[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

说明书

本发明公开了变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器及其助力方法。本发明的背板两侧与两根髋关节连杆分别固定，每根髋关节连杆与一根大腿连杆铰接；每根大腿连杆与一根小腿连杆铰接；大腿连杆正面固定非圆滑轮；马扎座板与弹簧桶构成滑动副且通过变刚度弹簧连接；弹簧桶底部固定伸缩支脚；两个马扎组件的马扎座板均与背板背面铰接；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；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。本发明通过变刚度弹簧以及非圆滑轮结合驱动绳的方式，实现操作工人下蹲时的非线性支撑力以及起立时的非线性助力。

技术领域

本发明涉及助力器，具体涉及一种变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器及其助力方法。

背景技术

在现代工业生产中，车间内的操作工人开始穿上助力外骨骼帮助他们完成工作，减轻机械化动作给肢体带来的疲劳感。在一些工人不需要移动位置的场景中，已经开发出大量主动式助力器帮助工人工作，通过电机给人体输入能量，提供动力。但主动式的外骨骼比较笨重，对于需要频繁移动位置的工人来说极不方便，加之制造和维护成本不菲，催生出了新型的助力装置。

被动式外骨骼很好地解决了这些问题，利用弹簧等弹性元件进行储能放能。通过紧凑的设计可以使装置轻巧、便携，适合操作工人在工作时进行穿戴。目前已经出现了上肢的助力装置，大大减轻了工人反复抬手放手引起的肌肉疲劳。但市面上针对下肢的助力装置较少，仅有的部分下肢助力外骨骼多采用主动方式，并加以控制来定制人的肢体活动。外加的动力和控制装置增加了装置的整体重量，不仅给工人带来负重感、影响工人的正常工作，定制化的肢体运动也会给工人带来麻烦。

因此，市场上急需一种轻量化、便携化的被动式外骨骼助力器，并且不会干扰工人的正常工作，能根据工人个性化的工作姿态实现助力，而不是去限制工人的肢体运动。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种变刚度穿戴式操作工人半蹲非线性助力器及其助力方法。

本发明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；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。

优选地，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。