一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼制造技术

本发明专利技术为一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼，包括上围腰带、第一支链、第二支链和下围腰带；一条第一支链和三条第二支链均匀分布在上围腰带和下围腰带的后侧，每条支链的上端与上围腰带连接，下端与下围腰带连接；四条支链并联在上围腰带和下围腰带之间，形成一个具有一个移动自由度和三个转动自由度的混联机构4

【技术实现步骤摘要】
一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼


[0001]本专利技术属于助力支撑外骨骼机器人
，尤其涉及一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼。

技术介绍

[0002]随着机械自动化技术的发展，人们的双手逐步得到解放，虽然制造、建筑、物流等行业的机械自动化程度已经很高，但是主要是针对重、大型物体的搬运，对于10
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20kg的小型物体，仍然采用人工进行搬抬，工人长时间处于弯腰状态，容易对腰部及背部的骨骼和肌肉造成不同程度的损伤，使得工人慢慢的患上腰部疾病，如腰肌劳损、下腰痛、腰间盘突出等。
[0003]为了缓解长时间弯腰导致的腰部疲劳，学者们研究了腰部外骨骼对人体腰部进行助力，腰部作为人体结构的核心受力部位，在身体活动中起到至关重要的作用，它的稳定性及灵活性都会直接影响人体活动的舒适性和灵活性，因此腰部外骨骼对于人机协调性要求较高。现有的腰部助力支撑外骨骼可分为主动式助力和被动式助力两大类，主动式助力依靠使用者自身提供支撑力，而被动式助力主要通过弹性元件储存和释放能量来提供助力，授权公告号为CN207120225U的专利公开了一种被动式腰部助力外骨骼装置，通过发条弹簧与转轮作为储能元件；该装置只能为人体前后弯腰提供支撑力，即在该装置的作用下，人体腰部只能在矢状面内转动。

技术实现思路

[0004]针对现有技术的不足，本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0006]一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼，包括上围腰带、第一支链、第二支链和下围腰带；一条第一支链和三条第二支链均匀分布在上围腰带和下围腰带的后侧，每条支链的上端与上围腰带连接，下端与下围腰带连接；
[0007]所述第二支链包括直流无刷电机、第二支链第一球面连杆、第二支链第二球面连杆、伸缩杆连接件和伸缩杆；直流无刷电机与上围腰带连接，直流无刷电机的输出轴与第二支链第一球面连杆的上端连接，使第二支链第一球面连杆能相对于上围腰带转动，第二支链第一球面连杆的下端与第二支链第二球面连杆的上端转动连接，第二支链第二球面连杆的下端与伸缩杆连接件的上端转动连接，伸缩杆连接件的下端与伸缩杆的上端固定连接，下围腰带与第二支链连接的位置设有伸缩杆套，伸缩杆的下端插装在伸缩杆套内，伸缩杆能够在伸缩杆套内滑动；
[0008]所述第一支链包括第一支链第一球面连杆、第一支链第二球面连杆、推杆连接件和电动推杆；第一支链第一球面连杆的上端与上围腰带转动连接，第一支链第一球面连杆的下端与第一支链第二球面连杆的上端转动连接，第一支链第二球面连杆的下端与推杆连
接件的上端转动连接，推杆连接件的下端与电动推杆的伸缩杆固定连接，电动推杆的缸筒与下围腰带连接；
[0009]上述第一支链第一球面连杆两端连接孔的中心轴线交点、第一支链第二球面连杆两端连接孔的中心轴线交点、第二支链第一球面连杆两端连接孔的中心轴线交点以及第二支链第二球面连杆两端连接孔的中心轴线交点重合在一起形成点M，点M为外骨骼的旋转球心。
[0010]进一步的，所述上围腰带分为内圈和外圈，第一支链和第二支链的上端均与外圈连接；内圈和外圈的前侧分别设有卡扣，内圈的后侧设有连接扣，螺柱穿过连接扣的扣环插装在外圈后侧，并通过梅花螺栓对螺柱进行径向固定，使得内圈与外圈在高度方向上的相对位置能够微调，保证穿戴舒适性。
[0011]进一步的，所述外骨骼还包括腿部组件，下围腰带的两侧对称设有腿部组件；腿部组件包括腿部拉带和腿部绑带，腿部拉带的上端与下围腰带连接，腿部拉带的下端设有腿部绑带。
[0012]进一步的，所述外骨骼能够为人体助力和提供支撑；当人体需要助力时，电动推杆不伸缩，在三个直流无刷电机的作用下，上围腰带绕点M做球面运动，包括矢状面内的转动、冠状面内的转动和水平面内的转动，分别对应人体腰部的屈曲运动、侧屈运动以及水平旋转运动，对人体弯腰或直立动作进行助力；当人体需要支撑时，首先通过三个直流无刷电机控制上围腰带转动至人体某一固定姿态后，三个直流无刷电机保持当前工作状态，然后电动推杆产生一个向上的力，为上围腰带提供向上的静态支撑力。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0014]一条第一支链和三条第二支链设置在上围腰带和下围腰带之间，构成了具有一个移动自由度和三个转动自由度的并联机构，上围腰带固定在人体腰部，下围腰带固定于人体髋关节处，人体原地站立保持下半身静立，骨盆看作静平台，腰部看作动平台，将整个腰关节看作一个球面副，各条支路的各个连杆均为球面连杆，外骨骼的旋转球心相当于穿戴者的髋关节中心，三个直流无刷电机作为原动件，通过三个直流无刷电机控制各条支链的运动，进而控制上围腰带的位姿，使得上围腰带相对于下围腰带作绕旋转球心的球面运动，实现人体腰部的屈曲运动、侧屈运动以及水平旋转运动，对人体弯腰或直立动作进行助力，适用于频繁弯腰的工作场合，如搬运小型重物；通过电动推杆为上围腰带提供静态支撑力，能够为人体长时间处于弯腰状态工作(例如医生做手术、工人弯腰维修机器)提供支撑，减少腰部疲劳，避免腰部受伤。上围腰带的位姿与电动推杆的移动是解耦的，即当上围腰带处于任意姿态时电动推杆都可以提供一个静态支撑力。
附图说明
[0015]图1是本专利技术的整体结构图；
[0016]图2是本专利技术去除腿部组件后的结构图；
[0017]图3是本专利技术的第二支链的结构图；
[0018]图4是本专利技术的第一支链的结构图；
[0019]图5是本专利技术的上围腰带的结构图；
[0020]图6是本专利技术的下围腰带的结构图；
[0021]图7是本专利技术的腿部组件的结构图；
[0022]图中：1、上围腰带；2、第一支链；3、第二支链；4、下围腰带；5、腿部组件；
[0023]101、螺柱；102、内圈；103、外圈；104、卡扣；105、连接扣；106、梅花螺栓；201、第一支链第一球面连杆；202第一支链第二球面连杆；203、推杆连接件；204、电动推杆；301、直流无刷电机；302、第二支链第一球面连杆；303、第二支链第二球面连杆；304、伸缩杆连接件；305、伸缩杆；401、前侧刚性支撑部；402、柔性支撑部；403、后侧刚性支撑部；404、伸缩杆套；501、腿部拉带；502、腿部绑带。
具体实施方式
[0024]现在结合附图和具体实施方式对本专利技术的技术方案作进一步详细说明，但并不以此限定本申请的保护范围。
[0025]本专利技术为一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼(简称外骨骼，参见图1～7)，包括上围腰带1、第一支链2、第二支链3和下围腰带4；一条第一支链2和三条第二支链3均匀分布在上围腰带1和下围腰带4的后侧，每条支链的上端与上围腰带1连接，下端与下围腰带4连接；
[0026]所述第二支链3包括直流无刷电机301、第二支链第一球面连杆302、第二支链第二球面连杆303、伸缩杆连接件304和伸缩杆305；直流无刷电机301与上围腰带本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式腰部助力支撑外骨骼，其特征在于，该外骨骼包括上围腰带、第一支链、第二支链和下围腰带；一条第一支链和三条第二支链均匀分布在上围腰带和下围腰带的后侧，每条支链的上端与上围腰带连接，下端与下围腰带连接；所述第二支链包括直流无刷电机、第二支链第一球面连杆、第二支链第二球面连杆、伸缩杆连接件和伸缩杆；直流无刷电机与上围腰带连接，直流无刷电机的输出轴与第二支链第一球面连杆的上端连接，使第二支链第一球面连杆能相对于上围腰带转动，第二支链第一球面连杆的下端与第二支链第二球面连杆的上端转动连接，第二支链第二球面连杆的下端与伸缩杆连接件的上端转动连接，伸缩杆连接件的下端与伸缩杆的上端固定连接，下围腰带与第二支链连接的位置设有伸缩杆套，伸缩杆的下端插装在伸缩杆套内，伸缩杆能够在伸缩杆套内滑动；所述第一支链包括第一支链第一球面连杆、第一支链第二球面连杆、推杆连接件和电动推杆；第一支链第一球面连杆的上端与上围腰带转动连接，第一支链第一球面连杆的下端与第一支链第二球面连杆的上端转动连接，第一支链第二球面连杆的下端与推杆连接件的上端转动连接，推杆连接件的下端与电动推杆的伸缩杆固定连接，电动推杆的缸筒与下围腰带连接；上述第一支链第一球面连杆两端连接孔的中心轴线交点、第一支链第二球面连杆两端连接孔的中心轴线交点、第二支链第一球面连杆两端连接孔的中...

【专利技术属性】
技术研发人员：戚开诚，付克飞，高德義，倪海东，刘承磊，张建军，郭士杰，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：