一種可穿式機械外骨骼的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種可穿式機械外骨骼，包括上肢外骨骼、下肢外骨骼和用于連接上肢外骨骼和下肢外骨骼的外骨骼連接件，特別的，外骨骼連接件上設(shè)有固定孔；上肢外骨骼包括小臂連接桿、聯(lián)動連接桿和用于延伸人體雙臂活動范圍的活動延伸件；聯(lián)動連接桿的一端連接在活動延伸件上，聯(lián)動連接桿的另一端固定在小臂連接桿上；小臂連接桿上設(shè)有用于讓人體小臂穿過的小臂支承件；還包括能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動連接桿；轉(zhuǎn)動連接桿的一端穿過固定孔，連接在外骨骼連接件上，轉(zhuǎn)動連接桿的另一端連接在上肢外骨骼上。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，無需使用電動機和傳感器，就能把人體的活動范圍大大延伸，操作靈活，活動延伸件的活動范圍大。
【專利說明】一種可穿式機械外骨骨各

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及機械外骨骼，尤其是涉及一種可穿式機械外骨骼。

【背景技術(shù)】
[0002]由于人體四肢的局限，在搬運或移動物體的過程中，若物體的所在高度超出人體自身的高度，人們一般需要借助工具，如扶梯，以完成搬運。但這些工具操作不靈活，控制精確度不高，在需要長距離搬運或移動物體的情況下，人們往往需要多次移動扶梯才能完成整個物體的移動過程，而這一過程中，人們大多需要重復(fù)上下扶梯，搬運方式的效率極為低下。因此，這種條件下物資的搬運需要借助機械外骨骼并配合人體活動的靈活性來完成。
[0003]申請公布號為CN 102793595 A的專利文件公開了一種可穿戴于人體四肢的重型物資搬運助力仿生外骨骼，該裝備分為上肢外骨骼與下肢外骨骼。上肢外骨骼為7自由度系統(tǒng)，由3自由度肩關(guān)節(jié)、I自由度肘關(guān)節(jié)、2自由度腕關(guān)節(jié)、I自由度手部以及背部的電機驅(qū)動系統(tǒng)箱組成，7自由度均采用電機驅(qū)動。下肢外骨骼為6自由度系統(tǒng)，由3自由度髖關(guān)節(jié)、I自由度膝關(guān)節(jié)、2自由度踝關(guān)節(jié)以及背部額電液驅(qū)動系統(tǒng)箱組成，6自由度均采用液壓驅(qū)動。人體穿戴好這種外骨骼裝備后，借助電機或液壓等機械動力，在物資搬運時可大幅提供效率，但這種外骨骼設(shè)備適用于搬運處在人體雙臂活動范圍內(nèi)的重型物資，并不適用于物資處在人體雙臂活動范圍外或需搬運較輕物資的場合。
[0004]因此，需要一種能延伸人體雙臂活動范圍的機械外骨骼。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型的目的在于提供一種能延伸人體雙臂活動范圍并能保證活動靈活性的可穿式機械外骨骼。
[0006]為了實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種可穿式機械外骨骼，包括上肢外骨骼、下肢外骨骼和用于連接上肢外骨骼和下肢外骨骼的外骨骼連接件，特別的，外骨骼連接件上設(shè)有固定孔；上肢外骨骼包括小臂連接桿、聯(lián)動連接桿和用于延伸人體雙臂活動范圍的活動延伸件；聯(lián)動連接桿的一端連接在活動延伸件上，聯(lián)動連接桿的另一端固定在小臂連接桿上；小臂連接桿上設(shè)有用于讓人體小臂穿過的小臂支承件；還包括能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動連接桿；轉(zhuǎn)動連接桿的一端穿過固定孔，連接在外骨骼連接件上，轉(zhuǎn)動連接桿的另一端連接在上肢外骨骼上。
[0008]轉(zhuǎn)動連接桿可以與小臂連接桿連接或與聯(lián)動連接桿連接或與活動延伸件連接。當(dāng)轉(zhuǎn)動連接桿與小臂連接桿連接時，上肢外骨骼以轉(zhuǎn)動連接桿、小臂連接桿的連接部位與固定孔中軸線的連線為軸線，相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)動連接桿與聯(lián)動連接桿連接時，上肢外骨骼以轉(zhuǎn)動連接桿、聯(lián)動連接桿的連接部位與固定孔中軸線的連線為軸線，相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動；當(dāng)轉(zhuǎn)動連接桿與活動延伸件連接時，上肢外骨骼以轉(zhuǎn)動連接桿、活動延伸件的連接部位與固定孔中軸線的連線為軸線，相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動。
[0009]活動延伸件的長度優(yōu)選大于或等于人體的臂長，活動延伸件的水平高度優(yōu)選大于或等于人體肩部的水平高度。
[0010]本實用新型的原理如下:
[0011]由于連接在上肢外骨骼上的轉(zhuǎn)動連接桿能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動，使小臂連接桿和活動延伸件均獲得一個自由度，能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動。人體的小臂穿過小臂支承件完成機械外骨骼的穿戴。當(dāng)人體轉(zhuǎn)動小臂時，將帶動小臂支承件，從而帶動小臂連接桿，進(jìn)而帶動活動延伸件相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動，而當(dāng)人們通過活動小臂控制活動延伸件轉(zhuǎn)動時，活動延伸件就能觸碰處在人體雙臂活動范圍外的物體，從而實現(xiàn)延伸人體雙臂活動范圍的功能。
[0012]活動延伸件與小臂連接桿通過聯(lián)動連接桿實現(xiàn)聯(lián)動連接。當(dāng)小臂連接桿產(chǎn)生微小的位移時，活動延伸件亦能隨之產(chǎn)生相對的位移，裝置的靈敏度和靈活度高。
[0013]若小臂連接桿僅有一個自由度，人們在操作機械外骨骼時難免會覺得行動不便，尤其是需操作機械外骨骼進(jìn)行精細(xì)作業(yè)的時候，會覺得難以調(diào)整。為此，活動延伸件優(yōu)選包括轉(zhuǎn)動支承件和安裝在轉(zhuǎn)動支承件上能相對轉(zhuǎn)動支承件轉(zhuǎn)動的銷軸；聯(lián)動連接桿一端連接在銷軸上，聯(lián)動連接桿的另一端固定在小臂連接桿上。這樣，小臂連接桿在相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動的同時，還能相對活動延伸件轉(zhuǎn)動，小臂連接桿具有兩個自由度，機械外骨骼操作更靈活。
[0014]長時間操作機械外骨骼時，由于人體的大臂長時間保持懸空，較容易造成大臂疲勞。為了在穿戴機械外骨骼時獲得較佳的舒適度，上肢外骨骼優(yōu)選包括大臂連接桿；大臂連接桿安裝在外骨骼連接件上，處在小臂連接桿與外骨骼連接桿之間；大臂連接桿上還設(shè)有用于讓人體大臂穿過的大臂支承件。當(dāng)人們穿戴機械外骨骼時，人體大臂由大臂支承件支撐，從而人們在操作機械外骨骼時，人體大臂能放松，避免大臂疲勞。
[0015]除拓展人體雙臂的活動范圍外，機械外骨骼還可以具備自由走動的功能，這樣，人們就能穿戴機械外骨骼自由移動至目的地，而無需重復(fù)穿戴機械外骨骼。為此，下肢外骨骼優(yōu)選包括大腿連接桿、小腿連接桿和腳支承板；大腿連接桿鉸接在外骨骼連接件上，能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動；小腿連接桿鉸接在大腿連接桿上，能相對大腿連接桿轉(zhuǎn)動；小腿連接桿上設(shè)有用于讓人體小腿穿過的小腿固定件；腳支承板與小腿連接桿連接固定。人腳踏在腳支承板上，當(dāng)人移動時，人體小腿會帶動小腿固定件，進(jìn)而帶動腳支承板移動，使機械外骨骼能跟隨人移動而移動。為了便于操作大腿連接桿，大腿連接桿上還可以設(shè)有用于讓人體大腿穿過大腿固定件。
[0016]下肢外骨骼還可以包括腳連接桿、外骨骼支承板和聯(lián)動連接件；外骨骼支承板設(shè)在腳支承板的下方；腳連接桿的一端鉸接在大腿連接桿上，腳連接桿的另一端固定在外骨骼支承板上；腳連接桿還通過聯(lián)動連接件與腳支承板相連。腳支承板移動時，在聯(lián)動連接桿的聯(lián)動作用下，腳連接桿會隨腳支承板的移動而移動，進(jìn)而帶動外骨骼支承板的移動，從而使機械外骨骼能自由走動。設(shè)在腳支承板下方的外骨骼支承板提高了機械外骨骼的整體高度，活動延伸件僅需更短的長度就能達(dá)到所需的高度，從而提高活動延伸件的操作精確度。
[0017]本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，利用上肢外骨骼和下肢外骨骼的各部件連接結(jié)構(gòu)，無需使用電動機和傳感器，就能把人體的活動范圍大大延伸，操作靈活，活動延伸件的活動范圍大。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型實施例1中外骨骼連接件的示意圖；
[0019]圖2是本實用新型實施例1中右上肢外骨骼的示意圖；
[0020]圖3是本實用新型實施例1中左下肢外骨骼的示意圖；
[0021]圖4是本實用新型實施例1中機械外骨骼的示意圖；
[0022]圖5是本實用新型實施例2中右上肢外骨骼的示意圖；
[0023]圖6是本實用新型實施例2中機械外骨骼的示意圖；
[0024]圖7是本實用新型實施例3中左下肢外骨骼的示意圖。
[0025]附圖標(biāo)記說明:1_右上肢外骨骼；2_左下肢外骨骼；3_外骨骼連接件；4_固定孔；5-小臂連接桿；6_聯(lián)動連接桿；7_轉(zhuǎn)動連接桿；8_活動延伸桿；9_轉(zhuǎn)動支承件；10_銷軸；11-小臂支承件；12_連接桿；13_轉(zhuǎn)動桿；14_大腿連接桿；15_小腿連接桿；16_腳支承板；17-腳連接桿；18_外骨骼支承板；19_聯(lián)動連接件；20_小腿固定件；21_大臂連接桿；22-大臂支承件；23_大腿固定件。

【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進(jìn)行進(jìn)一步說明。
[0027]實施例1:
[0028]如圖1-4所示的機械外骨骼，包括上肢外骨骼和下肢外骨骼。上肢外骨骼包括左上肢外骨骼和右上肢外骨骼I，左上肢外骨骼和右上肢外骨骼I的結(jié)構(gòu)相同；下肢外骨骼包括左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼，左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼的結(jié)構(gòu)相同。左上肢外骨骼與右上肢外骨骼I通過外骨骼連接件3連接，左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼同樣通過外骨骼連接件3連接。左上肢外骨骼和右上肢外骨骼I與左下肢外骨骼2和右下肢外骨骼通過外骨骼連接件3連接。
[0029]如圖1所示的外骨骼連接件3，外骨骼連接件3上設(shè)有固定孔4。
[0030]如圖2所示，以右上肢外骨骼I為例，右上肢外骨骼I包括小臂連接桿5、聯(lián)動連接桿6、活動延伸件和轉(zhuǎn)動連接桿7?；顒友由旒ɑ顒友由鞐U8、轉(zhuǎn)動支承件9和銷軸10。銷軸10穿過轉(zhuǎn)動支承件9，安裝在轉(zhuǎn)動支承件9上并能相對轉(zhuǎn)動支承件9轉(zhuǎn)動。聯(lián)動連接桿6的一端連接在銷軸10上，聯(lián)動連接桿6的另一端固定在小臂連接桿5上。小臂連接桿5上設(shè)有用于讓人體小臂穿過的小臂支承件11。轉(zhuǎn)動連接桿7包括連接桿12和轉(zhuǎn)動桿13，連接桿12安裝在活動延伸桿8上；轉(zhuǎn)動桿13穿過固定孔4，能相對固定孔4轉(zhuǎn)動。
[0031]如圖3所示，以左下肢外骨骼2為例，左下肢外骨骼2包括大腿連接桿14、小腿連接桿15、腳支承板16、腳連接桿17、外骨骼支承板18和聯(lián)動連接件19。大腿連接桿14的一端鉸接在外骨骼連接件3上，能相對外骨骼連接件3轉(zhuǎn)動；小腿連接桿15鉸接在大腿連接桿14上，能相對大腿連接桿14轉(zhuǎn)動；腳連接桿17的一端鉸接在大腿連接桿14的另一端上，能相對大腿連接桿14轉(zhuǎn)動。
[0032]腳支承板16與小腿連接桿15連接固定，小腿連接桿15上設(shè)有用于讓人體小腿穿過的小腿固定件20。外骨骼支承板18設(shè)在腳支承板16的下方，與腳連接桿17相連；腳連接桿17通過聯(lián)動連接件19與腳支承板16相連。
[0033]當(dāng)人們穿戴機械外骨骼時，只需讓人體小臂穿過小臂支承件11，人體小腿穿過小腿固定件20，人體腳步踩在腳支承板16上，就能完成機械外骨骼的穿戴。
[0034]當(dāng)人移動時，人體小腿會帶動小腿固定件20，進(jìn)而帶動腳支承板16移動，而在聯(lián)動連接桿6的聯(lián)動作用下，腳連接桿17會隨腳支承板16的移動而移動，進(jìn)而帶動外骨骼支承板18的移動，從而使機械外骨骼能自由走動至工作位置。
[0035]當(dāng)人體轉(zhuǎn)動小臂時，人體小臂將帶動小臂支承件11，從而帶動小臂連接桿5繞轉(zhuǎn)動桿13的中心軸轉(zhuǎn)動，在此同時，由于聯(lián)動連接桿6的一端連接在銷軸10上，從而使聯(lián)動連接桿6連同小臂連接桿5能繞銷軸10的中心軸轉(zhuǎn)動，小臂連接桿5具有兩個自由度。由于小臂連接桿5利用聯(lián)動連接桿6和轉(zhuǎn)動支承件9與活動延伸桿8實現(xiàn)聯(lián)動，當(dāng)人們通過活動小臂控制小臂連接桿5時,活動延伸桿8隨之移動,從而觸碰處在人體雙臂活動范圍外的物體，實現(xiàn)延伸人體雙臂活動范圍的功能。
[0036]實施例2:
[0037]本實施例2與實施例1的不同之處在于，上肢外骨骼還包括大臂連接桿21。大臂連接桿21上設(shè)有用于讓人體大臂穿過的大臂支承件22。如圖5、6所示，以右上肢外骨骼I為例，當(dāng)人們穿戴機械外骨骼時，人體大臂和人體小臂將分別穿過大臂支承件22和小臂支承件11，人體大臂的重量由大臂支承件22支撐，從而人們在操作機械外骨骼時，人體大臂能放松，避免大臂疲勞。
[0038]實施例3:
[0039]本實施例3與實施例1的不同之處在于，大腿連接桿14上還可以設(shè)有用于讓人體大腿穿過大腿固定件23。如圖7所示，以左下肢外骨骼2為例，當(dāng)人們穿戴機械外骨骼時，人體大腿和人體小腿將分別穿過大腿固定件23和小腿固定件20，進(jìn)一步提高機械外骨骼與人體的連接，從而使機械外骨骼在走到時操作更靈活。
【權(quán)利要求】
1.一種可穿式機械外骨骼，包括上肢外骨骼、下肢外骨骼和用于連接上肢外骨骼和下肢外骨骼的外骨骼連接件，其特征是:所述外骨骼連接件上設(shè)有固定孔；所述上肢外骨骼包括小臂連接桿、聯(lián)動連接桿和用于延伸人體雙臂活動范圍的活動延伸件；所述聯(lián)動連接桿的一端連接在所述活動延伸件上，聯(lián)動連接桿的另一端固定在所述小臂連接桿上；所述小臂連接桿上設(shè)有用于讓人體小臂穿過的小臂支承件；還包括能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動連接桿；所述轉(zhuǎn)動連接桿的一端穿過固定孔，連接在所述外骨骼連接件上，轉(zhuǎn)動連接桿的另一端連接在所述上肢外骨骼上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿式機械外骨骼，其特征是:所述活動延伸件包括轉(zhuǎn)動支承件和安裝在轉(zhuǎn)動支承件上能相對轉(zhuǎn)動支承件轉(zhuǎn)動的銷軸；所述聯(lián)動連接桿一端連接在銷軸上，聯(lián)動連接桿的另一端固定在小臂連接桿上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿式機械外骨骼，其特征是:所述上肢外骨骼還包括大臂連接桿；所述大臂連接桿安裝在外骨骼連接件上，處在小臂連接桿與外骨骼連接桿之間；所述大臂連接桿上還設(shè)有用于讓人體大臂穿過的大臂支承件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿式機械外骨骼，其特征是:所述下肢外骨骼還包括大腿連接桿、小腿連接桿和腳支承板；所述大腿連接桿鉸接在外骨骼連接件上，能相對外骨骼連接件轉(zhuǎn)動；所述小腿連接桿鉸接在大腿連接桿上，能相對大腿連接桿轉(zhuǎn)動；所述小腿連接桿上還設(shè)有用于讓人體小腿穿過的小腿固定件；所述腳支承板與小腿連接桿連接固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿式機械外骨骼，其特征是:所述下肢外骨骼還可以包括腳連接桿、外骨骼支承板和聯(lián)動連接件；所述外骨骼支承板設(shè)在腳支承板的下方；所述腳連接桿的一端鉸接在大腿連接桿上，腳連接桿的另一端固定在外骨骼支承板上；所述腳連接桿通過聯(lián)動連接件與腳支承板相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿式機械外骨骼，其特征是:所述活動延伸件的長度大于或等于人體的臂長；所述活動延伸件的水平高度大于或等于人體肩部的水平高度。
【文檔編號】A61F2/50GK204169957SQ201420574122
【公開日】2015年2月25日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】任然江 申請人:任然江