CN85107981A

CN85107981A - 步行助力装置

Info

Publication number: CN85107981A
Application number: CN 85107981
Authority: CN
Inventors: 霍满焕; 霍兆利; 霍兆宁
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1985-10-28
Filing date: 1985-10-28
Publication date: 1986-07-02

Abstract

一种步行助力装置，属于步行式机构。本发明的目的是提供一种适应地面起伏的，能在非正常情况下行走时起到助力作用的装置。其特点是由鞍座、抬腿机构、上腿、膝式关节、下腿及控制器构成步行机构附于人腿内侧，两套随人体做交替运动，由机械腿承受重力。适于老、弱、残人员或普通人负重走路、登山、上楼等。该装置也适用于其他人力机械。

Description

本发明为一种步行机构，具体讲是利用重力作用可使机械腿锁定或伸直的，由机械腿承受压力的步行助力装置。

本发明适用于作为老、弱和残腿人员、普通人负重走路、登山的助力装置，可作为人力机械的驱动助力装置，也可以用于步行式机械的装置。

现有的代步机械如自行车、三轮车、轮椅等，都要求路面平整，不适于高低不平路面，也不适于登山、上下楼梯等常见情况。对老、弱、残肢人员或普通人负重行步需要有一种适于上述情况的助力装置。

本发明的目的是提供一种不受地面条件限制、由人控制的，可以适应于地面起伏不平、登山或上下楼梯等环境，对老、弱、残腿人员或普通人负重行走时起到助力作用的装置。

本发明是由两套腿式助力机构，与承受重力的鞍座组合在一起，在工作状态中两套机构作交替摆动，即迈进动作，每套机构由上腿、抬腿机构、膝式关节、下腿、柔性拉杆、缓冲器及控制器等所组成。

本发明是通过以下方式实现的，参照图1，行走时人跨在鞍座〔1〕上，由鞍座承受人体及负重物重量，鞍座下边两侧各有一条凹月形平衡槽，上腿〔2〕上端呈叉状，在叉端上有两个辊轮以该槽为导轨在槽内滚动，两者结合在一起使之在行走过程中鞍座保持平衡稳定。抬腿器〔3〕是由一推力弹簧装在套管内所组成，其一端与上腿铰联于〔O〕点，另一端与鞍座下边的延长杆铰联于〔O′〕点，当上腿处于竖直位置时，抬腿器〔3〕也处于竖直位置，此时弹簧被压缩到最短位置并垂直作用于鞍座平衡槽，当偏离竖直位置时，上腿在弹簧作用下自行抬起并向前迈进。上腿是附于人腿内侧的，并有一弯月形助伸器〔10〕，在人腿摆动的同时控制上腿的动作。上腿〔2〕与膝式关节〔4〕相联，膝式关节〔4〕下端接下腿〔5〕，下腿下端有一个缓冲弹簧〔6〕，行走时起缓冲平稳作用。随动卡件〔8〕与控制器〔7〕联在一起，人由脚（或鞋）带动随动卡件〔8〕，并控制迈步大小、抬腿高度及道路选择。接触地面的触地端是一个拉力触头，用以控制膝式关节的动作，即控制器〔7〕。当接触地面控制器触头受力时，通过柔性杆〔9〕拉动膝式关节受力点，使膝式关节产生自锁，保持机械腿锁定或伸直。当上腿与竖直位置的偏角小于15°时产生自锁，即自锁角α＜15°时，即当机械腿弯曲度超过自锁角时，或使机械腿由曲变伸时，则需由人腿压动助伸器〔10〕保持平衡或伸直。这样负重（包括人体重）直接作用在机械腿上。机械腿是由钢管等件构成，可以承担较大的力，从而减轻人体负担。

膝式关节的原理是控制器所受到的力通过拉杆作用控制凸轮的自锁机构，用以实现机械腿锁定或伸直的关键动作，本发明采取两种形式的实施方案，结合附图详细地描述如下：

图2为双凸轮膝式关节示意图，是本发明的第一种实施方案。由壳体〔11〕、剪形凸轮付〔12〕、滑槽〔13〕、滑动接头〔14〕小连杆〔15〕、上腿端部〔16〕、下腿端部〔17〕、限位调节器〔18〕及靠轮〔19〕组成。两片凸轮通过轴套〔O〕以“剪眼”方式铆合在一起形成剪形凸轮付，两边又分别与具有长定位面的滑动轴接头铆接。当剪形凸轮付杠杆端部A点受到柔性杆拉力作用时凸轮部相对合拢，并紧靠在靠轮〔19〕上相对滚动，靠轮两端有铜套压在壳体上，使滑动轴接头〔14〕在壳体长槽内滑动，通过小连杆〔15〕带动上腿端部〔16〕和下腿端部〔17〕分别绕轴〔O₁、O₂〕转动，使上、下腿锁定或伸直。限位调节器〔18〕限制上、下腿的极限位置，使之不会超过上、下腿呈直线的状态。上、下腿端部是通过轴承〔O₁、O₂〕与壳体相联的，当控制器触头离开地面不受力时，凸轮付端部A点的拉力也自行消失，同时凸轮机构失去自锁作用，在人的大腿的作用下使上腿的上端沿滑轮偏离开直立中心线，推力弹簧起作用推动上腿抬起，这时上腿和下腿在膝式关节处自然弯曲成某一角度，移动轴接头被带动处于随意位置，凸轮也随之而回转，锁定状态和伸直趋势消除。一但控制器触地，这个膝式关节又恢复自锁作用，使机械腿伸直或在某一角度下自锁，自锁角为α＜15°。

图3为杠杆凸轮结构膝式关节示意图，是本发明第二种实施方案。由壳体〔20〕、有扇形齿轮的上腿端部〔21〕、凸轮〔22〕、柔性杆〔23〕、有扇形齿轮的下腿端部〔24〕、限位调节器〔25〕及靠轮〔26〕组成。凸轮〔22〕与下腿端部〔24〕通过销轴〔O₁、O₂〕铰联在一起，当凸轮端部B点受到柔性杆拉力作用时，B点便向B′处运动，即由B点移向B′处，另一端凸轮部分紧靠在靠轮〔26〕上相对滚动，靠轮的两端有铜套压在壳体上，这样凸轮〔22〕就形成为以靠轮〔26〕为滚动支点的杠杆，如此通过销轴〔O〕翘动下腿端部〔24〕绕轴〔O〕转动，由于上腿端部和下腿端部两者之间是以扇形齿啮合着，两者是同时绕各自的轴心〔O₁、O₂〕相对转动，使机械腿伸直或在某一角角度下自锁而立。

图4所示，是本发明用于人们日常生产中驮重走路实施例示意图，人骑在鞍座〔1〕上，两脚带动控制器〔7〕，人自身调节抬腿高度、迈步大小及道路选择等动作。序号〔27〕是驮重杆，平时走路不用，驮重时将它插在鞍座下面的吊环内手扶手柄掌握平衡，前后可驮重物。在行走过程中由机械腿受力负重增加时人体并不增加受力，只是当驮重过大时有不易控制的摆动现象。这和骑自行车的道理是一样的，所负重物和人体重量都由机械腿承担，人体不受力因而感到轻松。休息时两条机械腿同时伸直则可自锁，保持直立负重状态，人可自由上下或离开。承载能力可根据需要设计，重型（包括人体重）可达二百公斤。另外配有担挑架、背扛架等各种专用负荷架，适应于推、拉、担、扛、背等各种方式运送物质。行走方便、动作灵活，不受路面条件限制，凡是人能正常行走的途径都可骑它代步或负重行走。本发明不用时可以折叠起来装在320×220×120〔mm³〕的小旅行包内，重约2-3公斤。体积小、重量轻、携带方便适用于室内室外、上下楼梯农田作业及士兵行军等。适用于登山探险、旅游及地质勘探等野外作业所需。

对因腿病残人员，可酌情设计专用步行机构，使其具备劳动能力，即可实现负重行走及体力劳动。

图5所示，是本发明作为人力驱动装置时的一种实施方案。序号〔28〕是一种普通三轮车，序号〔29〕是浮动鞍座与机械腿〔30〕的上端铰联，机械腿的下端的控制器与三轮车脚登连在一起。在鞍座下、竖梁内装一根推力弹簧〔31〕，人骑在鞍座上脚踏控制点（脚踏板），膝式关节起作用使机械腿自然产生伸直趋向，随着重心的转移，借助座位下推力弹簧〔31〕的推力及登车时人体自然向上欠身的趋势，鞍座随之而上升到所需高度，这时机械腿承受人体一部分重量，作用于脚踏板上驱动链轮向前转动半周，一颤一颤地驱车前进。尤其是在顶风、上坡或运输量较大时其效果更为显著。

图6所示为人力牵引车。利用上述的原理，将机械腿、浮动鞍座及推力弹簧等件安装在一台轨道式平板车〔32〕上，采取链条和变速箱〔33〕控制转数及前进和后退，组成一台简易“人力机车”。该车既可运载货物也可以牵引车辆，一个人驾驶驱动，两侧扶手〔34〕固定在车体上，必要时驾驶者两手用力向上拉，可以增大坐压驱动能力一倍以上。据试验牵引力达到除驱动机车自身外，尚可拖动几辆一立方米的小矿车，在7‰坡度的轨道上，以6公里/小时的速度往返运行。

以上所述方案，提供了一种通用性的人力驱动装置，适用于自行车三轮车、人力机车，也适用于人力灌溉泵、人力飞机及其他人力机械。

本发明也可以用于代替车轮构成步行式机械，本体和机械腿可以根据需要而设计，适用于高低不平、山区、沙漠、沼泽等地面复杂条件下的运输。

Claims

1、一种由上腿及其摆腿机构、活动关节、下腿、控制器组成的两套交替运动的步行机构，其特征在于包括具有起平衡作用的槽的可承受重力的鞍座[1]、上腿[2]及其变作用点弹簧[3]构成的抬腿机构、利用杠杆控制的凸轮机构组成的可伸直可锁定的膝式关节[4]、装有缓冲弹簧[6]的下腿[5]、柔性拉杆[9]及触地控制器[7]。

2、权利要求1所述的步行机构，其特征在于上腿上端通过滚子与平衡槽滚动联接，上腿下端与膝式关节〔4〕上腿端部〔16〕相固定，膝式关节的下腿端部〔17〕与下腿〔5〕联接，下腿下端装有缓冲弹簧〔6〕及控制器〔7〕与控制器〔7〕相联的二柔性拉杆〔9〕分别与膝式关节的两个拉点〔A、A′〕相联。

3、权利要求1所述的步行机构，其特征在于可伸直可锁定的膝式关节〔4〕是由铰联点可移动的剪形凸轮付〔12〕、滑槽〔13〕、滑动接头〔14〕、小连杆〔15〕、有固定轴的靠轮〔19〕、上腿端部〔17〕及壳体〔11〕所组成。

4、权利要求3所述的步行机构，其特征在于膝式关节的剪式凸轮付〔12〕、滑槽〔13〕、滑动接头〔14〕、小连杆〔15〕、上腿端部〔16〕、下腿端部〔17〕及靠轮〔19〕均装在壳体〔11〕内，凸轮机构的凸轮部分靠在靠轮〔19〕上，凸轮的另一端与柔性拉杆联接，两片凸轮通过轴套〔0〕与滑动接头〔14〕铆接呈剪状，滑动接头〔14〕在滑槽〔13〕内滑动。

5、权利要求3所述的步行机构，其特征在于膝式关节壳体〔11〕上有一在上下腿呈直线状态时用的限位点即限位调节器〔18〕。

6、权利要求3所述的步行机构，其特征在于剪式凸轮机构也可将上、下腿端部制成作相对角度变化扇形齿轮付〔21、24〕。

7、权利要求1至6所述的步行机构，其特征在于可以用于人行走时的助力机构。

8、权利要求1至6所述的步行机构，其特征在于由下有推力弹簧〔31〕的浮动鞍座〔29〕与机械腿〔30〕铰联，机械腿下端与脚踏板相联或有变速箱〔33〕构成人力驱动装置。