CN113197415A - 一种具有悬浮减负的人体工学背架及运行方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有悬浮减负的人体工学背架及运行方法；所述背架包括背板和与之相向设置的背包板；背板靠近人体侧；背板与背包板之间设置有缓冲减负机构；缓冲减负机构位于背板及背包板的中上部区域；当负重行走时，背包板相对于人体躯干作上下起伏运动。当人体背负背架行走时，在起伏运动惯性作用下，由于重物与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差，从而减小重物施加在人体的动态载荷，大大减缓了负载对人体的冲击力。
Description
技术领域
本发明涉及背负减负装置设备技术领域，尤其涉及一种具有悬浮减负的人体工学背架及运行方法。
背景技术
众所周知，人类已经存在很多运送物品的工具，但背包具有更广的实用性和方便使用的特性，因此，背包仍是我们随身携带物品的首先方案。
当时用普通背包行走或者徒步时，由于背包会随着人体起伏运动而运动，因此，背包作用在身上的力除了背包自身的重力外，还会有背包的加速度力，这个峰值处的加速度力比重力大2-3倍，所以在行走或者徒步时关节会受到比重力更大的冲击力，肌肉和关节更容易损伤。
结合普通背包存在的重要性以及会对人体关节和肌肉的损伤的缺点，发明一种能够减少加速度力的减负背包是有必要的。
目前，减负背包，一般都是利用弹力绳和滑轮机构，作为柔性连接系统，以减少负载的竖直运动幅度来减少作用在背负者的加速度力；然而，存在的问题是弹力绳使用寿命短，滑轮机构的结构复杂，制造工艺及成本高，而且人体行走或者奔跑过程中，节奏变化幅度大，滑轮机构很容易出现机械故障，使用效果不佳。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种具有悬浮减负的人体工学背架及运行方法。本发明不仅能克服垂直于地面的惯性冲击力，还克服了垂直于人体背部的惯性冲击力，有效缓冲了重物施加在人体的至少两个方位的动态载荷。
本发明通过下述技术方案实现：
一种具有悬浮减负的人体工学背架；包括背架，所述背架包括背板2和与之相向设置的背包板4；
所述背板2靠近人体侧；
所述背板2与背包板4之间设置有缓冲减负机构；
所述缓冲减负机构位于背板2及背包板4的中上部区域；
当负重行走时，背包板4相对于人体躯干作上下起伏运动。
所述缓冲减负机构包括：两根导向杆5和两根滑杆8；
该两根导向杆5长度相同，并相互平行，间隔对称布置于背板2的中部区域；各导向杆5的两端分别通过固定块6固定在背板2上；在各导向杆5上套设有弹簧12和弹簧压套11；所述弹簧12和弹簧压套11分别与导向杆5滑动配合；所述弹簧压套11与背包板4固接；
该两根滑杆8长度相同，并分别对称布置于背板2的外侧区域；各滑杆8通过滑套10固定在背板2上，滑杆8与滑套10之间滑动配合；各滑杆8的端部，分别安装有连接块7；所述连接块7与背包板4固接；
所述弹簧压套11通过压套螺栓16与背包板4固接；
所述连接块7通过连接块螺栓15与背包板4固接；
所述滑套10通过滑套螺栓17与背板2固接；
当背包内装有重物，人体背负背架负重行走时，随着人体行走重心节奏变化，背包跟随背包板4在导向杆5和滑杆8上起伏运动；
在起伏运动惯性作用下，弹簧12沿导向杆5轴向方向被拉伸或者压缩，此时由于重物与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差，从而减小重物施加在人体的动态载荷。
所述背板2的中部区域安装有滚轮13；所述滚轮13的轮面与背包板4相抵；滚轮13的作用在于给背包板4的背面提供一个反向支撑推力；所述滚轮13的外轮毂为弹性轮毂，用于给背包板4提供一个垂直于人体的缓冲推力。
所述连接块7和弹簧压套11仅与背包板4固定连接，不与背板2接触；
所述弹簧压套11与导向杆5之间的间隙为1-2mm或者2-6mm。
所述滑套10为长条形滑套，其仅与背板2固定连接，不与背包板4接触；
所述滑杆8与滑套10之间间隙为1-2mm或者2-6mm。
所述滚轮13为至少两个，分别上下对称设置在背板2的镂空位置。
所述背包板4的下部，安装有托架3；托架3用于给背包提供固定支撑。在背板2靠近人体背部侧，设置有肩带1。
所述背包板4的空余部位开设有多个孔洞14；孔洞14穿入扎带，用于紧固背包，或者该扎带作为腰带与人体腰部固定。
所述滚轮13为定向轮或者万向轮。
所述导向杆5的端部，设置有用于缓冲橡胶垫9，用于减小弹簧压套11对固定块6的冲击力。
一种重物悬浮减负方法，其包括如下步骤：
当背包内装有重物，人体背负背架负重行走时，随着人体行走重心节奏变化，背包跟随背包板4在导向杆5和滑杆8上起伏运动；在起伏运动惯性作用下，弹簧12沿导向杆5轴向方向被拉伸或者压缩，为背包板4提供一个垂直于地面的上下弹性缓冲力，此时由于重物与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差；由于弹簧压套11与导向杆5，以及滑杆8与滑套10之间有1-2mm或者2-6mm间隙，而滚轮13弹性结构的外轮毂紧贴背包板4的背面，滚轮13外轮毂弹性变形幅度在5-10mm，为背包板4提供一个垂直于人体的弹性缓冲力，从而减小重物施加在人体的至少两个方位的动态载荷。
本发明人体工学背架，让负载的运动与人体的运动之间存在相位差，达到减负的目的，减小对关节和肌肉的冲击，更加符合人体工效学。
本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：
本发明缓冲减负机构，采用滑杆滑套导向组件，使得背架结构更加紧凑，让负载的重心更靠近于人体背部。
本发明将背板，背包板4，以及导向杆和滑杆分体设计；这种结构设计有效避免了，在负载运动到最下端时，重心靠后的弊端；
本发明整个缓冲减负机构位于背板的中上端，这样的设计避免了负载在腰部的振荡，大大减轻了人体背负重物的负担和不适感；
本发明巧妙地运用了弹簧压套11与导向杆5，以及滑杆8与滑套10之间较大的间隙，并与弹性幅度变化较大的滚轮有机结合起来，它们在具备导向作用以及减缓上下冲击力的同时，由于人体在运动过程中姿态是多样且无规则的，而较大的间隙和柔性的滚轮，使径向弹性位移幅度变大，进一步克服了负载垂直于人体背部的冲击力；
本发明采用滚轮反推背包板，不仅克服了负重状态下，背包板在导向杆5以及滑杆8上运行阻力，还承接了径向冲击时对导向杆5以及滑杆8的抗折弯性能(变扭力)。
本发明可以有效减轻人体背负重物行走时所收到的加速度力，本发明技术手段简便易行，重量轻，结构简单巧妙，适用范围广泛，有效的减缓了大动态加速度力对人体的冲击。
本发明合理使用了肩带和腰带，使整个悬浮背架的设计更加符合人体工学原理，实现更好的使用及减负目的。
附图说明
图1为本发明人体工学背架结构示意图。
图2为本发明人体工学背架去掉背包板的结构示意图。
图3为本发明人体工学背架整体装配后的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。
如图1-3所示，本发明公开了一种具有悬浮减负的人体工学背架；
所述背架，包括背板2和与之相向设置的背包板4；
所述背板2靠近人体(背部)侧；
所述背板2与背包板4之间设置有缓冲减负机构；
所述缓冲减负机构位于背板2及背包板4的中上部区域；
当负重行走时，背包板4相对于人体躯干作上下起伏运动。
所述缓冲减负机构包括：两根导向杆5和两根滑杆8；
该两根导向杆5长度相同，并相互平行，间隔对称布置于背板2的中部区域；各导向杆5的两端分别通过固定块6固定在背板2上；在各导向杆5上套设有弹簧12和弹簧压套11；所述弹簧12和弹簧压套11分别与导向杆5滑动配合；所述弹簧压套11与背包板4固接；
该两根滑杆8长度相同，并分别对称布置于背板2的外侧区域；各滑杆8通过滑套10固定在背板2上，滑杆8与滑套10之间滑动配合；各滑杆8的端部，分别安装有连接块7；所述连接块7与背包板4固接；
所述弹簧压套11通过压套螺栓16与背包板4固接；
所述连接块7通过连接块螺栓15与背包板4固接；
所述滑套10通过滑套螺栓17与背板2固接；
当背包内装有重物，人体背负背架负重行走时，随着人体行走重心节奏变化，背包跟随背包板4在导向杆5和滑杆8上起伏运动；
在起伏运动惯性作用下，弹簧12沿导向杆5轴向方向被拉伸或者压缩，此时由于重物(包括背包板)与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差，从而减小重物施加在人体的动态载荷。
所述背板2的中部区域安装有滚轮13；所述滚轮13的轮面与背包板4相抵；滚轮13的作用在于给背包板4的背面提供一个反向支撑推力；所述滚轮13的外轮毂为弹性轮毂，用于给背包板4提供一个垂直于人体的缓冲推力。
弹性轮毂材质可选种类较多，本领域技术人员熟知的，如弹性变形度较好的柔性橡胶、硅橡胶等，根据冲击力的大小，可提供弹性变形幅度在2-3mm、5-10mm或者8-15mm即可。
所述连接块7和弹簧压套11仅与背包板4固定连接，不与背板2接触；
所述弹簧压套11与导向杆5之间的间隙为1-2mm、2-6mm或者5-10mm，具体间隙可根据实际应用而定。较大的间隙，有利于弹簧压套11相对于导向杆5提供一个较大的径向位移空间；较大的径向位移空间，同时给背包板4在垂直于人体方向上，提供了一个相对较大的用于减小冲击力的空间。
所述滑套10为长条形滑套，其仅与背板2固定连接，不与背包板4接触；
所述滑杆8与滑套10之间间隙为1-2mm、2-6mm或者5-10mm，具体间隙可根据实际应用而定。较大的间隙，有利于滑套10相对于滑杆8提供一个较大的径向位移空间。较大的径向位移空间，同时给背包板4在垂直于人体方向上，提供了一个相对较大的用于减小冲击力的空间。
所述滚轮13为至少两个，分别上下对称设置在背板2的镂空位置。根据实际应用要求，滚轮13的数量可以采用四个对称分布，或者三个呈三角形分布均可。
所述背包板4的下部，安装有托架3；托架3用于给背包提供固定支撑。
托架3由于承接较大重量，一般宜采硬度较高的金属部件。
在背板2靠近人体背部侧，设置有肩带1，肩带1的两端分别连接背板2的上下侧缘。
所述背包板4的空余部位开设有多个孔洞14；孔洞14穿入扎带，用于紧固背包，或者该扎带作为腰带(图中未示出)与人体腰部固定。
所述滚轮13可采用定向结构滚轮，也可根据实际情况采用万向结构滚轮。背包板4的上下两端中部U型凹陷。
所述背板2和背包板4的材质宜采用轻质材料，如铝合金等。
一种重物悬浮减负方法，其包括如下步骤：
当背包内装有重物，人体背负背架负重行走时，随着人体行走重心节奏变化，背包跟随背包板4在导向杆5和滑杆8上起伏运动；在起伏运动惯性作用下，弹簧12沿导向杆5轴向方向被拉伸或者压缩，为背包板4提供一个垂直于地面的上下弹性缓冲力，此时由于重物与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差；由于弹簧压套11与导向杆5，以及滑杆8与滑套10之间有1-2mm或者2-6mm间隙，而滚轮13弹性结构的外轮毂紧贴背包板4的背面，滚轮13外轮毂弹性变形幅度在5-10mm，为背包板4提供一个垂直于人体的弹性缓冲力，从而减小重物施加在人体的至少两个方位的动态载荷。
本发明基本原理是：在背包板4上安装负载之后，当人体行走时，人体的重心在垂直方向的运动可以近似等于正弦运动，重心浮动(起伏)的频率与幅值与背架使用者的身高与行走速度有关系，在此时，人体重心的浮动会引起负载和缓冲减负机构同频率的浮动，也即背包施加在人体的力会随着人体的运动变成一个周期变化的动态力，人体重心的运动相当于负载与缓冲减负机构的位移输入，从而引起负载的振动。
相应的，背包板4垂直于人体的弹性缓冲力，同样适用于上述原理。
本发明，至少减小了重物施加在人体两个方位(垂直于地面和垂直于人体)的动态载荷，有效的解决了因动态加速度力，对人体关节和肌肉损伤的问题。
如上所述，便可较好地实现本发明。
本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有悬浮减负的人体工学背架，包括背架，其特征在于：所述背架包括背板(2)和与其相向而设的背包板(4)；
所述背板(2)靠近人体侧；
所述背板(2)与背包板(4)之间设置有缓冲减负机构；
所述缓冲减负机构位于背板(2)及背包板(4)的中上部区域；
当负重行走时，背包板(4)相对于人体躯干作上下起伏运动。
2.根据权利要求1所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述缓冲减负机构包括：两根导向杆(5)和两根滑杆(8)；
该两根导向杆(5)长度相同，并相互平行，间隔对称布置于背板(2)的中部区域；各导向杆(5)的两端分别通过固定块(6)固定在背板(2)上；在各导向杆(5)上套设有弹簧(12)和弹簧压套(11)；所述弹簧(12)和弹簧压套(11)分别与导向杆(5)滑动配合；所述弹簧压套(11)与背包板(4)固接；
该两根滑杆(8)长度相同，并分别对称布置于背板(2)的外侧区域；各滑杆(8)通过滑套(10)固定在背板(2)上，滑杆(8)与滑套(10)之间滑动配合；各滑杆(8)的端部，分别安装有连接块(7)；所述连接块(7)与背包板(4)固接；
当背包内装有重物，人体背负背架负重行走时，随着人体行走重心节奏变化，背包跟随背包板(4)在导向杆(5)和滑杆(8)上起伏运动；
在起伏运动惯性作用下，弹簧(12)沿导向杆(5)轴向方向被拉伸或者压缩，此时由于重物与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差，从而减小重物施加在人体的动态载荷。
3.根据权利要求2所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述背板(2)的中部区域安装有滚轮(13)；所述滚轮(13)的轮面与背包板(4)相抵；滚轮(13)的作用在于给背包板(4)的背面提供一个反向支撑推力；所述滚轮(13)的外轮毂为弹性轮毂，用于给背包板(4)提供一个垂直于人体的缓冲推力。
4.根据权利要求3所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述连接块(7)和弹簧压套(11)仅与背包板(4)固定连接，不与背板(2)接触；
所述弹簧压套(11)与导向杆(5)之间的间隙为1-2mm或者2-6mm。
5.根据权利要求4所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述滑套(10)为长条形滑套，其仅与背板(2)固定连接，不与背包板(4)接触；
所述滑杆(8)与滑套(10)之间的间隙为1-2mm或者2-6mm。
6.根据权利要求5所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：所述滚轮(13)为至少两个，分别上下对称设置在背板(2)的镂空位置。
7.根据权利要求5所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述背包板(4)的下部，安装有托架(3)；托架(3)用于给背包提供固定支撑；在背板(2)靠近人体背部侧，设置有肩带(1)。
8.根据权利要求7所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述背包板(4)的空余部位开设有多个孔洞(14)；孔洞(14)穿入扎带，用于紧固背包，或者该扎带作为腰带与人体腰部固定。
9.根据权利要求3所述具有悬浮减负的人体工学背架，其特征在于：
所述滚轮(13)为定向轮或者万向轮。
10.一种重物悬浮减负方法，其特征在于，结合权利要求1-5中任一项所述的人体工学背架实现，其包括如下步骤：
当背包内装有重物，人体背负背架负重行走时，随着人体行走重心节奏变化，背包跟随背包板(4)在导向杆(5)和滑杆(8)上起伏运动；在起伏运动惯性作用下，弹簧(12)沿导向杆(5)轴向方向被拉伸或者压缩，为背包板(4)提供一个垂直于地面的上下弹性缓冲力，此时由于重物与缓冲减负机构的位移，与人体重心的运动形成相应的相位差；由于弹簧压套(11)与导向杆(5)，以及滑杆(8)与滑套(10)之间有1-2mm或者2-6mm间隙，而滚轮(13)弹性结构的外轮毂紧贴背包板(4)的背面，滚轮(13)外轮毂弹性变形幅度在5-10mm，为背包板(4)提供一个垂直于人体的弹性缓冲力，从而减小重物施加在人体的至少两个方位的动态载荷。
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