一种绳索式上肢助力外骨骼的制作方法

本发明涉及人力辅助机械结构领域，具体为一种绳索式上肢助力外骨骼。

背景技术：

1、严重的人口老龄化势必会导致年轻劳动力的下降，老年人又是最容易患病的群体，老龄化的加速会导致年轻人的工作强度变强和工作时间的延长，长期的高强度工作会换上工作相关肌肉骨骼病或者肢体运动功能的部分丧失及衰退，尤其是上肢运动功能的部分丧失及衰退，极大地影响了患者的日常生活能力。为此，通常采用上肢外骨骼装置安全、有效、方便地辅助穿戴者实现上肢的助力，减少患病率的增加。

2、传统的上肢外骨骼大多是仿生手臂的自由度，使外骨骼紧贴在手臂外侧，这样会导致人体手臂的活动空间受限；通过人体意图识别驱动电机或者气泵在助力，人体意图识别精度不高或者识别错误，导致运动延迟或者穿戴者手臂受伤等；传统的助力是间接助力，穿戴者的手抓取重物，外骨骼助力小臂和大臂，这样会导致手臂腕关节的劳损。

3、针对老龄化的加剧导致年轻人工作强度变强和传统上肢外骨骼的限制，提出一种绳索式上肢助力外骨骼。

技术实现思路

1、针对现有技术中间接助力时手抓物体容易导致手臂腕关节劳损的问题，本发明提供一种绳索式上肢助力外骨骼。

2、本发明是通过以下技术方案来实现：

3、一种绳索式上肢助力外骨骼，包括背板，背板的两侧对称安装有施力结构，施力结构包括驱动电机、棘轮棘爪保护机构、肩部支撑架和编织带；

4、棘轮棘爪保护机构包括电磁铁、棘轮、棘爪和电池，棘轮与驱动电机的输出端连接，棘爪与背板转动连接，且棘爪的头部与棘轮配合；电磁铁固定于背板上，电磁铁位于棘爪头部的外侧，且位于棘爪头部的转动半径上；电磁铁与外部电源连接，电磁铁通电吸取棘爪；电池用于供电给驱动电机和电磁铁，电池与背板连接；

5、驱动电机的壳体固定于背板上，驱动电机的输出轴连接有带轮，带轮转动设置于肩部支撑架上；肩部支撑架上留设有编织通道，带轮位于编织通道的入口处；编织通道中设置有转动的第一滚轮；编织带的一端与带轮固定连接，且缠绕在带轮上，另一端绕过第一滚轮表面从编织通道的出口伸出；编织带伸出的一端用于搬运物体；

6、搬运物体时，电磁铁断电，棘爪的头部与棘轮配合；放下物体时，驱动电机先正转运行，再通电电磁铁，电磁体吸取棘爪，棘爪的头部与棘轮分开，再反转驱动电机放下物体。

7、优选的，背板还设置有穿戴背心，且穿戴背心位于肩部支撑架的弯曲的一侧。

8、优选的，肩部支撑架包括底部支撑板，底部支撑板的两侧平行间隔设置有第一支撑板和第二支撑板，二者采用多个外支撑板和多个内支撑板进行连接；第一滚轮转动设置于第一支撑板和第二支撑板之间。

9、优选的，第一支撑板和第二支撑板之间还设置有限位螺钉，限位螺钉与第一滚轮之间的形成作为编织通道的缝隙。

10、优选的，肩部支撑架上设置有肩部转向结构，肩部转向结构包括第二滚轮、滚轮支撑架和轴承支撑板，轴承支撑板固定于肩部支撑架上，滚轮支撑架转动设置于轴承支撑板上，第二滚轮转动设置于滚轮支撑架上；编织带伸出的一端绕过第二滚轮表面后伸出编织通道。

11、优选的，还包括腰部助力机构，腰部助力机构包括第一弹性件、第二弹性件和腰部支撑板，第一弹性件的一端与背板连接，另一端与腰部支撑板连接；第二弹性件的一端与背板连接，另一端与腰部支撑板连接。

12、优选的，背板上竖向上设置有多个调节孔，第一弹性件的一端通过调节孔与背板可拆卸连接。

13、优选的，第一弹性件为气弹簧，第二弹性件为拉簧。

14、优选的，还包括腿部助力机构，腿部助力机构包括腿部支撑板和第三弹性件，腿部支撑板的一端与腰部支撑板转动连接，第三弹性件的一端与腰部支撑板连接，另一端与腿部支撑板连接。

15、优选的，腿部支撑板上设置有多个限位销孔，第三弹性件采用销钉销孔结构与腿部支撑板可拆卸连接。

16、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

17、本发明一种绳索式上肢助力外骨骼中采用索助力，由于编织带的柔软性，使得手臂的活动空间不受限制，避免了传统外骨骼导致的行动笨拙、体积庞大等缺点。同时，使用电磁铁和棘轮棘爪机构安全装置，在提取重物和放下重物是电机通电工作，在行走搬运时电机断电，起到节省电量的作用，当发生紧急时刻，例如电池突然没电等情况，利用棘轮棘爪对人体起到保护作用。

18、进一步的，利用气弹簧和拉簧组成的腰部助力机构，由于拉簧有柔性，安装在中间。当穿戴者弯腰搬取重物时，气弹簧和拉簧同时蓄力，搬取上重物站立时气弹簧和拉簧释放力，起到保护腰部的作用，缓解腰部劳损。当搬上重物行走时，气弹簧向上提供支持力，可以缓解重物对腰椎的压力。

19、进一步的，使用腿部拉簧和限位机构组成的腿部助力机构，当穿戴者弯腰搬取重物时，以腿部销钉为圆心，腰部支撑板和腿部支撑板的夹角变大，腿部拉簧会被拉伸蓄力，同样，搬取上重物站立时腿部拉簧释放力，起到保护腰部的作用，缓解腰部劳损。

技术特征：

1.一种绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，包括背板(11)，背板(11)的两侧对称安装有施力结构，施力结构包括驱动电机(12)、棘轮棘爪保护机构、肩部支撑架(1)和编织带(10)；

2.根据权利要求1所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，背板(11)还设置有穿戴背心，且穿戴背心位于肩部支撑架(1)的弯曲的一侧。

3.根据权利要求1所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，肩部支撑架(1)包括底部支撑板(1204)，底部支撑板(1204)的两侧平行间隔设置有第一支撑板(1201)和第二支撑板(1028)，二者采用多个外支撑板(1203)和多个内支撑板(1202)进行连接；第一滚轮(1205)转动设置于第一支撑板(1201)和第二支撑板(1028)之间。

4.根据权利要求3所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，第一支撑板(1201)和第二支撑板(1028)之间还设置有限位螺钉(1206)，限位螺钉(1206)与第一滚轮(1205)之间的形成作为编织通道的缝隙。

5.根据权利要求3所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，肩部支撑架(1)上设置有肩部转向结构(13)，肩部转向结构(13)包括第二滚轮(1302)、滚轮支撑架(1303)和轴承支撑板(1304)，轴承支撑板(1304)固定于底部支撑板(1204)上，滚轮支撑架(1303)转动设置于轴承支撑板(1304)上，第二滚轮(1302)转动设置于滚轮支撑架(1303)上；编织带(10)伸出的一端绕过第二滚轮(1302)表面后伸出编织通道。

6.根据权利要求1所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，还包括腰部助力机构，腰部助力机构包括第一弹性件(4)、第二弹性件(23)和腰部支撑板(26)，第一弹性件(4)的一端与背板(11)连接，另一端与腰部支撑板(26)连接；第二弹性件(23)的一端与背板(11)连接，另一端与腰部支撑板(26)连接。

7.根据权利要求6所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，背板(11)上竖向上设置有多个调节孔，第一弹性件(4)的一端通过调节孔与背板(11)可拆卸连接。

8.根据权利要求6所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，第一弹性件(4)为气弹簧，第二弹性件(23)为拉簧。

9.根据权利要求6所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，还包括腿部助力机构，腿部助力机构包括腿部支撑板(27)和第三弹性件(8)，腿部支撑板(27)的一端与腰部支撑板(26)转动连接，第三弹性件(8)的一端与腰部支撑板(26)连接，另一端与腿部支撑板(27)连接。

10.根据权利要求9所述的绳索式上肢助力外骨骼，其特征在于，腿部支撑板(27)上设置有多个限位销孔，第三弹性件(8)采用销钉销孔结构与腿部支撑板(27)可拆卸连接。

技术总结本发明涉及人力辅助机械结构领域，具体为一种绳索式上肢助力外骨骼，包括背板，背板的两侧对称安装有施力结构，施力结构包括驱动电机、棘轮棘爪保护机构、肩部支撑架和编织带；棘轮棘爪保护机构包括电磁铁、棘轮、棘爪和电池，棘轮与驱动电机的输出端连接，棘爪与背板转动连接，且棘爪的头部与棘轮配合；电磁铁固定于背板上，电磁铁位于棘爪头部的外侧，且位于棘爪头部的转动半径上；电磁铁与外部电源连接，电磁铁通电吸取棘爪；电池用于供电给驱动电机和电磁铁，电池与背板连接。本发明采用绳索助力，由于编织带的柔软性，使得手臂的活动空间不受限制，避免了传统外骨骼导致的行动笨拙、体积庞大等缺点。技术研发人员：常宏,张挺,来跃深,尚雅层受保护的技术使用者：深圳市北辰亿科科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/9