[发明专利]一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置

说明书

本发明涉及一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，包括腰部支撑架，背部支撑架，主动动力构件，髋关节传动构件和背部构件。髋关节传动构件与腰部绑带固联，布置于髋两侧。背部构件一端与髋关节传动构件连接，另一端与背部支撑架连接。电机支撑架位于腰部后侧，并固联于腰部绑带，主动动力构件安装于电机支撑架。电机支撑架上设有钢丝绳导管，钢丝绳通过转动滑轮将电机输出的扭矩传递给髋关节传动构件，进而驱动背部构件对腰部助力。本发明的优点在于：该装置的设计考虑了人机相容性问题，提高了穿戴舒适性，腰部屈曲角度大，同时也满足了人体弯腰时侧屈的需求，助力效果显著。使用单电机进行驱动，成本低，穿戴方便。

技术领域

本发明涉及一种可帮助穿戴者搬起重物、减轻腰部疲劳的助力装置，具体说，涉及一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置。

背景技术

腰痛是一个普遍存在的健康问题，严重影响一个人的生活质量。尤其是从事劳动密集型工作的人，极易患腰肌劳损和各种腰椎疾病。下腰痛的治疗是痛苦且昂贵的，而且恢复的希望相当有限。因此，在体力活动期间为工人提供外部帮助，相比于患病后再去治疗更有意义。尽管工业用外骨骼的开发取得了一定进展，但它们还没有被工业广泛采用。一些必须克服的挑战包括运动范围缩小，运动自由度不足及成本较高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，以解决上述问题。

本发明的实施例提供了一种穿戴式单电机驱动腰部助力装置，其特征在于：该腰部助力装置包括背部支撑架、腰部支撑架、髋关节传动构件、主动动力构件及背部构件。

装置通过腰部绑带与背部绑带与人体连接。髋关节传动构件与腰部绑带固联，布置于髋两侧。腰部绑带上设有电机支撑架，位于背部后侧，主动动力构件安装在电机支撑架上。电机支撑架两侧上设有钢丝绳导管，电动机输出的扭矩通过钢丝绳来驱动转动滑轮，进而带动背部构件进行腰部助力。

进一步，使用一个电机同时驱动两侧的髋关节传动构件，穿戴装置时人体可以实现屈曲和侧屈两个自由度的运动，且装置不会对人体运动范围有所限制。

进一步，髋关节传动构件位于腰部绑带两侧，包括转动滑轮、角接触轴承和轴。轴通过螺钉与腰部绑带连接，传动时轴不转动，转动滑轮转动。

进一步，电机安装在电机支撑架上，电机轴上安装有转盘，其上加工有4个均匀分布的圆柱型凸台，钢丝绳用“Z”型缠绕在圆柱形凸台上，通过两侧的钢丝绳导管分别与髋关节传动构件中的转动滑轮相连，传递电机输出的扭矩。

进一步，轮盘上圆柱型凸台的分布半径大于钢丝绳缠绕的转动滑轮半径，以满足人体最大弯腰角度。

进一步，转动滑轮上打有螺纹孔，使用螺钉将钢丝绳固定在滑轮上。

进一步，两个相同的髋关节传动构件共同驱动背部构件。背部构件包括U型件、圆柱轨道、圆柱移动件、连接件、螺纹销、轴、M14螺栓及M14螺母。从背部连接处向下为RRPRPR链，包括转动副、转动副、移动副、转动副、移动副和转动副。背部绑带上有转动副底座。背部构件通过第一个转动副与人体背部连接，通过第二个移动副分别与两侧的髋关节传动构件进行连接，髋关节部分为最后一个转动副，转动轴线大致对准人体髋关节，RRPRPR链的采用，允许其轴线对准时有一定的偏差。第一个转动副与第二个转动副轴线垂直，第二个转动副与第三个转动副轴线平行，且垂直于第一个移动副轨道。转动滑轮上安装有限位螺钉，避免U型件脱落。

该装置包括背部支撑架1、腰部支撑架2、髋关节传动构件3、主动动力构件4及背部构件5。装置通过背部绑带6与腰部绑带7与人体连接。髋关节传动构件3有两个，分别安装于腰部绑带7两侧。腰部绑带7上设有电机支撑架14，位于背部后侧，主动动力构件4安装在电机支撑架14上。电机支撑架14两侧上设有钢丝绳导管12，电动机31输出的扭矩通过钢丝绳15来驱动转动滑轮8，进而带动背部构件5进行腰部助力。