侧连接板L型结构的短边连接，所述侧圆盘部用于与所述大腿上杆连接，所述大腿上杆包括上杆连接部和上杆圆盘部，所述上杆连接部用于与所述大腿圆盘连接，所述上杆圆盘部用于与所述侧圆盘部通过第二轴向转动件转动连接，在所述第二轴向转动件上还套设有髋关节助力扭簧，所述髋关节助力扭簧的两端分别与所述上杆圆盘部和所述侧圆盘部相抵，以为髋关节的运动提供助力。

这样，中间连接板与两侧的L型结构的侧连接板共同形成开口向前的U型结构，以使得髋关节助力组件与人体髋关节的运动相适应，同时在第二轴向转动件上套设髋关节助力扭簧，当人体大腿杆与腰椎之间有角度变化时，髋关节助力扭簧将会被压缩，从而为人体髋关节的运动提供助力。

优选的，所述侧连接部用于与所述侧连接板连接的一端沿纵向方向开设有侧连接槽，所述侧连接槽上沿纵向方向开设有多个侧连接孔，所述侧连接板上用于与所述侧连接部连接的一端沿纵向方向开设有多个侧安装孔，所述侧连接板能够滑动伸入所述侧连接槽内，并使得所述侧安装孔与不同位置的侧连接孔对应，且所述侧安装孔与对应位置的侧连接孔之间通过侧连接螺钉进行连接；

所述上杆圆盘部用于与所述上杆连接部连接的一端沿竖向方向开设有上杆连接槽，所述上杆连接槽上沿竖向方向开设有多个上杆连接孔，所述上杆连接部用于与所述上杆圆盘部连接的一端沿竖向方向开设有多个上杆安装孔，所述上杆连接部能够滑动伸入所述上杆连接槽内，并使得所述上杆安装孔与不同位置的上杆连接孔对应，且所述上杆安装孔与对应位置的上杆连接孔之间通过上杆连接螺钉进行连接。

这样，当不同人体在穿戴该外骨骼装置时，当需要调节侧连接板与侧连接盘的整体长度时，将侧连接板滑动伸入到侧连接槽的不同位置，使得侧安装孔与不同位置的侧连接孔对应，然后利用侧连接螺钉将侧安装孔和侧连接孔进行连接，这样就可以实现调节侧连接板与侧连接盘整体长度的目的。

同理，当需要调节大腿上杆的整体长度时，将上杆连接部滑动伸入到上杆连接槽的不同位置，使得上杆安装孔与不同位置的上杆连接孔对应，然后再利用上杆连接螺钉将上杆安装孔和上杆连接孔进行连接，这样就可以实现调节大腿上杆整体长度的目的。

这样，可以使得该外骨骼装置能更好的与不同穿戴该装置的人体的髋关节和腿部尺寸相适应，从而提高穿着的舒适性和助力支撑效果。

优选的，所述大腿杆和所述小腿杆相对转动角度的设定值为30°或60°。

这样，大腿杆和小腿杆的相对转动角度设定值可以根据助力需要进行适应性的选择，以此来更好的满足不同条件下的助力效果。

附图说明

图1为本发明实施例一中搬运助力外骨骼装置的结构示意图；

图2为图1中A处的放大示意图；

图3为图1中B处的放大示意图；

图4为本发明实施例一中搬运助力外骨骼装置中腰部助力组件和手臂助力组件的结构示意图；

图5为图4中C处的放大示意图；

图6为本发明实施例一中搬运助力外骨骼装置中腰部助力组件的结构示意图；

图7为本发明实施例一中搬运助力外骨骼装置中膝关节助力组件的结构示意图；

图8为本发明实施例一中搬运助力外骨骼装置中膝关节助力组件中去除小腿圆盘后的结构示意图；

图9为本发明实施例一中搬运助力外骨骼装置中髋关节助力组件的结构示意图；

图10为本发明实施例二中搬运助力外骨骼装置的结构示意图（未示出髋关节助力组件和膝关节助力组件）；

图11为图10中E处的放大示意图；

图12为本发明实施例二中搬运助力外骨骼装置的局部爆炸示意图（未示出髋关节助力组件和膝关节助力组件）；

图13为图12中D处的放大示意图。

附图标记说明：手臂助力组件1、助力绳索101、外管1011、钢绳1012、第一手部握持块102、第一指套凹槽103、第一手部基座104、手部定滑轮105、第一手部压片106、手部压紧块107、肩带108、肩垫软块109、肩垫硬块110、第一定滑轮111、第二定滑轮112、手臂助力安装座113、手臂助力安装轴114、卷簧115、棘轮端盖116、棘轮1161、棘爪117、复位弹簧118、第二手部握持块119、第二手部基座120、基座孔121、第二手部压片122、第二指套凹槽123、手部弹簧124、腰部助力组件2、下背板201、第一弹性件202、第一连接轴203、第一左凸起204、第一右凸起205、第一左限位套筒206、第一右限位套筒207、上背板208、第一绑缚带209、连接拉线210、支撑垫块211、第二左凸起212、第二右凸起213、第二左限位套筒214、第二右限位套筒215、第二连接轴216、第二连接架217、第一连接架218、髋关节助力组件3、中间连接板301、侧连接板302、侧连接部303、侧圆盘部304、髋关节助力扭簧305、腰带306、膝关节助力组件4、大腿杆401、上杆圆盘部4011、上杆连接部4012、大腿圆盘4013、大腿绑缚机构402、大腿绑缚块4021、大腿绑缚带4022、小腿杆403、小腿圆盘4031、小腿下杆4032、小腿绑缚机构404、小腿绑缚块4041、小腿绑缚带4042、第三轴向转动件405、膝关节助力扭簧406、第二轴向转动件5、第一轴向转动件6。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例一：

如附图1到附图9所示，一种搬运助力外骨骼装置，包括腰部助力组件2、手臂助力组件1、髋关节助力组件3和膝关节助力组件4；

腰部助力组件2包括上背板208和下背板201，下背板201与髋关节助力组件3的对应位置通过第一轴向转动件6进行连接，以使得下背板201能够绕髋关节助力组件3前后转动并与人体的弯腰动作相适应，上背板208上设有用于将上背板208缠绕在人体胸部位置的第一绑缚带209，在上背板208与下背板201之间还设有第一弹性件202，第一弹性件202的两端分别与上背板208和下背板201连接，第一弹性件202在人体处于直立状态时为自由伸长状态，且第一弹性件202在人体处于弯腰状态时能够被拉长并产生回复力；

手臂助力组件1包括沿轴向方向对称设置的两组手臂助力机构，手臂助力机构包括安装在上背板208上的手臂助力安装座113和用于与人体手部配合的手部握持机构，手臂助力安装座113上转动连接有沿轴向方向设置的手臂助力安装轴114，手臂助力安装轴114上套设有助力绳索101和卷簧，助力绳索101用于与手臂助力安装轴114连接的一端缠绕在手臂助力安装轴114上，以使得助力绳索101能够被拉长并带动手臂助力安装轴114转动，且手臂助力安装轴114转动以使得卷簧产生回复力，助力绳索101远离其连接手臂助力安装轴114的一端与手部握持机构连接，手部握持机构能够在搬运重物时将对应位置的助力绳索101卡死，以避免在搬运重物时助力绳索101的长度发生变化，且助力绳索101在重物搬运完成后，能够在卷簧的回复力作用下回复到初始状态。

在本方案中，以人体的方向作为参考方向，即本方案中的前、后、左、右、上、下分别对应为人体的前、后、左、右、上、下，同时本方案中的轴向为左右方向，竖向为上下方向，纵向为前后方向，且初始状态为未搬运重物时各零部件的状态。

本发明的工作原理是：本发明的搬运助力外骨骼装置在使用时，首先将上背板208上的第一绑缚带209缠绕在人体的胸部位置，同时将髋关节助力组件3穿戴在人体髋关节位置，人体手部握持在手部握持机构上，同时将助力绳索101跨过对应侧人体的肩部位置，从而实现将外骨骼装置穿戴在人体的目的。

正常站立状态时，助力绳索101缠绕在手臂助力安装轴114上，当人体准备进行搬运时，人体会由直立状态变为弯腰状态，此时下背板201绕髋关节助力组件3向前转动以适应人体的弯腰动作，在人体弯腰过程中，上背板208和下背板201之间的第一弹性件202会被拉长，同时缠绕在手臂助力安装轴114上的助力绳索101被拉长以与人体手臂长度相适应，助力绳索101被拉长的同时还将带动手臂助力安装轴114转动，手臂助力安装轴114转动将使得卷簧发生变形；当开始进行重物搬运时，手部握持机构将助力绳索101卡死，使得手臂助力安装轴114不再转动，助力绳索101的长度不再发生变化并处于拉紧状态，此时重物的重力将经助力绳索101分散并传递到承受能力较强的肩部位置，由此使得人体上肢的受力大幅减小，同时上背板208和下背板201之间的第一弹性件202由于被拉长而产生回复力，该回复力也会对人体搬运重物时的腰部位置提供助力效果，当搬运完成后，手部握持机构对助力绳索101的作用去除，此时卷簧释放弹性势能，使得助力绳索101伸长的部分重新缠绕在手臂助力安装轴114上以回复到初始状态，当搬运重物需要下蹲时，髋关节助力组件3和膝关节助力组件4能在起立时提供助力。由此本方案将重物重力分散传递到承受能力较强的肩部位置，减轻了人体上肢的受力，同时还起到了对人体腰部提供助力，以帮助搬运者抵消部分力矩的作用，同时对下肢蹲下和起立提供助力。

本发明的有益效果在于：本发明根据人体搬运货物的动作特点，在搬运货物时，利用第一弹性件202和助力绳索101来达到分别为人体腰部和手臂搬运货物提供助力的目的，本发明与现有的主动式外骨骼装置相比，省去了电池、液压缸等动力源部件，从而使得整个装置的重量大大减轻，同时成本也大大的降低，同时本发明充分利用了人体搬运货物的动作特点，整个结构设计巧妙，整体结构简单。

在本实施例中，手臂助力机构还包括用于与人体肩部配合的肩带108，肩带108的一端用于连接在上背板208上，肩带108的另一端用于连接在第一绑缚带209上，在肩带108的内侧与人体肩胛骨对应的位置设有与人体的肩部形状相适应的弧形结构的肩垫软块109，在肩带108的外侧与肩垫软块109对应的位置还设有肩垫硬块110，在肩垫硬块110上还分别通过第一安装座和第二安装座转动连接有第一定滑轮111和第二定滑轮112，助力绳索101依次从第一定滑轮111的下侧和第二定滑轮112的上侧穿过，以使得第一定滑轮111和第二定滑轮112对助力绳索101进行张紧和导向。

这样，通过设置肩带108，并将肩带108两端分别连接在第一绑缚带209和上背板208上，以利用肩带108与人体肩部位置进行配合穿戴，提高外骨骼装置穿戴的稳定性，同时在肩带108的内侧设置与人体肩部形状相适应的肩垫软块109，提高穿戴的舒适性，在肩带108的外侧设置肩垫硬块110，并在肩垫硬块110上分别通过第一安装座和第二安装座转动连接第一定滑轮111和第二定滑轮112，并将助力绳索101依次从第一定滑轮111的下侧和第二定滑轮112的上侧穿过，这样可以利用第一定滑轮111和第二定滑轮112对助力绳索101进行张紧和导向，使得助力绳索101始终处于张紧状态，保证搬运过程中重物重力能够有效的传递到人体肩部位置，同时保证助力绳索101始终按既定的路线移动。

在本实施例中，助力绳索101用于与手臂助力安装轴114连接的一端缠绕在手臂助力安装轴114上，助力绳索101远离其连接手臂助力安装轴114的一端穿过手部握持机构，并从手部握持机构引出后固定连接在第一安装座或第二安装座上。

这样，通过将助力绳索101整体设计为双股线的结构形式，将其活动端缠绕在手臂助力安装轴114上，以使得在搬运重物时助力绳索101能够伸长并与人体搬运时的状态相适应，其固定端固定在第一安装座或第二安装座上，并通过搬运时手部握持机构的卡死作用，保证了搬运过程中助力绳索101的长度不再发生变化，从而使得重物重力能够经助力绳索101传递到人体肩部，实现对重力的分散效果，减轻人体上肢的受力，减轻搬运疲劳。

正常站立状态下，助力绳索101缠绕在手臂助力安装轴114上，当准备搬运重物时，人体手部作用在助力绳索101上并拉伸助力绳索101，手臂助力安装轴114转动，助力绳索101伸长且卷簧蓄能，当开始搬运重物时，手部握持机构将助力绳索101的对应位置卡死，助力绳索101在手部握持机构和其固定端的限制作用下将无法再伸长，此时手臂助力安装轴114也无法转动，助力绳索101处于卡死拉紧状态，重物重力经助力绳索101传递到人体肩部，此时人体上肢的受力大幅减小。当搬运完成后，松开手部握持机构，卷簧释放弹性势能，使得助力绳索101伸长的部分重新缠绕在手臂助力安装轴114上以回复到初始状态。

在本实施例中，手部握持机构包括第一手部握持块102、第一手部基座104和第一手部压片106，第一手部握持块102上沿轴向方向开设有两个第一指套凹槽103，第一指套凹槽103分别用于容纳人体手部的两根手指，以将手部握持机构套设在人体手部，在第一手部基座104上沿轴向方向转动连接有手部转轴，手部转轴上套设有手部定滑轮105，且在第一手部压片106靠近手部定滑轮105的一端还设有弧形结构的手部压紧块107，助力绳索101用于与手部握持机构连接的一端套设在手部转轴上，且助力绳索101卡接在手部定滑轮105和手部压紧块107之间，以利用手部定滑轮105和手部压紧块107将对应位置的助力绳索101卡死。

这样，通过设置第一手部握持块102，并在第一手部握持块102上开设第一指套凹槽103，使得人体手部的两根指头能够被容纳在第一指套凹槽103内，以实现将手部握持机构穿戴在人体手部的目的，同时第一手部基座104的手部转轴上套设有手部定滑轮105，助力绳索101再套设在手部转轴上并卡接在手部压紧块107和手部定滑轮105之间，这样就可以利用手部压紧块107和手部定滑轮105实现对该位置助力绳索101的卡死作用。

在本实施例中，在上背板208和下背板201之间沿轴向方向对称设有两组背部助力机构，背部助力机构包括安装在下背板201上的第一连接架218、安装在上背板208上的第二连接架217和第一弹性件202，第一弹性件202的下端连接在第一连接架218上，第一弹性件202的上端通过连接拉线210连接在第二连接架217上，且在上背板208上还设有支撑垫块211，支撑垫块211与对应位置的连接拉线210相抵以使得连接拉线210处于张紧状态。

这样，在上背板208和下背板201之间设计两组背部助力机构，利用两组背部助力机构中的第一弹性件202为人体搬运过程中的腰部提供助力效果，以此增加搬运过程中对腰部的助力效果，同时在上背板208上设置支撑垫块211，并利用支撑垫块211与连接拉线210相抵使得连接拉线210始终处于张紧状态，这样可以使得在搬运过程中第一弹性件202能够始终处于拉长状态，由此保证了第一弹性件202对人体搬运过程中腰部的助力效果。

在本实施例中，第一连接架218上沿轴向方向设有第一左凸起204和第一右凸起205，第一左凸起204和第一右凸起205之间通过第一连接轴203进行连接，且在第一左凸起204和第一右凸起205之间的第一连接轴203上还设有第一左限位套筒206和第一右限位套筒207，第一弹性件202用于与第一连接架218连接的一端卡接在第一连接轴203上，并位于第一左限位套筒206和第一右限位套筒207之间；

第二连接架217上沿轴向方向设有第二左凸起212和第二右凸起213，第二左凸起212和第二右凸起213之间通过第二连接轴216进行连接，且在第二左凸起212和第二右凸起213之间的第二连接轴216上还设有第二左限位套筒214和第二右限位套筒215，连接拉线210用于与第二连接架217连接的一端卡接在第二连接轴216上，并位于第二左限位套筒214和第二右限位套筒215之间。

这样，通过在第一连接架218上设置第一左凸起204和第一右凸起205，并将两者之间通过第一连接轴203进行连接，然后将第一弹性件202卡接在第一连接轴203上，这样可以方便第一弹性件202的安装和拆卸，同时在第一左凸起204和第一右凸起205之间的第一连接轴203上设置第一左限位套筒206和第一右限位套筒207，利用第一左限位套筒206和第一右限位套筒207可以对第一弹性件202的安装位置进行限制，以保证第一弹性件202安装和使用过程中位置的准确性。

通过在第二连接架217上设置第二左凸起212和第二右凸起213，并将两者之间通过第二连接轴216进行连接，然后将连接拉线210卡接在第二连接轴216上，这样可以方便连接拉线210的安装和拆卸，同时在第二左凸起212和第二右凸起213之间的第二连接轴216上设置第二左限位套筒214和第二右限位套筒215，利用第二左限位套筒214和第二右限位套筒215可以对连接拉线210的安装位置进行限制，以保证连接拉线210安装和使用过程中位置的准确性。

在本实施例中，搬运助力外骨骼装置还包括膝关节助力组件4，膝关节助力组件4包括大腿杆401和小腿杆403，在大腿杆401上还设有用于与人体大腿连接的大腿绑缚机构402，大腿绑缚机构402包括大腿绑缚块4021和大腿绑缚带4022，且大腿绑缚块4021与人体大腿的前侧位置相适应，在小腿杆403上还设有用于与人体小腿连接的小腿绑缚机构404，小腿绑缚机构404包括小腿绑缚块4041和小腿绑缚带4042，且小腿绑缚块4041与人体小腿的后侧位置相适应；

大腿杆401的上端与对应位置的髋关节助力组件3通过第二轴向转动件5进行转动连接，以与人体髋关节的前屈和后伸运动相适应，大腿杆401的下端通过第三轴向转动件405与小腿杆403转动连接，以与人体膝关节的前屈和后伸运动相适应，在第三轴向转动件405上还套设有膝关节助力扭簧406，膝关节助力扭簧406的一端作为固定端固定在大腿杆401或小腿杆403上，膝关节助力弹簧的另一端作为活动端在大腿杆401和小腿杆403相对转动角度达到设定值时与小腿杆403或大腿杆401相抵。

这样，膝关节助力组件分别通过大腿绑缚机构402和小腿绑缚机构404穿戴在人体的大腿和小腿位置，同时将大腿绑缚机构402设计为一半为硬质结构的大腿绑缚块4021，一半为软质结构的大腿绑缚带4022，小腿绑缚机构404也设计为一半为硬质结构的小腿绑缚块4041，一半为软质结构的小腿绑缚带4042的结构形式，在保证穿戴舒适性的情况下，还能更好地在屈腿后为膝关节的伸膝动作进行助力，提高对膝关节的助力效果。

同时，在人体搬运货物行走时，大腿杆401绕髋关节助力组件3转动以与人体髋关节的前屈和后伸运动相适应，同时人体膝关节运动时还将带动小腿杆403和大腿杆401之间相对转动，当人体是在平路上行走时，大腿杆401和小腿杆403的相对转动角度在设定值内，此时第一轴向转动件6上的膝关节助力扭簧406的活动端未与小腿杆403或大腿杆401相抵，从而膝关节助力扭簧406未发生弹性变形，此时膝关节助力扭簧406不会对平路行走时人体的膝关节运动产生影响；而当人体搬运货物需要进行爬楼梯等运动时，在小腿弯曲膝关节做屈曲运动时，小腿摆动的角度大，此时人体膝关节的运动将会带动大腿杆401和小腿杆403的相对转动角度穿过设定值，此时膝关节助力扭簧406的活动端将与大腿杆401或小腿杆403相抵并发生弹性变形进行储能，当小腿回摆膝关节做伸展运动时，膝关节助力扭簧406将复位释放储存的能量为人体的运动助力。因此本方案的膝关节助力组件4实现了在平路行走时不增加人体行走负荷，而只在爬楼梯等大角度运动时才提供助力的目的。

另外，膝关节助力组件4在下蹲搬运时还能够承担部分重物的重力以减轻搬运者的负担。

在本实施例中，大腿杆401包括大腿上杆和大腿圆盘4013，小腿杆403包括小腿下杆4032和小腿圆盘4031，大腿圆盘4013和小腿圆盘4031之间通过第三轴向转动件405进行连接，大腿上杆用于与髋关节助力组件3连接，大腿上杆用于与大腿圆盘4013连接的一端沿其长度方向开设有多个大腿连接孔，大腿圆盘4013用于与大腿上杆连接的一端沿其长度方向开设有大腿连接槽，且在大腿连接槽上沿其长度方向开设有多个轴向贯穿大腿圆盘4013的大腿安装孔，大腿上杆能够滑动伸入大腿连接槽内，并使得不同位置的大腿连接孔与大腿安装孔对应，且大腿连接孔与对应位置的大腿安装孔之间通过大腿连接螺钉进行连接；

小腿下杆4032用于与小腿圆盘4031连接的一端沿其长度方向开设有多个小腿连接孔，小腿圆盘4031用于与小腿下杆4032连接的一端沿其长度方向开设有小腿连接槽，且在小腿连接槽上沿其长度方向开设有多个轴向贯穿小腿圆盘4031的小腿安装孔，小腿下杆4032能够滑动伸入小腿连接槽内，并使得不同位置的小腿连接孔与小腿安装孔对应，且小腿连接孔与对应位置的小腿安装孔之间通过小腿连接螺钉进行连接。

这样，通过设置大腿上杆和大腿圆盘4013，当需要调节大腿杆401的整体长度时，将大腿上杆沿大腿连接槽滑动，使得大腿上杆上不同位置的大腿连接孔与大腿安装孔位置对应，然后再利用大腿连接螺钉将大腿连接孔和大腿安装孔进行连接即可，这样就可以实现大腿杆401整体长度的调整。

同理，当需要调节小腿杆403的整体长度时，将小腿下杆4032沿小腿连接槽滑动，使得小腿连接孔与不同位置的小腿安装孔对应，然后再利用小腿连接螺钉将小腿连接孔和小腿安装孔进行连接，这样就可以实现小腿杆403整体长度的调整。

这样，通过调节小腿杆403和大腿杆401的整体长度，使得该外骨骼装置能更好的与不同穿戴该装置的人体的腿部相适应，从而提高穿着的舒适性和助力支撑效果。

在本实施例中，髋关节助力组件3包括中间连接板301，在中间连接板301上固定连接有用于穿戴在人体腰部的腰带306，中间连接板301与下背板201通过第一轴向转动件6转动连接，在中间连接板301的轴向两侧对称设有L型结构的侧连接板302，侧连接板302的L型结构的长边用于与中间连接板301转动连接，以与人体大腿的内收和外展运动相适应，侧连接板302的L型结构的短边连接有侧连接盘，侧连接盘包括侧连接部303和侧圆盘部304，侧连接部303用于与侧连接板302的L型结构的短边连接，侧圆盘部304用于与大腿上杆连接，大腿上杆包括上杆连接部4012和上杆圆盘部4011，上杆连接部4012用于与大腿圆盘4013连接，上杆圆盘部4011用于与侧圆盘部304通过第二轴向转动件5转动连接，在第二轴向转动件5上还套设有髋关节助力扭簧305，髋关节助力扭簧305的两端分别与上杆圆盘部4011和侧圆盘部304相抵，以为髋关节的运动提供助力。

这样，中间连接板301与两侧的L型结构的侧连接板302共同形成开口向前的U型结构，以使得髋关节助力组件3与人体髋关节的运动相适应，同时在第二轴向转动件5上套设髋关节助力扭簧305，当人体大腿杆401与腰椎之间有角度变化时，髋关节助力扭簧305将会被压缩，从而为人体髋关节的运动提供助力。

在本实施例中，侧连接部303用于与侧连接板302连接的一端沿纵向方向开设有侧连接槽，侧连接槽上沿纵向方向开设有多个侧连接孔，侧连接板302上用于与侧连接部303连接的一端沿纵向方向开设有多个侧安装孔，侧连接板302能够滑动伸入侧连接槽内，并使得侧安装孔与不同位置的侧连接孔对应，且侧安装孔与对应位置的侧连接孔之间通过侧连接螺钉进行连接；

上杆圆盘部4011用于与上杆连接部4012连接的一端沿竖向方向开设有上杆连接槽，上杆连接槽上沿竖向方向开设有多个上杆连接孔，上杆连接部4012用于与上杆圆盘部4011连接的一端沿竖向方向开设有多个上杆安装孔，上杆连接部4012能够滑动伸入上杆连接槽内，并使得上杆安装孔与不同位置的上杆连接孔对应，且上杆安装孔与对应位置的上杆连接孔之间通过上杆连接螺钉进行连接。

这样，当不同人体在穿戴该外骨骼装置时，当需要调节侧连接板302与侧连接盘的整体长度时，将侧连接板302滑动伸入到侧连接槽的不同位置，使得侧安装孔与不同位置的侧连接孔对应，然后利用侧连接螺钉将侧安装孔和侧连接孔进行连接，这样就可以实现调节侧连接板302与侧连接盘整体长度的目的。

同理，当需要调节大腿上杆的整体长度时，将上杆连接部4012滑动伸入到上杆连接槽的不同位置，使得上杆安装孔与不同位置的上杆连接孔对应，然后再利用上杆连接螺钉将上杆安装孔和上杆连接孔进行连接，这样就可以实现调节大腿上杆整体长度的目的。

这样，可以使得该外骨骼装置能更好的与不同穿戴该装置的人体的髋关节和腿部尺寸相适应，从而提高穿着的舒适性和助力支撑效果。

在本实施例中，大腿杆401和小腿杆403相对转动角度的设定值为30°或60°。

这样，大腿杆401和小腿杆403的相对转动角度设定值可以根据助力需要进行适应性的选择，以此来更好的满足不同条件下的助力效果。

实施例二：

与实施例一的不同之处在于，如附图10到附图13所示，在本实施例中，在本实施例中，手臂助力安装座113上还连接有棘轮端盖116，棘轮端盖116上设有棘轮1161，手臂助力安装轴114上连接有能够与棘轮1161啮合的棘爪117，在手臂助力安装轴114上开设有沿轴向设置的轴心孔和沿径向设置的绳索安装孔，助力绳索101包括外管1011和钢绳1012，钢绳1012的两端穿出外管1011，助力绳索101穿过绳索安装孔，且外管1011固定在轴心孔处，钢绳1012穿过轴心孔处后与棘爪117的一端连接，棘爪117的另一端通过复位弹簧118连接在手臂助力安装轴114上，棘爪117在搬运重物时能够在助力绳索101的拉伸作用下转动到与棘轮1161啮合的位置，以使得助力绳索101长度在搬运重物时不再发生变化，并在未搬运重物时能够在复位弹簧118的作用下复位到与棘轮1161分离的位置，以使得助力绳索101在卷簧115的回复力作用下回复到初始状态。

这样，将外管1011的两端分别固定在手部位置和手臂助力安装轴114的轴心孔位置，且钢绳1012的两端伸出外管1011。正常站立状态下，助力绳索101缠绕在手臂助力安装轴114上，当准备搬运重物时，手部拉动助力绳索101的外管1011，使得手臂助力安装轴114转动，卷簧115蓄能，当开始搬运重物时，助力绳索101的钢绳1012拉伸，钢绳1012与棘爪117连接的一端收紧，使得钢绳1012拉动棘爪117克服复位弹簧118的作用力并转动到与棘轮1161啮合的位置，此时由于棘轮1161与棘爪117啮合，使得手臂助力安装轴114无法再进行转动，助力绳索101的长度也不再发生变化，此时由于助力绳索101处于张紧状态而将重物重力经钢绳1012传递到肩部位置，此时人体上肢的受力大幅度减小。当搬运完成后，松开钢绳1012，在复位弹簧118的作用下棘爪117复位到与棘轮1161分离的位置，此时卷簧115也将释放弹性势能，使得助力绳索101回复到初始状态下在手臂助力安装轴114上的状态。

在本实施例中，手部握持机构包括第二手部握持块119、第二手部基座120和第二手部压片122，第二手部握持块119与第二手部基座120固定连接，在第二手部握持块119上开设有供人体手部穿过的握持孔，在第二手部基座120上开设有供第二手部压片122穿过的基座孔121，第二手部压片122的一端穿过基座孔121后与对应位置的第二手部握持块119通过手部弹簧124进行连接，且第二手部压片122能够在基座孔121内转动，第二手部压片122的另一端还开设有第二指套凹槽123，第二指套凹槽123用于容纳人体手部的手指，外管1011远离其连接手臂助力安装轴114的一端固定连接在基座孔121处，钢绳1012远离其连接棘爪117的一端固定连接在第二指套凹槽123处，以使得在搬运重物时，钢绳1012能够在人体手指作用下在外管1011内滑动，并带动棘爪117转动到与棘轮1161啮合的位置并卡死，并在未搬运重物时能够在手部弹簧124的作用下复位。

这样，在搬运重物时，人体手部穿过握持孔，且其中一个手指伸入第二指套凹槽123内，伸入第二指套凹槽123内的手指带动第二手部压片122克服手部弹簧123的作用力转动，此时第二手部压片122同步带动钢绳1012在外管1011内滑动，此时钢绳1012的另一端被拉伸并带动棘爪117转动到与棘轮1161啮合的位置，使得棘爪117被棘轮1161卡死，进而实现助力绳索101的卡死效果，此时重物的重力将经助力绳索101分散并传递到承受能力较强的肩部位置，由此使得人体上肢的受力大幅减小；当搬运完成后，人体手指伸出第二指套凹槽123，在手部弹簧124的作用下，第二手部压片122带动钢绳1012复位。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种搬运助力外骨骼装置，其特征在于，包括腰部助力组件、手臂助力组件、髋关节助力组件和膝关节助力组件；

所述腰部助力组件包括上背板和下背板，所述下背板与所述髋关节助力组件的对应位置通过第一轴向转动件进行连接，以使得所述下背板能够绕所述髋关节助力组件前后转动并与人体的弯腰动作相适应，所述上背板上设有用于将所述上背板缠绕在人体胸部位置的第一绑缚带，在所述上背板与所述下背板之间还设有第一弹性件，所述第一弹性件的两端分别与所述上背板和所述下背板连接，所述第一弹性件在人体处于直立状态时为自由伸长状态，且所述第一弹性件在人体处于弯腰状态时能够被拉长并产生回复力；

所述手臂助力组件包括沿轴向方向对称设置的两组手臂助力机构，所述手臂助力机构包括安装在所述上背板上的手臂助力安装座和用于与人体手部配合的手部握持机构，所述手臂助力安装座上转动连接有沿轴向方向设置的手臂助力安装轴，所述手臂助力安装轴上套设有助力绳索和卷簧，所述助力绳索用于与所述手臂助力安装轴连接的一端缠绕在所述手臂助力安装轴上，以使得所述助力绳索能够被拉长并带动所述手臂助力安装轴转动，且所述手臂助力安装轴转动以使得所述卷簧产生回复力，所述助力绳索远离其连接所述手臂助力安装轴的一端与所述手部握持机构连接，所述手部握持机构能够在搬运重物时将对应位置的所述助力绳索卡死，以避免在搬运重物时所述助力绳索的长度发生变化，且所述助力绳索在重物搬运完成后，能够在所述卷簧的回复力作用下回复到初始状态；

所述手部握持机构包括第一手部握持块、第一手部基座和第一手部压片，所述第一手部握持块上沿轴向方向开设有两个第一指套凹槽，所述第一指套凹槽分别用于容纳人体手部的两根手指，以将所述手部握持机构套设在人体手部，在所述第一手部基座上沿轴向方向转动连接有手部转轴，所述手部转轴上套设有手部定滑轮，且在所述第一手部压片靠近所述手部定滑轮的一端还设有弧形结构的手部压紧块，所述助力绳索用于与所述手部握持机构连接的一端套设在所述手部转轴上，且所述助力绳索卡接在所述手部定滑轮和所述手部压紧块之间，以利用所述手部定滑轮和所述手部压紧块将对应位置的所述助力绳索卡死。

2.根据权利要求1所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述手臂助力机构还包括用于与人体肩部配合的肩带，所述肩带的一端用于连接在所述上背板上，所述肩带的另一端用于连接在所述第一绑缚带上，在所述肩带的内侧与人体肩胛骨对应的位置设有与人体的肩部形状相适应的弧形结构的肩垫软块，在所述肩带的外侧与所述肩垫软块对应的位置还设有肩垫硬块，在所述肩垫硬块上还分别通过第一安装座和第二安装座转动连接有第一定滑轮和第二定滑轮，所述助力绳索依次从所述第一定滑轮的下侧和所述第二定滑轮的上侧穿过，以使得所述第一定滑轮和所述第二定滑轮对所述助力绳索进行张紧和导向。

3.根据权利要求2所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述助力绳索用于与所述手臂助力安装轴连接的一端缠绕在所述手臂助力安装轴上，所述助力绳索远离其连接所述手臂助力安装轴的一端穿过所述手部握持机构，并从所述手部握持机构引出后固定连接在所述第一安装座或所述第二安装座上。

4.根据权利要求2所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述手臂助力安装座上还连接有棘轮端盖，所述棘轮端盖上设有棘轮，所述手臂助力安装轴上连接有能够与所述棘轮啮合的棘爪，在所述手臂助力安装轴上开设有沿轴向设置的轴心孔和沿径向设置的绳索安装孔，所述助力绳索包括外管和钢绳，所述助力绳索穿过所述绳索安装孔，且所述外管固定在所述轴心孔处，所述钢绳穿过轴心孔处后与所述棘爪的一端连接，所述棘爪的另一端通过复位弹簧连接在所述手臂助力安装轴上，所述棘爪在搬运重物时能够在所述助力绳索的拉伸作用下转动到与所述棘轮啮合的位置，以使得所述助力绳索长度在搬运重物时不再发生变化，并在未搬运重物时能够在所述复位弹簧的作用下复位到与所述棘轮分离的位置，以使得所述助力绳索在所述卷簧的回复力作用下回复到初始状态。

5.根据权利要求4所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述手部握持机构包括第二手部握持块、第二手部基座和第二手部压片，所述第二手部握持块与所述第二手部基座固定连接，在所述第二手部握持块上开设有供人体手部穿过的握持孔，在所述第二手部基座上开设有供所述第二手部压片穿过的基座孔，所述第二手部压片的一端穿过所述基座孔后与对应位置的所述第二手部握持块通过手部弹簧进行连接，且所述第二手部压片能够在所述基座孔内转动，所述第二手部压片的另一端还开设有第二指套凹槽，所述第二指套凹槽用于容纳人体手部的手指，所述外管远离其连接所述手臂助力安装轴的一端固定连接在所述基座孔处，所述钢绳远离其连接所述棘爪的一端固定连接在所述第二指套凹槽处，以使得在搬运重物时，所述钢绳能够在人体手指作用下在所述外管内滑动，并带动所述棘爪转动到与所述棘轮啮合的位置并卡死，并在未搬运重物时能够在所述手部弹簧的作用下复位。

6.根据权利要求1所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，在所述上背板和所述下背板之间沿轴向方向对称设有两组背部助力机构，所述背部助力机构包括安装在所述下背板上的第一连接架、安装在所述上背板上的第二连接架和第一弹性件，所述第一弹性件的下端连接在所述第一连接架上，所述第一弹性件的上端通过连接拉线连接在所述第二连接架上，且在所述上背板上还设有支撑垫块，所述支撑垫块与对应位置的所述连接拉线相抵以使得所述连接拉线处于张紧状态。

7.根据权利要求1所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述膝关节助力组件包括大腿杆和小腿杆，在所述大腿杆上还设有用于与人体大腿连接的大腿绑缚机构，所述大腿绑缚机构包括大腿绑缚块和大腿绑缚带，且所述大腿绑缚块与人体大腿的前侧位置相适应，在所述小腿杆上还设有用于与人体小腿连接的小腿绑缚机构，所述小腿绑缚机构包括小腿绑缚块和小腿绑缚带，且所述小腿绑缚块与人体小腿的后侧位置相适应；

所述大腿杆的上端与对应位置的所述髋关节助力组件通过第二轴向转动件进行转动连接，以与人体髋关节的前屈和后伸运动相适应，所述大腿杆的下端通过第三轴向转动件与所述小腿杆转动连接，以与人体膝关节的前屈和后伸运动相适应，在所述第三轴向转动件上还套设有膝关节助力扭簧，所述膝关节助力扭簧的一端作为固定端固定在所述大腿杆或所述小腿杆上，所述膝关节助力弹簧的另一端作为活动端在所述大腿杆和所述小腿杆相对转动角度达到设定值时与所述小腿杆或所述大腿杆相抵。

8.根据权利要求7所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述大腿杆包括大腿上杆和大腿圆盘，所述小腿杆包括小腿下杆和小腿圆盘，所述大腿圆盘和所述小腿圆盘之间通过第三轴向转动件进行连接，所述大腿上杆用于与所述髋关节助力组件连接，所述大腿上杆用于与所述大腿圆盘连接的一端沿其长度方向开设有多个大腿连接孔，所述大腿圆盘用于与所述大腿上杆连接的一端沿其长度方向开设有大腿连接槽，且在所述大腿连接槽上沿其长度方向开设有多个轴向贯穿所述大腿圆盘的大腿安装孔，所述大腿上杆能够滑动伸入所述大腿连接槽内，并使得不同位置的所述大腿连接孔与所述大腿安装孔对应，且所述大腿连接孔与对应位置的所述大腿安装孔之间通过大腿连接螺钉进行连接；

所述小腿下杆用于与所述小腿圆盘连接的一端沿其长度方向开设有多个小腿连接孔，所述小腿圆盘用于与所述小腿下杆连接的一端沿其长度方向开设有小腿连接槽，且在所述小腿连接槽上沿其长度方向开设有多个轴向贯穿所述小腿圆盘的小腿安装孔，所述小腿下杆能够滑动伸入所述小腿连接槽内，并使得不同位置的所述小腿连接孔与所述小腿安装孔对应，且所述小腿连接孔与对应位置的所述小腿安装孔之间通过小腿连接螺钉进行连接。

9.根据权利要求8所述的搬运助力外骨骼装置，其特征在于，所述髋关节助力组件包括中间连接板，所述中间连接板与所述下背板通过第一轴向转动件转动连接，在所述中间连接板的轴向两侧对称设有L型结构的侧连接板，所述侧连接板L型结构的长边用于与所述中间连接板转动连接，以与人体大腿的内收和外展运动相适应，所述侧连接板L型结构的短边连接有侧连接盘，所述侧连接盘包括侧连接部和侧圆盘部，所述侧连接部用于与所述侧连接板L型结构的短边连接，所述侧圆盘部用于与所述大腿上杆连接，所述大腿上杆包括上杆连接部和上杆圆盘部，所述上杆连接部用于与所述大腿圆盘连接，所述上杆圆盘部用于与所述侧圆盘部通过第二轴向转动件转动连接，在所述第二轴向转动件上还套设有髋关节助力扭簧，所述髋关节助力扭簧的两端分别与所述上杆圆盘部和所述侧圆盘部相抵，以为髋关节的运动提供助力。

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