【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于人体运动辅助设备，特别涉及一种用于肩部助力的无源外骨骼。
技术介绍
1、近年来虽然机器人和自动化技术在建筑、制造、农业中逐步开始应用，但工人在一些任务，例如：搬运任务、托举任务等中仍然具有不可替代的作用，这些体力劳动相关的任务往往会造成肩部相关的肌肉骨骼疾病，除了对工人身体的影响外，肩部损伤的治疗还给工人、家庭乃至整个社会带来巨大的经济负担。
2、肩部助力外骨骼是一种可穿戴设备，它通过向肩部提供辅助扭矩来减轻肩部的负荷；这使得工人能够提高托举能力，减少长时间执行手动托举或搬运任务时的肌肉疲劳。外骨骼分为有源外骨骼和无源外骨骼。有源外骨骼通常由电动机或液压马达驱动，使用电池作为能源；但有源外骨骼在长时间使用时能源供应将是一个主要问题，能源一旦耗尽，外骨骼就会停止工作并成为用户的负担。无源外骨骼不需要外部能源，它们的运动由使用者控制；无源外骨骼通常设计有弹簧，通过使用者在不同运动位置时弹簧的储能和释能提供辅助力。一般来说，无源外骨骼更轻、更便宜，而且在使用时更加安全。
3、在建筑、制造、农业等不同场景任务中，工人通常需要长时间穿戴外骨骼，为了达到减小工人肩部负荷的目的，无源肩部外骨骼需满足以下要求：1)外骨骼必须便携且轻便，以防止给使用者的身体带来负担；2)由于使用者手臂的重量会显著增加运动过程中的能量消耗，所以外骨骼设计时应尽可能减小与人手臂连接部件的重量；3)无源肩部外骨骼必须满足肩关节的非线性扭矩要求，当手臂抬起约90度进行托举作业时提供最大助力；4)外骨骼对肩部提供的辅助扭矩大小需可调，
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术中存在的上述问题，提供了一种用于肩部助力的无源外骨骼。
2、本专利技术的目的可通过下列技术方案实现：一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，包括支撑背板，所述支撑背板设置有用于供人穿戴的穿戴装置，所述支撑背板远离穿戴装置的一侧设置有用于生成扭矩的扭矩生成装置和设置于扭矩生成装置两侧的支撑组件，所述扭矩生成装置设置有鲍登管，所述鲍登管另一端连接所述支撑组件，所述扭矩生成装置设置有用于调节输出扭矩的调节装置。
3、本专利技术的工作原理：使用者先通过穿戴装置将支撑背板穿戴在背部，并将两个支撑组件分别穿戴在两个手臂上，通过调节装置调节调节扭矩生成装置的扭矩，当肩关节位于0度或者180度时，扭矩生成装置的输出扭矩为0，当肩关节位于90度时，输出扭矩为最大，且通过鲍登管传递至支撑组件上，调节完成后就可以达到减小工人肩部负荷的目的。
4、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述扭矩生成装置包括底板、顶板、支撑块和两个储能组件，所述支撑块和储能组件设置于底板和顶板之间，所述支撑块用于支撑顶板和底板，所述储能组件一端连接所述支撑块，所述储能组件另一端连接所述鲍登管。
5、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述储能组件包括拉伸弹簧、第一钢丝绳、第二钢丝绳、第一卷轮、导向块、第一导向轮和多个第二导向轮，多个所述第二导向轮均转动连接在底板上，所述底板转动连接有连接板，所述第一导向轮转动连接在所述连接板上，所述拉伸弹簧连接所述支撑块，所述第一钢丝绳一端连接所述拉伸弹簧，所述第一钢丝绳另一端穿过第一导向轮和多个第二导向轮连接在所述调节装置，所述第一导向轮设置于所述第一卷轮的侧壁上，所述第一卷轮转动连接在顶板上，所述导向块设置于所述第一卷轮上方，所述导向块内设置有第一导向孔，所述第二钢丝绳一端连接所述第一卷轮，所述第二钢丝绳另一端穿过所述第一导向孔连接所述鲍登管。
6、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述调节装置包括支撑壳体、传动轴、蜗轮、蜗杆和转动手柄，所述蜗轮和蜗杆设置于所述支撑壳体内，所述传动轴转动连接在底板上，所述传动轴连接所述第二钢丝绳，所述传动轴远离底板的一端连接所述蜗轮，所述蜗杆与所述蜗轮连接，所述转动手柄连接所述蜗杆。
7、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述底板和顶板上设置有多个减重槽。
8、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述支撑组件包括支撑杆、肩关节连接块、第三钢丝绳、上臂连杆和上臂托片，所述支撑杆转动连接在所述支撑背板上，所述肩关节连接块一端滑动连接在所述支撑杆上，所述肩关节连接块另一端转动连接所述上臂连杆，所述上臂托片设置于所述上臂连杆上，所述支撑杆上设置有用于固定所述肩关节连接块的两个固定环，所述固定环设置于所述肩关节连接块的上下两端，所述第三钢丝绳用于连接所述上臂连杆和鲍登管。
9、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述支撑背板上设置有底座，所述底座上设置有球头，所述支撑杆设置有与所述球头球铰连接的安装座。
10、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述肩关节连接块靠近所述上臂连杆的一端设置有连接座，所述连接座设置有用于供所述第三钢丝绳穿过的让位通道。
11、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述上臂连杆包括第二卷轮和用于供上臂托片安装的连接片，所述第二卷轮与所述连接座转动连接，所述第三钢丝绳连接所述第二卷轮，所述连接片与所述第二卷轮固定连接，所述连接片上设置有多个安装孔，所述连接片通过安装孔与所述上臂托片铆钉连接。
12、在上述的用于肩部助力的无源外骨骼中，所述穿戴装置包括背垫和腰带，所述背垫和腰带均设置于所述支撑背板上。
13、与现有技术相比，本专利技术具有能以下优点：
14、1、本专利技术中支撑组件和扭矩生成装置采用分离式设计，并用钢丝绳和鲍登线进行动力传输，将扭矩生成装置的输出力传递至肩关节，这样可以将扭矩生成装置安装在支撑背板，使得外骨骼连接手臂的机械结构具有非常低的重量；
15、2、本专利技术的扭矩生成装置可以通过改变内部绳索的预紧力、弹簧刚度等参数，改变扭矩生成装置的输出力矩，满足面向不同使用者或不同任务时的个性化助力需求。
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1.一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，包括支撑背板(1)，所述支撑背板(1)设置有用于供人穿戴的穿戴装置(2)，所述支撑背板(1)远离穿戴装置(2)的一侧设置有用于生成扭矩的扭矩生成装置(3)和设置于扭矩生成装置(3)两侧的支撑组件(4)，所述扭矩生成装置(3)设置有鲍登管(5)，所述鲍登管(5)另一端连接所述支撑组件(4)，所述扭矩生成装置(3)设置有用于调节输出扭矩的调节装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述扭矩生成装置(3)包括底板(7)、顶板(8)、支撑块(9)和两个储能组件(10)，所述支撑块(9)和储能组件(10)设置于底板(7)和顶板(8)之间，所述支撑块(9)用于支撑顶板(8)和底板(7)，所述储能组件(10)一端连接所述支撑块(9)，所述储能组件(10)另一端连接所述鲍登管(5)。
3.根据权利要求2所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述储能组件(10)包括拉伸弹簧(11)、第一钢丝绳(12)、第二钢丝绳(13)、第一卷轮(14)、导向块(15)、第一导向轮(16)和多个
4.根据权利要求1所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述调节装置(6)包括支撑壳体(20)、传动轴(21)、蜗轮、蜗杆和转动手柄(24)，所述蜗轮和蜗杆设置于所述支撑壳体(20)内，所述传动轴(21)转动连接在底板(7)上，所述传动轴(21)连接所述第二钢丝绳(13)，所述传动轴(21)远离底板(7)的一端连接所述蜗轮，所述蜗杆与所述蜗轮连接，所述转动手柄(24)连接所述蜗杆。
5.根据权利要求2所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述底板(7)和顶板(8)上设置有多个减重槽(25)。
6.根据权利要求1所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述支撑组件(4)包括支撑杆(26)、肩关节连接块(27)、第三钢丝绳(28)、上臂连杆(29)和上臂托片(30)，所述支撑杆(26)转动连接在所述支撑背板(1)上，所述肩关节连接块(27)一端滑动连接在所述支撑杆(26)上，所述肩关节连接块(27)另一端转动连接所述上臂连杆(29)，所述上臂托片(30)设置于所述上臂连杆(29)上，所述支撑杆(26)上设置有用于固定所述肩关节连接块(27)的两个固定环(31)，所述固定环(31)设置于所述肩关节连接块(27)的上下两端，所述第三钢丝绳(28)用于连接所述上臂连杆(29)和鲍登管(5)。
7.根据权利要求6所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述支撑背板(1)上设置有底座(32)，所述底座(32)上设置有球头(33)，所述支撑杆(26)设置有与所述球头(33)球铰连接的安装座(34)。
8.根据权利要求6所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述肩关节连接块(27)靠近所述上臂连杆(29)的一端设置有连接座(35)，所述连接座(35)设置有用于供所述第三钢丝绳(28)穿过的让位通道(36)。
9.根据权利要求6所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述上臂连杆(29)包括第二卷轮(37)和用于供上臂托片(30)安装的连接片(38)，所述第二卷轮(37)与所述连接座(35)转动连接，所述第三钢丝绳(28)连接所述第二卷轮(37)，所述连接片(38)与所述第二卷轮(37)固定连接，所述连接片(38)上设置有多个安装孔(39)，所述连接片(38)通过安装孔(39)与所述上臂托片(30)铆钉连接。
10.根据权利要求1所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述穿戴装置(2)包括背垫(40)和腰带(41)，所述背垫(40)和腰带(41)均设置于所述支撑背板(1)上。
...【技术特征摘要】
1.一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，包括支撑背板(1)，所述支撑背板(1)设置有用于供人穿戴的穿戴装置(2)，所述支撑背板(1)远离穿戴装置(2)的一侧设置有用于生成扭矩的扭矩生成装置(3)和设置于扭矩生成装置(3)两侧的支撑组件(4)，所述扭矩生成装置(3)设置有鲍登管(5)，所述鲍登管(5)另一端连接所述支撑组件(4)，所述扭矩生成装置(3)设置有用于调节输出扭矩的调节装置(6)。
2.根据权利要求1所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述扭矩生成装置(3)包括底板(7)、顶板(8)、支撑块(9)和两个储能组件(10)，所述支撑块(9)和储能组件(10)设置于底板(7)和顶板(8)之间，所述支撑块(9)用于支撑顶板(8)和底板(7)，所述储能组件(10)一端连接所述支撑块(9)，所述储能组件(10)另一端连接所述鲍登管(5)。
3.根据权利要求2所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述储能组件(10)包括拉伸弹簧(11)、第一钢丝绳(12)、第二钢丝绳(13)、第一卷轮(14)、导向块(15)、第一导向轮(16)和多个第二导向轮(17)，多个所述第二导向轮(17)均转动连接在底板(7)上，所述底板(7)转动连接有连接板(18)，所述第一导向轮(16)转动连接在所述连接板(18)上，所述拉伸弹簧(11)连接所述支撑块(9)，所述第一钢丝绳(12)一端连接所述拉伸弹簧(11)，所述第一钢丝绳(12)另一端穿过第一导向轮(16)和多个第二导向轮(17)连接在所述调节装置(6)，所述第一导向轮(16)设置于所述第一卷轮(14)的侧壁上，所述第一卷轮(14)转动连接在顶板(8)上，所述导向块(15)设置于所述第一卷轮(14)上方，所述导向块(15)内设置有第一导向孔(19)，所述第二钢丝绳(13)一端连接所述第一卷轮(14)，所述第二钢丝绳(13)另一端穿过所述第一导向孔(19)连接所述鲍登管(5)。
4.根据权利要求1所述的一种用于肩部助力的无源外骨骼，其特征在于，所述调节装置(6)包括支撑壳体(20)、传动轴(21)、蜗轮、蜗杆和转动手柄(24)，所述蜗轮和蜗杆设置于所述支撑壳体(20)内，所述传动轴(21)转动连接在底板(7)上，所述传动轴(21)连接所述第二...
【专利技术属性】
技术研发人员：李中一，宋马军，郑浩，陈伟海，
申请(专利权)人：北京航空航天大学杭州创新研究院，
类型：发明
国别省市：
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