[發明專利]一種穿戴式單電機驅動腰部助力裝置

有效

• 申請號: 202010091005.5
• 申請日: 2020-02-13
• 公開（公告）號: CN111283661B
• 公開（公告）日: 2021-11-26
• 發明（設計）人: 李劍鋒;郭起明;董明杰;李國通
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J17/02
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

本發明涉及一種穿戴式單電機驅動腰部助力裝置，包括腰部支撐架，背部支撐架，主動動力構件，髖關節傳動構件和背部構件。髖關節傳動構件與腰部綁帶固聯，布置于髖兩側。背部構件一端與髖關節傳動構件連接，另一端與背部支撐架連接。電機支撐架位于腰部后側，并固聯于腰部綁帶，主動動力構件安裝于電機支撐架。電機支撐架上設有鋼絲繩導管，鋼絲繩通過轉動滑輪將電機輸出的扭矩傳遞給髖關節傳動構件，進而驅動背部構件對腰部助力。本發明的優點在于：該裝置的設計考慮了人機相容性問題，提高了穿戴舒適性，腰部屈曲角度大，同時也滿足了人體彎腰時側屈的需求，助力效果顯著。使用單電機進行驅動，成本低，穿戴方便。

技術領域

本發明涉及一種可幫助穿戴者搬起重物、減輕腰部疲勞的助力裝置，具體說，涉及一種穿戴式單電機驅動腰部助力裝置。

背景技術

腰痛是一個普遍存在的健康問題，嚴重影響一個人的生活質量。尤其是從事勞動密集型工作的人，極易患腰肌勞損和各種腰椎疾病。下腰痛的治療是痛苦且昂貴的，而且恢復的希望相當有限。因此，在體力活動期間為工人提供外部幫助，相比于患病后再去治療更有意義。盡管工業用外骨骼的開發取得了一定進展，但它們還沒有被工業廣泛采用。一些必須克服的挑戰包括運動范圍縮小，運動自由度不足及成本較高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種穿戴式單電機驅動腰部助力裝置，以解決上述問題。

本發明的實施例提供了一種穿戴式單電機驅動腰部助力裝置，其特征在于：該腰部助力裝置包括背部支撐架、腰部支撐架、髖關節傳動構件、主動動力構件及背部構件。

裝置通過腰部綁帶與背部綁帶與人體連接。髖關節傳動構件與腰部綁帶固聯，布置于髖兩側。腰部綁帶上設有電機支撐架，位于背部后側，主動動力構件安裝在電機支撐架上。電機支撐架兩側上設有鋼絲繩導管，電動機輸出的扭矩通過鋼絲繩來驅動轉動滑輪，進而帶動背部構件進行腰部助力。

進一步，使用一個電機同時驅動兩側的髖關節傳動構件，穿戴裝置時人體可以實現屈曲和側屈兩個自由度的運動，且裝置不會對人體運動范圍有所限制。

進一步，髖關節傳動構件位于腰部綁帶兩側，包括轉動滑輪、角接觸軸承和軸。軸通過螺釘與腰部綁帶連接，傳動時軸不轉動，轉動滑輪轉動。

進一步，電機安裝在電機支撐架上，電機軸上安裝有轉盤，其上加工有4個均勻分布的圓柱型凸臺，鋼絲繩用“Z”型纏繞在圓柱形凸臺上，通過兩側的鋼絲繩導管分別與髖關節傳動構件中的轉動滑輪相連，傳遞電機輸出的扭矩。

進一步，輪盤上圓柱型凸臺的分布半徑大于鋼絲繩纏繞的轉動滑輪半徑，以滿足人體最大彎腰角度。

進一步，轉動滑輪上打有螺紋孔，使用螺釘將鋼絲繩固定在滑輪上。

進一步，兩個相同的髖關節傳動構件共同驅動背部構件。背部構件包括U型件、圓柱軌道、圓柱移動件、連接件、螺紋銷、軸、M14螺栓及M14螺母。從背部連接處向下為RRPRPR鏈，包括轉動副、轉動副、移動副、轉動副、移動副和轉動副。背部綁帶上有轉動副底座。背部構件通過第一個轉動副與人體背部連接，通過第二個移動副分別與兩側的髖關節傳動構件進行連接，髖關節部分為最后一個轉動副，轉動軸線大致對準人體髖關節，RRPRPR鏈的采用，允許其軸線對準時有一定的偏差。第一個轉動副與第二個轉動副軸線垂直，第二個轉動副與第三個轉動副軸線平行，且垂直于第一個移動副軌道。轉動滑輪上安裝有限位螺釘，避免U型件脫落。

該裝置包括背部支撐架1、腰部支撐架2、髖關節傳動構件3、主動動力構件4及背部構件5。裝置通過背部綁帶6與腰部綁帶7與人體連接。髖關節傳動構件3有兩個，分別安裝于腰部綁帶7兩側。腰部綁帶7上設有電機支撐架14，位于背部后側，主動動力構件4安裝在電機支撐架14上。電機支撐架14兩側上設有鋼絲繩導管12，電動機31輸出的扭矩通過鋼絲繩15來驅動轉動滑輪8，進而帶動背部構件5進行腰部助力。