[发明专利]变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器及其助力方法

权利要求书

1.变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，包括穿戴外骨骼和马扎，其特征在于：所述的穿戴外骨骼包括背板、髋关节连杆、大腿连杆和小腿连杆；所述的髋关节连杆和大腿连杆均包括构成滑动副的伸缩杆段一和伸缩杆段二，且伸缩杆段一和伸缩杆段二均开设有沿长度方向等距排布的多个安装孔组一；所述的安装孔组一由沿宽度方向间距排布的两个安装孔组成；伸缩杆段一的一个安装孔组一与伸缩杆段二的一个安装孔组一通过螺栓和螺母连接；所述背板的两侧与两根髋关节连杆的伸缩杆段一分别固定，每根髋关节连杆的伸缩杆段二与一根大腿连杆的伸缩杆段一铰接；髋关节连杆水平设置；每根大腿连杆的伸缩杆段二与一根小腿连杆的顶端铰接；大腿连杆的伸缩杆段二正面固定有非圆滑轮，且非圆滑轮的旋转中心线为大腿连杆与小腿连杆的铰接轴中心轴线；所述的背板上固定有腰部绑带，两根小腿连杆和两根大腿连杆上均固定有腿部绑带；

所述的马扎包括马扎组件、马扎垫板和安全绳；所述的马扎组件包括马扎座板、弹簧桶、变刚度弹簧和伸缩支脚；马扎座板上一体成型的限位块与弹簧桶顶部沿轴向开设的限位槽构成滑动副，且限位块与限位槽通过变刚度弹簧连接；所述马扎座板的内侧固定有侧板；弹簧桶底部固定有伸缩支脚；两个马扎组件的侧板与背板的背面两侧分别铰接，且侧板与背板的铰接轴和髋关节连杆与大腿连杆的铰接轴平行；两个马扎组件的弹簧桶通过安全绳连接，两个马扎组件的马扎座板通过马扎垫板固定连接，且两个马扎组件的伸缩支脚上的滑杆一与两根大腿连杆的伸缩杆段二分别通过一根安全绳连接；两个马扎组件的马扎座板与两根大腿连杆上的非圆滑轮分别通过一根驱动绳连接；每根驱动绳绕过对应一根大腿连杆的伸缩杆段一顶端开设的圆弧槽，或大腿连杆的伸缩杆段一顶端铰接有定滑轮，两根驱动绳分别绕过对应一根大腿连杆上的定滑轮。

2.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述背板的两侧均开设有沿水平方向等距排布的多个安装孔组二；所述的安装孔组二由上下间距排布的两个安装孔组成；背板每一侧的一个安装孔组二与对应一根髋关节连杆上伸缩杆段一的一个安装孔组一通过螺栓和螺母连接。

3.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述非圆滑轮的向径由上至下先逐渐增大，后逐渐减小。

4.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述马扎座板的限位块底部固定有套杆，变刚度弹簧的一端套置在弹簧桶的限位槽内，另一端套置在套杆上。

5.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述弹簧桶上的限位槽贯穿弹簧桶侧壁，但限位槽的底端端面低于弹簧桶侧壁被限位槽贯穿的槽口最低位置；限位槽的顶端和底端均封闭；限位槽的顶端端面对限位块的最高位进行限位，弹簧桶的槽口最低位置对限位块的最低位进行限位。

6.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述的伸缩支脚包括构成滑动副的滑杆一和滑杆二；所述的滑杆一开设有沿长度方向等距排布的多个安装孔，滑杆二开设有一个安装孔；滑杆一的其中一个安装孔与滑杆二的安装孔通过螺栓和螺母连接；所述的滑杆一与弹簧桶固定。

7.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述伸缩支脚的底端固定有橡胶垫。

8.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述驱动绳的一端固定在非圆滑轮开设的凹槽内，另一端穿过弹簧桶顶部的通孔，与马扎座板固定。

9.根据权利要求1所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器，其特征在于：所述腰部绑带和腿部绑带的两端均固定有魔术贴，且两端的魔术贴分子母两面。

10.根据权利要求3所述的变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器的助力方法，其特征在于：该方法具体如下：

操作工人的腰部绑上背板上的腰部绑带，两大腿绑上两根大腿连杆上的腿部绑带，两小腿绑上两根小腿连杆上的腿部绑带；操作工人直立时，马扎垂落在臀部以及大腿后方；操作工人下蹲使得伸缩支脚着地时，随着操作工人大腿的弯曲，操作工人臀部压着马扎垫板和马扎座板向下运动，马扎座板的移动和大腿连杆上非圆滑轮的转动带动驱动绳运动，且马扎座板在弹簧桶内向下压缩变刚度弹簧，伸缩支脚和弹簧桶给马扎垫板以及马扎座板提供支撑力；其中，变刚度弹簧和非圆滑轮实现非线性助力以及支撑力，下蹲程度大，变刚度弹簧产生的弹力大，非圆滑轮产生的扭矩大，下蹲程度小，变刚度弹簧产生的弹力小，非圆滑轮产生的扭矩小；操作工人由下蹲状态起立时，变刚度弹簧伸长带动马扎座板和马扎垫板向上运动，给操作工人臀部推力，同时，驱动绳的回复力助力大腿连杆恢复到竖直状态。