[发明专利]弹性负重外骨骼

说明书

一种弹性负重外骨骼，其特征在于，包括承载机构、弹性机构、支撑机构和控制机构。在支撑机构的支撑下，人体提供初始动能，通过弹性机构把身体和负重物体的重量，转化为上下弹动的弹性势能。人体只要维持上下弹动的惯性、控制迈步，就能使外骨骼达到有效的负重运动效果。其优点是，有效增加人体负重运动能力，不需要外部动力和能源，技术门槛低，造价低。

技术领域

本发明涉及一种增加人体负重效果的机械外骨骼。

背景技术

自从外骨骼概念的出现，各种外骨骼技术都在不断发展。外骨骼的作用主要体现在对身体的增幅，在军用、医疗、工业、运输、民用都有非常好的前景。但是现有的外骨骼技术存在一些难以解决的问题，就是动力和能源问题。让外骨骼技术无法普及。就算小规模使用，也衍生出了很多制约因素，让外骨骼变得有些鸡肋。

现有外骨骼的操纵和动力系统，主要是通过传感器接收控制指令，计算机辅助运算进行操控，再通过液压系统或电力系统提供动力，来达到外骨骼的增幅效果。但是而要想大范围推广外骨骼，就需要让外骨骼做到自载动力和能源系统。但是电池的体积、重量、容量和补充的问题是短时间难以解决的。而且操控和动力系统的效果直接和造价挂钩。高昂的价格、保养和维护费用，也是外骨骼技术的制约因素。

发明内容

为了克服上述存在的问题，本发明的目的是通过一种不需要外部动力供给就可以维持外骨骼有效负重运动方法，而提供的一种弹性负重外骨骼。

本发明的原型和总构思: 如图3所示，1表示重物，2表示弹性材料，3表示支撑结构。重物提供重量，弹性材料的上下两端连接连接支撑结构与重物并提供弹性，支撑结构竖直于水平面并支撑重量。在理想状态下: 给重物提供一个上下方向的初始动能，在弹性材料2的作用下，重物的重量会转化为弹性势能，使重物1来回的上下的弹动。当重物向下弹动时，支撑结构的承重会增加。当重物向上弹动时，支撑结构的承重会减少。在4的状态，重物在惯性的作用下，向上弹起，此时支撑结构承重会减少，这时控制支撑结构3迈步前进。当重物在惯性的作用下向下弹动，进入5的状态，迈步完成，支撑结构3支撑下弹时的重量。然后在惯性的作用下，再次重物弹起时承重减少进行迈步，重物落下时承重增加进行支撑。通过维持重量的弹动提供动力，不断重复上弹迈步，下弹支撑这两个状态，来达到带动重物有效负重运动效果。

而本发明就是在此的基础上充分参考身体的结构、腿部的运动变化、平衡性、等要素进行优化。同时通过专门设计的腿部“前倾供力”和“动态支撑”这两个效果，优化了该发明在没有外部动力情况下，腿部关节伸张困难和支撑困难的问题。从而发明出来的一种弹性负重外骨骼。

本发明所采用的技术方案: 一种弹性负重外骨骼，其特征在于，包括承载机构、弹性机构、支撑机构和控制机构，其中承载机构在人体的腰胯部与背部，固定身体与负重物体并承载重量，支撑机构是依附于身体背部和腿侧的机械骨架，可以支撑重量和迈步，且与承载机构有可以上下滑动的滑轨连接，弹性机构在与滑轨相同的方向，连接承载机构与支撑机构并提供弹性，控制机构在支撑机构的关节处，可以控制支撑机构在运动时支撑重量和迈步，在支撑机构的支撑下，承载机构带动人体与负重物体，可以在弹性机构和滑轨的作用下上下弹动，控制机构控制支撑机构在向下弹动状态可以支撑重量，在向上弹动状态可以由人体控制迈步。

外骨骼使用效果，在支撑机构的支撑下，人体提供初始动能，通过弹性机构把身体和负重物体的重量，沿着滑轨的方向转化为上下弹动的弹性势能，重量向上或向下的弹动，可以往复性的减少或增加外骨骼的承重，在重量向下弹动时承重会增加，控制机构会受力锁死支撑机构，替人体支撑重量。在重量向上弹动时承重减少、控制机构张开，由人体和重量弹起时的惯性支撑重量并控制迈步。人体只要维持上下弹动的惯性、控制迈步，就能使外骨骼达到有效的负重运动效果。

进一步的，所述承载机构包括腰胯部固定带、背部靠板、承重托盘，腰胯部固定带后面与背部靠板刚接，背部靠板后面与承重托盘刚接，所述的背部靠板中间有上下方向的滑轨，与背部支撑结构的滑轨相互作用。