[实用新型]一种用于人体上半身防护的穿戴式机械外骨骼

说明书

本实用新型提供了一种用于人体上半身防护的穿戴式机械外骨骼，包括胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲；所述胸背护甲由胸部护甲、护肩悬带、肩部护甲、肩胛支撑、锁骨护甲和椎骨护甲构成；右臂或左臂护甲由上臂护甲、肘部护甲、前臂护甲、上臂侧翼护甲、上臂护甲纵向导向轴、肘部支撑件、前臂侧翼护甲、前臂护甲纵向导向轴和腕部护甲构成；各部件通过铰接副、圆柱副、移动副和球铰链组成的连接装置和机械关节连接在一起，可实现人体上半身多自由度全方位运动，可支撑上身重量保护脊椎；此外骨骼不仅可以消除外界对上身冲击的动能，对人体进行保护，并且可与防摔背心、防弹背心、下肢外骨骼兼容，使用者可以在外衣内穿戴，用于安全防护或者残疾肢体的保护。

技术领域

本发明涉及机械外骨骼领域，具体一种一种用于人体上半身防护的穿戴式机械外骨骼。

背景技术

近年来机械外骨骼的发展如火如荼，但是市场上销售的外骨骼与学术报告中正在研发的外骨骼，几乎都是在做用于助力或者康复训练的机电一体化装置。其中大部分外骨骼装置体积巨大而且笨重，不适于人体穿戴，必须进行复杂的人机捆绑。有的外骨骼厂商或研发机构为了减轻重量，把外骨骼做成了只有连杆的电机驱动机械设备。由此可见，实现外骨骼最基本功能，即像大自然中昆虫和甲壳纲动物的外骨骼，用于自身防护的外骨骼产品，乏善可陈。于此同时，用于人体防护的护具，不管是警用、军用，还是残疾人或肢体受伤的病人使用的肢体护具，都存在结构僵硬，穿戴不方便的问题。警用军用的护具，大多是背心，没有肢体的保护，更没有承重保护脊椎的功能；用于残疾人或行动不便人群的护具，大多数都是一整块的刚性结构。例如手臂护具，一般都是一个铸模结构体，手臂放在其中，保护其不被外接碰到，没有任何的连接装置和机械关节，一般由绳索将其与人体捆绑。此装置是否不利于病人中后期的康复训练，而且穿戴不舒适，给患者带来诸多生活的不便。

发明内容

本发明针对上述问题，设计了一种一种用于人体上半身防护的穿戴式机械外骨骼，包括胸背护甲、右臂护甲和左臂护甲；所述的胸背护甲通过连接装置和机械关节连接连接右臂护甲与左臂护甲，即可实现肩关节三个正交轴方向转动，又可实现向上耸肩、向下垂肩、向前探肩，向后扩肩，以及因为弓背或扩胸引起的人体横切面侧方向上的肩部的位移，即三个正交轴方向上平动，完美模拟人体肩部6个自由度的运动，在空间上没有约束；于此同时，由于移动副链接与圆柱副副链接相配合，约束了肩部平动的范围，可在剧烈撞击或剧烈运动时起到保护肩关键，降低肩膀脱臼的发生率，符合人体工程学的要求；所述的右臂护甲与左臂护甲通过支撑构件与机械关节连接各部，并通过侧翼护甲扩到保护的范围以及利于与人体固定。所述的一种用于人体上半身防护的穿戴式机械外骨骼，满足对于弱者潜在的致命伤害的保护需求以及残疾与肢体受伤人员对肢体的保护需求，通过机械结构对使用者的两臂和胸背部进行保护；其不仅可以用于消除外界对上身冲击的动能，对人体进行保护，并且其可以与防摔背心、防弹背心、下肢外骨骼兼容，使用者可以在外衣内穿戴，用于安全防护或者残疾或受伤肢体的保护。

进一步地，所述胸背护甲由胸部护甲、护肩悬带、肩胛支撑、锁骨护甲和椎骨护甲构成；胸部护甲与锁骨护甲相连，并且此连接具有三个正交转动方向上的自由度，使得胸部护甲可以随胸部肌肉运动而活动，不像刚性的盔甲那样僵硬，而以至于大大约束人体上半身的运动；锁骨护甲与肩部护甲相连，同时肩部护甲通过球铰链与肩胛翼梁相连，此连接提供了三个正交方向上完整的转动自由度，从而可组合实现所有方向上的关节转动；肩胛翼梁通过三个正交方向上的轴铰链副和一组圆柱副和轴铰链副组合的连接装置与护肩悬带连接，此机械关节即可实现所有方向上的关节转动，又可以实现延肩方向上的移动，即可以实现护甲随人体肩部6个自由度的全方位运动；所述椎骨护甲可根据人体脊椎长度进行多片组合连接，各片椎骨护甲之间由椎骨翼梁支撑件与椎骨中梁支撑件相连，形成由每个椎骨和椎骨支撑件所限定的四边形；此四边形结构可通过沿着该平面的对角线的折叠方向进行旋转，同时又能约束自身旋转的幅度，避免动作过于猛烈导致脊椎受伤；此连接具备一定的柔性，可模拟人体脊椎的生理弯曲，同时其刚性的机构可支撑重量并保护脊椎。