CN209868591U - 外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种外骨骼，用于为穿戴者提供助力，外骨骼包括腰部支撑组件、腿部支撑组件以及阻尼杆。腰部支撑组件用于将外骨骼固定于穿戴者的腰部。腿部支撑组件用于将外骨骼固定于穿戴者的腿部，腿部支撑组件转动连接于腰部支撑组件。阻尼杆的第一端转动连接于腿部支撑组件，阻尼杆的第二端可滑动且可转动地连接于腰部支撑组件。其中，当阻尼杆的第二端滑动至一既定位置时，阻尼杆被压缩。本实用新型提供的外骨骼具有结构简单且不会影响穿戴者无负载状态下正常行走的优点。

Description

外骨骼

技术领域

本实用新型总体来说涉及外骨骼技术领域，具体而言，涉及一种上肢和腰部助力的外骨骼。

背景技术

在仓储物流工作中，工作人员的弯腰、搬运动作频繁发生，长时间的工作很容易导致腰部与上肢肌肉的酸痛，甚至导致腰椎间盘突出等疾病。因此，面向仓储物流人员腰部与上肢的助力是急需解决的问题。上肢助力或腰部助力的装置一般是将负载作用在人薄弱环节的力或力矩转移到相对可承受大负载的部位，例如将作用在人上肢的负载通过外骨骼支架转移到地面或腹部。

目前现有技术中的上肢与腰部助力装置存在以下问题：1)单纯被动上肢助力装置(无下肢外骨骼)无法使负载转移到地面，不适于搬运过重的负载；2)单纯被动腰部助力装置可以实现后背腰部力或力矩转移到大腿前部，但可能传统腰部助力的阻尼装置会对人正常行走有一定的影响；3)有动力的上肢或腰部助力装置移动通过液压、气动或电机驱动关节，但能源系统与驱动系统的随身携带增大了助力装置的自重，实用性较差。

在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

实用新型内容

本实用新型的一个主要目的在于克服上述现有技术的至少一种缺陷，提供一种结构简单且不会影响穿戴者无负载状态下正常行走的外骨骼。

为实现上述实用新型目的，本实用新型采用如下技术方案：

根据本实用新型的一个方面，提供了一种外骨骼，用于为穿戴者提供助力，所述外骨骼包括腰部支撑组件、腿部支撑组件以及阻尼杆。腰部支撑组件用于将所述外骨骼固定于所述穿戴者的腰部；腿部支撑组件用于将所述外骨骼固定于所述穿戴者的腿部，所述腿部支撑组件转动连接于所述腰部支撑组件；所述阻尼杆的第一端转动连接于所述腿部支撑组件，所述阻尼杆的第二端可滑动且可转动地连接于所述腰部支撑组件；其中，当所述阻尼杆的第二端滑动至一既定位置时，所述阻尼杆被压缩。

根据本实用新型的一实施方式，所述腰部支撑组件包括绑缚在所述穿戴者腰部的腰部束紧带以及固定连接于所述腰部束紧带的第一连接板，所述第一连接板以其滑动区域连接于所述阻尼杆的第二端，所述第一连接板转动连接于所述腿部支撑组件。

根据本实用新型的一实施方式，所述滑动区域为一导向槽，所述阻尼杆的第二端设置有连接轴，所述连接轴转动连接于所述阻尼杆且能够沿所述导向槽滑动。

根据本实用新型的一实施方式，当所述穿戴者处于竖直站立时，所述连接轴不与所述导向槽的两端接触。

根据本实用新型的一实施方式，所述腿部支撑组件包括大腿支架、第二连接板以及用以绑缚所述穿戴者大腿上的绑缚带，大腿支架转动连接于所述阻尼杆的第一端且转动连接于所述腰部支撑组件；第二连接板固定连接于所述大腿支架；绑缚带固定连接于所述第二连接板。

根据本实用新型的一实施方式，所述第二连接板与所述大腿支架的连接处设置有长度调节结构，所述长度调节结构用以调整所述第二连接板与所述大腿支架的相对距离。

根据本实用新型的一实施方式，所述外骨骼还包括用于将所述外骨骼固定于所述穿戴者上肢的上肢支撑组件，所述上肢支撑组件固定连接于所述腰部支撑组件。

根据本实用新型的一实施方式，所述外骨骼还包括固定连接于所述上肢支撑组件的套管，所述套管的一端固定连接于所述腰部支撑组件的后部，所述套管的另一端沿所述上肢支撑组件的外轮廓向前延伸；

所述套管内穿设有弹性绳，所述弹性绳的一端固定于所述套管内，所述弹性绳的另一端设置有套筒。

根据本实用新型的一实施方式，当所述穿戴者不使用所述弹性绳时，所述弹性绳缩回所述套管内。

根据本实用新型的一实施方式，所述阻尼杆采用弹簧阻尼形式或气动阻尼形式。

由上述技术方案可知，本实用新型的外骨骼的优点和积极效果在于：

本实用新型提供了一种基于阻尼杆提供助力的外骨骼，通过“阻尼杆的第一端转动连接于腿部支撑组件，阻尼杆的第二端可滑动且可转动地连接于腰部支撑组件”的结构设计，解决了现有技术中存在的助力时需要拨动开关的问题。同时，可根据人体运动姿态，阻尼杆自适应调整位置与压缩量，在不妨碍人体正常行走的情况下为弯腰提供助力，具有结构简单，弯腰助力效果好的优点。

另外，还通过弹性绳的设计，额外提供了上肢助力，解决了现有技术中单纯的上肢助力或腰部助力的问题。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例实施方式，本实用新型的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼的正面轴测图。

图2是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼的背面轴测图。

图3是根据一示例性实施方式示出的阻尼器的放大视图。

图4是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼的弯腰示意图。

其中，附图标记说明如下：

10、腰部支撑组件

101、腰部束紧带

102、第一连接板

103、后背调节板

104、导向槽

20、腿部支撑组件

201、大腿支架

202、第二连接板

203、绑缚带

204、长度调节结构

30、阻尼杆

301、连接轴

302、第一端

303、第二端

40、上肢支撑组件

401、套管

402、弹性绳

403、套筒

404、肩带

50、负载

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本实用新型将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

虽然本说明书中使用相对性的用语，例如“上”、“下”来描述图标的一个组件对于另一组件的相对关系，但是这些术语用于本说明书中仅出于方便，例如根据附图中所述的示例的方向。能理解的是，如果将图标的装置翻转使其上下颠倒，则所叙述在“上”的组件将会成为在“下”的组件。其他相对性的用语，例如“顶”、“底”等也作具有类似含义。用语“一个”、“一”、“该”和“所述”用以表示存在一个或多个要素/组成部分/等；用语“包括”和“具有”用以表示开放式的包括在内的意思并且是指除了列出的要素/组成部分/等之外还可存在另外的要素/组成部分/等；用语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等仅作为标记使用，不是对其对象的数量限制。

请参阅图1，图1中代表性地示出了能够体现本实用新型原理的外骨骼。在该示例性实施方式中，本实用新型提出的外骨骼是以应用于仓储物流领域便于工人搬运负载为例进行说明的。本领域的普通技术人员应当理解的是，将外骨骼应用于其他领域，而对下述的具体实施方式作出多种改型、添加、替代、删除或其他变化，仍在本实用新型的保护范围内。

其中，图1是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼的正面轴测图。图2是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼的背面轴测图。图3是根据一示例性实施方式示出的阻尼器的放大视图。图4是根据一示例性实施方式示出的一种外骨骼的弯腰示意图。

下面结合上述附图，对本实用新型提出的外骨骼的各主要组成部分的结构、连接方式以及功能关系进行详细说明。

请同时参阅图1和图2所示，在本实施方式中，本实用新型提供的外骨骼用于将负载作用在穿戴者薄弱环节的力或力矩转移到相对可承受大负载的部位(例如腹部或腿部等)。外骨骼包括腰部支撑组件10、腿部支撑组件20、上肢支撑组件40以及阻尼杆30。腰部支撑组件10用于将外骨骼固定于穿戴者的腰部，腿部支撑组件20用于将外骨骼固定于穿戴者的腿部，上肢支撑组件40用于将外骨骼固定于穿戴者的上肢(如肩部和背部)，其中，腿部支撑组件20转动连接于腰部支撑组件10，便于穿戴者实现弯腰或行走动作。阻尼杆30的两端分别转动连接于腰部支撑组件10和腿部支撑组件20，具体来说，阻尼杆30的第一端302转动连接于腿部支撑组件20，阻尼杆30的第二端303既可滑动又可转动地连接于腰部支撑组件10。

当腰部支撑组件10相对腿部支撑组件20转动时，阻尼杆30的第一端302相对腿部支撑组件20转动，阻尼杆30的第二端303相对腰部支撑组件10转动和滑动。当腰部支撑组件10相对腿部支撑组件20转动至一定角度时，阻尼杆30的第二端303滑动至一既定位置(如图4所示，阻尼杆30的第二端303滑动至导向槽104的顶端)，阻尼杆30受腰部支撑组件10的压迫而产生对腰部支撑组件10的反作用力，以及对腿部支撑组件20的反作用力。

进一步地，在本实施方式中，如图1和图2所示，腰部支撑组件10包括绑缚在穿戴者腰部的腰部束紧带101、两个固定连接于腰部束紧带101外侧的第一连接板102以及固定连接于腰部束紧带101后部的后背调节板103。后背调节板103与两个第一连接板102固定连接，且可随腰部摆动而相应摆动。当穿戴者穿戴外骨骼时，两个第一连接板102可以是位于穿戴者髋关节位置。两个第一连接板102随着腰部的摆动而相应摆动。同时，本领域的普通技术人员应当理解的是，两个第一连接板102与腰部束紧带101的固定位置可以是根据不同穿戴者髋部的大小进行宽度调整。

请参阅图3，第一连接板102以其滑动区域连接于阻尼杆30的第二端303，作为优选，滑动区域可以是一导向槽104，当然，也可以是本领域公知的其它结构，如导轨等，本实用新型并不以此为限。

相应地，为了确保阻尼杆30的第二端303能够沿导向槽104滑动，在本实施方式中，阻尼杆30的第二端303横向设置有一能够沿导向槽104滑动的连接轴301，连接轴301的一端转动连接于阻尼杆30，另一端伸入导向槽104内。

由于阻尼杆30在非受压迫状态时，其长度是不变的，故当穿戴者正常行走而不搬运负载50时，第一连接板102相对腿部支撑组件20转动，阻尼杆30的第二端303相应地沿导向槽104线性滑动而不与导向槽104的两端接触，故阻尼杆30不会对穿戴者的腿部产生阻力。

为了保证穿戴者在正常行走时，阻尼杆30不会对腿部产生阻力，穿戴者处于竖直站立时，上述连接轴301不会与导向槽104的两端接触，从而为连接轴301沿导向槽104的滑动预留足够滑动空间。

请继续参阅图1和图2，在本实施方式中，两组腿部支撑组件20分别位于穿戴者的大腿两侧。每一腿部支撑组件20包括大腿支架201、第二连接板202以及绑缚带203。大腿支架201转动连接于第一连接板102，且转动连接于阻尼杆30的第一端302。

绑缚带203通过第二连接板202连接于大腿支架201，为了适应不同体型的穿戴者能够穿戴外骨骼，第二连接板202与大腿支架201的连接处设置有长度调节结构204，长度调节结构204用以调整第二连接板202与大腿支架201的相对距离。

具体来说，遇到不同体型的穿戴者，可沿穿戴者人体矢状面方向调节长度调节结构204，将第二连接板202向前或向后移动一段距离，以适应不同穿戴者。当穿戴者空载弯腰或携带负载50弯腰时可将垂直作用在大腿上的力转化为一定的腰部助力。

另外，长度调节结构204可以采用本领域公知的结构，例如卡接、螺接等。

请继续参阅图1，在本实施方式中，上肢支撑组件40可以包括两条肩带404，每条肩带404的两端分别对应固定连接于腰部束紧带101的前部和后部。

外骨骼还包括两根固定连接于上肢支撑组件40的套管401，每根套管401的一端固定连接于腰部支撑组件10的后部，套管401的另一端沿上肢支撑组件40的外轮廓向前延伸。具体来说，在本实施方式中，套管401可以是固定在肩带404的外侧，并沿肩带404的外轮廓向前延伸。套管401内穿设有弹性绳402，弹性绳402的一端固定于套管401内，弹性绳402的另一端设置有套筒403，套筒403用于穿戴者的手指穿入。

穿戴者搬起或搬运负载50时，可以将手指套入套筒403内，由于弹性绳402具有一定弹性，当穿戴者搬起或搬运负载50时，弹性绳402将负载50施加在上肢的力转移到腰部，从而为穿戴者上肢提供一定助力，减轻穿戴者实际接收的负载50重量。

进一步地，当穿戴者无需使用弹性绳402为其提供上肢助力时，弹性绳402由于自身的弹性缩回套管401内，从而弹性绳402不会干扰穿戴者，也不会意外磕碰其他物品。同时，弹性绳402缩回后，套筒403卡在套管401外部，便于下次借助套筒403将弹性绳402拽出。

另外，上述的阻尼杆30可以采用弹簧阻尼形式或气动阻尼形式，本实用新型并不以此为限。

当穿戴者搬运负载50弯腰时，阻尼杆30被压缩，阻尼杆30的第一端302可以通过轴与大腿支架201铰接，阻尼杆30的第二端303通过连接轴301抵顶于第一连接板102的导向槽104的顶端，被压缩的阻尼杆30提供弯腰助力。

当穿戴者正常行走而无需搬运负载50时，阻尼杆30的第二端303可通过连接轴301在导向槽104内自由滑动，避免了正常行走时带来的阻尼影响。

当然，本领域的普通技术人员，可根据不同穿戴者的身高以及实际作业情况对阻尼杆30的长度进行调整。

另外，在本实用新型的其他实施方式中，外骨骼也可以是包括腰部支撑组件10、腿部支撑组件20以及阻尼杆30，而不包括上肢支撑组件40。上述部件的连接结构和作用与上述实施方式相同，此处不再详细说明。当穿戴者进行弯腰动作时，本实施方式的外骨骼可提供腰部助力，从而避免长时间的腰部受力而导致的腰部肌肉酸痛或腰部疾病。

下面结合图3和图4详细说明当穿戴者正常行走时以及搬运负载50时，阻尼杆30的受力情况。

如图3所示，当穿戴者正常行走时，阻尼杆30的第二端303通过连接轴301在第一连接板102的导向槽104内自由滑动(如图3箭头所示)，由于导向槽104为连接轴301预留出足够的滑动空间，使得阻尼杆30的第二端303不会与导向槽104的顶端或底端接触，从而不会压迫阻尼杆30，避免了正常行走时带来的阻尼影响。

如图4所示，当工人不穿外骨骼搬运负载50时，负载50力F作用在人的腰部会产生力矩N，长期频繁弯腰搬运负载50会对腰产生一定的损伤。当工人穿戴外骨骼弯腰搬负载50时，首先将左右手的手指套入弹性绳402的套筒403中，拉出弹性绳402并且弯腰。随着工人的弯腰角度逐渐增大，阻尼杆30的第二端303通过连接轴301在导向槽104内滑动，当连接轴301接触到第一连接板102的导向槽104的顶端时，阻尼杆30内部弹簧被压缩，阻尼杆30对第一连接板102产生作用力F1，对大腿支架201产生作用力F2，而F1的分力F3通过转轴O产生对腰部助力的力矩，而F2的分力F4则正向作用在工人大腿前部，这样通过力的转移实现了对腰部关节的助力。

在此应注意，附图中示出而且在本说明书中描述的外骨骼仅仅是采用本实用新型的原理的一个示例。本领域的普通技术人员应当清楚地理解，本实用新型的原理并非仅限于附图中示出或说明书中描述的装置的任何细节或任何部件。

综上所述，本实用新型提供了一种基于阻尼杆30提供助力的外骨骼，通过“阻尼杆30的第一端302转动连接于腿部支撑组件20，阻尼杆30的第二端303可滑动且可转动地连接于腰部支撑组件10”的结构设计，解决了现有技术中存在的助力时需要拨动开关的问题。同时，可根据人体运动姿态，阻尼杆30自适应调整位置与压缩量，在不妨碍人体正常行走的情况下为弯腰提供助力，具有结构简单，弯腰助力效果好的优点。

另外，还通过弹性绳402的设计，额外提供了上肢助力，解决了现有技术中单纯的上肢助力或腰部助力的问题。

应可理解的是，本实用新型不将其应用限制到本说明书提出的部件的详细结构和布置方式。本实用新型能够具有其他实施方式，并且能够以多种方式实现并且执行。前述变形形式和修改形式落在本实用新型的范围内。应可理解的是，本说明书公开和限定的本实用新型延伸到文中和/或附图中提到或明显的两个或两个以上单独特征的所有可替代组合。所有这些不同的组合构成本实用新型的多个可替代方面。本说明书所述的实施方式说明了已知用于实现本实用新型的最佳方式，并且将使本领域技术人员能够利用本实用新型。

Claims (10)

1.一种外骨骼，用于为穿戴者提供助力，其特征在于，所述外骨骼包括：

腰部支撑组件(10)，用于将所述外骨骼固定于所述穿戴者的腰部；

腿部支撑组件(20)，用于将所述外骨骼固定于所述穿戴者的腿部，所述腿部支撑组件(20)转动连接于所述腰部支撑组件(10)；以及

阻尼杆(30)，所述阻尼杆(30)的第一端(302)转动连接于所述腿部支撑组件(20)，所述阻尼杆(30)的第二端(303)可滑动且可转动地连接于所述腰部支撑组件(10)；

其中，当所述阻尼杆(30)的第二端(303)滑动至一既定位置时，所述阻尼杆(30)被压缩。

2.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述腰部支撑组件(10)包括绑缚在所述穿戴者腰部的腰部束紧带(101)以及固定连接于所述腰部束紧带(101)的第一连接板(102)，所述第一连接板(102)以其滑动区域连接于所述阻尼杆(30)的第二端(303)，所述第一连接板(102)转动连接于所述腿部支撑组件(20)。

3.根据权利要求2所述的外骨骼，其特征在于，所述滑动区域为一导向槽(112)，所述阻尼杆(30)的第二端(303)设置有连接轴(301)，所述连接轴(301)转动连接于所述阻尼杆(30)且能够沿所述导向槽(112)滑动。

4.根据权利要求3所述的外骨骼，其特征在于，当所述穿戴者处于竖直站立时，所述连接轴(301)不与所述导向槽(112)的两端接触。

5.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述腿部支撑组件(20)包括：

大腿支架(201)，转动连接于所述阻尼杆(30)的第一端(302)且转动连接于所述腰部支撑组件(10)；

第二连接板(202)，固定连接于所述大腿支架(201)；以及

用以绑缚所述穿戴者大腿上的绑缚带(203)，固定连接于所述第二连接板(202)。

6.根据权利要求5所述的外骨骼，其特征在于，所述第二连接板(202)与所述大腿支架(201)的连接处设置有长度调节结构(204)，所述长度调节结构(204)用以调整所述第二连接板(202)与所述大腿支架(201)的相对距离。

7.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括用于将所述外骨骼固定于所述穿戴者上肢的上肢支撑组件(40)，所述上肢支撑组件(40)固定连接于所述腰部支撑组件(10)。

8.根据权利要求7所述的外骨骼，其特征在于，所述外骨骼还包括固定连接于所述上肢支撑组件(40)的套管(401)，所述套管(401)的一端固定连接于所述腰部支撑组件(10)的后部，所述套管(401)的另一端沿所述上肢支撑组件(40)的外轮廓向前延伸；

所述套管(401)内穿设有弹性绳(402)，所述弹性绳(402)的一端固定于所述套管(401)内，所述弹性绳(402)的另一端设置有套筒(403)。

9.根据权利要求8所述的外骨骼，其特征在于，当所述穿戴者不使用所述弹性绳(402)时，所述弹性绳(402)缩回所述套管(401)内。

10.根据权利要求1所述的外骨骼，其特征在于，所述阻尼杆(30)采用弹簧阻尼形式或气动阻尼形式。