辅助并增强人体力量的装置制造方法及图纸

本发明专利技术克服了现有技术存在的不足，提供了一种穿戴简单、行动方便、舒适度高的一种辅助并增强人体力量的装置；为了解决上述技术问题，本发明专利技术采用的技术方案为：辅助并增强人体力量的装置，包括上肢机构、下肢机构和脊柱机构，所述脊柱机构的下部和下肢机构之间通过上下肢连接机构活动连接在一起，所述脊柱机构的上部和上肢机构之间通过上臂固定位活动连接在一起；本发明专利技术可广泛应用于机电一体化、机械、电子、传感器、仿生领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及机电一体化、机械、电子、传感器、仿生等
，具体为一种辅助并增强人体力量的装置。
技术介绍
外骨骼机器人技术是一种融合传感、控制、信息、融合、移动计算等现代综合技术，并为操作者提供一种可穿戴的机械机构，即为一种套在人体外面的人体骨骼仿生机器人，也称为可穿戴的机器人，在军事、康复、运输等领域，该项技术有广泛地应用空间。申请号为201610454728.0的专利技术专利公开一种半自动协力骨骼机器装置，该装置的动力系统采用气动技术需要空压机、气缸等大型设备加以辅助，所占空间较大，重量大，成本较高。并且胯部结构采用直线型设计，贴合度较差，舒适度较差。申请号为201610590102.2的专利技术公开一种轻型化高速大负载下肢外骨骼机器人，该机器人的动力系统为液压，液压传动速度较慢无法满足某些高速运状态，且液压系统成本较高后期维护等不便。另外背部太过于死板，灵活度不高。申请号为201610511532.0的专利技术公开一种下肢助力外骨骼机器人，该机器人的电机直接加动力系统速度较快且有惯性人机功效较差不易控制。经减速装置后加动力系统，由于腿部阻力较大所以要求电机力矩较大相对电机体积较大减速装置也相应较大，不易安装且安装于腿部由于电机，减速装置等质量较大则势必将会受重力影响对腿部骨骼将有向外的拉力，由于力量分散不集中所以人机功效较差。脚部均采用硬性连接，与大地摩擦力较小，穿着需要手动固定极不方便，且舒适度较低。申请号为201610405845.8公开一种便携穿戴式外骨骼上肢机器人，该机器人的背部模块用于承载控制系统、电池动力部件，同时用于实现背负功能，但背部无自由度，灵活性差，舒适度较低，人机功效较差；且作为核心部件的电池动力部件和控制系统外漏易损坏导致该装置瘫痪，手臂模块方向单一，适用范围窄。总之，目前涉及外骨骼机器人存在下述问题。1、目前所涉及的同类产品脊柱部分均采用直线型设计，存在无自由度，贴合度，舒适度较低，人机功效差等众多问题。2、现有同类产品均采用气动技术或液压技术等动力系统，该类系统所需辅助组件较多（例如气动技术需要空气压缩机，气缸等辅件，液压需要油泵，油缸等大型辅件），所占体积较大，重量较大，成本较高，控制复杂，后期维护不便。3、目前所涉及的同类产品核心部件均裸露在外极易损坏且影响美观。4、目前所涉及的同类产品穿着部位均不可调节，有效的限制了穿戴者的身高体重。5、目前所涉及的同类产品由于体积较大，重量较重均不易穿脱。6、目前所涉及的同类产品均为单一的上肢或下肢，人体工作时负重量不均匀，长时间工作导致机体产生较多问题。而上述单一模块若组合使用，则由于各模块设计相差较大，使得整体协调性性较差。7、脚部均采用硬性连接，与大地摩擦力较小，穿着需要手动固定，极不方便，且舒适度较低。
技术实现思路
本专利技术克服了现有技术存在的不足，提供了一种穿戴简单、行动方便、舒适度高的一种辅助并增强人体力量的装置。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：辅助并增强人体力量的装置，包括上肢机构、下肢机构和脊柱机构，所述脊柱机构的下部和下肢机构之间通过上下肢连接机构活动连接在一起，所述脊柱机构的上部和上肢机构之间通过上臂固定位活动连接在一起；所述下肢机构的结构为：包括足部踏板、小腿部板、大腿部板和腿部动力部件，所述小腿部板的下部连接有足部踏板，所述小腿部板的上部通过膝关节连接轴与大腿部板的下部连接在一起，所述大腿部板的上部通过连接球头活动连接在上下肢连接机构上，所述腿部动力部件位于大腿部板的后侧，且所述腿部动力部件的上部固定在大腿部板上，所述腿部动力部件的下部活动设置在小腿部板上；所述上肢机构的结构为：包括手腕卡环、小臂卡环、小臂主结构、大小臂连接机构、上臂卡环和上臂主结构，所述手腕卡环和小臂卡环之间通过小臂主结构活动连接，所述小臂卡环和上臂卡环之间通过大小臂连接机构活动连接，所述上臂卡环通过上臂主结构活动连接在上臂固定位上，所述上臂主结构的侧面设置有小臂动力组件，所述小臂动力组件的上部通过第一连接轴活动连接在上臂主结构上，所述小臂动力组件的下部通过第二连接轴活动连接在小臂卡环上；所述脊柱机构的结构为：包括背部主梁、仿生脊柱、脊柱软连接、胸部卡套、背部主结构、背部软连接、背部活动件和肩部主结构，所述背部主梁呈T型，所述背部主梁的下部固定设置在上下肢连接机构上，多个所述仿生脊柱横向平行设置在背部主梁上，相邻的所述仿生脊柱之间通过多个脊柱软连接连接在一起，所述胸部卡套和背部主结构均设置在背部主梁的中部，且所述胸部卡套位于背部主结构的下方，所述背部主梁呈U型，所述背部主梁的两端顶部均连接有背部软连接，所述背部主梁的上部两端对应与背部软连接连接，所述肩部主结构与背部软连接之间通过背部活动件连接在一起；两个所述肩部主结构上均设置有上臂动力组件，所述上臂动力组件的本体固定设置在肩部主结构上，所述上臂动力组件的输出轴活动设置在上臂固定位上。所述腿部动力部件为铝合金12V电动电杆，推杆质量为1.5kg，推力大小为100kg，速度为60mm/s，所述电动推杆通过传感器控制。所述小腿部板包括小腿部外板和小腿部内板，所述小腿部外板和小腿部内板配合形成夹层，所述夹层内用于放置电源和PLC组件，所述PLC组件与腿部动力部件、小臂动力组件和上臂动力组件电连接。所述足部踏板的底部采用柔性材质，所述底部内设置传感器和复位弹簧，所述复位弹簧用于保护传感器不受挤压。所述背部主梁包括多节主梁单元和万向节组成。本专利技术与现有技术相比具有以下有益效果。1、本专利技术利用万向球头自由度高且凸面正好与脊柱凹相贴，以万向球头为核心的仿生脊柱等部分贴合度大大提高，舒适度强（可调节方向），人机功效强。2、本专利技术在动力系统方面，采用铝合金12v电动电杆，推杆质量为1.5kg，推力大小为100kg，速度为60mm/s（实测速度为1.5m/s）电动推杆由传感器控制，当触发传感器时电机通电推杆运动否则将保持原来状态，所以速度可调节，推杆长为105mm，宽为75mm，体积较小，且在设计时充分考虑其大小最大程度上做到了与下肢相吻合。上臂动力采用钢丝牵引的方式，钢丝牵引作为动力不仅使速度大大提高而且也使整个专利技术设计美观大方。3、本专利技术将核心部件隐藏于肢体结构夹层内，有效的为其提供保护，更大程度上避免了损坏，且空间利用率达到更高。4、本专利技术可实现同一装置适合不同体型的人穿戴（螺丝可调节其伸长度等部位），大大提高了使用人群。5、本专利技术便于穿脱（卡扣式连接非常方便）。6、本专利技术上下肢既可以分开使用也可以一起使用，且上下肢协调性良好。附图说明下面结合附图对本专利技术做进一步的说明。图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术中脊柱机构的结构示意图。图3为本专利技术中上肢机构的结构示意图。图4为本专利技术的流程框图。图5为本专利技术的工作框架图。图中：1为上肢机构、11为手腕卡环、12为小臂卡环、13为小臂主结构、14为大小臂连接机构、15为上臂卡环、16为上臂主结构、17为小臂动力组件、18为第一连接轴、19为第二连接轴、110为上臂动力组件、2为下肢机构、21为足部踏板、22为小腿部板、23为大腿部板、24为腿部动力部件、25为膝关节连接轴、26为连接球头、3为脊柱机构、31为背部主梁、32为仿生脊柱、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
辅助并增强人体力量的装置，其特征在于：包括上肢机构（1）、下肢机构（2）和脊柱机构（3），所述脊柱机构（3）的下部和下肢机构（2）之间通过上下肢连接机构（4）活动连接在一起，所述脊柱机构（3）的上部和上肢机构（1）之间通过上臂固定位（5）活动连接在一起；所述下肢机构（2）的结构为：包括足部踏板（21）、小腿部板（22）、大腿部板（23）和腿部动力部件（24），所述小腿部板（22）的下部连接有足部踏板（21），所述小腿部板（22）的上部通过膝关节连接轴（25）与大腿部板（23）的下部连接在一起，所述大腿部板（23）的上部通过连接球头（26）活动连接在上下肢连接机构（4）上，所述腿部动力部件（24）位于大腿部板（23）的后侧，且所述腿部动力部件（24）的上部固定在大腿部板（23）上，所述腿部动力部件（24）的下部活动设置在小腿部板（22）上；所述上肢机构（1）的结构为：包括手腕卡环（11）、小臂卡环（12）、小臂主结构（13）、大小臂连接机构（14）、上臂卡环（15）和上臂主结构（16），所述手腕卡环（11）和小臂卡环（12）之间通过小臂主结构（13）活动连接，所述小臂卡环（12）和上臂卡环（15）之间通过大小臂连接机构（14）活动连接，所述上臂卡环（15）通过上臂主结构（16）活动连接在上臂固定位（5）上，所述上臂主结构（16）的侧面设置有小臂动力组件（17），所述小臂动力组件（17）的上部通过第一连接轴（18）活动连接在上臂主结构（16）上，所述小臂动力组件（17）的下部通过第二连接轴（19）活动连接在小臂卡环（12）上；所述脊柱机构（3）的结构为：包括背部主梁（31）、仿生脊柱（32）、脊柱软连接（33）、胸部卡套（34）、背部主结构（35）、背部软连接（36）、背部活动件（37）和肩部主结构（38），所述背部主梁（31）呈T型，所述背部主梁（31）的下部固定设置在上下肢连接机构（4）上，多个所述仿生脊柱（32）横向平行设置在背部主梁（31）上，相邻的所述仿生脊柱（32）之间通过多个脊柱软连接（33）连接在一起，所述胸部卡套（34）和背部主结构（35）均设置在背部主梁（31）的中部，且所述胸部卡套（34）位于背部主结构（35）的下方，所述背部主梁（31）呈U型，所述背部主梁（31）的两端顶部均连接有背部软连接（36），所述背部主梁（31）的上部两端对应与背部软连接（36）连接，所述肩部主结构（38）与背部软连接（36）之间通过背部活动件（37）连接在一起；两个所述肩部主结构（38）上均设置有上臂动力组件（110），所述上臂动力组件（110）的本体固定设置在肩部主结构（38）上，所述上臂动力组件（110）的输出轴活动设置在上臂固定位（5）上。...

【技术特征摘要】
1.辅助并增强人体力量的装置，其特征在于：包括上肢机构（1）、下肢机构（2）和脊柱机构（3），所述脊柱机构（3）的下部和下肢机构（2）之间通过上下肢连接机构（4）活动连接在一起，所述脊柱机构（3）的上部和上肢机构（1）之间通过上臂固定位（5）活动连接在一起；所述下肢机构（2）的结构为：包括足部踏板（21）、小腿部板（22）、大腿部板（23）和腿部动力部件（24），所述小腿部板（22）的下部连接有足部踏板（21），所述小腿部板（22）的上部通过膝关节连接轴（25）与大腿部板（23）的下部连接在一起，所述大腿部板（23）的上部通过连接球头（26）活动连接在上下肢连接机构（4）上，所述腿部动力部件（24）位于大腿部板（23）的后侧，且所述腿部动力部件（24）的上部固定在大腿部板（23）上，所述腿部动力部件（24）的下部活动设置在小腿部板（22）上；所述上肢机构（1）的结构为：包括手腕卡环（11）、小臂卡环（12）、小臂主结构（13）、大小臂连接机构（14）、上臂卡环（15）和上臂主结构（16），所述手腕卡环（11）和小臂卡环（12）之间通过小臂主结构（13）活动连接，所述小臂卡环（12）和上臂卡环（15）之间通过大小臂连接机构（14）活动连接，所述上臂卡环（15）通过上臂主结构（16）活动连接在上臂固定位（5）上，所述上臂主结构（16）的侧面设置有小臂动力组件（17），所述小臂动力组件（17）的上部通过第一连接轴（18）活动连接在上臂主结构（16）上，所述小臂动力组件（17）的下部通过第二连接轴（19）活动连接在小臂卡环（12）上；所述脊柱机构（3）的结构为：包括背部主梁（31）、仿生脊柱（32）、脊柱软连接（33）、胸部卡套（34）、背部主结构（35）、背部软连接（36）、背部活动件（37）和肩部主结构...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，高候丑，张武奎，李刚，赵曼茹，
申请(专利权)人：张帅，高候丑，
类型：发明
国别省市：山西;14