CN210757711U - 一种上肢抬举助力装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人体助力装置技术领域，具体涉及一种上肢抬举助力装置。其包括：底座关节；杆一，其与底座关节连接；杆二，其与杆一铰接；所述杆一或杆二内设有换能器，所述换能器的顶端具有轴承；杆二或杆一固设一凸轮，凸轮的轴心与所述杆二、杆一的铰接点重合；所述滚动轴承与所述凸轮的曲面抵接；手臂托杆和手臂托板。采用凸轮结构，手臂下垂时，换能器对凸轮的作用力过凸轮的轴心，因此不会对凸轮产生扭矩，从而不会阻碍手臂自然下垂；当手臂逐渐抬起，换能器对凸轮的作用力方向逐渐偏离凸轮轴心，对凸轮产生扭矩，该扭矩推动杆二向上抬起，实现对手臂的抬举助力；底座关节受力支撑点分布于腰部，避免长时间使用引起使用者肩部不适。

Description

一种上肢抬举助力装置

技术领域

本实用新型涉及人体助力装置技术领域，具体涉及一种上肢抬举助力装置。

背景技术

在工厂、仓库、工地等工作场景，需要工人较长时间或较频繁地托举重物。长期的、反复的、高强度的劳动作业会引发上肢骨骼肌肉疾患。

为了减轻长期的、反复的、高强度作业对人身体造成的伤害，现有技术方案为提供一上肢助力装置，通过绑缚在人体的上肢的助力支撑结构提供助力，以减小上肢骨骼受力，避免上肢骨骼肌肉疾患。例如编号为CN109571435A、CN 208914104U、CN107835675A等专利。

在专利文献CN109571435A中，其提供的肩部助力托举外骨骼，包括主体连接模块，助力模块和传力模块；其中，主体连接模块包括腰封和肩带，传力模块包括与第一连杆、第二连杆、其位于肩部且分别与助力模块与主体连接模块在肩部处连接，整个肩部助力托举外骨骼的结构复杂且重量较大，占用的空间大、在狭窄的工作环境下易与外界干涉，且分布于肩部及腰部，受力支撑点位于肩部，因此，在长时间使用时会引起使用者肩部不适。

在专利文献CN 208914104U中，其提供的上肢支撑固定装置可穿带于背部，包括腰带、背板和末端臂部机构，所述腰带位于背部一侧设置有调节杆，所述调节杆顶部设置有高度调节器，所述高度调节器与背板固定连接，所述背板上设置有搭肩部，所述腰带与搭肩部之间配合设置有绑带，所述末端臂部机构设置在背板上，所述末端臂部机构用于支撑肢体。以及在专利文献CN107835675A中，其提供的手臂支承外骨骼，包括连接至手臂连杆机构的肩部基部，手臂连杆机构包括：被构造成围绕旋转关节相对于彼此旋转的近端连杆和远端连杆；适于将使用者的手臂连接至远端连杆的至少一个手臂连接器；连接至近端连杆和远端连杆并且提供使远端连杆相对于近端连杆屈曲的力矩的张力产生器。上述两篇专利文献提供的上肢支撑固定装置和臂支承外骨骼的重量分布于肩部及腰部，且由于该上肢支撑固定装置结构相对复杂，自重较大，同样在长时间使用时会引起使用者肩部不适，使穿戴舒适性较差。

实用新型内容

因此，本实用新型要解决的技术问题在于克服现有技术中上肢助力装置结构复杂、重量较大、体积大且穿戴会引起使用者肩部不适等舒适性较差的缺陷，从而提供一种结构简单，重量轻，体积小、贴合人体，高自由度，灵活可靠，穿戴舒适的上肢抬举助力装置。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案如下：

本实用新型提供的上肢抬举助力装置，其包括：

底座关节，适于设置在人的腰带或者躯干上；

杆一，其第一端与所述底座关节连接，并且相对于所述底座关节具有沿空间三个不同方向旋转的自由度；

杆二，所述杆二的第一端与所述杆一的第二端铰接；

所述杆一的第二端内设有换能器，所述换能器的顶端具有轴承；所述杆二的第一端固设一凸轮，所述凸轮的轴心与所述杆二、杆一的铰接点重合；

或者，所述杆二的第一端内设有换能器，所述换能器的顶端具有轴承；所述杆一的第二端固设一凸轮，所述凸轮的轴心与所述杆二、杆一的铰接点重合；

所述轴承与所述凸轮的曲面抵接；

手臂托杆，其与所述杆二的第二端铰接；

手臂托板，适于固定在人体上肢上，所述手臂托板与所述手臂托杆铰接。

上述上肢抬举助力装置中，所述杆一的第二端具有一壳体，所述壳体内具有空腔；

所述凸轮和所述换能器的至少一部分设于所述空腔内；

所述杆二的第一端通过所述凸轮的轴心与所述壳体铰接。

上述上肢抬举助力装置中，所述底座关节为关节轴承或平衡环架。

上述上肢抬举助力装置中，所述换能器为弹簧储能装置、或气压装置、或液压装置、或电动助力装置。

上述上肢抬举助力装置中，所述弹簧储能装置为气弹簧连杆。

上述上肢抬举助力装置中，还包括，弹性绑带，用于将所述杆一的第二端和/或所述杆二的第一端连接于肩膀附近。

可选择地，上述上肢抬举助力装置中，所述杆一和/或杆二长度可调节。

可选择地，上述上肢抬举助力装置中，所述手臂托板为弧形托板，所述手臂托板与所述手臂托杆的铰接点位于弧形托板的底部。

上述上肢抬举助力装置中，还包括助力力度调节装置，所述助力力度调节装置与所述助力装置连接。

可选择地，所述助力力度调节装置包括，推力轴承，其与所述换能器连接；螺母，其固定于靠近所述杆一的第一端处；螺杆，其一端与所述推力轴承连接，其另一端与所述螺母配合。

本实用新型技术方案，具有如下优点：本实用新型上肢抬举助力装置结构简单，通过底座关节、杆一、杆二、手臂托杆、手臂托板的相互连接，实现与人体上肢相连的6自由度机械臂，自由度高，灵活可靠；采用凸轮结构，手臂自然下垂时，换能器对凸轮的作用力过凸轮的轴心，因此不会产生偏心力，即在胸部以下的非工作区间，助力装置不会对手臂产生作用力，手臂自由摆动无影响，提高了无托举动作时的舒适度；手臂抬起时，本实用新型上肢抬举助力装置对手臂助力的大小可以通过改变凸轮轮廓实现灵活调节，从而适应不同工作种类的需求；穿戴快捷简便，易上手；造价低，降低了装置使用成本，有利于大规模工业化普及实用；重量轻，减轻了装置自重带来的额外负担；穿戴舒适度高；进一步地，本实用新型提供的凸轮助力装置有别于传统助力装置受力支撑点分布于肩部及腰部，本实用新型上肢抬举助力装置受力支撑点分布于腰部，避免长时间使用引起使用者肩部不适。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的上肢抬举助力装置应用于人体的示意图；

图2为上肢抬举助力装置的结构示意图；

图3为手臂托板的结构示意图；

图4为底座关节结构示意图一；

图5为底座关节结构示意图二；

附图标记说明：

1-底座关节；11-皮带底座；12-调整按钮；13-皮带定位销；2-杆一；20-壳体；26-关节轴承杆；261-球头；3-杆二；31-凸轮；311-轴心；4-手臂托杆；5-手臂托板；6-背带；61-弹性绑带；7-腰带；8-换能装置；81-换能器；82-滚动轴承；83-推力轴承；84-螺杆；85-螺母。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，下面所描述的本实用新型不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1、图2所示的上肢抬举助力装置的一种具体实施方式，包括：底座关节1，适于固定在人的腰带或者躯干上；杆一2，其第一端与所述底座关节1连接，并且相对于所述底座关节1具有沿空间三个不同方向旋转的自由度，或为了适应杆一2的自由活动，所述杆一2相对于底座关节1具有三个旋转自由度的基础上，杆一2和底座关节1整体还可具有一个或多个的相对于所述底座关节1的平移自由度；杆二3，所述杆二3的第一端与所述杆一2的第二端铰接，至少具有绕杆一2和杆二3的铰接轴旋转的一个自由度；所述杆一2的第二端内设有换能器81，所述换能器81的顶端具有轴承82；所述杆二3的第一端固设一凸轮31，所述凸轮31的轴心311与所述杆二3、杆一2的铰接点重合，也就是说，所述杆二3通过其端部的凸轮31与所述杆一2铰接；所述轴承82与所述凸轮31的曲面抵接；

手臂托杆4，其与所述杆二3的第二端铰接，至少具有绕手臂托杆4和杆二3的铰接轴旋转的一个自由度；手臂托板5，适于固定在人体上肢上，所述手臂托板5与所述手臂托杆4铰接，至少具有绕手臂托板5和手臂托杆4的铰接轴旋转的一个自由度。

可选择地，上述轴承82可以是滚动轴承，也可以是滑动轴承。

上肢抬举助力装置具体的工作模式如下：如图2所示，当穿戴者手臂自然下垂时，换能器81对凸轮31的作用力过凸轮31的轴心311，因此不会产生偏心力。

当穿戴者手臂向上托举重物时，轴承82沿凸轮31的曲面移动，随着轴承82中心到凸轮31中心距离的变化，换能器81受到挤压，换能器81对凸轮31的作用力方向变为不过凸轮31的轴心311，产生偏心力，进而阻碍手臂下摆，即可对手臂产生向上托举的力。

当托举动作结束时，穿戴者手臂向下逐渐恢复到自然下垂状态，轴承82中心到凸轮31中心距离逐渐减小，换能器81对凸轮31的作用力恢复为过凸轮31的轴心311，偏心力消失；另外，凸轮31轮廓结构的两个极限转动位置附近，其轮廓结构具有使凸轮反向转动的趋势，起到在极限位置的缓冲，限位及对人身体保护的作用。

采用上述凸轮31结构，在胸部以下的非工作区间，助力装置不会对手臂产生作用力，手臂自由摆动无影响，提高了无托举动作时的舒适度；

本实用新型上肢抬举助力装置结构简单，通过底座关节、杆一、杆二、手臂托杆、手臂托板的相互连接，实现与人体上肢相连的6自由度机械臂，自由度高，灵活可靠；采用凸轮结构，手臂自然下垂时，换能器对凸轮的作用力过凸轮的轴心，因此不会产生偏心力，即在胸部以下的非工作区间，助力装置不会对手臂产生作用力，手臂自由摆动无影响，提高了无托举动作时的舒适度；手臂抬起时，本实用新型上肢抬举助力装置对手臂助力的大小可以通过改变凸轮轮廓实现灵活调节，从而适应不同工作种类的需求；穿戴快捷简便，易上手；造价低，降低了装置使用成本，有利于大规模工业化普及实用；重量轻，减轻了装置自重带来的额外负担；穿戴舒适度高；并且有别于传统助力装置受力支撑点分布于肩部及腰部，本实用新型上肢抬举助力装置受力支撑点分布于腰部，避免长时间使用引起使用者肩部不适。

本实用新型对底座关节1固定在人的腰带或者躯干上的方式不做具体限定。为了提高舒适度，作为优选，可以在与腰部或者躯干接触处设置软质垫片。

作为优选，所述杆一2的第二端具有一壳体20，所述壳体20内具有空腔；所述凸轮31和所述换能器81的至少一部分设于所述空腔内；所述杆二3的第一端通过所述凸轮31的轴心311与所述壳体20铰接。壳体20对换能器81和凸轮31起到保护作用。

作为优选，为了降低轴承82和凸轮31之间的摩擦阻力，所述壳体20的空腔内可以加入润滑介质，优选为润滑油。

为实现三个方向的自由度，底座关节1优选为关节轴承或平衡环架。

作为优选，所述底座关节1包括皮带底座11、底部的调整按钮12以及皮带定位销13，其中按动调整按钮12时，皮带定位销13由伸出状态变为缩回状态，此时，底座关节可以在腰带7上移动，进行位置的调整，调整完成后，皮带定位销13伸出，完成位置固定。其中，调整按钮12以公知的方式驱动皮带定位销13的伸缩，例如，可以是调整按钮驱动一楔形块上下运动，并且该楔形块的斜面可推动所述定位销的伸出及缩回。其中，所述杆一2的第一端具有关节轴承杆26，关节轴承杆26的端部设置有球头261，其与皮带底座11可转动连接。

本实用新型的助力装置包括所有的能够实现能量的存储与释放的装置，本领域技术人员可以知晓，用于抵消人手臂在运动过程中所产生的能耗的助力装置，在手臂抬起时，处于能量释放阶段；可选择地，换能器81为弹簧储能装置、气压装置、液压装置、或电动装置。其中，气压装置可选择为气缸、气囊等本领域可选择的气压助力装置；液压装置可选择为液压缸等本领域可选择的液压助力装置；以及，上述气压装置或液压装置也均可设置外接泵等主动助力装置，以实现主动助力；所述电动助力装置，可选择为电机驱动，其对电机种类亦不作具体限定。

本实施例中，采用气弹簧连杆作为弹簧储能装置。作为其他替换实施方式，弹簧储能装置还可以为绳轮加弹簧、不规则形状弹簧或其他形式的弹簧结构。

为了防止杆一2和/或杆二3动作幅度过大，不贴和人体，作为优选，还包括，弹性绑带61，用于将所述杆一2的第二端和/或所述杆二3的第一端连接于背带6的肩膀附近。

为了提高装置适配度，杆一2和/或杆二3为长度可调节结构，以针对不同身高、臂展的使用者灵活调节。可调节结构具体可以为伸缩杆。

另外，可选择地，如图2所示，还包括助力力度调节装置，所述助力力度调节装置与所述换能器81连接。所述助力力度调节装置包括，推力轴承83，其与所述换能器81连接；螺母85，其固定于靠近所述杆一2的第一端处；螺杆84，其一端与所述推力轴承连接，其另一端与所述螺母85配合。可通过旋转螺杆84调整换能器81(例如可以是气弹簧)的初始长度，获得不同的作用力。此时，所述换能器81、滚动轴承82、推力轴承83、螺杆84及螺母85共同组成换能装置8。

如图3所示，所述手臂托板5为弧形托板，所述手臂托板5与所述手臂托杆4的铰接点位于弧形托板的底部。

为了提高舒适度，作为优选，可以在手臂托板5内侧设置软质垫片。

本实用新型对各部件的材质不做具体限定，金属、皮革、有机复合材料等，只要能够满足各部件对强度和柔韧性的要求，均可以应用于本实用新型。为了减轻装置自重，优选采用皮革、有机复合材料替换金属部件。

实施例2

本实施例提供一种上肢抬举助力装置，与实施例1提供的上肢抬举助力装置的不同之处在于，所述杆二3的第一端内设有换能器，所述换能器的顶端具有滚动轴承；所述杆一2的第二端固设一凸轮，所述凸轮的轴心为所述杆二和杆一的铰接点，也就是说，所述杆一2通过其端部的凸轮与所述杆二3铰接。其同样通过底座关节、杆一、杆二、手臂托杆、手臂托板的相互连接，实现与人体上肢相连的6自由度机械臂；并且本实施例提供的换能器和凸轮结构，在手臂自然下垂时，助力储能装置换能器对凸轮的作用力过凸轮的轴心，因此亦不会产生偏心力，即在胸部以下的非工作区间，换能器不会对手臂产生作用力，手臂自由摆动无影响，提高了无托举动作时的舒适度。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种上肢抬举助力装置，其特征在于，包括：

底座关节(1)，适于设置在人的腰带或者躯干上；

杆一(2)，其第一端与所述底座关节(1)连接，并且相对于所述底座关节(1)具有沿空间三个不同方向旋转的自由度；

杆二(3)，所述杆二(3)的第一端与所述杆一(2)的第二端铰接；

所述杆一(2)的第二端内设有换能器(81)，所述换能器(81)的顶端具有轴承(82)；所述杆二(3)的第一端固设一凸轮(31)，所述凸轮(31)的轴心(311)与所述杆二(3)、杆一(2)的铰接点重合；

或者，所述杆二(3)的第一端内设有换能器(81)，所述换能器(81)的顶端具有轴承；所述杆一(2)的第二端固设一凸轮，所述凸轮的轴心与所述杆二、杆一的铰接点重合；

所述轴承(82)与所述凸轮(31)的曲面抵接；

手臂托杆(4)，其与所述杆二(3)的第二端铰接；

手臂托板(5)，适于固定在人体上肢上，所述手臂托板(5)与所述手臂托杆(4)铰接。

2.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述杆一(2)的第二端具有一壳体(20)，所述壳体(20)内具有空腔；

所述凸轮(31)和所述换能器(81)的至少一部分设于所述空腔内；

所述杆二(3)的第一端通过所述凸轮(31)的轴心(311)与所述壳体(20)铰接。

3.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述底座关节(1)为关节轴承或平衡环架。

4.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述换能器(81)为弹簧储能装置、或气压装置、或液压装置、或电动助力装置。

5.根据权利要求4所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述弹簧储能装置为气弹簧连杆。

6.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，还包括，弹性绑带(61)，用于将所述杆一(2)的第二端和/或所述杆二(3)的第一端连接于肩膀附近。

7.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述杆一(2)和/或杆二(3)长度可调节。

8.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述手臂托板(5)为弧形托板，所述手臂托板(5)与所述手臂托杆(4)的铰接点位于弧形托板的底部。

9.根据权利要求1所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，该上肢助力装置还包括助力力度调节装置，所述助力力度调节装置与所述换能器(81)连接。

10.根据权利要求9所述的上肢抬举助力装置，其特征在于，所述助力力度调节装置包括，

推力轴承(83)，其与所述换能器(81)连接；

螺母(85)，其固定于靠近所述杆一(2)的第一端处；

螺杆(84)，其一端与所述推力轴承连接，其另一端与所述螺母(85)配合。

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