[實用新型]可穿戴彎腰助力裝置

有效

• 申請號: 201420079860.4
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN203988511U
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 劉希云;紀金國
• 申請（專利權）人: 劉希云
• 主分類號: A61F2/50
• 分類號: A61F2/50;A61F4/00
• 代理公司: 青島聯信知識產權代理事務所 37227
• 代理人: 段秀瑛;王中云

技術領域

本實用新型屬于醫用器材技術領域，具體涉及一種人體腰部助力裝置，尤其涉及可穿戴的彎腰助力裝置。

背景技術

在農業、建筑、采礦等行業中，人們常常需要長時間彎腰工作，從而導致了很高的腰背痛發病率。全世界有高達13億農業勞動力因彎腰工作而有患腰背痛的風險。目前，在美國、加拿大、日本，已有人通過研究助力裝置來減少或消除彎腰工作帶來的危害。Satoshi Kawai等研發了一種用直流電機驅動的人體腰部助力裝置，他們的第一代與第二代裝置分別重11kg和6.5kg，對于人體助力裝置來說，他們的裝置太重；Sato Y等開發了一種輔助腰部與膝關節的助力裝置，他們的裝置用一個額定電壓為24V的直流電機驅動，由于24V的直流電源難以隨身攜帶，從而限制了裝置的使用。此外，HAL、Muscle Suit、BLEEX都是帶有電機驅動的助力裝置，但是這些裝置都存在成本高、體積大的缺點，難以適應人們彎腰工作的需要。目前，也有一些無電機驅動的彎腰助力裝置，如Bending Non-Demand Return、happyback等，上述無電機驅動的助力裝置都僅用彈性元件實現被動助力。

實用新型內容

為了解決現有彎腰助力裝置所存在的上述問題，本實用新型提供了輕便型可隨身穿戴的彎腰助力裝置（wearable stoop-assist device,WSAD）。所述WSAD是根據人體生物力學，考慮人體彎腰時的靜力平衡，利用角度傳感器實現彎腰自動助力的用于減輕背部豎脊肌負擔的裝置。

本實用新型的技術方案：可穿戴彎腰助力裝置，包括肩帶、胸圍帶、腰帶和下肢帶，所述肩帶為設置在胸圍帶上、對稱分布的兩根可伸縮肩帶，所述胸圍帶上兩根可伸縮肩帶上的中間設有角度探測器。所述胸圍帶上與可伸縮肩帶對應的位置上設有拉力帶；所述腰帶上設置有左、右兩個伺服電機，所述伺服電機通過連接板固定在腰帶上。所述連接板還設置有控制板、鋰電池和兩個對稱分布的下肢帶連接臺，所述伺服電機上設有帶輪。所述拉力帶通過伺服電機上的帶輪與腰帶相連；所述下肢帶的一端通過連接板上對應的下肢帶連接臺與腰帶相連；所述下肢帶的另一端為被踩在腳底的環狀帶；所述鋰電池用于給伺服電機、控制板和角度探測器供電，所述控制板與角度探測器相連，用于獲取角度探測器的角度并適時驅動伺服電機。

優選的是，所述下肢帶上設置有束膝帶和束踝帶，所述束膝帶設置在下肢帶高度的中間部分，用于綁在膝蓋上，所述束踝帶設置在下肢帶高度的下端部分，用于綁在腳踝處。

優選的是，所述胸圍帶、腰帶和下肢帶的長度均可以調整。

本實用新型的設計原理：在WSAD中有兩根拉力帶，所述拉力帶的一端與胸圍帶相連，另一端則分別與左、右伺服電機上的帶輪連接。所述兩根拉力帶相當于人體外部的豎脊肌，并行于脊柱的兩側。角度傳感器安裝在胸圍帶上，用來檢測人體彎腰時的角度。左、右伺服電機通過兩個U形連接板固定在皮帶上，U形連接板起到助力臂的作用。

當人彎腰到工作位置需要助力時，伺服電機轉動帶輪，從而拉緊拉力帶實現彎腰助力。為了平衡拉力帶的拉力，可伸縮下肢帶一端被踩在腳底，一端與U形連接板下面的兩個小連接臺連接。為了適合不同體形的人的穿戴需要，肩帶與下肢帶都設計成可伸縮的，所述帶子的伸長或縮短是通過日字扣來實現的。胸圍帶與皮帶也可以根據不同人體的胸圍與腰圍尺寸調節到舒適的位置。

為了實現WSAD的輕便性，本實用新型選擇了質量輕且能輸出大轉矩的伺服電機：額定轉矩為22kgf·cm(7.4V)，尺寸：40.8×19.8×39mm³，質量：62g，PPM信號分辨率：2ms，伺服電機的空載轉速：62.5r/min。伺服電機的額定扭矩為22kgf·cm，拉力軸的半徑為4mm，即伺服電機可以輸出539N的力。由于WSAD有兩根拉力帶，則可以形成一個1078N的外部拉力。當人體彎腰90度時，WSAD形成一個0.137m的力臂，即背部拉力帶產生148N·m的助力矩。對于助力裝置，輕便是很重要的，加工完成后的WSAD(包括電池與控制器)的總質量為十分輕便，僅為357.4g，比一件普通夾克（620g）還要輕。