[发明专利]主被动结合的腰部助力外骨骼

说明书

本发明公开了一种主被动结合的腰部助力外骨骼，包括腰部固定件及其上左右各一套支撑杆、腿部连杆和动力单元；动力单元固定于腰部固定件上，腿部连杆与动力单元固定连接位于人体大腿前侧，支撑杆位于人体前肩部或胸部，所述动力单元包括主动助力单元和被动助力单元，所述支撑杆的下端与动力单元连接且可以动力单元为旋转中心进行转动，本发明通过结构设计将主动驱动和被动驱动结合为一体，其输出力矩可根据搬运物体的重量实时调节；也可以存储人弯腰时的能量，在本发明中当输出总力矩不变的情况下，主动助力单元所需提供的扭矩可以相比于仅仅安装有主动驱动系统的腰部助力外骨骼小很多，从而可以极大的降低生产成本和产品的重量和体积，可以做到结构轻巧，便于使用。

技术领域

本发明属于腰部助力技术领域，涉及一种腰部助力外骨骼，尤其涉及一种主被动结合的腰部助力外骨骼。

背景技术

生活中我们总是需要弯腰搬东西，如果频繁弯腰搬运或者搬运的物体过重，总会造成腰部疼痛或损伤。尤其是对于需要经常搬东西的建筑工人、物流人员等，腰部疼痛似乎是不可避免的，并且极其容易患腰部劳损等很难治愈的腰部疾病，严重的甚至会卧床不起。

因此，人们急需要能够预防腰部损伤的外骨骼辅助装置。现在已经有一些腰部助力外骨骼，但多采用单一的助力方式，如：采用弹簧/阻尼器等被动储能进行被动助力，或者采用电机或气缸等装置进行主动助力。其中被动助力，往往通过存储人弯腰的能量减小起身时腰部受力，该力在弯腰后一般不可调节，每次弯腰提供的力相同，不会根据所搬物体重量调节。而主动助力，多通过电机和减速器提供动力，可以根据所搬重物提供可变化的辅助力，但是由于腰部所受力矩较大，需要的电机输出的扭矩需求较大，导致产品重量和成本增加，不适宜推广。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种主被动结合的腰部助力外骨骼，该外骨骼通过结构设计，将主动助力单元和被动助力单元设置于一体，不仅能同时发挥作用提供较大的力矩，而且可根据所搬重物在一定范围内通过主动单元调节所提供的辅助力，此外该装置结构轻巧、适宜穿戴。

本发明采用的技术方案如下：

一种主被动结合的腰部助力外骨骼，包括腰部固定件及其上左右各一套支撑杆、腿部连杆和动力单元；所述腰部固定件用于将整个装置固定于腰部，动力单元固定于腰部固定件上，腿部连杆与动力单元固定连接位于人体大腿前侧，支撑杆位于人体前肩部或胸部，所述动力单元包括主动助力单元和被动助力单元，所述支撑杆的下端与动力单元连接且可以动力单元为旋转中心进行转动，动力单元在人体弯腰时储能在人体起身时释放能量给腰部助力。

上述技术方案中，进一步的，所述的被动助力单元包括储能件、旋转单元、固定单元，固定单元固定于腰部固定件上，并与腿部连杆固定，所述旋转单元相对固定单元可进行旋转，支撑杆与旋转单元固定，所述储能件两端分别与旋转单元、固定单元连接；当人体弯腰时储能件随着旋转单元旋转发生形变存储能量，当人体起身时，储能件恢复释放能量给腰部助力。

更进一步的，所述的主动助力单元包括动力输出件，所述的动力输出件的输出端与所述被动助力单元的旋转单元固定。

更进一步的，所述的外骨骼上还设置有用于检测人体弯腰或起身状态变化的传感器，当检测到人体弯腰时，主动助力单元中动力输出件带动所述旋转单元顺着人体弯腰方向转动以减小阻力，当检测到人体起身时，动力输出件带动所述旋转单元顺着人体起身方向转动以提供助力。

更进一步的，所述主动助力单元中的动力输出件可以包括电机或液压驱动装置或气动装置等；

更进一步的，所述被动助力单元中的储能件主要包括弹簧、弹力带、柔性绳、阻尼器或其他通过形变储存能量的装置。