CN204169957U - 一种可穿式机械外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可穿式机械外骨骼，包括上肢外骨骼、下肢外骨骼和用于连接上肢外骨骼和下肢外骨骼的外骨骼连接件，特别的，外骨骼连接件上设有固定孔；上肢外骨骼包括小臂连接杆、联动连接杆和用于延伸人体双臂活动范围的活动延伸件；联动连接杆的一端连接在活动延伸件上，联动连接杆的另一端固定在小臂连接杆上；小臂连接杆上设有用于让人体小臂穿过的小臂支承件；还包括能相对外骨骼连接件转动的转动连接杆；转动连接杆的一端穿过固定孔，连接在外骨骼连接件上，转动连接杆的另一端连接在上肢外骨骼上。本实用新型结构简单，无需使用电动机和传感器，就能把人体的活动范围大大延伸，操作灵活，活动延伸件的活动范围大。

Description

一种可穿式机械外骨骼

技术领域

本实用新型涉及机械外骨骼，尤其是涉及一种可穿式机械外骨骼。

背景技术

由于人体四肢的局限，在搬运或移动物体的过程中，若物体的所在高度超出人体自身的高度，人们一般需要借助工具，如扶梯，以完成搬运。但这些工具操作不灵活，控制精确度不高，在需要长距离搬运或移动物体的情况下，人们往往需要多次移动扶梯才能完成整个物体的移动过程，而这一过程中，人们大多需要重复上下扶梯，搬运方式的效率极为低下。因此，这种条件下物资的搬运需要借助机械外骨骼并配合人体活动的灵活性来完成。

申请公布号为CN 102793595 A的专利文件公开了一种可穿戴于人体四肢的重型物资搬运助力仿生外骨骼，该装备分为上肢外骨骼与下肢外骨骼。上肢外骨骼为7自由度系统，由3自由度肩关节、1自由度肘关节、2自由度腕关节、1自由度手部以及背部的电机驱动系统箱组成，7自由度均采用电机驱动。下肢外骨骼为6自由度系统，由3自由度髋关节、1自由度膝关节、2自由度踝关节以及背部额电液驱动系统箱组成，6自由度均采用液压驱动。人体穿戴好这种外骨骼装备后，借助电机或液压等机械动力，在物资搬运时可大幅提供效率，但这种外骨骼设备适用于搬运处在人体双臂活动范围内的重型物资，并不适用于物资处在人体双臂活动范围外或需搬运较轻物资的场合。

因此，需要一种能延伸人体双臂活动范围的机械外骨骼。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种能延伸人体双臂活动范围并能保证活动灵活性的可穿式机械外骨骼。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种可穿式机械外骨骼，包括上肢外骨骼、下肢外骨骼和用于连接上肢外骨骼和下肢外骨骼的外骨骼连接件，特别的，外骨骼连接件上设有固定孔；上肢外骨骼包括小臂连接杆、联动连接杆和用于延伸人体双臂活动范围的活动延伸件；联动连接杆的一端连接在活动延伸件上，联动连接杆的另一端固定在小臂连接杆上；小臂连接杆上设有用于让人体小臂穿过的小臂支承件；还包括能相对外骨骼连接件转动的转动连接杆；转动连接杆的一端穿过固定孔，连接在外骨骼连接件上，转动连接杆的另一端连接在上肢外骨骼上。

转动连接杆可以与小臂连接杆连接或与联动连接杆连接或与活动延伸件连接。当转动连接杆与小臂连接杆连接时，上肢外骨骼以转动连接杆、小臂连接杆的连接部位与固定孔中轴线的连线为轴线，相对外骨骼连接件转动；当转动连接杆与联动连接杆连接时，上肢外骨骼以转动连接杆、联动连接杆的连接部位与固定孔中轴线的连线为轴线，相对外骨骼连接件转动；当转动连接杆与活动延伸件连接时，上肢外骨骼以转动连接杆、活动延伸件的连接部位与固定孔中轴线的连线为轴线，相对外骨骼连接件转动。

活动延伸件的长度优选大于或等于人体的臂长，活动延伸件的水平高度优选大于或等于人体肩部的水平高度。

本实用新型的原理如下：

由于连接在上肢外骨骼上的转动连接杆能相对外骨骼连接件转动，使小臂连接杆和活动延伸件均获得一个自由度，能相对外骨骼连接件转动。人体的小臂穿过小臂支承件完成机械外骨骼的穿戴。当人体转动小臂时，将带动小臂支承件，从而带动小臂连接杆，进而带动活动延伸件相对外骨骼连接件转动，而当人们通过活动小臂控制活动延伸件转动时，活动延伸件就能触碰处在人体双臂活动范围外的物体，从而实现延伸人体双臂活动范围的功能。

活动延伸件与小臂连接杆通过联动连接杆实现联动连接。当小臂连接杆产生微小的位移时，活动延伸件亦能随之产生相对的位移，装置的灵敏度和灵活度高。

若小臂连接杆仅有一个自由度，人们在操作机械外骨骼时难免会觉得行动不便，尤其是需操作机械外骨骼进行精细作业的时候，会觉得难以调整。为此，活动延伸件优选包括转动支承件和安装在转动支承件上能相对转动支承件转动的销轴；联动连接杆一端连接在销轴上，联动连接杆的另一端固定在小臂连接杆上。这样，小臂连接杆在相对外骨骼连接件转动的同时，还能相对活动延伸件转动，小臂连接杆具有两个自由度，机械外骨骼操作更灵活。

长时间操作机械外骨骼时，由于人体的大臂长时间保持悬空，较容易造成大臂疲劳。为了在穿戴机械外骨骼时获得较佳的舒适度，上肢外骨骼优选包括大臂连接杆；大臂连接杆安装在外骨骼连接件上，处在小臂连接杆与外骨骼连接杆之间；大臂连接杆上还设有用于让人体大臂穿过的大臂支承件。当人们穿戴机械外骨骼时，人体大臂由大臂支承件支撑，从而人们在操作机械外骨骼时，人体大臂能放松，避免大臂疲劳。

除拓展人体双臂的活动范围外，机械外骨骼还可以具备自由走动的功能，这样，人们就能穿戴机械外骨骼自由移动至目的地，而无需重复穿戴机械外骨骼。为此，下肢外骨骼优选包括大腿连接杆、小腿连接杆和脚支承板；大腿连接杆铰接在外骨骼连接件上，能相对外骨骼连接件转动；小腿连接杆铰接在大腿连接杆上，能相对大腿连接杆转动；小腿连接杆上设有用于让人体小腿穿过的小腿固定件；脚支承板与小腿连接杆连接固定。人脚踏在脚支承板上，当人移动时，人体小腿会带动小腿固定件，进而带动脚支承板移动，使机械外骨骼能跟随人移动而移动。为了便于操作大腿连接杆，大腿连接杆上还可以设有用于让人体大腿穿过大腿固定件。

下肢外骨骼还可以包括脚连接杆、外骨骼支承板和联动连接件；外骨骼支承板设在脚支承板的下方；脚连接杆的一端铰接在大腿连接杆上，脚连接杆的另一端固定在外骨骼支承板上；脚连接杆还通过联动连接件与脚支承板相连。脚支承板移动时，在联动连接杆的联动作用下，脚连接杆会随脚支承板的移动而移动，进而带动外骨骼支承板的移动，从而使机械外骨骼能自由走动。设在脚支承板下方的外骨骼支承板提高了机械外骨骼的整体高度，活动延伸件仅需更短的长度就能达到所需的高度，从而提高活动延伸件的操作精确度。

本实用新型结构简单，利用上肢外骨骼和下肢外骨骼的各部件连接结构，无需使用电动机和传感器，就能把人体的活动范围大大延伸，操作灵活，活动延伸件的活动范围大。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中外骨骼连接件的示意图；

图2是本实用新型实施例1中右上肢外骨骼的示意图；

图3是本实用新型实施例1中左下肢外骨骼的示意图；

图4是本实用新型实施例1中机械外骨骼的示意图；

图5是本实用新型实施例2中右上肢外骨骼的示意图；

图6是本实用新型实施例2中机械外骨骼的示意图；

图7是本实用新型实施例3中左下肢外骨骼的示意图。

附图标记说明：1-右上肢外骨骼；2-左下肢外骨骼；3-外骨骼连接件；4-固定孔；5-小臂连接杆；6-联动连接杆；7-转动连接杆；8-活动延伸杆；9-转动支承件；10-销轴；11-小臂支承件；12-连接杆；13-转动杆；14-大腿连接杆；15-小腿连接杆；16-脚支承板；17-脚连接杆；18-外骨骼支承板；19-联动连接件；20-小腿固定件；21-大臂连接杆；22-大臂支承件；23-大腿固定件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进行进一步说明。

实施例1：

如图1-4所示的机械外骨骼，包括上肢外骨骼和下肢外骨骼。上肢外骨骼包括左上肢外骨骼和右上肢外骨骼1，左上肢外骨骼和右上肢外骨骼1的结构相同；下肢外骨骼包括左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼，左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼的结构相同。左上肢外骨骼与右上肢外骨骼1通过外骨骼连接件3连接，左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼同样通过外骨骼连接件3连接。左上肢外骨骼和右上肢外骨骼1与左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼通过外骨骼连接件3连接。

如图1所示的外骨骼连接件3，外骨骼连接件3上设有固定孔4。

如图2所示，以右上肢外骨骼1为例，右上肢外骨骼1包括小臂连接杆5、联动连接杆6、活动延伸件和转动连接杆7。活动延伸件包括活动延伸杆8、转动支承件9和销轴10。销轴10穿过转动支承件9，安装在转动支承件9上并能相对转动支承件9转动。联动连接杆6的一端连接在销轴10上，联动连接杆6的另一端固定在小臂连接杆5上。小臂连接杆5上设有用于让人体小臂穿过的小臂支承件11。转动连接杆7包括连接杆12和转动杆13，连接杆12安装在活动延伸杆8上；转动杆13穿过固定孔4，能相对固定孔4转动。

如图3所示，以左下肢外骨骼2为例，左下肢外骨骼2包括大腿连接杆14、小腿连接杆15、脚支承板16、脚连接杆17、外骨骼支承板18和联动连接件19。大腿连接杆14的一端铰接在外骨骼连接件3上，能相对外骨骼连接件3转动；小腿连接杆15铰接在大腿连接杆14上，能相对大腿连接杆14转动；脚连接杆17的一端铰接在大腿连接杆14的另一端上，能相对大腿连接杆14转动。

脚支承板16与小腿连接杆15连接固定，小腿连接杆15上设有用于让人体小腿穿过的小腿固定件20。外骨骼支承板18设在脚支承板16的下方，与脚连接杆17相连；脚连接杆17通过联动连接件19与脚支承板16相连。

当人们穿戴机械外骨骼时，只需让人体小臂穿过小臂支承件11，人体小腿穿过小腿固定件20，人体脚步踩在脚支承板16上，就能完成机械外骨骼的穿戴。

当人移动时，人体小腿会带动小腿固定件20，进而带动脚支承板16移动，而在联动连接杆6的联动作用下，脚连接杆17会随脚支承板16的移动而移动，进而带动外骨骼支承板18的移动，从而使机械外骨骼能自由走动至工作位置。

当人体转动小臂时，人体小臂将带动小臂支承件11，从而带动小臂连接杆5绕转动杆13的中心轴转动，在此同时，由于联动连接杆6的一端连接在销轴10上，从而使联动连接杆6连同小臂连接杆5能绕销轴10的中心轴转动，小臂连接杆5具有两个自由度。由于小臂连接杆5利用联动连接杆6和转动支承件9与活动延伸杆8实现联动，当人们通过活动小臂控制小臂连接杆5时，活动延伸杆8随之移动，从而触碰处在人体双臂活动范围外的物体，实现延伸人体双臂活动范围的功能。

实施例2：

本实施例2与实施例1的不同之处在于，上肢外骨骼还包括大臂连接杆21。大臂连接杆21上设有用于让人体大臂穿过的大臂支承件22。如图5、6所示，以右上肢外骨骼1为例，当人们穿戴机械外骨骼时，人体大臂和人体小臂将分别穿过大臂支承件22和小臂支承件11，人体大臂的重量由大臂支承件22支撑，从而人们在操作机械外骨骼时，人体大臂能放松，避免大臂疲劳。

实施例3：

本实施例3与实施例1的不同之处在于，大腿连接杆14上还可以设有用于让人体大腿穿过大腿固定件23。如图7所示，以左下肢外骨骼2为例，当人们穿戴机械外骨骼时，人体大腿和人体小腿将分别穿过大腿固定件23和小腿固定件20，进一步提高机械外骨骼与人体的连接，从而使机械外骨骼在走到时操作更灵活。

Claims (6)

1.一种可穿式机械外骨骼，包括上肢外骨骼、下肢外骨骼和用于连接上肢外骨骼和下肢外骨骼的外骨骼连接件，其特征是：所述外骨骼连接件上设有固定孔；所述上肢外骨骼包括小臂连接杆、联动连接杆和用于延伸人体双臂活动范围的活动延伸件；所述联动连接杆的一端连接在所述活动延伸件上，联动连接杆的另一端固定在所述小臂连接杆上；所述小臂连接杆上设有用于让人体小臂穿过的小臂支承件；还包括能相对外骨骼连接件转动的转动连接杆；所述转动连接杆的一端穿过固定孔，连接在所述外骨骼连接件上，转动连接杆的另一端连接在所述上肢外骨骼上。

2.根据权利要求1所述的可穿式机械外骨骼，其特征是：所述活动延伸件包括转动支承件和安装在转动支承件上能相对转动支承件转动的销轴；所述联动连接杆一端连接在销轴上，联动连接杆的另一端固定在小臂连接杆上。

3.根据权利要求1所述的可穿式机械外骨骼，其特征是：所述上肢外骨骼还包括大臂连接杆；所述大臂连接杆安装在外骨骼连接件上，处在小臂连接杆与外骨骼连接杆之间；所述大臂连接杆上还设有用于让人体大臂穿过的大臂支承件。

4.根据权利要求1所述的可穿式机械外骨骼，其特征是：所述下肢外骨骼还包括大腿连接杆、小腿连接杆和脚支承板；所述大腿连接杆铰接在外骨骼连接件上，能相对外骨骼连接件转动；所述小腿连接杆铰接在大腿连接杆上，能相对大腿连接杆转动；所述小腿连接杆上还设有用于让人体小腿穿过的小腿固定件；所述脚支承板与小腿连接杆连接固定。

5.根据权利要求1所述的可穿式机械外骨骼，其特征是：所述下肢外骨骼还可以包括脚连接杆、外骨骼支承板和联动连接件；所述外骨骼支承板设在脚支承板的下方；所述脚连接杆的一端铰接在大腿连接杆上，脚连接杆的另一端固定在外骨骼支承板上；所述脚连接杆通过联动连接件与脚支承板相连。

6.根据权利要求1所述的可穿式机械外骨骼，其特征是：所述活动延伸件的长度大于或等于人体的臂长；所述活动延伸件的水平高度大于或等于人体肩部的水平高度。