CN205852786U

CN205852786U - 助力机械外骨骼装置

Info

Publication number: CN205852786U
Application number: CN201620770335.6U
Authority: CN
Inventors: 袁军; 刘和鑫; 朱景强; 刘海; 王卓; 李立犇; 谢哲东; 胡晓丽
Original assignee: Jilin Agricultural University
Current assignee: Jilin Agricultural University
Priority date: 2016-07-21
Filing date: 2016-07-21
Publication date: 2017-01-04
Anticipated expiration: 2026-07-21

Abstract

一种助力机械外骨骼装置，属于机械技术领域。本实用新型的目的是提供一种可以搭在人体上，与人体关节互相配合，通过辅助设备增加人体负重的助力机械外骨骼装置。本实用新型在立轴上通过铰接轴套安装有支撑架，支撑架上安装有托板，横杆一端固定在立轴上，另一端通过直角连接器连接在右横支撑杆上，左横支撑杆安装在立轴上，右横支撑杆和左横支撑杆分别通过直角连接器连接有万向节，每个万向节下端安装有长立支杆，每根长立支杆通过轴连接在下立杆上，在长立支杆与下立杆连接处开有滑槽，横连杆一端的滑轴置于滑槽内，横连杆另一端轴连接在斜连杆上，斜连杆上端通过活动铰接器连接在横活动杆上。本实用新型结构简单，穿戴方便，它充分考虑到了人体髋关节、膝关节和踝关节这些活动关节活动时带来的影响。

Description

助力机械外骨骼装置

技术领域

本实用新型属于机械技术领域。

背景技术

现代人无论是平时工作或者远途跋涉等过程中，如何达到增加负重，均相处各种办法，然而即使想出各种办法，均无法超越人体本身的负重能力，即使体力超长人员也会达到负重极限，受到负重物资的数量影响，一般无法增加更远的或者更重的货物。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可以搭在人体上，与人体关节互相配合，通过辅助设备增加人体负重的助力机械外骨骼装置。

本实用新型在立轴上通过铰接轴套安装有支撑架，支撑架上安装有托板，托板上放置载物箱，在支撑架中部有豁口，豁口与档杆对应，档杆固定在横杆上，横杆一端固定在立轴上，另一端通过直角连接器连接在右横支撑杆上，左横支撑杆安装在立轴上，右横支撑杆和左横支撑杆分别通过直角连接器连接有万向节，每个万向节下端安装有长立支杆，每根长立支杆通过轴连接在下立杆上，在长立支杆与下立杆连接处开有滑槽，横连杆一端的滑轴置于滑槽内，横连杆另一端轴连接在斜连杆上，斜连杆上端通过活动铰接器连接在横活动杆上，两个横活动杆分别通过轴套连接在横轴的两端，立轴和立杆均固定在横轴上。

本实用新型结构简单，穿戴方便，利用仿生的形式设计制造出的机械助力装置。它充分考虑到了人体髋关节、膝关节和踝关节这些活动关节活动时带来的影响。

附图说明

图1是本实用新型平面结构示意图；

图2是本实用新型立体结构示意图。

具体实施方式

本实用新型在立轴13上通过铰接轴套1安装有支撑架2，支撑架2上安装有托板14，托板14上放置载物箱6，在支撑架2中部有豁口，豁口与档杆4对应，档杆4可以在豁口处随意进出，在豁口处可以设置锁紧机构，在不需要档杆4出来时，方便将档杆4锁在豁口内。档杆4固定在横杆5上，横杆5一端固定在立轴13上，另一端通过直角连接器连接在右横支撑杆15上，左横支撑杆16安装在立轴13上，右横支撑杆15和左横支撑杆16分别通过直角连接器7连接有万向节12，每个万向节12下端安装有长立支杆18，每根长立支杆18通过轴21连接在下立杆22上，在长立支杆18与下立杆22连接处开有滑槽10，横连杆8一端的滑轴23置于滑槽10内，横连杆8另一端轴连接在斜连杆11上，斜连杆11上端通过活动铰接器19连接在横活动杆20上，两个横活动杆20分别通过轴套24连接在横轴9的两端，立轴13和立杆17均固定在横轴9上。

在长立支杆18与下立杆22上安装有助力气缸，气缸的缸体一般可以固定在长立支杆18上，而气缸的活塞固定在下立杆22上。

总体的助力原理在于以下两个部分。第一部分是，当人穿上该助力机械，并背负重物以后，通过巧妙的机械设计方法，机械支架将物体的重力导到地面，人体本身并不承担或少量承担物体的重力。第二部分是，在运动过程中，该机械的动力装置推动大腿提供辅助动力，进而节省人力。

具体设计原理按照该机械从上到下各个部分分开介绍，具体内容如下：

1.机械与身体的连接部分。连接部分的主体在于该机械腰部的第一根横梁，通过精细缝制的背带、卡口、后背板与机械腰部的横梁连接，这样的设计避免因刚性连接导致舒适度的下降。同时，在连接时采用横向与纵向双重固定，这样即增强了稳定性，又能保持美观。最终，人只要将背带背在肩上，并扣住盘在腰间的卡扣即可实现与助力机械的连接。

2.双腿部分。双腿部分又分为大腿与腰部连接和大腿与小腿连接。

（1）.首先大腿与腰部采用万向节连接，根据人体大腿部分的运动规律分析可知，大腿在运动过程中自由度较高，可前后左右多方向运动，固采用万向节作为连接机构，万向节的自由度完全满足大腿的运动范围，并且用两个直角管接头将万向节固定在人体胯部的位置，尽可能实现运动时与人体保持高度同步，以免出现人体在运动过程中与机械腿产生错位的现象。

（2）.对于大腿与小腿的连接，即该机械的膝盖部分。由分析可知，人的膝盖部分自由度非常小，使小腿只能绕着膝关节向后运动。所以，根据这一特点，我们将膝盖部分设计成铰接结构，这样既保证了机械工作时的稳定性，又保证了该部分的安全性，人在负重时不会受到反关节的压力。同时，这种设计容易实现，便于维护。

3.脚踝部分。这个部分可以根据需要安装，脚踝部分采用球轴承连接，使之能够在运动中跟随人体脚部的转动，并且能够满足横向转动的需要，安装高度为人体脚踝的高度，目的同样是在于与人体同步运动。

4.机械腿与人体腿部的固定。机械腿与人体腿部通过精密缝制的护腿及粘扣来连接，大腿部分左右各一只护腿，小腿部分左右各一只护腿，在脚的部分同样也有固定装置。这样能够保持机械腿与人体的紧密结合，在保证连接牢固的同时还能保持舒适、安全，并且具有穿戴、拆卸方便的特点。

5.动力部分。动力部分采用两只推力为N的电推杆（助力气缸），用手柄控制，左右各布一只，装大腿在后面，跨过膝盖连接小腿根部的位置。通过分析人体走路与爬楼梯时腿部的运动规律及发力方式，采用这种连接方法。目的在于人登上高一级台阶往上走的瞬间推动大腿，促使弯曲腿伸直，提供辅助的动力，从而节省人力。其优点在于，动力强进，运动幅度可控，运动速度快。

6.支撑部分。此部分分为两部分。一是腿部的支撑，利用了连杆的“死点”原理；二是腰部和腿部（货物与腿部连杆）之间的支撑，这部分采用巧妙的机械设计原理，将两根长度分别为和的杆铰接，另外两端分别连接腰部的第二根横梁和膝盖部位的轴，使这两根杆和大腿还有腰部两根横梁之间的固定杆组成四杆机构。这种设计使人体在直立时形成牢固的“三角形”，在制造材料满足的田间下能够达到支撑重物的100% 。其中短杆负责提拉重物使之平衡，长杆负责将重力传导到地面。同时，一小部分向前的分力又能辅助运动时的抬腿动作，进一步提供助力。

Claims

1.一种助力机械外骨骼装置，其特征在于：在立轴（13）上通过铰接轴套（1）安装有支撑架（2），支撑架（2）上安装有托板（14），托板（14）上放置载物箱（6），在支撑架（2）中部有豁口，豁口与档杆（4）对应，档杆（4）固定在横杆（5）上，横杆（5）一端固定在立轴（13）上，另一端通过直角连接器连接在右横支撑杆（15）上，左横支撑杆（16）安装在立轴（13）上，右横支撑杆（15）和左横支撑杆（16）分别通过直角连接器（7）连接有万向节（12），每个万向节（12）下端安装有长立支杆（18），每根长立支杆（18）通过轴（21）连接在下立杆（22）上，在长立支杆（18）与下立杆（22）连接处开有滑槽（10），横连杆（8）一端的滑轴（23）置于滑槽（10）内，横连杆（8）另一端轴连接在斜连杆（11）上，斜连杆（11）上端通过活动铰接器（19）连接在横活动杆（20）上，两个横活动杆（20）分别通过轴套（24）连接在横轴（9）的两端，立轴（13）和立杆（17）均固定在横轴（9）上。