[發明專利]主被動結合的腰部助力外骨骼

在審

• 申請號: 202011347907.7
• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112476416A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 朱巖
• 申請（專利權）人: 杭州添翼機器人有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 萬尾甜;韓介梅

本發明公開了一種主被動結合的腰部助力外骨骼，包括腰部固定件及其上左右各一套支撐桿、腿部連桿和動力單元；動力單元固定于腰部固定件上，腿部連桿與動力單元固定連接位于人體大腿前側，支撐桿位于人體前肩部或胸部，所述動力單元包括主動助力單元和被動助力單元，所述支撐桿的下端與動力單元連接且可以動力單元為旋轉中心進行轉動，本發明通過結構設計將主動驅動和被動驅動結合為一體，其輸出力矩可根據搬運物體的重量實時調節；也可以存儲人彎腰時的能量，在本發明中當輸出總力矩不變的情況下，主動助力單元所需提供的扭矩可以相比于僅僅安裝有主動驅動系統的腰部助力外骨骼小很多，從而可以極大的降低生產成本和產品的重量和體積，可以做到結構輕巧，便于使用。

技術領域

本發明屬于腰部助力技術領域，涉及一種腰部助力外骨骼，尤其涉及一種主被動結合的腰部助力外骨骼。

背景技術

生活中我們總是需要彎腰搬東西，如果頻繁彎腰搬運或者搬運的物體過重，總會造成腰部疼痛或損傷。尤其是對于需要經常搬東西的建筑工人、物流人員等，腰部疼痛似乎是不可避免的，并且極其容易患腰部勞損等很難治愈的腰部疾病，嚴重的甚至會臥床不起。

因此，人們急需要能夠預防腰部損傷的外骨骼輔助裝置。現在已經有一些腰部助力外骨骼，但多采用單一的助力方式，如：采用彈簧/阻尼器等被動儲能進行被動助力，或者采用電機或氣缸等裝置進行主動助力。其中被動助力，往往通過存儲人彎腰的能量減小起身時腰部受力，該力在彎腰后一般不可調節，每次彎腰提供的力相同，不會根據所搬物體重量調節。而主動助力，多通過電機和減速器提供動力，可以根據所搬重物提供可變化的輔助力，但是由于腰部所受力矩較大，需要的電機輸出的扭矩需求較大，導致產品重量和成本增加，不適宜推廣。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種主被動結合的腰部助力外骨骼，該外骨骼通過結構設計，將主動助力單元和被動助力單元設置于一體，不僅能同時發揮作用提供較大的力矩，而且可根據所搬重物在一定范圍內通過主動單元調節所提供的輔助力，此外該裝置結構輕巧、適宜穿戴。

本發明采用的技術方案如下：

一種主被動結合的腰部助力外骨骼，包括腰部固定件及其上左右各一套支撐桿、腿部連桿和動力單元；所述腰部固定件用于將整個裝置固定于腰部，動力單元固定于腰部固定件上，腿部連桿與動力單元固定連接位于人體大腿前側，支撐桿位于人體前肩部或胸部，所述動力單元包括主動助力單元和被動助力單元，所述支撐桿的下端與動力單元連接且可以動力單元為旋轉中心進行轉動，動力單元在人體彎腰時儲能在人體起身時釋放能量給腰部助力。

上述技術方案中，進一步的，所述的被動助力單元包括儲能件、旋轉單元、固定單元，固定單元固定于腰部固定件上，并與腿部連桿固定，所述旋轉單元相對固定單元可進行旋轉，支撐桿與旋轉單元固定，所述儲能件兩端分別與旋轉單元、固定單元連接；當人體彎腰時儲能件隨著旋轉單元旋轉發生形變存儲能量，當人體起身時，儲能件恢復釋放能量給腰部助力。

更進一步的，所述的主動助力單元包括動力輸出件，所述的動力輸出件的輸出端與所述被動助力單元的旋轉單元固定。

更進一步的，所述的外骨骼上還設置有用于檢測人體彎腰或起身狀態變化的傳感器，當檢測到人體彎腰時，主動助力單元中動力輸出件帶動所述旋轉單元順著人體彎腰方向轉動以減小阻力，當檢測到人體起身時，動力輸出件帶動所述旋轉單元順著人體起身方向轉動以提供助力。

更進一步的，所述主動助力單元中的動力輸出件可以包括電機或液壓驅動裝置或氣動裝置等；

更進一步的，所述被動助力單元中的儲能件主要包括彈簧、彈力帶、柔性繩、阻尼器或其他通過形變儲存能量的裝置。