CN219902167U - 一种穿戴式人体骨骼支撑装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种穿戴式人体骨骼支撑装置，包括躯干组件、手臂组件、髋部组件、腿部组件以及脚部组件，手臂组件的一端与躯干组件的侧边固定连接，髋部组件的上端与躯干组件的下端固定连接，腿部组件的上端与髋部组件的下端活动连接，脚部组件与腿部组件的下端活动连接，并在手臂组件和腿部组件以及脚部组件的关节处相应的设置有肘关节蓄力组件、膝关节蓄力组件、髋部蓄力组件和踝关节蓄力组件用于提升穿戴式人体骨骼支撑装置的运动强度，对于搬运等工作，具有良好的效果。

Description

一种穿戴式人体骨骼支撑装置

技术领域

本使用新型属于机械外骨骼技术领域，具体涉及一种穿戴式穿戴式人体骨骼支撑装置。

背景技术

外骨骼机器人是指套在人体外面的机器人，也称可穿戴的机器人，是融合传感、控制、信息、融合及移动计算，为作为操作者的人提供一种可穿戴机械机构的综合技术，它可以代替某些机械工具，适应更广泛的工作场合。比如发生地震时，交通瘫痪，此时外骨骼可以代替其他救援工具，展开快速高效的救援工作，动力外骨骼机构通过各类传感器来收集使用者的活动倾向信息，这些信息传递给信息处理器进行处理，然后再控制相应的机械部件完成特定的动作。

现有的外骨骼机器人一般结构较为复杂，常采用液压和气压作为动力，并且现如今的机械外骨骼批量生产，不具备调节大小的能力，不能很好的适应不同体型的穿戴者，因此，提供一种结构简单轻便，易于生产且可调节大小的外骨骼机器人，是现在需要解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种穿戴式人体骨骼支撑装置，旨在解决现有技术中外骨骼机器人结构复杂，且不能适应不用体型穿戴者的问题。

为解决上述问题，本实用新型采取了以下技术方案：

一种穿戴式人体骨骼支撑装置，可穿戴于人体外，其特征在于，包括：

躯干组件；

手臂组件，所述手臂组件有两个，镜像布置于所述躯干组件的两侧，两个所述手臂组件一端与躯干组件通过活动连接件连接，所述手臂组件可伸缩，所述手臂组件内设肘关节驱动部，所述手臂组件靠近所述躯干组件的一侧设有手臂内衬；

髋部组件，所述髋部组件的上端与所述躯干组件的下端固定连接；所述髋部组件内设髋部驱动部；

腿部组件，所述腿部组件有两个，两个所述腿部组件的一端与所述髋部组件的下端活动连接，所述腿部组件可伸缩，所述腿部组件内设膝关节驱动部，两个所述腿部组件相向一侧设有腿部内衬；

脚部组件，所述脚部组件一一对应所述腿部组件活动连接在所述腿部组件的另一端，所述脚部组件内设踝关节驱动部。

本实用新型的有益效果是，将手臂组件和腿部组件的长度设置为可调，并通过调节手臂组件和腿部组件的长度来适应不同体型的穿戴者，同时在人体重要关节处设置相应的驱动部，利用驱动部辅助穿戴者关节处的运动，以此来辅助穿戴者进行搬运等较大负重的活动。

进一步，所述躯干组件包括：

背部支撑板；

所述活动连接件为肩带，所述肩带与所述背部支撑板一面的上侧固定连接，两个所述手臂组件的一端各自与所述肩带的两端固定连接，所述髋部组件与所述背部支撑板的下端固定连接。

本使用新型进一步的有益效果为：将躯干组件简化，并保证其连接手臂和腿部的作用，设置肩带便于保护穿戴者前部。

进一步，所述手臂组件包括：

大臂支撑杆，所述大臂支撑杆与所述肩带固定连接

大臂伸缩杆，所述大臂伸缩杆一端套设与所述大臂支撑杆外侧并与所述大臂支撑杆滑动连接，所述大臂伸缩杆外壁连接有第一螺纹调节旋钮，所述第一螺纹调节旋钮可旋紧用于固定所述大臂伸缩杆和所述大臂支撑杆的相对位置；

其中，所述肘关节驱动部为肘关节蓄力组件，所述肘关节蓄力组件的安装端与大臂伸缩端杆另一端固定连接；

小臂支撑杆，所述小臂支撑杆的一端与所述肘关节蓄力组件的输出端固定连接；

本实用新型进一步的有益效果是，通过支撑杆和延伸杆的滑动连接，赋予了手臂调节长度的能力，并且利用肘关节蓄力组件在穿戴者肘关节的反复运动时，进行储能和释放，提高手臂组件的负重能力。

进一步，所述髋部组件包括：

腰部支撑板，所述腰部支撑板与所述背部支撑板下端固定连接；

髋部蓄力组件固定板，所述髋部蓄力组件固定板有两块，相对布置在腰部支撑板下方两侧处，与所述腰部支撑板活动连接；

其中，髋部驱动部为髋部蓄力组件，所述髋部蓄力组件与所述髋部蓄力组件固定板一一对应，且安装端与所述髋部蓄力组件固定块下端固定连接；

股骨安装板，所述股骨安装板与所述髋部蓄力组件意义对应，且与所述髋部蓄力组件的输出端固定连接。

本实用新型进一步的有益效果是，通过设置髋部蓄力组件，在穿戴者弯腰或下蹲时进行储能，在起身时进行释放，以达到省力的效果。

进一步，所述腿部组件包括：

股骨支撑杆，所述股骨支撑杆与所述股骨安装板一一对应，且其上端与所述股骨安装板下端固定连接；

股骨伸缩杆，所述股骨伸缩杆与所述股骨支撑杆一一对应，且其上端套在所述股骨支撑杆自由端外侧并与所述股骨支撑杆滑动连接，所述股骨伸缩杆外壁连接有第二螺纹调节旋钮，所述第二螺纹调节旋钮可旋紧用于固定所述股骨伸缩杆和所述股骨支撑杆的相对位置；

其中，膝关节驱动部为膝关节蓄力组件，所述膝关节蓄力组件与所述股骨伸缩杆一一对应，且其安装端与所述股骨伸缩杆下端固定连接；

胫骨支撑杆，所述胫骨支撑杆与所述膝关节蓄力组件一一对应，且其上端与所述膝关节蓄力组件的输出端固定连接。

本实用新型进一步的有益效果是，同样利用支撑杆和伸缩杆的滑动连接赋予腿部组件长度可调的能力，并通过设置膝关节蓄力组件，配合髋部蓄力组件，在穿戴者弯腰或下蹲时进行储能，在起身时进行释放，以达到省力的效果。

进一步，所述脚部组件包括：

踝关节安装板，所述踝关节安装板与所述胫骨支撑杆一一对应，且与所述胫骨支撑杆的下端固定连接；

其中，踝关节驱动部为踝关节蓄力组件，所述踝关节蓄力组件与所述踝关节安装板一一对应，且其安装端与所述踝关节安装板固定连接；

脚底连接板，所述脚底连接板与所述踝关节蓄力组件一一对应，且与所述踝关节蓄力组件的输出端固定连接；

脚底支撑板，所述脚底支撑板与所述脚底连接板一一对应，且与所述脚底连接板下端固定连接；

弹性复位件，所述弹性复位件一端连接所述踝关节安装板，另一端连接所述脚底连接板。

本实用新型进一步的有益效果是，通过踝关节蓄力组件，和弹性复位件，使穿戴者在行走时将身体前倾向下的压力储蓄并在前进时向上反馈，已达到在穿戴者行走时省力的效果。

进一步，所述肘关节蓄力组件、髋部蓄力组件、膝关节蓄力组件和踝关节蓄力组件均为机械能的蓄力组件。

进一步，所述背部支撑版远离人体的一面设置有置物平台。

进一步，所述脚底支撑板上设置有橡胶垫。

进一步，肘关节驱动部为电机，所述电机的安装端与所述大臂伸缩杆的自由端固定连接，所述电机的输出轴为水平方向且与人体侧面平行，所述电机的输出轴侧面固定连接所述小臂支撑杆。

本实用新型所提供的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，结构简单，利用多个关节处的蓄力组件，在人体活动式将关节反复运动时，不断进行储能和释放，一达到省力的目的，无需复杂的液压系统或气压系统，并且手臂和腿部的长度可调。可以适应不同体型的穿戴者。

附图说明

图1为本实用新型提供的一种穿戴式人体骨骼支撑装置的轴向立体图；

图2为本实用新型提供的一种穿戴式人体骨骼支撑装置的主视图；

图3为本实用新型提供的一种穿戴式人体骨骼支撑装置的侧视图。

附图标记

1、躯干组件；100、背部支撑板；101、肩带；

2、手臂组件；200、大臂支撑杆；201、大臂伸缩杆；202、肘关节蓄力组件；203、小臂支撑杆；204、手臂内衬；

3、髋部组件；300、腰部支撑板；301、腰部固定块；302、髋部蓄力组件；303、股骨安装板；

4、腿部组件；400、股骨支撑杆；401、股骨伸缩杆；402、膝关节蓄力组件；403、胫骨支撑杆；404、腿部内衬；

5、脚部组件；500、踝关节安装板；501、踝关节蓄力组件；502、脚底连接板；503、脚底支撑板；504、弹性复位件；

6、置物平台。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，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作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。

参阅图1至图3所示的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，包括躯干组件1，手臂组件2，髋部组件3，腿部组件4和脚部组件5，并在手臂组件2、髋部组件3、腿部组件4和脚部组件5的关节处，相应的设置有肘关节蓄力组件202、髋部蓄力组件302、膝关节蓄力组件402和踝关节蓄力组件501，蓄力组件采用机械领域中常见的机械能的蓄力组件，一般为具有弹性复位结构的蓄力组件，蓄力组件包括接收部，储能部和释放部，接收部对接力的来源，可以在外力的作用下产生运动，接收部活动连接储能部，接收部将外力传递给储能部，储能部一般为弹性件，利用弹性件的弹性势能储存能量，最后通过释放部释放，将其应用在本发明中，可以将关节处在反复运动时第一个动作产生的一部分力储存，并在下一个动作中释放，以下蹲为例，下蹲时，膝关节弯曲，膝关节蓄力组件中可设置涡轮、轴承等转动结构，将人体重力施加给膝关节蓄力组件的力，在涡轮、轴承的转动过程中传递给弹簧，压缩弹簧完成储能，并在起身时完成释放，起到省力的效果。

躯干组件1，主要包括一块背部支撑板100，在背部支撑板100一面上部，螺栓固定有两条肩带101，每条肩带101具体一端为安装端，另一端延伸出适配人体肩部的弯折，并且在弯折顶部各自连接一块过渡板用于连接手臂组件2，背部支撑板100的下方螺栓连接髋部组件3，髋部组件3下方活动连接腿部组件4。

手臂组件2包括套设在一起的大臂支撑杆200和大臂伸缩杆201，大臂支撑杆200的一端与过渡板螺栓连接，另一端外侧则套接大臂伸缩杆201，大臂伸缩杆201可沿大臂支撑杆200外侧滑动，调节旋钮螺栓连接在大臂伸缩杆201外壁，通过调节旋钮的松开与固定可调整大臂伸缩杆201和大臂支撑杆200的相对位置，从而达到调整大臂长度的效果，大臂伸缩杆201远离肩带的一端安装有肘关节蓄力组件202，肘关节蓄力组件202的输出端安装有小臂支撑杆203，通过肘关节蓄力组件202，可保证小臂支撑杆203在一定范围内旋转并且额外增加小臂支撑杆203的负重能力，小臂支撑杆远离肘关节蓄力组件202的末端安装有手掌套和机械指节，人手进入手掌套后可顺利驱动机械指节活动。

髋部组件3包括腰部支撑板300、腰部固定板301、髋部蓄力组件302和股骨安装板303，腰部支撑板300螺栓连接在背部支撑板100下端，在腰部支撑板300下端的两侧各安装一个腰部固定板301，腰部固定板301下方安装髋部蓄力组件302，髋部蓄力组件302的输出端各螺栓连接一块股骨安装板303，髋部蓄力组件302保证穿戴式人体骨骼支撑装置可以进行向下的运动，包括弯腰及下蹲，为了保证穿戴的舒适度，还可在腰部支撑板内侧设置护垫。

腿部组件4包括股骨支撑杆400、股骨伸缩杆401、膝关节蓄力组件402和胫骨支撑杆403，股骨支撑杆400和股骨伸缩杆401的连接方式与大臂支撑杆200和大臂伸缩杆201相同，通过滑动连接的方式，可以保证股骨的长度可调，从而适应不同体型的穿戴者，膝关节蓄力组件402连接股骨伸缩杆401和胫骨支撑杆400，通过膝关节蓄力组件402可以使穿戴者下蹲后轻松的抱起重物。

脚部组件5包括踝关节安装板500、踝关节蓄力组件501、脚底连接板502、脚底支撑板503和弹性复位件504，弹性复位件504可选择弹簧，通过弹簧和踝关节蓄力组件204，可以做到在穿戴者走路时将身体重心前移提供的向下压力在脚部向上抬起时反馈，使穿戴者在走路时更省力。

为了进一步优化使用效果，在背部支撑板100的背面还可以设置有置物平台6。

为了进一步优化使用效果，还可以将肘关节蓄力组件202直接替换为电机，电机的输出轴为水平方向且与人体侧面平行，并且电机的输出轴侧面固定连接小臂支撑杆，可以直接模拟出小臂的抬起与放下，通过替换电机可以赋予外骨骼搬运重物的能力。

为了进一步优化使用体验，可以再脚底支撑板503上设置橡胶垫。

为了进一步优化使用体验，可以在手臂和腿部的内衬内侧设置软垫。

为进一步优化使用体验，在小臂支撑杆203和胫骨支撑杆403外侧也可设置相应的伸缩杆，以调节小臂和小腿的长度。

本实用新型的穿戴方法为：根据穿戴者的身体调整好手臂组件和腿部组件至合适的长度，穿戴者双脚站立于脚底支撑板上，双臂进入手臂组件的内衬并调整至合适大小，保证肩带压紧穿戴者双肩，双腿进入腿部组件的内衬并调整至合适的大小，双手进入手部组件并和机械指节与手掌套贴合，保证手指可以轻松驱动机械指节。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，包括：

躯干组件(1)；

可伸缩的手臂组件(2)，所述手臂组件有两个，镜像布置于所述躯干组件(1)的两侧，两个所述手臂组件(2)一端与躯干组件(1)通过活动连接件连接，所述手臂组件(2)内设有肘关节驱动部，所述手臂组件(2)靠近所述躯干组件(1)的一侧设有手臂内衬(204)；

髋部组件(3)，所述髋部组件(3)的上端与所述躯干组件(1)的下端固定连接；所述髋部组件(3)内设有髋部驱动部；

可伸缩的腿部组件(4)，所述腿部组件(4)有两个，两个所述腿部组件(4)的上端与所述髋部组件(3)的下端活动连接，所述腿部组件(4)内设有膝关节驱动部，两个所述腿部组件(4)相向一侧设有腿部内衬(404)；

脚部组件(5)，所述脚部组件(5)一一对应所述腿部组件(4)活动连接在所述腿部组件(4)的下端端，所述脚部组件(5)内设踝关节驱动部。

2.根据权利要求1所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述躯干组件(1)包括背部支撑板(100)；

所述活动连接件为肩带(101)，所述肩带(101)与所述背部支撑板(100)一面的上侧固定连接，两个所述手臂组件(2)的一端各自与所述肩带(101)的两端固定连接，所述髋部组件(3)与所述背部支撑板(100)的下端固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述手臂组件(2)包括：

大臂支撑杆(200)，所述大臂支撑杆(200)与所述肩带(101)固定连接；

大臂伸缩杆(201)，所述大臂伸缩杆(201)一端套设于所述大臂支撑杆(200)外侧并与所述大臂支撑杆(200)滑动连接，所述大臂伸缩杆(201)外壁连接有第一螺纹调节旋钮，所述第一螺纹调节旋钮旋紧用于固定所述大臂伸缩杆(201)和所述大臂支撑杆(200)的相对位置；

其中，所述肘关节驱动部为肘关节蓄力组件(202)，所述肘关节蓄力组件(202)的安装端与大臂伸缩杆(201)另一端固定连接；

小臂支撑杆(203)，所述小臂支撑杆(203)的一端与所述肘关节蓄力组件(202)的输出端固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述髋部组件(3)包括：

腰部支撑板(300)，所述腰部支撑板(300)与所述背部支撑板(100)下端固定连接；

髋部蓄力组件固定板(301)，所述髋部蓄力组件固定板(301)有两块，相对布置在腰部支撑板(300)下方两侧处，与所述腰部支撑板(300)活动连接；其中，所述髋部驱动部为髋部蓄力组件(302)，所述髋部蓄力组件(302)与所述髋部蓄力组件固定板(301)一一对应，且安装端与所述髋部蓄力组件固定,板(301)下端固定连接；

股骨安装板(303)，所述股骨安装板(303)与所述髋部蓄力组件(302)一一对应，且与所述髋部蓄力组件(302)的输出端固定连接。

5.根据权利要求4所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述腿部组件(4)包括：

股骨支撑杆(400)，所述股骨支撑杆(400)与所述股骨安装板(303)一一对应，且上端与所述股骨安装板(303)下端固定连接；

股骨伸缩杆(401)，所述股骨伸缩杆(401)与所述股骨支撑杆(400)一一对应，且其上端套在所述股骨支撑杆(400)自由端外侧并与所述股骨支撑杆(400)滑动连接，所述股骨伸缩杆(401)外壁连接有第二螺纹调节旋钮，所述第二螺纹调节旋钮可旋紧用于固定所述股骨伸缩杆(401)和所述股骨支撑杆(400)的相对位置；

其中，所述膝关节驱动部为膝关节蓄力组件(402)，所述膝关节蓄力组件(402)与所述股骨伸缩杆(401)一一对应，且其安装端与所述股骨伸缩杆(401)下端固定连接；

胫骨支撑杆(403)，所述胫骨支撑杆(403)与所述膝关节蓄力组件(402)一一对应，且其上端与所述膝关节蓄力组件(402)的输出端固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述脚部组件(5)包括：

踝关节安装板(500)，所述踝关节安装板(500)与所述胫骨支撑杆(403)一一对应，且与所述胫骨支撑杆(403)的下端固定连接；

其中，所述踝关节驱动部为踝关节蓄力组件(501)，所述踝关节蓄力组件(501)与所述踝关节安装板(500)一一对应，且其安装端与所述踝关节安装板(500)固定连接；

脚底连接板(502)，所述脚底连接板(502)与所述踝关节蓄力组件(501)一一对应，且与所述踝关节蓄力组件(501)的输出端固定连接；

脚底支撑板(503)，所述脚底支撑板(503)与所述脚底连接板(502)一一对应，且与所述脚底连接板(502)下端固定连接；

弹性复位件(504)，所述弹性复位件(504)一端连接所述踝关节安装板(500)，另一端连接所述脚底连接板(502)。

7.根据权利要求3-6任意一项所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述肘关节蓄力组件(202)、髋部蓄力组件(302)、膝关节蓄力组件(402)和踝关节蓄力组件(501)均为机械能的蓄力组件。

8.根据权利要求2所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述背部支撑板(100)远离人体的一面设置有置物平台(6)。

9.根据权利要求6所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述脚底支撑板(503)上设置有橡胶垫。

10.根据权利要求3所述的一种穿戴式人体骨骼支撑装置，其特征在于，所述肘关节驱动部为电机，所述电机的安装端与所述大臂伸缩杆(201)的自由端固定连接，所述电机的输出轴为水平方向且与人体侧面平行，所述电机的输出轴侧面固定连接所述小臂支撑杆(203)。