CN115213868A - 辅助背架支撑穿戴式外骨胳 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种辅助背架支撑穿戴式外骨胳，包含有一后背架组和一下肢连杆组，所述后背架组包含有一竖直滑杆以及一物件座，所述物件座耦接于竖直滑杆上并能滑动，物件座用以承载物件，所述下肢连杆组包含有互相串接及枢接的多个下连杆件，下肢连杆组的一端耦接物件座，当辅助背架支撑穿戴式外骨胳被使用者穿戴时，后背架组固定于使用者的背部，下肢连杆组固定于使用者的下肢外侧，对应使用者的下肢屈折或直立而作动，当下肢连杆组的另一端随下肢的动作而接触地面时，地面提供向上的反作用力，反作用力透过下肢连杆组传递至物件座以向上推升物件，由此，本发明供使用者穿戴以辅助使用者背负物件，有效提高使用者的背负功能。

Description

辅助背架支撑穿戴式外骨胳

技术领域

本发明关于一种穿戴式外骨骼，特别是一种将辅助支撑使用者的背负重物的无主动动力的辅助背架支撑穿戴式外骨骼。

背景技术

穿戴式外骨骼已经逐渐应用在医疗，工业和军事中。医疗外骨胳旨在帮助使用者恢复活动能力。工业和军事外骨胳有助于防止伤害并增强使用者的力量。工业外骨骼特别用于减轻工人在劳动过程中所承受的负荷，防止工人受伤并提高其耐力和体力。

不同种类的工业外骨胳适用于不同劳务的人员，例如除草、喷药、物流仓储、外送等劳动工作，其腰部、臀部、膝部特别容易因为长期背负重物而造成肌肉和骨胳的伤害。为了预防或减轻此种职业伤害，辅助背架式的外骨骼是良好的解决方案。

外骨胳通常又分为动力式和非动力式。动力式外骨胳控制系统控制外骨胳的关节轨迹，引导外骨胳结构的运动。但基于个别使用者有不同的动作习惯，或是需进行瞬间性的、精密性的操作时，动力式外骨胳可能造成错误的运动轨迹。此外，动力式外骨胳必须要配备电源、致动元件、感测元件和复杂的机电设计，使得现有的外骨胳辅助装置沉重和穿戴不便，更有着昂贵、不易维修等缺点。

是以，本技术领域中仍缺乏有效引导并抵销背负重量的非主动动力式外骨胳技术，而成为有待解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种非主动动力式的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其结构简单，操作方便，能克服现有技术的缺陷，供使用者穿戴以辅助使用者背负物件，有效提高使用者的背负功能。

为实现上述目的，本发明公开了一种辅助背架支撑穿戴式外骨胳，供一使用者穿戴以辅助该使用者背负一物件，其特征在于该辅助背架支撑穿戴式外骨胳包含有：

一后背架组，进一步包含有：

一竖直滑杆；以及

一物件座，耦接于该竖直滑杆上并能滑动，该物件座用以承载该物件；以及

一下肢连杆组，包含有互相串接及枢接的多个下连杆件，该下肢连杆组的一端耦接该物件座；

其中，当该辅助背架支撑穿戴式外骨胳被该使用者穿戴时，该后背架组固定于该使用者的背部，该下肢连杆组固定于该使用者的至少一下肢外侧，并且该下肢连杆组对应该使用者的下肢屈折或直立而作动；

其中，当该下肢连杆组的另一端随该至少一下肢的动作而接触地面时，该地面提供向上的一反作用力，该反作用力透过该下肢连杆组传递至该物件座以向上推升该物件。

其中，该物件座进一步包含有：

一负重滑块，可滑动地设置于该竖直滑杆上，并具有一支架；以及

一支撑滑块，可滑动地设置于该竖直滑杆上，位于该负重滑块下方，并耦接该下肢连杆组的一端。

其中，进一步包含至少两个竖直滑杆、至少两个支撑滑块和至少两个下肢连杆组，根据使用者的矢状平面对称设置，其中该些支撑滑块为一左支撑滑块和一右支撑滑块，分别滑动地耦合于至少一竖直滑杆，当左侧的下肢连杆组的另一端接触该地面且右侧的下肢连杆组的另一端离开该地面时，该左支撑滑块支撑该负重滑块。

其中，该左支撑滑块和该右支撑滑块中的其中之一具有一纵向凸起部，另一具有一纵向凹陷部，该纵向凸起部和该纵向凹陷部互相配合以限制该些支撑滑块水平方向的转动。

其中，当该使用者行走时，该左支撑滑块和该右支撑滑块轮流地支撑该负重滑块。

其中，进一步包含有一髋部连杆件，位置对应于使用者的髋部，该髋部连杆件的一端耦接该物件座的该支撑滑块，该髋部连杆件的另一端枢接该下肢连杆组，当该下肢连杆组的另一端随该至少一下肢的动作而接触该地面时，该地面提供的该反作用力依序透过该下肢连杆组、该髋部连杆件、该支撑滑块、该负重滑块传递至该支架以向上推升该物件。

其中，该下肢连杆组进一步包含有：

一膝上连杆组，其一端枢接该髋部连杆件的另一端，并包含有和该膝上连杆组同轴的一弹性元件；

一膝部关节组，其一端枢接该膝上连杆组的另一端；以及

一膝下连杆组，枢接该膝部关节组的另一端。

其中，该弹性元件为一拉伸弹簧，当该下肢连杆组的另一端延伸至该地面时时，该拉伸弹簧被拉伸而产生弹簧恢复力以抵销部分载重。

其中，该弹性元件为一压缩弹簧，当该下肢连杆组的另一端延伸至该地面时，该压缩弹簧被压缩而产生弹簧恢复力以抵销部分载重。

其中，该下肢连杆组进一步包含有：

一踝上连杆，铰接该膝下连杆组；

一回力筒，铰接该踝上连杆，包含有一圆线弹簧；以及

一踝下连杆，铰接该回力筒并用以接触该地面。

综上所述，本发明揭露的辅助背架支撑穿戴式外骨胳装置适用于穿戴于人体的背部以及下半身，背架设有物件座透过连杆连结延伸至地面。当物件固定于物件座时，负重物部分重量透过连杆传递至地面，产生辅助支撑的效果，达成减轻使用者负重的功效。其中的弹性元件能产生相对应于重力的反向力量，进一步减轻使用者负重。并且物件座的支撑滑块分成左右两侧，可分别对应于人体左右脚的滑动状态产生上下位移，进而达到行走时滑块轮流支撑负重，又不会互相制肘的功效。

关于本发明的优点与精神可以由以下的发明详述以及所附图式得到进一步的了解。

附图说明

图1：绘示使用者穿戴本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的示意图；

图2：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的示意图；

图3：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳用于站立的示意图；

图4：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳用于抬腿的示意图；

图5：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的后背架组的示意图；

图6：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的髋部连杆件的示意图；

图7：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的下肢连杆组的正视图；

图8：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的下肢连杆组的侧视图；

图9：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的弹性伸缩组的正视图；

图10：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的弹性伸缩组的侧透视图；

图11：绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的回力筒组的后透视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1至图4。图1绘示使用者穿戴本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的示意图；图2绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的示意图；图3绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳用于站立的示意图；图4绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳用于抬腿的示意图。

本发明提供一种非主动动力式的辅助背架支撑穿戴式外骨胳E，供使用者U穿戴以辅助使用者U背负物件。辅助背架支撑穿戴式外骨胳E包含有一后背架组1和一下肢连杆组2。后背架组1进一步包含有一竖直滑杆11以及一物件座12，物件座12耦接于竖直滑杆11上并能沿着竖直滑杆11轴向上下滑动，物件座12用以承载物件。下肢连杆组2包含有互相串接及枢接的多个下连杆件，下肢连杆组2的一端耦接物件座12。

当辅助背架支撑穿戴式外骨胳E被使用者U穿戴时，后背架组1固定于使用者U的背部；下肢连杆组2固定于使用者U的下肢外侧，可对应使用者的下肢屈折或直立而作动。

当下肢连杆组2的另一端随下肢的动作而接触地面F时，地面F提供向上的反作用力，反作用力透过下肢连杆组2传递至物件座1的支架125以向上推升物件，如图3所示。

当下肢连杆组2的另一端随下肢的动作而离开地面F时，下肢连杆组2无提供向上的反作用力，物件重量施于物件座1的支架125进而使物件座1下沉。

互相串接及枢接的多个下连杆件作动对应使用者U下肢进行的屈展运动，下连杆件作动的轴线大致与使用者U屈展运动的轴线重合。

下肢连杆组2耦接上下滑动的物件座12，使物件座12及物件的重量随着竖直滑杆11方向被引导向下至下肢连杆组2，进而使下肢连杆组2可以最大化的承受物件重量，再传导至地面。若物件座12为固定式，则力量容易斜向分散到使用者U身上，而由使用者U的腰部及下肢来承受物件重量。

请参阅图3和图5。图5绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的后背架组的示意图。辅助背架支撑穿戴式外骨胳E中的物件座12进一步包含有一负重滑块120和一支撑滑块122。负重滑块120可滑动地设置于竖直滑杆11上，并具有一支架125。支架125可以是简单结构如角钢、角铁，亦或是平台、篮状、盆状，甚至是配合物件的卡榫、咬合件、磁力件等，以让物件稳定的设置于支架125上。支撑滑块122可滑动地设置于竖直滑杆11上，位于负重滑块120下方。后背架组1还包含有一背架16，作为后背架组1的基本架构。背架16可以透过绑带等束缚件设置于使用者U背侧，例如束缚件绕过肩膀上方的双肩背负式，或是从腰、胸绕至腹侧的水平绑缚。

辅助背架支撑穿戴式外骨胳E的后背架组1进一步包含至少两个竖直滑杆11、至少两个支撑滑块122、至少两个滑块横杆、至少两个髋部连杆件3、和至少两个下肢连杆组2，根据使用者U的矢状平面左右对称设置。支撑滑块122又分为左支撑滑块122L和右支撑滑块122R，分别滑动地耦合于至少一竖直滑杆11，当左侧的下肢连杆组2的另一端接触地面F且右侧的下肢连杆组2的另一端离开地面F时，左支撑滑块122L支撑负重滑块120。

两个滑块横杆分别是左滑块横杆124L和右滑块横杆124R。左滑块横杆124L一端固设于左支撑滑块122L并且向左侧延伸，左滑块横杆124L另一端可调整的固设于左髋部连杆件3的一端；右滑块横杆124R固设于右支撑滑块122R并且向右侧延伸，右滑块横杆124R另一端可调整的固设于右髋部连杆件3的一端。

使用者U可以使用左右对称设置的辅助背架支撑穿戴式外骨胳E，也可以选用单边的辅助背架支撑穿戴式外骨胳E。所谓单边的辅助背架支撑穿戴式外骨骼E是指使用者其中单脚不配备下肢连杆组2，或是下肢连杆组2无法传递反作用力至物件座上。此时，另一侧的骨架仍可正常作动，达成单脚力量减轻的效果。

任一支撑滑块122被两支以上的竖直滑杆11穿越，可以使支撑滑块122不会水平方向转动。或者，左支撑滑块122L和右支撑滑块122R中的其中一者具有一纵向凸起部122P，另一者具有一纵向凹陷部122S。纵向凸起部122P和纵向凹陷部122S互相配合以限制左支撑滑块122L和右支撑滑块122R水平方向的转动。纵向意指与竖直滑杆11同方向，以利支撑滑块122上下滑动。以图5为例，左支撑滑块122L具有纵向凸起部122P，右支撑滑块122R具有纵向凹陷部122S。该纵向凸起部122P深入纵向凹陷部122S，因此左支撑滑块122L和右支撑滑块122R无法进行水平方向的转动。

请参阅图1、图3至图5。当使用者U行走时，左支撑滑块122L和右支撑滑块122R轮流地支撑负重滑块120。以图1为例，使用者U左脚直立于地面F时，辅助背架支撑穿戴式外骨胳E的左侧状态如图3。此时左支撑滑块122L向上顶至负重滑块120，将地面F提供的反作用力传导至物件座12上，进而有效抵销物件重量。图1使用者U右脚弯曲且离开地面F时，辅助背架支撑穿戴式外骨胳E的右侧状态如图4。此时右支撑滑块122R向下离开负重滑块120，右脚没有承受到物件重量，而可以正常弯曲与抬腿。

请参阅图1和图6。图6绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的髋部连杆件的示意图。髋部连杆件3位置对应于使用者U的髋部。髋部连杆件3的一端耦接物件座12的支撑滑块122，髋部连杆件3的另一端枢接下肢连杆组2。下肢连杆组2的另一端随下肢动作而接触地面时，地面提供的反作用力依序透过下肢连杆组2、髋部连杆件3、滑块横杆124、支撑滑块122、负重滑块120传递至支架125以向上推升物件。

髋部连杆件3又分为左髋部连杆件3L和右髋部连杆件3R。左髋部连杆件3L锁固于左滑块横杆124L的另一端；右髋部连杆件3R锁固于右滑块横杆124R的另一端。滑块横杆124和髋部连杆件3的一个主要作用是将背架结构从使用者U背部延伸至使用者U的大腿外侧。髋部连杆件3和滑块横杆124之间有一碟形螺栓126，由碟形螺栓126松开髋部连杆件3和滑块横杆124的连结，可以根据使用者U的髋部宽度来调整辅助背架支撑穿戴式外骨胳E的宽度，并能调整髋部连杆件3和水平面的夹角度。

髋部连杆件3又包含有髋部上摇臂31和髋部下摇臂32。髋部下摇臂32套设于髋部上摇臂31的外并相互锁固。髋部上摇臂31和髋部下摇臂32也可拆卸以调整髋部连杆件3的长度，以配合使用者U的髋部厚度。

髋部连杆件3还有一球面轴承33，用于连接下肢连杆组2。该球面轴承33有利于下肢连杆组2的多方向转动。

请参阅图3、图7和图8。图7绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的下肢连杆组的正视图；图8绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的下肢连杆组的侧视图。下肢连杆组2进一步包含有一膝上连杆组21、一膝部关节组22以及一膝下连杆组23。膝上连杆组21一端枢接髋部连杆件3的另一端，并包含有和膝上连杆组21同轴的一弹性元件215。膝部关节组22一端枢接膝上连杆组21的另一端。一膝下连杆组23枢接膝部关节组22的另一端。

下肢连杆组2进一步包含有腿部滑套24、腿部束缚件25、踝部万向接头26。腿部滑套24可滑动地设置于膝上连杆组21。腿部束缚件25连接于腿部滑套24。腿部束缚件25又分为膝上束缚件和膝下束缚件，两者相连并可配合膝盖弯曲而作动。踝部万向接头26用于配合踝关节的多方向作动。

膝下连杆组23进一步包含一膝下连杆管230和一调整连杆231，调整连杆231从下方穿入膝下连杆管230。两者侧边皆有孔洞，以让插销穿设。依据膝下连杆管230和调整连杆231的相对固定位置，得以配合不同使用者的脚长调整膝下连杆组23的长度。

请参阅图7、图9、图10。图9绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的弹性伸缩组的正视图；图10绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的弹性伸缩组的侧透视图。下肢连杆组2中还有一弹性伸缩组210，弹性伸缩组210包含有弹性元件215、导向套213、支撑杆211、轴眼座216、球面轴承218。弹性元件215套于支撑杆211外。导向套213夹住弹性元件215。球面轴承218设于轴眼座216上，而轴眼座216用于和髋部连杆件3接合。

于一实施方式中，弹性元件215为一拉伸弹簧，当下肢连杆组2的另一端延伸至地面时，拉伸弹簧被拉伸而产生弹簧恢复力以抵销部分载重。

于另一实施方式中，弹性元件215为一压缩弹簧，当下肢连杆组的另一端延伸至地面时，压缩弹簧被压缩而产生弹簧恢复力以抵销部分载重。

请参阅图7和图11。图11绘示本发明的辅助背架支撑穿戴式外骨胳的回力筒组的后透视图。下肢连杆组2还包含有一回力筒组27。回力筒组27进一步包括一踝上连杆271、一回力筒270以及一踝下连杆272。踝上连杆271由踝部万向接头26铰接膝下连杆组23。回力筒270铰接踝上连杆271，包含有一接座274和一圆线弹簧275。接座274用于固定踝上连杆271和踝下连杆272。踝下连杆272一端铰接回力筒270，另一端设有脚垫279，脚垫279用以接触地面。回力筒组27固定于一鞋套5，鞋套5可以和使用者自有的鞋子绑缚。

当使用者的单侧脚膝部弯曲并跨步向前移动时，弯曲脚的下肢连杆组2并未支撑背架重力。但是基于下肢连杆组2的长度及自身重量，弯曲脚的下肢连杆组2会下垂且底端超出鞋底。下肢连杆组2超出鞋底时容易在地面拖行，严重干扰使用者步行踏地。回力筒组27中圆线弹簧275的设置可向上抵消上述下肢连杆组2的重量，进而拘束下肢连杆组2下垂延伸长度不超过使用者脚底，以免妨碍步行。

另外，当地面不平整时，鞋踏位置和脚垫位置可能落于不同水平上。此时，回力筒270也可以提供缓冲的空间。

请参阅图4、图7和图11，以图4的弯曲动作为例说明。当膝部弯曲前移，弹性元件215未受力，膝上连杆组21随着腿部滑套24延伸；同时，回力筒组27透过圆线弹簧275将踝上连杆271上抬。透过踝部万向接头26连接的膝下连杆组23及膝上连杆组21于膝部关节组22处形成特定的几何形状，以吸收下肢连杆组2在弹性伸缩组210中伸缩的长度变量。

综上所述，本发明揭露的辅助背架支撑穿戴式外骨胳装置适用于穿戴于人体的背部以及下半身，背架设有物件座透过连杆连结延伸至地面。当物件固定于物件座时，负重物部分重量透过连杆传递至地面，产生辅助支撑的效果，达成减轻使用者负重的功效。其中的弹性元件能产生相对应于重力的反向力量，进一步减轻使用者负重。并且物件座的支撑滑块分成左右两侧，可分别对应于人体左右脚的滑动状态产生上下位移，进而达到行走时滑块轮流支撑负重，又不会互相制肘的功效。

由以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (10)

1.一种辅助背架支撑穿戴式外骨胳，供一使用者穿戴以辅助该使用者背负一物件，其特征在于该辅助背架支撑穿戴式外骨胳包含有：

一后背架组，进一步包含有：

一竖直滑杆；以及

一物件座，耦接于该竖直滑杆上并能滑动，该物件座用以承载该物件；以及

一下肢连杆组，包含有互相串接及枢接的多个下连杆件，该下肢连杆组的一端耦接该物件座；

其中，当该辅助背架支撑穿戴式外骨胳被该使用者穿戴时，该后背架组固定于该使用者的背部，该下肢连杆组固定于该使用者的至少一下肢外侧，并且该下肢连杆组对应该使用者的下肢屈折或直立而作动；

其中，当该下肢连杆组的另一端随该至少一下肢的动作而接触地面时，该地面提供向上的一反作用力，该反作用力透过该下肢连杆组传递至该物件座以向上推升该物件。

2.如权利要求1所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，该物件座进一步包含有：

一负重滑块，可滑动地设置于该竖直滑杆上，并具有一支架；以及

一支撑滑块，可滑动地设置于该竖直滑杆上，位于该负重滑块下方，并耦接该下肢连杆组的一端。

3.如权利要求2所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，进一步包含至少两个竖直滑杆、至少两个支撑滑块和至少两个下肢连杆组，根据使用者的矢状平面对称设置，其中该些支撑滑块为一左支撑滑块和一右支撑滑块，分别滑动地耦合于至少一竖直滑杆，当左侧的下肢连杆组的另一端接触该地面且右侧的下肢连杆组的另一端离开该地面时，该左支撑滑块支撑该负重滑块。

4.如权利要求3所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，该左支撑滑块和该右支撑滑块中的其中之一具有一纵向凸起部，另一具有一纵向凹陷部，该纵向凸起部和该纵向凹陷部互相配合以限制该些支撑滑块水平方向的转动。

5.如权利要求4所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，当该使用者行走时，该左支撑滑块和该右支撑滑块轮流地支撑该负重滑块。

6.如权利要求2所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，进一步包含有一髋部连杆件，位置对应于使用者的髋部，该髋部连杆件的一端耦接该物件座的该支撑滑块，该髋部连杆件的另一端枢接该下肢连杆组，当该下肢连杆组的另一端随该至少一下肢的动作而接触该地面时，该地面提供的该反作用力依序透过该下肢连杆组、该髋部连杆件、该支撑滑块、该负重滑块传递至该支架以向上推升该物件。

7.如权利要求6所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，该下肢连杆组进一步包含有：

一膝上连杆组，其一端枢接该髋部连杆件的另一端，并包含有和该膝上连杆组同轴的一弹性元件；

一膝部关节组，其一端枢接该膝上连杆组的另一端；以及

一膝下连杆组，枢接该膝部关节组的另一端。

8.如权利要求7所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，该弹性元件为一拉伸弹簧，当该下肢连杆组的另一端延伸至该地面时时，该拉伸弹簧被拉伸而产生弹簧恢复力以抵销部分载重。

9.如权利要求7所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，该弹性元件为一压缩弹簧，当该下肢连杆组的另一端延伸至该地面时，该压缩弹簧被压缩而产生弹簧恢复力以抵销部分载重。

10.如权利要求7所述的辅助背架支撑穿戴式外骨胳，其特征在于，该下肢连杆组进一步包含有：

一踝上连杆，铰接该膝下连杆组；

一回力筒，铰接该踝上连杆，包含有一圆线弹簧；以及

一踝下连杆，铰接该回力筒并用以接触该地面。

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