CN114795705A - 一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，该支撑装置包括可变铰链四杆机构、尺寸调节机构、多方位胸垫滑动机构、气弹簧缓冲机构。该装置不包含任何电机或外部电源，每个机构的连接处设置有拉伸弹簧、压缩弹簧或气弹簧，通过纯被动式的机械结构反馈方式，在保证使用者坐姿状态的同时，也为使用者提供了支撑和动态稳定力。该装置结构简单，尺寸可自由调节，可安装在轮椅上或带有扶手的座椅上，可以随轮椅一起进行折叠收纳。

Description

一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置

技术领域

本发明主要涉及到坐姿辅助机构，特指一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置。

背景技术

目前在社会中，对于脊椎功能障碍人群和患有腰椎疾病的老年人群的重视程度较弱。对于上述人群所具有的问题，提出的解决方案主要针对的是病症较轻的人群，即通过适当治疗可以康复的人群。例如通过手术对患者进行治疗，应用医疗外骨骼对患者进行康复训练。但是，对于病症较重，无法康复，或需要较长时间才能康复的人群，提出的解决办法较少，一般是通过药物或手术对于处理病症处，起到减轻症状的问题。或者是通过机械臂对于患者进行日常的照顾。前者的效果为短暂，需要重复进行治疗，后者价格高昂，且面向场景较为单一。面对患有脊椎功能障碍的残疾人群以及患有腰椎疾病的老年人群对于辅助设备仍有较大需求，虽然目前市场中有一些产品设备，可以帮助上述人群保持自己的姿势，但是仍然存在一些问题。

传统的坐姿辅助装置存在以下不足：

这些装置大致分为两种，一种是类似于，具有松紧带性质的安全带，依靠产品自身弹力将使用者与轮椅捆绑在一起，极易对使用者的身体造成伤害，同时如果长时间，产品极易老化，安全带丧失弹性，对于使用者用一个安全隐患。另一种是通过机械臂来辅助使用者保持身形姿态，但该种类型的产品使用场景单一，价格昂贵，难以推广。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，以解决上述问题。

本发明的实验例提供了一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，其特征在于，该装置包括可变铰链四杆机构、多方位胸垫滑动机构、尺寸调节机构、气弹簧缓冲机构；所述可变铰链四杆机构包括主动连架杆，连杆，被动连架杆，基座、上端紧固件、下端紧固件；所述多方位胸垫滑动机构包括胸板底板、胸板转动座、胸板基座、水平滑轨和铅锤滑轨；所述尺寸调节机构包括上端长臂，活动版，上端转杆；气弹簧缓冲机构为4个气弹簧；所述可变铰链四杆机构与尺寸调节机构通过铰链实现转动连接，尺寸调节机构与多方位胸垫滑动机构通过螺栓实现固定连接，气弹簧缓冲机构通过铰链分别与可变铰链四杆机构、尺寸调节机构通过铰链实现转动连接。装置整体除多方位胸垫滑动机构，都为左右对称结构，即装置从胸板基座零件以下，零件都为左右对称。

为方便描述零件的位置与形状，规定轮椅座位朝向方向为前，轮椅座位背对方向为后，使用者坐在轮椅上，左手相对躯干的位置为左，右手相对于躯干的位置为右。以下内容叙述包括左侧零件和多方位胸垫滑动机构。

所述多方位胸垫滑动机构后侧(靠近使用者胸部一侧)为胸板底板，胸板底板为一个两侧为半圆形的圆角矩形片状，矩形中间有一个方形的孔，矩形的四个角有螺纹孔。矩形四个边有圆角矩形的孔，两侧半圆形内部有半圆形空间，用于减重。

胸垫底板由铝合金制成，保证零件强度。矩形的四个角的螺栓孔可以连接不同类型的胸部缓冲垫，满足不同类型人群的需求，胸垫底板中间的方形孔和胸板转动座通过螺钉进行连接和固定。

胸板转动座整体的横截面为水平放置一个长方形和半圆形结合的图形，方形半圆形结合面有一个与半圆面同心的圆形孔洞，用于和胸板基座的圆柱轴配合。在方形半圆形结合面的中间靠下，有一个凹槽，用于固定扭簧的一端。

胸板基座为一个左右对称的零件，两侧横截面的形状是上端圆角矩形下端“凸”字形的结合图形，中间有一个圆柱形的轴，将两个上述形状的板连接，该圆形轴和上述胸板转动座的圆孔相配合形成转动副，使得胸板底板可以绕胸板基座的轴转动一定角度，在右侧板的中间偏右下的有一个凹槽，用于固定扭簧的另一端，使胸板底板在转动时会收到扭簧弹力的影响。

水平滑轨整体为一个长方体，中间有一个T型的凹槽，和胸板基座的下端相配合，形成滑动副，使胸板底板可以沿着平行于轮椅靠背水平方向进行滑动。水平滑轨底部有2个对称的“凸”字形的方块与垂直滑轨相配合。水平滑轨的凹槽的左右两端装有同类型等长的压缩弹簧，两端压缩弹簧始终挤压胸板基座的下端，阻碍胸板基座的滑动，同时两侧压缩弹簧起到限位作用，防止胸板基座滑出水平滑轨。

垂直滑轨整体为一个扁平长方体，两侧上下各有一个突出的长方体，一共4个长方体，四个长方体在垂直方向，都有一个位于中心的孔，用于安装铰链。长方体后侧中部，有2个对称的T型的凹槽，与水平滑轨下端的2个对称的“凸”字形的方块相配合形成滑动副，使胸板底板可以进行垂直于水平方向的位移。同时在滑轨的上下两侧装有同类型的压缩弹簧，两端压缩弹簧始终挤压水平滑轨，阻碍水平滑轨的滑动，同时两侧压缩弹簧起到限位作用，防止水平滑轨滑出垂直滑轨。

上端长臂整体为一个“T”形，T形上端有一个突出的长方体，长方体的中心位置有一个孔，通过安装铰链与胸板基座相连接，同时形成一个转动副。T形板中间有5个螺纹间隙孔，可以调整不同的长度，从而调整机构的整体宽度。2个上端长臂沿中心对称，并通过螺栓螺母连接固定。使其整体表现为一个H字形，同时两端各有一个突出的长方体，长方体的中心位置有一个孔，用来安装铰链。

活动板整体为一个长度较短的长方体，一侧上下各有个长方体，2个长方体在垂直方向，都有一个位于中心的孔，和上端长臂的突出长方体配合，安装铰链一侧有两个螺纹孔，通过螺栓与上端转杆固定。

上端长臂为一个带有角度的折线形板件，较短一侧，有两个螺纹间隙孔通过螺栓和活动板连接固定，较长一侧中间部分，有三个圆形孔，用以连接气弹簧，较长一侧末端，有一个圆形突起，长臂末端垂直于圆形突起面有一个凹槽，通过凹槽与主动连架杆配合，形成转动副。

主动连架杆为一个长条形的板状零件，上面沿板状零件的对称轴不均匀的分布着6个圆形孔，最上面的一个孔，用于连接气弹簧。中间3个孔均可以与上端长臂的末端进行配合，形成转动副，通过该设计，可以自由调节胸板底板的高度，满足不同躯干长度的人群的需求。倒数第2个孔，与连杆配合，形成转动副。最下端的一个孔，与基座配合，形成转动副。

连杆为一个长条形的板状零件，零件两端有圆柱形突起，垂直于圆形突起面两侧均有一个凹槽，分别于主动连架杆配和被动连架杆配合，形成转动副。

被动连架杆为一个长条形的板状零件，上面沿板状零件的对称轴不均匀的分布着4个圆形孔，最上面3个孔均可以与连杆的末端进行配合，形成转动副，通过该设计，可以设置四杆机构的不同状态，小角度的双摇杆机构，大角度的双摇杆机构和曲柄摇杆机构。不同状态的四杆机构机构对应不同的应用场景。最下端的一个孔，与基座配合，形成转动副。

基座为一个长条形的板状零件，基座中间有一个圆角矩形的孔，两侧有两个半圆形的突起，突起中间有一个凹槽，分别于主动连架杆和被动连架杆配合，形成转动副。

上述4个零件形成四杆机构，始终可以保证最短杆的长度和最长杆的长度之和始终小于等于其余两杆，且可被动连架杆为最短杆，由此确定主动连架杆只能发生一定角度的转动，当角度超出转动角度，转动无法进行，防止因受力过大，机构保护功能失效。

上端紧固件是一个旋转了180°的“凹”字形零件，两边突起的中间有螺纹孔，通过螺纹孔和上端紧固件固定，零件中间有一个圆角矩形的突起，宽度和基座中圆角矩形的宽度相同，二者配合，方便紧固件进行定位。

下端紧固件是一个“凹”字形零件，两边突起的中间有螺纹间隙孔，通过螺栓和上端紧固件固定，零件中间有一个半圆形凹槽，和轮椅扶手下端的圆形管件相配合。

进一步，基座通过上端紧固件确定基座相对于扶手的位置，通过螺栓与下端紧固件连接，挤压基座与扶手，固定基座在轮椅扶手上方位置。

进一步，尺寸调节机构通过转动铰链与可变铰链四杆机构的主动连架杆通过转动铰链相连。

进一步，两侧主动连架杆中间3个孔均可以与上端长臂的末端进行配合，形成转动副，通过该设计，可以自由调节胸板底板的高度，满足不同躯干长度的人群的需求。

进一步，上端长臂中间有5个螺纹间隙孔，可以调整不同的长度，从而调整机构的整体宽度，来满足不同身型的使用者

进一步，所述装置，通过可变铰链四杆机构中改变主动连架杆和被动连架杆的尺寸，获得不同类型的四杆机构，满足不同场景的使用需求。

进一步，装置整体可以随轮椅一起折叠收纳，避免每次完成使用后的拆卸过程，节省了使用者的时间与精力。

与现有技术相比本发明的有益效果是：通过添加气弹簧连接，弹簧变形与力的变化关系更加线性，优化了使用者的体验。通过尺寸调节机构以及可变铰链四杆机构，可以满足针对不同类型的轮椅以及不同环境的使用。通过整体装置设计，装置整体可以与轮椅一起折叠收纳节省了使用者的时间与精力。本发明的目的在于提供一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，以解决上述问题。

附图说明

图1是本发明一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置的轴测视图；

图2是本发明一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置的左视图；

图3是本发明一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置的正视图；

图4是多方位胸垫滑动机构地爆炸视图；

图5是该胸部支撑装置的初始位置的右视图；

图6是该胸部支撑装置的极限位置图；

图7是该装置收缩时的示意图；

图8是该机构安装在轮椅上的示意图。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

参图1至图7所示，图1是坐姿辅助装置的轴测视图，图2是坐姿辅助装置的左视图，图3是多方位胸垫滑动机构地爆炸视图，图4是该胸部支撑装置的初始位置的右视图，图5是该胸部支撑装置的极限位置图，图6是该装置收缩时的示意图，图7是该机构安装在轮椅上的示意图。

所述可变铰链四杆机构3固定基座在轮椅扶手上方位置；所述尺寸调节机构2通过转动铰链与可变铰链四杆机构3相连；所述多方位胸垫滑动机构1通过螺栓与尺寸调节机构相连.

所述可变铰链四杆机构3通过上端紧固件3-5确定基座3-4相对于扶手的位置，通过螺栓与下端紧固件3-6连接，固定基座3-4在轮椅扶手上方位置，被动连架杆3-3的一端通过铰链连接在基座3-4的前凸起，主动连架杆3-1的一端通过铰链连接在基座3-4的后凸起处，连杆3-2将被动连架杆3-3的另一端和主动连架杆3-1的中间3个孔位中的一个通过铰链相连，同时下端气弹簧4-2两侧分别连接在被动连架杆3-3和连杆3-2的连接处和基座3-4与主动连架杆3-1的连接处。主动连架杆3-1中段孔位通过铰链与上端转杆2-3形成转动副，上端气弹簧4-1一端与上端转杆2-3终端相连接，一端与主动连架杆3-1的上端相连接，对于主动连架杆3-1与上端转杆2-3的相对转动起到阻碍作用。

上端转杆2-3通过螺钉与活动板2-2相固连，活动板2-2的一侧突起，与上端长臂2-1一侧的突起，通过铰链连接，形成转动副。上端长臂2-1与上端长臂沿中心对称，同通过螺栓螺母进行固连，使两个上端长臂2-1成为一个“H”型的整体。该整体的另一侧与多方位胸垫滑动机构1中的垂直滑轨1-5的一侧突起通过铰链连接，形成转动副。

胸垫底板1-1通过中间矩形的四个角的螺栓孔可以连接不同类型的胸部缓冲垫，胸垫底板中间的方形孔和胸板转动座1-2通过螺钉进行连接和固定，胸板转动座1-2中的圆形孔洞，用于和胸板基座1-3的圆柱轴配合形成转动副，使得胸板底板1-1可以绕胸板基座1-3的轴转动一定角度。在胸板基座1-3下，有一个凹槽，用于固定扭簧1-8的一端。在胸板基座1-3的右侧板有一个凹槽，用于固定扭簧的另一端，使胸板底板1-1在转动时会受到扭簧1-8弹力的影响。水平滑轨1-4中间有一个凹槽，和胸板基座1-3的下端相配合，形成滑动副，使胸板底板可1-1以沿着平行于轮椅靠背水平方向进行滑动。水平滑轨1-4底部有两个对称的“凸”字形的方块与垂直滑轨1-5相配合。水平滑轨1-4的凹槽的左右两端装有两个水平弹簧1-7，阻碍胸板基座1-1的滑动，同时两侧压缩弹簧起到限位作用，防止胸板基座滑出水平滑轨。同时在滑轨的上下两侧装有垂直弹簧1-6，两端垂直弹簧1-6阻碍水平滑轨1-4的滑动，防止水平滑轨1-4滑出垂直滑轨1-5。

装置整体可以随轮椅一起折叠收纳。活动板2-2与上端长臂2-3通过铰链进行连接，垂直滑轨1-5与上端长臂2-1通过铰链进行连接。折叠时。上端长臂2-1以与活动板2-2铰链处发生朝向上端转杆2-3的水平面旋转，同时垂直滑轨1-5发生相对于上端长臂2-1的转动，相对于基座3-4的沿着基座3-4长边的位移。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所做的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，其特征在于：

所述可变铰链四杆机构固定基座在轮椅扶手上方位置；所述尺寸调节机构通过转动铰链与可变铰链四杆机构相连；所述多方位胸垫滑动机构通过螺栓与尺寸调节机构相连；

所述可变铰链四杆机构通过上端紧固件确定基座相对于扶手的位置，通过螺栓与下端紧固件连接，固定基座在轮椅扶手上方位置，被动连架杆的一端通过铰链连接在基座的前凸起，主动连架杆的一端通过铰链连接在基座的后凸起处，连杆将被动连架杆的另一端和主动连架杆的中间3个孔位中的一个通过铰链相连，同时下端气弹簧两侧分别连接在被动连架杆和连杆的连接处和基座与主动连架杆的连接处，主动连架杆中段孔位通过铰链与上端转杆形成转动副，上端气弹簧一端与上端转杆终端相连接，上端气弹簧的另一端与主动连架杆的上端相连接，对于主动连架杆与上端转杆的相对转动起到阻碍作用；

上端转杆通过螺钉与活动板相固连，活动板的一侧突起，与上端长臂一侧的突起，通过铰链连接，形成转动副；上端长臂与上端长臂沿中心对称，同通过螺栓螺母进行固连，使两个上端长臂成为一个“H”型的整体；该整体的另一侧与多方位胸垫滑动机构1中的垂直滑轨的一侧突起通过铰链连接，形成转动副；

胸垫底板通过中间矩形的四个角的螺栓孔可以连接不同类型的胸部缓冲垫，胸垫底板中间的方形孔和胸板转动座通过螺钉进行连接和固定，胸板转动座中的圆形孔洞，用于和胸板基座的圆柱轴配合形成转动副，使得胸板底板可以绕胸板基座的轴转动一定角度；在胸板基座下，有一个凹槽，用于固定扭簧的一端；在胸板基座的右侧板有一个凹槽，用于固定扭簧的另一端，使胸板底板在转动时会受到扭簧弹力的影响；水平滑轨中间有一个凹槽，和胸板基座的下端相配合，形成滑动副，使胸板底板可以沿着平行于轮椅靠背水平方向进行滑动；水平滑轨底部有两个对称的“凸”字形的方块与垂直滑轨相配合；水平滑轨的凹槽的左右两端装有两个水平弹簧，阻碍胸板基座的滑动，同时两侧压缩弹簧起到限位作用，防止胸板基座滑出水平滑轨；同时在滑轨的上下两侧装有垂直弹簧，两端垂直弹簧阻碍水平滑轨的滑动，防止水平滑轨滑出垂直滑轨。

2.根据权利要求1所述的一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，其特征在于：

装置整体可以随轮椅一起折叠收纳；活动板与上端长臂通过铰链进行连接，垂直滑轨与上端长臂通过铰链进行连接；折叠时；上端长臂以与活动板铰链处发生朝向上端转杆的水平面旋转，同时垂直滑轨发生相对于上端长臂的转动，相对于基座的沿着基座长边的位移。

3.根据权利要求1所述的一种基于四连杆机构的可折叠多角度胸部支撑装置，多方位胸垫滑动机构中的胸板底板可以沿水平滑轨，进行平行于轮椅椅背的水平滑动，可以沿垂直滑轨，进行垂直与水平滑轨方向进行垂直滑动，可以通过胸板转动座，沿胸板基座的圆柱轴发生，转动轴平行与水平面的转动。

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