本發明涉及機械外骨骼，具體提供一種適用于背負與搬運的被動(dong)外骨骼助力機器(qi)人。

背景技術：

1、近年來，隨(sui)著社會快(kuai)速的發展(zhan)變(bian)化，單(dan)兵作戰、應急救援、醫(yi)療康復(fu)等多個(ge)領域都向(xiang)輔助(zhu)類機器人與攜行(xing)(xing)具(ju)提出了新的需(xu)求。外骨骼隸屬(shu)于可穿(chuan)戴(dai)(dai)攜行(xing)(xing)具(ju)，能夠(gou)通過機械機構將(jiang)上身負載(zai)轉(zhuan)移(yi)到地(di)面，進而間(jian)接增強穿(chuan)戴(dai)(dai)者的肢體力量，已經在農業(ye)、制造業(ye)、建筑業(ye)、物流業(ye)、醫(yi)療康復(fu)、搶(qiang)險救災以及單(dan)兵作戰等諸多行(xing)(xing)業(ye)中廣泛應用。

2、人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)受到(dao)(dao)(dao)自身(shen)生理結(jie)構(gou)的(de)(de)(de)限(xian)制，長(chang)時(shi)(shi)(shi)間搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)物(wu)(wu)資的(de)(de)(de)能(neng)(neng)(neng)力(li)通常(chang)難以(yi)超過20kg。若(ruo)采(cai)(cai)用背(bei)(bei)包或(huo)(huo)背(bei)(bei)架(jia)等負(fu)重(zhong)裝(zhuang)置，則長(chang)時(shi)(shi)(shi)間負(fu)重(zhong)能(neng)(neng)(neng)力(li)可以(yi)提(ti)(ti)升至30～50kg。但因(yin)(yin)為背(bei)(bei)包和背(bei)(bei)架(jia)仍然要依靠人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)肩(jian)部(bu)(bu)和背(bei)(bei)部(bu)(bu)承(cheng)受負(fu)重(zhong)重(zhong)力(li)，并通過人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)下(xia)肢(zhi)(zhi)骨骼(ge)肌進行(xing)(xing)(xing)支撐，因(yin)(yin)此(ci)(ci)背(bei)(bei)包和背(bei)(bei)架(jia)的(de)(de)(de)輔(fu)助(zhu)負(fu)重(zhong)能(neng)(neng)(neng)力(li)有(you)限(xian)。此(ci)(ci)外(wai)，人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)還經常(chang)采(cai)(cai)用胸前(qian)(qian)抱(bao)、肩(jian)部(bu)(bu)扛、手部(bu)(bu)提(ti)(ti)等方式(shi)(shi)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)貨物(wu)(wu)。這(zhe)些方式(shi)(shi)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)重(zhong)物(wu)(wu)時(shi)(shi)(shi)，通常(chang)不(bu)是(shi)因(yin)(yin)為運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)過量(liang)導(dao)致(zhi)其搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)疲勞，而(er)(er)是(shi)因(yin)(yin)為肩(jian)部(bu)(bu)、手臂(bei)、手指等部(bu)(bu)位長(chang)時(shi)(shi)(shi)間受到(dao)(dao)(dao)局(ju)(ju)部(bu)(bu)重(zhong)壓，使(shi)局(ju)(ju)部(bu)(bu)肢(zhi)(zhi)體(ti)(ti)(ti)(ti)感覺(jue)嚴重(zhong)不(bu)適，進而(er)(er)達到(dao)(dao)(dao)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)疲勞極限(xian)。例如(ru)，手提(ti)(ti)10kg重(zhong)的(de)(de)(de)朔料袋(dai)，搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)數(shu)分鐘(zhong)不(bu)到(dao)(dao)(dao)，提(ti)(ti)拉袋(dai)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)手指就(jiu)會因(yin)(yin)為受到(dao)(dao)(dao)嚴重(zhong)的(de)(de)(de)勒拉而(er)(er)導(dao)致(zhi)局(ju)(ju)部(bu)(bu)缺(que)血，需要換手或(huo)(huo)休息才能(neng)(neng)(neng)繼續搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)。此(ci)(ci)外(wai)，因(yin)(yin)為物(wu)(wu)品不(bu)適宜(yi)抱(bao)、抬(tai)、拿等，導(dao)致(zhi)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)上(shang)肢(zhi)(zhi)需要額外(wai)使(shi)出(chu)(chu)較大的(de)(de)(de)持(chi)續力(li)才能(neng)(neng)(neng)將物(wu)(wu)體(ti)(ti)(ti)(ti)抬(tai)離地面進行(xing)(xing)(xing)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)，也是(shi)導(dao)致(zhi)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)效率低下(xia)的(de)(de)(de)重(zhong)要原因(yin)(yin)。例如(ru)，當人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)前(qian)(qian)抱(bao)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)較重(zhong)的(de)(de)(de)箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)(ti)時(shi)(shi)(shi)，手指受到(dao)(dao)(dao)局(ju)(ju)部(bu)(bu)壓力(li)會表(biao)現出(chu)(chu)明顯的(de)(de)(de)缺(que)血現象，同時(shi)(shi)(shi)由(you)于手指要一直保(bao)(bao)持(chi)彎曲(qu)狀(zhuang)態(tai)才能(neng)(neng)(neng)抵住箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)(ti)下(xia)滑，因(yin)(yin)此(ci)(ci)小臂(bei)肌肉在持(chi)續用勁使(shi)手指保(bao)(bao)持(chi)彎曲(qu)狀(zhuang)態(tai)，進而(er)(er)造成(cheng)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)較重(zhong)箱(xiang)體(ti)(ti)(ti)(ti)片刻(ke)后立刻(ke)感覺(jue)到(dao)(dao)(dao)小臂(bei)酸痛(tong)。外(wai)骨骼(ge)裝(zhuang)置是(shi)一種穿戴在人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)外(wai)部(bu)(bu)的(de)(de)(de)機(ji)械裝(zhuang)置，該(gai)裝(zhuang)置可以(yi)順應人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)肢(zhi)(zhi)體(ti)(ti)(ti)(ti)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)，輔(fu)助(zhu)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)承(cheng)受負(fu)重(zhong)或(huo)(huo)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)自身(shen)體(ti)(ti)(ti)(ti)重(zhong)，并通過其機(ji)械結(jie)構(gou)將負(fu)重(zhong)或(huo)(huo)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)的(de)(de)(de)重(zhong)力(li)高(gao)效傳至地面，甚至輔(fu)助(zhu)人(ren)(ren)(ren)(ren)體(ti)(ti)(ti)(ti)肢(zhi)(zhi)體(ti)(ti)(ti)(ti)進行(xing)(xing)(xing)運(yun)(yun)(yun)(yun)動(dong)(dong)，因(yin)(yin)此(ci)(ci)它在災難救(jiu)援、單(dan)兵(bing)負(fu)重(zhong)、消防(fang)搶險、戶外(wai)徒(tu)步、物(wu)(wu)流運(yun)(yun)(yun)(yun)輸等領(ling)域都(dou)有(you)較強(qiang)的(de)(de)(de)應用前(qian)(qian)景。已有(you)的(de)(de)(de)外(wai)骨骼(ge)多(duo)數(shu)采(cai)(cai)用背(bei)(bei)負(fu)式(shi)(shi)搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)運(yun)(yun)(yun)(yun)，難以(yi)滿足(zu)前(qian)(qian)置搬(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)(ban)抬(tai)的(de)(de)(de)需求。因(yin)(yin)此(ci)(ci)，亟(ji)需一種能(neng)(neng)(neng)夠同時(shi)(shi)(shi)滿足(zu)背(bei)(bei)負(fu)式(shi)(shi)負(fu)重(zhong)和前(qian)(qian)抬(tai)式(shi)(shi)負(fu)重(zhong)要求的(de)(de)(de)外(wai)骨骼(ge)助(zhu)力(li)機(ji)器人(ren)(ren)(ren)(ren)。

技術實現思路

1、本發明為解決上述問題(ti)，提供了一種適用(yong)于背負與搬運(yun)的(de)被動外骨骼助力機器人(ren)(ren)，提升了穿戴人(ren)(ren)員的(de)背負及搬運(yun)效率，減(jian)少(shao)了重物對(dui)人(ren)(ren)體的(de)沖擊，可適應不同(tong)任務需求(qiu)。

2、本發明提供(gong)的(de)適用于(yu)(yu)背(bei)負與搬運的(de)被(bei)動(dong)外骨(gu)骼助力機器(qi)人，包括：肩(jian)背(bei)模(mo)塊(kuai)、髖關節模(mo)塊(kuai)和(he)下肢外骨(gu)骼，其中，肩(jian)背(bei)模(mo)塊(kuai)包括y形(xing)(xing)碳纖(xian)維(wei)背(bei)板和(he)兩個圓弧形(xing)(xing)碳纖(xian)維(wei)肩(jian)板，碳纖(xian)維(wei)肩(jian)板的(de)后端固定在(zai)碳纖(xian)維(wei)背(bei)板的(de)上端，碳纖(xian)維(wei)肩(jian)板的(de)前端開有(you)用于(yu)(yu)固定繩索(suo)的(de)牽引孔；

3、髖關(guan)節模塊(kuai)包(bao)括碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)腰(yao)板和兩個碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)連(lian)接(jie)(jie)桿，碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)背板的下端(duan)與碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)腰(yao)板連(lian)接(jie)(jie)，碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)連(lian)接(jie)(jie)桿的上端(duan)通過轉軸(zhou)結(jie)構與碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)腰(yao)板連(lian)接(jie)(jie)，碳(tan)纖維(wei)(wei)(wei)連(lian)接(jie)(jie)桿的下端(duan)連(lian)接(jie)(jie)有具有前后轉動自由度(du)的旋轉關(guan)節；

4、下(xia)肢外骨骼(ge)包括(kuo)大腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)、膝(xi)(xi)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)旋(xuan)轉軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)、小(xiao)(xiao)腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)和踝(huai)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)模(mo)塊(kuai)，旋(xuan)轉關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)與(yu)(yu)大腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)的(de)上(shang)端(duan)連接(jie)，大腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)的(de)下(xia)端(duan)通(tong)過(guo)膝(xi)(xi)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)旋(xuan)轉軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)與(yu)(yu)小(xiao)(xiao)腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)的(de)上(shang)端(duan)連接(jie)，膝(xi)(xi)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)旋(xuan)轉軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)具有(you)(you)屈(qu)曲(qu)和伸展自(zi)由(you)度；踝(huai)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)模(mo)塊(kuai)包括(kuo)踝(huai)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)和腳(jiao)踏(ta)板(ban)，小(xiao)(xiao)腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)的(de)下(xia)端(duan)通(tong)過(guo)踝(huai)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)與(yu)(yu)腳(jiao)踏(ta)板(ban)連接(jie)，踝(huai)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)相對于小(xiao)(xiao)腿支(zhi)(zhi)(zhi)撐(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)(cheng)桿(gan)具有(you)(you)橫向(xiang)旋(xuan)轉自(zi)由(you)度，腳(jiao)踏(ta)板(ban)相對于踝(huai)關(guan)(guan)(guan)(guan)節(jie)(jie)軸(zhou)(zhou)承(cheng)(cheng)具有(you)(you)跖屈(qu)和背屈(qu)自(zi)由(you)度。

5、優選的，碳纖(xian)維連(lian)接桿的上端連(lian)接在(zai)碳纖(xian)維腰板的后(hou)表面。

6、優選的，碳纖(xian)維連接桿為沿碳纖(xian)維腰板后(hou)表面延伸至穿(chuan)戴者身體兩側的彎曲狀。

7、優選的，碳(tan)纖維(wei)腰(yao)板的后表(biao)面開(kai)有延伸至碳(tan)纖維(wei)腰(yao)板下邊緣的楔形槽(cao)，且隨楔形槽(cao)向碳(tan)纖維(wei)腰(yao)板下邊緣延伸，楔形槽(cao)的寬度遞(di)增；碳(tan)纖維(wei)連接桿(gan)安裝在楔形槽(cao)內，碳(tan)纖維(wei)連接桿(gan)可在楔形槽(cao)內沿寬度方向進行轉動。

8、優選(xuan)的(de)，碳(tan)纖(xian)維腰板上(shang)設(she)置有調(diao)節(jie)機構(gou)，通(tong)過調(diao)節(jie)機構(gou)可調(diao)節(jie)y形碳(tan)纖(xian)維背板與碳(tan)纖(xian)維腰板的(de)連接位置。

9、優選的，沿大腿(tui)支(zhi)撐(cheng)(cheng)桿(gan)設(she)有彈(dan)(dan)簧(huang)槽(cao)，彈(dan)(dan)簧(huang)槽(cao)內(nei)設(she)有彈(dan)(dan)簧(huang)和拉(la)繩(sheng)，拉(la)繩(sheng)的一(yi)端固(gu)定(ding)在小(xiao)腿(tui)支(zhi)撐(cheng)(cheng)桿(gan)內(nei)，拉(la)繩(sheng)的另(ling)一(yi)端可對彈(dan)(dan)簧(huang)的上端施加(jia)拉(la)力；大腿(tui)支(zhi)撐(cheng)(cheng)桿(gan)和小(xiao)腿(tui)支(zhi)撐(cheng)(cheng)桿(gan)進行(xing)屈膝過程(cheng)中，彈(dan)(dan)簧(huang)被(bei)拉(la)繩(sheng)向下壓縮(suo)，大腿(tui)支(zhi)撐(cheng)(cheng)桿(gan)和小(xiao)腿(tui)支(zhi)撐(cheng)(cheng)桿(gan)由屈膝變為伸展狀態過程(cheng)中，彈(dan)(dan)簧(huang)在彈(dan)(dan)性勢能(neng)作用下進行(xing)回(hui)彈(dan)(dan)。

10、優選的，肩背模(mo)塊和髖關節(jie)模(mo)塊的內側通過魔(mo)術(shu)貼(tie)綁有襯墊(dian)層。

11、優選的，旋轉(zhuan)(zhuan)關節內設有回彈(dan)機構，碳纖維連接桿(gan)相(xiang)對于大腿支撐桿(gan)轉(zhuan)(zhuan)動(dong)過程中，回彈(dan)機構將動(dong)能(neng)儲存(cun)為復位的勢能(neng)。

12、優選(xuan)的(de)(de)，回彈(dan)機構為扭簧，扭簧套在旋轉關(guan)節的(de)(de)旋轉軸上，扭簧的(de)(de)兩個(ge)受力端分(fen)別與大腿支撐桿(gan)、碳纖(xian)維(wei)連接(jie)桿(gan)抵接(jie)。

13、優選(xuan)的(de)，踝(huai)關(guan)節(jie)軸承(cheng)(cheng)的(de)上端設有橫向轉動(dong)的(de)轉動(dong)軸承(cheng)(cheng)，踝(huai)關(guan)節(jie)軸承(cheng)(cheng)的(de)下(xia)端通過插銷(xiao)與(yu)腳踏板轉動(dong)連接。

14、與現有技術相比，本發明能夠取(qu)得如下(xia)有益效果：

15、本發明可(ke)以同(tong)時滿(man)足對背負和(he)(he)搬運(yun)(yun)的需(xu)求，利用(yong)y形(xing)的碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)背板(ban)(ban)和(he)(he)圓弧形(xing)的碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)肩(jian)(jian)(jian)板(ban)(ban)，提高(gao)了(le)行走過程(cheng)(cheng)中驅動力(li)(li)作用(yong)面積(ji)，在(zai)背負式(shi)負重過程(cheng)(cheng)中，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)肩(jian)(jian)(jian)板(ban)(ban)的前端能夠(gou)有效(xiao)增大人(ren)體(ti)正面的受(shou)力(li)(li)面積(ji)，從而減(jian)少單一點的壓力(li)(li)，避免局部(bu)(bu)過度壓迫，提高(gao)雙肩(jian)(jian)(jian)負重能力(li)(li)，均(jun)勻分布的壓力(li)(li)有助于減(jian)少穿(chuan)戴(dai)者在(zai)長時間使用(yong)外(wai)骨骼時的肩(jian)(jian)(jian)部(bu)(bu)疲(pi)勞和(he)(he)不(bu)適(shi)，提高(gao)穿(chuan)戴(dai)者的舒適(shi)度，此外(wai)，還在(zai)碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)肩(jian)(jian)(jian)板(ban)(ban)前端還設置用(yong)于固定繩索的牽引(yin)孔，能夠(gou)實(shi)現前抬式(shi)的搬運(yun)(yun)需(xu)求，在(zai)前抬式(shi)搬運(yun)(yun)過程(cheng)(cheng)中，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)肩(jian)(jian)(jian)板(ban)(ban)輔助人(ren)體(ti)對負重進行牽引(yin)，碳(tan)(tan)(tan)纖(xian)(xian)(xian)維(wei)背板(ban)(ban)與人(ren)體(ti)背面的接觸面積(ji)顯著(zhu)增大，提高(gao)負重能力(li)(li)。

16、本發明對髖(kuan)關(guan)節模塊進(jin)行(xing)(xing)了特殊設(she)計，通過碳纖維連(lian)接桿的(de)上端(duan)與碳纖維腰(yao)板轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動連(lian)接，使上肢外(wai)(wai)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)具(ju)有向人(ren)(ren)體兩側(ce)偏轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)的(de)自(zi)由度(du)(du)，同時將碳纖維連(lian)接桿設(she)置在楔形槽內，對側(ce)向的(de)偏轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)角度(du)(du)進(jin)行(xing)(xing)了限制，避(bi)免(mian)過度(du)(du)彎(wan)曲導致(zhi)(zhi)人(ren)(ren)體無(wu)法站立復(fu)位(wei)(wei)，甚至(zhi)可能(neng)導致(zhi)(zhi)摔倒受傷(shang)；碳纖維連(lian)接桿的(de)下(xia)端(duan)通過旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)關(guan)節與下(xia)肢外(wai)(wai)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)連(lian)接，使上肢外(wai)(wai)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)具(ju)有向人(ren)(ren)體前后轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動的(de)自(zi)由度(du)(du)，使得穿(chuan)戴者可以實現(xian)彎(wan)腰(yao)等活動，減少了因(yin)外(wai)(wai)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)限制而對自(zi)然運動模式的(de)干擾，此外(wai)(wai)，旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)關(guan)節的(de)可旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)角度(du)(du)根據身體活動需(xu)求進(jin)行(xing)(xing)設(she)置，對向后轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)動進(jin)行(xing)(xing)角度(du)(du)限位(wei)(wei)，避(bi)免(mian)過度(du)(du)后仰導致(zhi)(zhi)穿(chuan)戴者失(shi)去平衡，并且旋(xuan)轉(zhuan)(zhuan)(zhuan)關(guan)節具(ju)有阻尼和回彈性能(neng)，提高(gao)行(xing)(xing)走過程中(zhong)外(wai)(wai)骨(gu)(gu)(gu)骼(ge)穩定的(de)同時，也(ye)能(neng)為穿(chuan)戴者提供由彎(wan)腰(yao)或(huo)者后仰狀態恢復(fu)至(zhi)豎直(zhi)站立狀態的(de)恢復(fu)力。

17、此外，本發(fa)明(ming)通(tong)(tong)過(guo)旋轉軸承連接大腿支撐桿和小腿支撐桿，以便于(yu)穿(chuan)戴(dai)(dai)者(zhe)(zhe)進行(xing)屈(qu)膝和站立，并(bing)且在旋轉軸承位置(zhi)設置(zhi)了彈簧，在屈(qu)膝過(guo)程，彈簧通(tong)(tong)過(guo)扭轉將動(dong)能(neng)儲存為彈性勢能(neng)，該(gai)彈性勢能(neng)可以輔助穿(chuan)戴(dai)(dai)者(zhe)(zhe)由屈(qu)膝變為站立狀態，減少穿(chuan)戴(dai)(dai)者(zhe)(zhe)進行(xing)動(dong)作變化過(guo)程中消耗的體(ti)力；并(bing)且踝關(guan)節也(ye)采用了具有多自由度的安裝方式，符合人(ren)(ren)體(ti)的運(yun)動(dong)需求(qiu)。本發(fa)明(ming)中的連接關(guan)節均采用快拆關(guan)節，便于(yu)穿(chuan)戴(dai)(dai)者(zhe)(zhe)穿(chuan)戴(dai)(dai)和脫下外骨骼(ge)機(ji)器人(ren)(ren)。

技術特征：

1.一種適用于(yu)背(bei)(bei)負與搬運的(de)被(bei)動外骨(gu)骼(ge)(ge)助力機器(qi)人，其特征在(zai)(zai)于(yu)，包括(kuo)(kuo)：肩(jian)背(bei)(bei)模塊(kuai)(kuai)、髖關節模塊(kuai)(kuai)和下肢外骨(gu)骼(ge)(ge)，其中，所(suo)述肩(jian)背(bei)(bei)模塊(kuai)(kuai)包括(kuo)(kuo)y形(xing)碳(tan)纖(xian)(xian)維(wei)背(bei)(bei)板和兩個(ge)圓弧形(xing)碳(tan)纖(xian)(xian)維(wei)肩(jian)板，所(suo)述碳(tan)纖(xian)(xian)維(wei)肩(jian)板的(de)后端固定(ding)在(zai)(zai)所(suo)述碳(tan)纖(xian)(xian)維(wei)背(bei)(bei)板的(de)上端，所(suo)述碳(tan)纖(xian)(xian)維(wei)肩(jian)板的(de)前端開(kai)有(you)用于(yu)固定(ding)繩(sheng)索的(de)牽引孔；

2.如權(quan)利(li)要求(qiu)1所(suo)(suo)述(shu)的(de)適用于背負與搬運的(de)被動外(wai)骨(gu)骼助(zhu)力機(ji)器(qi)人，其特征在于，所(suo)(suo)述(shu)碳(tan)纖(xian)維(wei)連接桿的(de)上端連接在所(suo)(suo)述(shu)碳(tan)纖(xian)維(wei)腰板的(de)后表面(mian)。

3.如權利要求2所(suo)述的適(shi)用于背負與搬運的被動(dong)外(wai)骨骼助力(li)機器(qi)人，其特征在于，所(suo)述碳(tan)(tan)纖維連接桿為沿所(suo)述碳(tan)(tan)纖維腰板后表面延伸至(zhi)穿戴(dai)者身(shen)體兩側的彎曲狀。

4.如權利要求3所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)的(de)適用(yong)于背負與搬(ban)運的(de)被動(dong)外骨(gu)骼助力機器人，其特征在(zai)于，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)碳(tan)纖維腰(yao)板(ban)(ban)的(de)后表面開有延伸至(zhi)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)碳(tan)纖維腰(yao)板(ban)(ban)下(xia)邊緣的(de)楔(xie)形(xing)槽(cao)(cao)，且隨所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)楔(xie)形(xing)槽(cao)(cao)向(xiang)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)碳(tan)纖維腰(yao)板(ban)(ban)下(xia)邊緣延伸，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)楔(xie)形(xing)槽(cao)(cao)的(de)寬度遞(di)增；所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)碳(tan)纖維連接(jie)桿(gan)安裝在(zai)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)楔(xie)形(xing)槽(cao)(cao)內(nei)，所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)碳(tan)纖維連接(jie)桿(gan)可在(zai)所(suo)(suo)(suo)述(shu)(shu)(shu)(shu)楔(xie)形(xing)槽(cao)(cao)內(nei)沿寬度方(fang)向(xiang)進行轉(zhuan)動(dong)。

5.如權(quan)利要(yao)求1所述的(de)適用于背負與搬運(yun)的(de)被動(dong)外骨骼助力(li)機(ji)(ji)器人，其特征在于，所述碳纖(xian)維腰板上設(she)置有(you)調節(jie)機(ji)(ji)構，通過調節(jie)機(ji)(ji)構可調節(jie)所述y形碳纖(xian)維背板與所述碳纖(xian)維腰板的(de)連(lian)接位置。

6.如(ru)權利要求1所(suo)述(shu)的(de)適用(yong)于(yu)背負(fu)與(yu)搬運的(de)被(bei)動外(wai)骨骼助(zhu)力(li)機器(qi)人(ren)，其特(te)征在于(yu)，沿所(suo)述(shu)大(da)腿(tui)支撐(cheng)(cheng)桿(gan)(gan)設(she)有(you)彈(dan)簧(huang)(huang)槽，所(suo)述(shu)彈(dan)簧(huang)(huang)槽內設(she)有(you)彈(dan)簧(huang)(huang)和拉繩(sheng)(sheng)，拉繩(sheng)(sheng)的(de)一(yi)端(duan)固定在所(suo)述(shu)小腿(tui)支撐(cheng)(cheng)桿(gan)(gan)內，拉繩(sheng)(sheng)的(de)另(ling)一(yi)端(duan)可對(dui)彈(dan)簧(huang)(huang)的(de)上端(duan)施加拉力(li)；所(suo)述(shu)大(da)腿(tui)支撐(cheng)(cheng)桿(gan)(gan)和所(suo)述(shu)小腿(tui)支撐(cheng)(cheng)桿(gan)(gan)進行屈膝過程中，彈(dan)簧(huang)(huang)被(bei)拉繩(sheng)(sheng)向下(xia)壓縮，大(da)腿(tui)支撐(cheng)(cheng)桿(gan)(gan)和小腿(tui)支撐(cheng)(cheng)桿(gan)(gan)由屈膝變為(wei)伸展狀態過程中，彈(dan)簧(huang)(huang)在彈(dan)性(xing)勢能作(zuo)用(yong)下(xia)進行回彈(dan)。

7.如權利要求1所述的(de)適用于背負與(yu)搬運的(de)被動外骨骼助(zhu)力機器(qi)人，其(qi)特征在(zai)于，所述肩背模塊和所述髖(kuan)關節模塊的(de)內側通過(guo)魔術貼綁有(you)襯墊層。

8.如權利(li)要求1所(suo)(suo)述(shu)(shu)的適用(yong)于背負與搬運的被(bei)動外骨骼助力機(ji)器人(ren)，其特征(zheng)在于，所(suo)(suo)述(shu)(shu)旋轉關節內(nei)設(she)有回(hui)彈機(ji)構(gou)，所(suo)(suo)述(shu)(shu)碳(tan)纖維連接桿相對(dui)于所(suo)(suo)述(shu)(shu)大(da)腿(tui)支(zhi)撐桿轉動過(guo)程中，所(suo)(suo)述(shu)(shu)回(hui)彈機(ji)構(gou)將動能(neng)儲存為復(fu)位的勢能(neng)。

9.如權(quan)利要求(qiu)8所(suo)(suo)述(shu)的(de)適用于背負與(yu)(yu)搬運的(de)被動外骨骼(ge)助力機器人，其(qi)特征在于，所(suo)(suo)述(shu)回彈機構為扭簧(huang)，扭簧(huang)套在所(suo)(suo)述(shu)旋轉關節的(de)旋轉軸上，扭簧(huang)的(de)兩個受(shou)力端分別與(yu)(yu)所(suo)(suo)述(shu)大腿支(zhi)撐(cheng)桿(gan)、所(suo)(suo)述(shu)碳(tan)纖維(wei)連接桿(gan)抵接。

10.如權利要(yao)求(qiu)1所述(shu)的適用于背負與搬運的被動(dong)(dong)外骨骼助力機(ji)器人，其特征(zheng)在于，所述(shu)踝關節(jie)軸承(cheng)的上端(duan)設有橫向轉動(dong)(dong)的轉動(dong)(dong)軸承(cheng)，所述(shu)踝關節(jie)軸承(cheng)的下端(duan)通過插(cha)銷與所述(shu)腳(jiao)踏板轉動(dong)(dong)連接。

技術總結
本發明涉及機械外骨骼技術領域，具體提供一種適用于背負與搬運的被動外骨骼助力機器人，包括：肩背模塊、髖關節模塊和下肢外骨骼，肩背模塊由Y形碳纖維背板和兩個圓弧形碳纖維肩板構成，可以適用于后背背負與胸前搬運等多種工作需求，并且通過圓弧形的碳纖維肩板提高了負重時身體與外骨骼的接觸面積，避免局部過度壓迫；髖關節模塊具有多自由度，便于穿戴者進行彎腰、后仰和側向扭身等動作；下肢外骨骼的膝關節和踝關節采用具有多自由度的軸承，提高穿戴者身體靈活性，并且在大腿支撐桿和小腿支撐桿之間設計了輔助運動的回彈機構，通過彈簧進行將運動儲存為彈性勢能，便于膝關節的運動復位。

技術研發人員：蘇業旺,郭亮,張繼武
受保護的技術使用者：中科攜行（北京）科技有限公司
技術研發日：
技術公布日：2024/9/19