CN102599998B - 一种人体髋部外骨骼机械承载装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人体髋部外骨骼机械承载装置，它包括结构对称的左、右髋部，左、右髋部通过一髋部中心销轴铰接呈X状，在X状的顶部和底部，左、右髋部之间还分别设置一弹簧。左、右髋部的另一端分别铰接一腿髋连接件，两腿髋连接件的另一端分别铰接一万向连接件的第一接口。两万向连接件的第二接口分别铰接一挺杆，两挺杆的另一端分别套设在一套筒内，两套筒内分别设置有支撑挺杆的压簧。两套筒的另一端分别铰接在两腿髋连接件靠近髋部的下部。两万向连接件的第三接口分别铰接一腿部调节件，腿部调节部件的另一端与腿部承载装置的大腿零件的上端固定连接。本发明能够将人体外骨骼携行助力装置背架上的负荷传递给腿部承载装置，并具备高度的灵活性和缓冲减震功能。

Description

一种人体髋部外骨骼机械承载装置

技术领域

本发明涉及一种机械承载装置，特别是关于一种设置在人体髋部，用于将人体外骨骼携行助力装置背架上的负荷传递给腿部承载装置的人体髋部外骨骼机械承载装置。

背景技术

在抢险救灾或人力运输中，人体需要携带越来越多的装备和物资，这样会影响人体的行进速度、行走距离和机动能力，因此，各国正在加速研制符合人体工程学的人体外骨骼携行助力装置，以帮助人体减少体能消耗，提高负重能力、耐力和人体机动能力。

我国关于人体外骨骼携行助力装置的研究起步较晚，现有的人体外骨骼携行助力装置大多承重能力低，且缺乏人机协同运动要求的高度协调性和运动缓冲减震能力。特别是在重载条件下，当人体在进行快速行走、跑步和跨跳等剧烈运动时，传统的机械承载装置难以负荷，并会对人体的运动造成一定的阻碍，影响人体的平衡能力，动作连续性和灵活性。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够将人体外骨骼携行助力装置背架上的负荷高效传递给腿部承载装置，并具有高度灵活性和缓冲减震功能的人体髋部外骨骼机械承载装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种人体髋部外骨骼机械承载装置，其特征在于：它包括对称设置的一左髋部和一右髋部，左、右髋部结构对称，一端均向上翘起相互交叉呈X状，在X状的交叉处，左、右髋部之间通过一髋部中心销轴铰接，在X状的顶部和底部，左、右髋部之间分别设置一弹簧；左、右髋部的另一端分别通过一髋部侧边销轴铰接一腿髋连接件，两腿髋连接件的另一端分别通过一万向连接销轴铰接一万向连接件的第一接口；两万向连接件的第二接口分别通过一挺杆连接销轴铰接一挺杆，两挺杆的另一端分别套设在一套筒内，两套筒内分别设置有支撑挺杆的压簧，两套筒的另一端分别通过一套筒连接销轴铰接在两腿髋连接件靠近髋部侧边销轴的下部；两万向连接件的第三接口分别通过一腿部连接销轴铰接一腿部调节件，两腿部调节部件的另一端则分别与腿部承载装置的两大腿零件的上端固定连接。

上述套筒靠近万向连接件的一端设置有一段滑槽，挺杆的中部设置有一在滑槽内配合滑动的凸台。

上述在X状的顶部和底部，左、右髋部之间的两弹簧均采用热卷拉伸圆柱螺旋RL II型弹簧制成。

上述在套筒内设置的压簧采用热卷压缩圆柱螺旋RY I型弹簧制成。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明连接人体外骨骼携行助力装置中的背架与腿部承载装置，通过套筒、压簧和挺杆的配合，将背架上的负荷传递给腿部承载装置，具有稳定的载荷承载能力和传递效率，能够有效地帮助人体提高行军作战或抢险救灾负重能力。2、本发明采用销轴和万向连接件铰接各构件，使髋部构件和腿髋连接件可以灵活旋转，能够满足人体在负有重载时不同技术动作下的多自由度要求，灵活度高。3、本发明通过在髋部构件上和腿髋连接件的套筒内设置弹簧，为人在行走抬腿时提供一定的回复力，从而可以减轻人体的运动疲劳，同时还具有减震效果，使整个装置承载平稳。4、本发明通过在套筒上设置滑槽，限定挺杆的极限位置，避免因腿髋连接件的水平力过大而导致背架后翻，使人体失衡摔倒。本发明机构符合人体工程学，结构简单紧凑，能够满足不同类型的人体外骨骼携行助力装置的关节运动和载荷传递要求。

附图说明

图1是本发明的结构主视图

图2是图1的左视图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明是人体外骨骼携行助力装置中，连接背架和腿部承载装置的中间装置，用于将背架上的外载荷传递给腿部承载装置。

如图1所示，本发明包括对称设置的一左髋部1和一右髋部2。左髋部1和右髋部2结构对称，一端均向上翘起相互交叉呈X状。在X状的交叉处，左髋部1和右髋部2之间通过一髋部中心销轴3铰接，同时通过髋部中心销轴3，固定连接在背架上(图中未示出)。在X状的顶部和底部，左髋部1和右髋部2之间还分别设置有一弹簧：髋部上弹簧4和髋部下弹簧5。髋部上弹簧4和髋部下弹簧5均可以采用热卷拉伸圆柱螺旋RL II型弹簧。当人在行走过程中，髋部上弹簧4和髋部下弹簧5被压缩或者拉伸，提供一定的回复力，帮助人抬腿，同时还具有减震效果，使整个装置承载平稳。

本发明的左髋部1和右髋部2结构对称，所连接的部件结构完全相同，下面仅以左髋部1为例加以说明。如图1、图2所示，左髋部1的另一端通过一髋部侧边销轴6铰接一腿髋连接件7，当人在侧向行走完成跨越障碍或其他技术动作时，大腿左右摆动，左髋部1通过髋部侧边销轴6与腿髋连接件7实现相对旋转，从而完成摆腿动作。腿髋连接件7的另一端通过一万向连接销轴8铰接一万向连接件9的第一接口。万向连接件9的第二接口通过一挺杆连接销轴10铰接一挺杆11，挺杆11的另一端套设在一套筒12内。套筒12内设置有支撑挺杆11的压簧13。压簧13可以采用热卷压缩圆柱螺旋RY I型弹簧，既可以实现载荷传递，又可以提供一定的回复力，同时还能起到减震效果。套筒12的另一端通过一套筒连接销轴14铰接在腿髋连接件7靠近髋部侧边销轴6的下部。万向连接件9的第三接口通过一腿部连接销轴15铰接一腿部调节件16，腿部调节部件16的另一端则与腿部承载装置的大腿零件的上端固定连接(图中未示出)。

上述万向连接件9具有三个接口，可以实现两个自由度方向的旋转，满足人在完成不同技术动作时所需要的自由度要求。当人正常行走时，大腿前后摆动，腿髋连接件7可以通过万向连接销轴8与万向连接件9实现相对旋转；当人在侧向行走完成跨越障碍或其他技术动作时，大腿左右摆动，带动腿部承载装置左右摆动，与其连接的腿部调节部件16通过腿部连接销轴15与万向连接件9实现相对旋转，从而完成摆腿动作。

上述实施例中，套筒12靠近万向连接件9的一端设置有一段滑槽121，挺杆11的中部设置有一在滑槽121内配合滑动的凸台111，这样设置的目的是为了实现承载和限位：当外载荷通过套筒连接销轴14传递给套筒12时，套筒12与挺杆11发生相对滑动，凸台111沿着滑槽121滑动，当凸台111滑到滑槽121的两个端点时，套筒12和挺杆11不能再发生相对滑动，从而成为一个刚体，此时，外载荷通过套筒连接销轴14、套筒12和挺杆11传递到万向连接件9，再通过万向连接件9传递到腿部调节部件16和腿部承载装置，实现外载荷的传递；当背负重物过重时，套筒12与挺杆11发生相对滑动，凸台111沿着滑槽121滑动到远离万向连接件9的一端端点，达到极限位置，套筒12和挺杆11不能继续发生相对滑动，使背架保持平衡，从而避免因腿髋连接件7的水平力过大而导致背架后翻，使人体失衡摔倒。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (3)

1.一种人体髋部外骨骼机械承载装置，其特征在于：它包括对称设置的一左髋部和一右髋部，所述左、右髋部结构对称，一端均向上翘起相互交叉呈X状，在所述X状的交叉处，所述左、右髋部之间通过一髋部中心销轴铰接，在所述X状的顶部和底部，所述左、右髋部之间分别设置一弹簧；所述左、右髋部的另一端分别通过一髋部侧边销轴铰接一腿髋连接件，两所述腿髋连接件的另一端分别通过一万向连接销轴铰接一万向连接件的第一接口；两所述万向连接件的第二接口分别通过一挺杆连接销轴铰接一挺杆，两所述挺杆的另一端分别套设在一套筒内，两所述套筒内分别设置有支撑所述挺杆的压簧，两所述套筒的另一端分别通过一套筒连接销轴铰接在两所述腿髋连接件靠近所述髋部侧边销轴的下部；两所述万向连接件的第三接口分别通过一腿部连接销轴铰接一腿部调节件，两所述腿部调节部件的另一端则分别与腿部承载装置的两大腿零件的上端固定连接；

所述套筒靠近所述万向连接件的一端设置有一段滑槽，所述挺杆的中部设置有一在所述滑槽内配合滑动的凸台。

2.如权利要求1的一种人体髋部外骨骼机械承载装置，其特征在于：在所述X状的顶部和底部，所述左、右髋部之间的两弹簧均采用热卷拉伸圆柱螺旋RLⅡ型弹簧制成。

3.如权利要求1或2的一种人体髋部外骨骼机械承载装置，其特征在于：在所述套筒内设置的压簧采用热卷压缩圆柱螺旋RYⅠ型弹簧制成。