[发明专利]上肢负压助力系统

说明书

本发明涉及一种上肢负压助力系统，包括背架和设有臂垫的臂杆，所述背架的两侧分别设有负压拉力装置；所述负压拉力装置包括肩角板、压缩弹簧、支撑杆、顶部开口的柱形筒、位于柱形筒内的活塞、与活塞固接的活塞杆，所述柱形筒与支撑杆固接在一起，所述肩角板和臂杆固接，所述肩角板、臂杆的连接处与支撑杆的顶部通过球铰结构连接，所述支撑杆的底部与背架通过球铰结构连接；所述肩角板上开设有滑槽，所述活塞杆从活塞处向上延伸并伸出柱形筒的顶部开口，所述活塞杆的顶部设有可沿滑槽移动的销柱；所述柱形筒的无杆腔密封设置并设有单向阀。该系统能够降低长时间举起重物或重复性动作对人类肌肉和骨骼造成的伤害，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及一种上肢助力系统，具体涉及一种利用负压的上肢助力系统。

背景技术

在工业、农业等许多领域，绝大多数工人或农民经常需要长时间处理大量的流水线或大面积的农作物，长时间的重复性动作和长时间的手臂高抬状态对工人与农民造成一定的伤害，在这种背景下，为了能够给手臂提供支撑以避免此类工作带来的病痛的外骨骼设备，增强放大人体的出力效果，上肢外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，并具有越来越广泛的应用前景。

传统的上肢外骨骼助力装置采用的是与人类上肢运动相同结构的串联机构，导致肘部执行器的自重成为外骨骼负重的一部分，使得外骨骼助力装置的负载能力降低；另外，现有的外骨骼助力装置通过与人类的肩、大臂、肘、小臂和手等进行耦合来实现人体上肢的各种运动，包括伸、屈、外展、内收和回旋等，由于各部件往往存在刚度差，可会导致出现引起人体受伤的安全的问题。

发明内容

本发明要解决技术问题是：提供一种安全系数高、减负效果好的上肢负压助力系统。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种上肢负压助力系统，包括背架和臂杆，所述臂杆上设有用于支撑手臂的臂垫，所述背架的两侧分别设有负压拉力装置；所述负压拉力装置包括肩角板、压缩弹簧、支撑杆、顶部开口的柱形筒、位于柱形筒内的活塞、与活塞固接的活塞杆，所述柱形筒与支撑杆平行设置且固接在一起，所述肩角板和臂杆固接，所述肩角板与支撑杆的顶部通过球铰结构连接，所述支撑杆的底部与背架通过球铰结构连接；所述肩角板上开设有滑槽，所述活塞杆从活塞处向上延伸并伸出柱形筒的顶部开口，所述活塞杆的顶部设有可沿滑槽移动的销柱；所述柱形筒内设有与柱形筒固接的限位块，所述压缩弹簧的一端抵在活塞上，另一端抵在限位块上；所述柱形筒的无杆腔密封设置并设有单向阀。优选的，所述支撑杆的长度可调。

优选的，所述压缩弹簧套设在活塞杆上，所述柱形筒的顶部呈锥形，从而使靠近顶部开口处的柱形筒筒壁兼作限位块。

本发明在使用时，首先将穿戴者两个手臂固定到臂垫上，使两个负压拉力装置分别位于人体的两手臂外侧。当双手向上移动时，活塞杆向下运动，柱形筒内活塞在活塞杆和压缩弹簧的弹力共同作用下向柱形筒底部运动，通过单向阀向外排出无杆腔内的空气；当双手向下移动时，臂杆带动肩角板向上拉动活塞杆和活塞，柱形筒的无杆腔内形成负压，负压并对活塞及活塞杆产生向下的拉力，拉动臂杆作用于人的手臂，通过支撑杆下部的球形关节将上肢负重转移至人体的髋部，使得人双臂和脊椎的负担大大降低，从而起到提供助力的效果。

本发明通过压缩弹簧和无杆腔的负压提供助力，不会产生突然的爆发力，具有安全系数高，减负效果好，助力支持大，人机融合，运动灵活方便等优点，尤其在长时间的举手抬臂工作的时候，如农业的修剪、采摘、套袋，工业的维修维护、流水线的搬运、建筑安装等些场景中有着明显的减负效果，可运用于流水线生产、水果采摘、水果套袋、修枝剪叶、室内装修、广告牌安装、飞机维修以及军事领域等。

与其他同类技术相比，本发明通过采用负压拉力装置，不但结构简单、轻便、安装维护方便，而且输出力度均匀，一般气缸动作速度为50～500mm/s，比液压和电气方式的速度快，且反应更灵敏，负压拉力装置有良好的缓冲性，对冲击负载和负载过载具有较强的适应能力，使佩戴者有很好的体验感。