CN220408727U - 一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及人力辅助机械结构领域，尤其涉及一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，包括穿戴背心、两个壳体和两个手套组件，壳体内部设有弹性蓄能结构、减速机构和传动部件，弹性蓄能结构固定于壳体内部，减速机构的输入端与弹性蓄能结构连接；弹性蓄能结构包括卷簧和固定座，固定座安装于壳体上，卷簧的一端与固定座连接，另一端与减速机构的输入端连接；传动部件包括带盘和传动带，带盘固定于壳体内部，传动轴的输出端与带盘连接。本实用新型用于辅助人工对重物进行搬运，利用卷簧作为蓄能机构，可以实现持续对工人搬重物时进行力量辅助的目的；在不需要电能和环境恶劣的情况下，都可以实现连续的搬运。

Description

一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼

技术领域

本实用新型涉及人力辅助机械结构领域，具体为一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼。

背景技术

当今的物流运输和物资搬运可通过各种交通工具来进行，但是在一些特殊的工作场所仍然需要人来搬运或移动重物。工厂，超市和商场等场所是人力搬运使用最频繁的地方。然而人体由于自身结构的限制，人长期搬运的能力有限,很容易产生肌肉疲劳，并且这种长期的体力劳动会对人体健康造成损害，为此提出辅助人力搬运的外骨骼装置。

现今多数的助力外骨骼采用有源的方式，通过电机驱动，气压和液压等动力源为外骨骼提供动力，增强力量来达到辅助搬运的效果。有源外骨骼虽然能够显著提高助力效果，但是由于电机电池，液压缸等动力源的增加，使得大多数有源外骨骼本身重量大，成本较高，设计复杂。搬运能力也受到动力源的限制，在电池等能量耗尽的情况下，自身又会带来搬运负担，并且难以在环境恶劣的条件下使用。

实用新型内容

针对现有技术中恶劣环境中外骨骼装置受到动力源电源能量限制的问题，本实用新型提供一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，可用于辅助人体对重物搬运，能够有效降低搬运工作对人体健康造成的危害，提高工作效率。

本实用新型是通过以下技术方案来实现：

一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，包括穿戴背心、两个壳体和两个手套组件，壳体与手套组件一一对应，壳体设置于穿戴背心的背部外侧，壳体内部设有弹性蓄能结构、减速机构和传动部件，弹性蓄能结构固定于壳体内部，减速机构的输入端与弹性蓄能结构连接；

弹性蓄能结构包括卷簧和固定座，固定座安装于壳体上，卷簧的一端与固定座连接，另一端与减速机构的输入端连接；

传动部件包括带盘和传动带，带盘固定于壳体内部，传动轴的输出端与带盘连接；传动带的一端与带盘连接，并绕设于带盘外侧，另一端贯穿壳体与手套组件连接。

优选的，壳体包括外壳和底板，外壳固定于底板上，固定座设置于底板上。

优选的，减速机构包括第一转动轴、第二转动轴、第一传动齿轮和第二传动齿轮，第一传动齿轮和第二传动齿轮分别通过第一转动轴和第二转动轴转动设置于壳体内部，第一传动齿轮与第二传动齿轮啮合，第一转动轴的输入端与卷簧远离固定座的一端连接，第二转动轴的输出端与带盘连接。

优选的，第一传动齿轮的直径小于第二传动齿轮的直径。

优选的，壳体上开设有带槽，传动带的贯穿端由带槽伸出壳体内部。

优选的，壳体内部还设有导向结构，导向机构包括两个相对设置的滚轮，两个滚轮之间留有缝隙，缝隙的长度轴线与带槽的长度轴线平行，传动带的水平依次穿过缝隙和带槽伸出壳体内部。

优选的，穿戴背心的肩部设有与肩部配合的肩座，肩座从穿戴背心背部到前部开设有引导槽，传动带远离带盘的一端贯穿引导槽与手套组件连接。

优选的，手套组件包括手套本体、上部卡扣、下部卡扣和称重带，传动带伸出壳体的一端穿过肩座和上部卡扣连接，下部卡扣与承重带上端连接，承重带下端与手套本体连接；上部卡扣与下部卡扣配合。

优选的，还包括设置于肩座前部的预紧机构，预紧机构包括预紧盖、锁紧块、扭簧、预紧底座、弹簧、和预紧拉块，预紧底座与肩座连接，预紧底座与预紧盖配合形成空心的锁紧外壳，预紧盖上开设有供传动带穿过的凹槽，锁紧块包括连接的锯齿块和配合条，锯齿块通过扭簧转动设置于预紧盖内侧，配合条上设有锁定槽，拉块与锁定槽卡接配合；拉块滑动设置于预紧盖上，拉块的滑动轴线与传动带的长度轴线平行，拉块的长度轴线与传动带的传动轴线垂直；弹簧的一端与预紧盖内侧连接，另一端与拉块连接，弹簧的伸缩方向与传送带的伸缩方向相同；拉块的一端伸出预紧盖，拉块与锯齿块的侧面配合；锁紧时，锯齿块的锯齿与传动带接触，弹簧处于伸长状态，扭簧处于压缩状态，拉块与锁定槽卡接。

优选的，预紧底座上开设有让位槽，锁紧时，配合条位于让位槽中。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼用于辅助人工对重物进行搬运，避免因为长期负重工作导致肩部肌肉损伤，腰椎劳损等疾病，并采用人体工程学对外骨骼进行结构设计使其满足人体运动的灵活性；利用卷簧作为蓄能机构，可以实现持续对工人搬重物时进行力量辅助的目的；使用齿轮减速机构，卷簧在释放力的过程中通过第一传动齿轮带动第二传动齿轮能够起到一定的省力作用；在不需要电能和环境恶劣的情况下，都可以实现连续的搬运。同时，具有易于穿戴的人体上肢外骨骼质量轻成本低结构设计简单而巧妙的优点。

人穿戴外骨骼在搬运重物时，舒展上肢带动传动带伸长时，传动带带动齿轮减速机构使卷簧收缩达到蓄力效果；当在抬起重物上肢弯曲时，卷簧舒张带动齿轮减速机构使传动带收缩，传动带带动手向上抬起达到助力效果，辅助人体对重物搬运，能够有效降低搬运工作对人体健康造成的危害，提高工作效率。

附图说明

图1为本实用新型一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼的整体示意图；

图2为本实用新型中减速机构的示意图；

图3为本实用新型中肩座与传动带的配合示意图；

图4为本实用新型中预紧机构的爆炸示意图；

图5为本实用新型中锁紧块的示意图；

图6为本实用新型中手套组件的爆炸示意图。

图中，1、壳体；2、底板；3、卷簧；4、第一传动齿轮；5、第二传动齿轮；6、导向机构；7、传动带；8、肩座；9、穿戴背心；10、预紧机构；11、下部卡扣；12、手套本体；101、预紧盖；102、第一轴销；103、锁紧块；1031、锯齿块；1032、配合条；1033、锁紧槽；104、扭簧；105、预紧底座；106、弹簧；107、第二轴销；108、拉块。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本实用新型做进一步的详细说明，所述是对本实用新型的解释而不是限定。

在货物搬运等场所，由于环境复杂，普遍依靠人力搬运，长期的体力劳动不仅影响工作效率并且会对人体健康造成危害；当前的有源外骨骼本身重量太大并且造价昂贵不能普遍使用。

本实用新型公开了一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，参照图1，包括一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，包括穿戴背心9、两个壳体1和两个手套组件，壳体1与手套组件一一对应，壳体1设置于穿戴背心9的背部外侧，壳体1包括外壳和底板2，外壳固定于底板2上，固定座设置于底板2上。

壳体1内部设有弹性蓄能结构、减速机构和传动部件，弹性蓄能结构固定于壳体1内部，减速机构的输入端与弹性蓄能结构连接；

弹性蓄能结构包括卷簧3和固定座，固定座安装于壳体1上，卷簧3的一端与固定座连接，另一端与减速机构的输入端连接；参照图2，减速机构包括第一转动轴、第二转动轴、第一传动齿轮4和第二传动齿轮5，第一传动齿轮4和第二传动齿轮5分别通过第一转动轴和第二转动轴转动设置于壳体1内部，第一传动齿轮4与第二传动齿轮5啮合，第一转动轴的输入端与卷簧3远离固定座的一端连接，第二转动轴的输出端与带盘连接，第一传动齿轮4的直径小于第二传动齿轮5的直径。

传动部件包括带盘和传动带7，带盘固定于壳体1内部，传动轴的输出端与带盘连接；传动带7的一端与带盘连接，并绕设于带盘外侧，另一端贯穿壳体1与手套连接。

壳体1上开设有带槽，传动带7的贯穿端由带槽伸出壳体1内部。壳体1内部还设有导向结构，导向机构6包括两个相对设置的滚轮，两个滚轮之间留有缝隙，缝隙的长度轴线与带槽的长度轴线平行，传动带7的水平依次穿过缝隙和带槽伸出壳体1内部。本实施例中带槽呈T型，传动带7在外部穿过肩座8的T型槽使传动带7避免与人体直接接触，减轻对肩部的压力。

当传送带向外伸长时，传动带7翻转后通过导引机构的两个滚轮中间，带动齿轮减速机构转动，卷簧3收缩，开始蓄力；当传动带7上的力变小，卷簧3舒张，带动齿轮减速机构逆向转动，传动带7开始向内收缩。

参照图3，还包括设置于穿戴背心9的肩部的肩座8，用于与肩部配合，肩座8从穿戴背心9背部到前部开设有引导槽，传动带7远离带盘的一端贯穿引导槽与手套组件连接。

肩座8上设有预紧机构10，参照图4、5，预紧机构10包括预紧盖101、锁紧块103、扭簧104、预紧底座105、弹簧106、和预紧拉块108，预紧底座105与肩座8连接，预紧底座105与预紧盖101配合形成空心的锁紧外壳，预紧盖101上开设有供传动带7穿过的凹槽，锁紧块103包括连接的锯齿块1031和配合条1032，锯齿块1031通过扭簧104转动设置于预紧盖101内侧，本实施例中预紧盖101内部设有第一轴销102，扭簧104和锯齿块1031套设于第一轴销102上，扭簧104被锯齿块1031压设，配合条1032上设有锁定槽，拉块108与锁定槽卡接配合。

拉块108滑动设置于预紧盖101上，拉块108的滑动轴线与传动带7的长度轴线平行，拉块108的长度轴线与传动带7的传动轴线垂直；弹簧106的一端与预紧盖101内侧连接，另一端与拉块108连接，本实施例中拉块108与预紧盖101之间设有第二轴销107，弹簧106套设于第二轴销107上，弹簧106的两端端面分别于拉块108和预紧盖101相接触，弹簧106的伸缩方向与传送带的伸缩方向相同；拉块108的一端伸出预紧盖101，拉块108与锯齿块1031的侧面配合；锁紧时，锯齿块1031的锯齿与传动带7接触，弹簧106处于伸长状态，扭簧104处于压缩状态，拉块108与锁定槽卡接。

当处于锁紧状态时，拉块108卡在配合条1032中部的锁紧槽1033里，锯齿块1031将传动带7压紧的。需要将传动带7预紧时，沿弹簧106压缩方向滑动拉块108，拉块108与锁紧槽1033分离，压在传动带7上的锯齿块1031就会松动，然后向下拉传动带7拉动一段距离。松开拉块108，拉块108在弹簧106的作用下重新卡在锁紧槽1033，同时，锯齿块1031在扭簧104作用下就会重新将带子锁紧。

为使传动带7保持一定程度的张力，将传动带7向外拉伸一段距离使得卷簧3收缩一定程度，为使松手后传动带7不向壳体1收缩。拉动拉块108沿弹簧106的收缩方向，使拉动块上的斜面与锯齿块1031上的凹槽分离，抬动锯齿块1031的配合条1032，使压在传动带7上的锯齿与传动带77分离，就可将传动带7穿过预紧盖101的凹槽拉出一段预紧距离，然后松开手，拉动块在弹簧106的作用下回到原来位置同时锯齿块1031在扭簧104的作用下回到原来位置，使得拉动块上的斜面和锯齿块1031上的凹槽贴合，锯齿块1031上的锯齿段压在传动带7上达到预紧作用。为使预紧机构10在拉力作用下位置不动，将预紧机构10靠在固定的肩座8上。

当需要预紧时，向上拉动拉块108，使拉块108与锯齿块1031的凹槽分离同时向上抬动压在传动带7上的锯齿块1031，用手拉动传送带一段长度，然后松开两手，拉块108就会在弹簧106的作用下回到原来位置，锯齿块1031会在扭簧104的作用下回到原来位置，锯齿块1031重新压在传动带7上，使传送带保持一定的张紧度。

参照图6，手套组件包括手套本体12、上部卡扣、下部卡扣11和称重带，传动带7伸出壳体1的一端穿过肩座8和上部卡扣连接，下部卡扣11与承重带上端连接，承重带下端与手套本体12连接；上部卡扣与下部卡扣11配合。搬运重物时，人手穿戴手套本体12以减轻对手掌的压迫。

本实用新型一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼在穿戴时，通过预紧机构10使传动带7处于张紧状态，在穿戴者搬运物体，穿戴者穿着手套本体12准备搬运时，舒张上肢，传动带7伸长，卷簧3收缩蓄力；抬起重物时，收缩上肢，卷簧3释放能量，传动带7收缩，通过手套本体12带动手臂向上抬起，以抵消部分重物将人体手臂下压的力量。

以上所述的仅仅是本实用新型的较佳实施例，并不用以对本实用新型的技术方案进行任何限制，本领域技术人员应当理解的是，在不脱离本实用新型精神和原则的前提下，该技术方案还可以进行若干简单的修改和替换，这些修改和替换也均属于权利要求书所涵盖的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，包括穿戴背心(9)、两个壳体(1)和两个手套组件，壳体(1)与手套组件一一对应，壳体(1)设置于穿戴背心(9)的背部外侧，壳体(1)内部设有弹性蓄能结构、减速机构和传动部件，弹性蓄能结构固定于壳体(1)内部，减速机构的输入端与弹性蓄能结构连接；

弹性蓄能结构包括卷簧(3)和固定座，固定座安装于壳体(1)上，卷簧(3)的一端与固定座连接，另一端与减速机构的输入端连接；

传动部件包括带盘和传动带(7)，带盘固定于壳体(1)内部，传动轴的输出端与带盘连接；传动带(7)的一端与带盘连接，并绕设于带盘外侧，另一端贯穿壳体(1)与手套组件连接。

2.根据权利要求1所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，壳体(1)包括外壳和底板(2)，外壳固定于底板(2)上，固定座设置于底板(2)上。

3.根据权利要求1所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，减速机构包括第一转动轴、第二转动轴、第一传动齿轮(4)和第二传动齿轮(5)，第一传动齿轮(4)和第二传动齿轮(5)分别通过第一转动轴和第二转动轴转动设置于壳体(1)内部，第一传动齿轮(4)与第二传动齿轮(5)啮合，第一转动轴的输入端与卷簧(3)远离固定座的一端连接，第二转动轴的输出端与带盘连接。

4.根据权利要求1所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，第一传动齿轮(4)的直径小于第二传动齿轮(5)的直径。

5.根据权利要求1所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，壳体(1)上开设有带槽，传动带(7)的贯穿端由带槽伸出壳体(1)内部。

6.根据权利要求5所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，壳体(1)内部还设有导向结构，导向机构(6)包括两个相对设置的滚轮，两个滚轮之间留有缝隙，缝隙的长度轴线与带槽的长度轴线平行，传动带(7)的水平依次穿过缝隙和带槽伸出壳体(1)内部。

7.根据权利要求1所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，穿戴背心(9)的肩部设有与肩部配合的肩座(8)，肩座(8)从穿戴背心(9)背部到前部开设有引导槽，传动带(7)远离带盘的一端贯穿引导槽与手套组件连接。

8.根据权利要求7所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，手套组件包括手套本体(12)、上部卡扣、下部卡扣(11)和称重带，传动带(7)伸出壳体(1)的一端穿过肩座(8)和上部卡扣连接，下部卡扣(11)与承重带上端连接，承重带下端与手套本体(12)连接；上部卡扣与下部卡扣(11)配合。

9.根据权利要求7所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，还包括设置于肩座(8)前部的预紧机构(10)，预紧机构(10)包括预紧盖(101)、锁紧块(103)、扭簧(104)、预紧底座(105)、弹簧(106)、和预紧拉块(108)，预紧底座(105)与肩座(8)连接，预紧底座(105)与预紧盖(101)配合形成空心的锁紧外壳，预紧盖(101)上开设有供传动带(7)穿过的凹槽，锁紧块(103)包括连接的锯齿块(1031)和配合条(1032)，锯齿块(1031)通过扭簧(104)转动设置于预紧盖(101)内侧，配合条(1032)上设有锁定槽，拉块(108)与锁定槽卡接配合；拉块(108)滑动设置于预紧盖(101)上，拉块(108)的滑动轴线与传动带(7)的长度轴线平行，拉块(108)的长度轴线与传动带(7)的传动轴线垂直；弹簧(106)的一端与预紧盖(101)内侧连接，另一端与拉块(108)连接，弹簧(106)的伸缩方向与传送带的伸缩方向相同；拉块(108)的一端伸出预紧盖(101)，拉块(108)与锯齿块(1031)的侧面配合；锁紧时，锯齿块(1031)的锯齿与传动带(7)接触，弹簧(106)处于伸长状态，扭簧(104)处于压缩状态，拉块(108)与锁定槽卡接。

10.根据权利要求9所述的新型齿带传动式上肢无源助力外骨骼，其特征在于，预紧底座(105)上开设有让位槽，锁紧时，配合条(1032)位于让位槽中。