[发明专利]一种增加辅助支撑装置的可穿戴外骨骼座椅

说明书

本发明公开一种增加辅助支撑装置的可穿戴外骨骼座椅，具有由大腿杆、小腿杆与脚部连杆构成的外骨骼本体机构。外骨骼本体机构固定于人体腿部，由大腿杆顶部坐垫结构对人体大腿根部支撑。同时，增加辅助支撑装置，改辅助支撑装置在人体站立时，改装置中接地的连接杆受弹簧牵引处于收缩状态，此时装置底端与地面不接触；当人体蹲坐时，连接杆受推力作用会逐渐展开，展开后与地面接触，实现对人体的辅助支撑。本发明克服了目前外骨骼座椅存在的调节不便、支撑稳定性有待提高、易发生干涉等问题。

技术领域

本发明属于机器人技术领域，具体涉及一种增加辅助支撑装置的可穿戴外骨骼座椅机构，可应用于工业装配领域。

背景技术

在装配场合中，操作工人经常需要长时间站立或者保持半蹲的姿势来完成任务，这不仅严重影响了装配过程的效率和质量，还给工人带来了很多健康问题，极易诱发职业性肌肉骨骼疾患WMSDs。近年来，随着机器人技术的快速发展，越来越多的辅助型外骨骼机器人不断涌现。为解决上述问题，可穿戴座椅式外骨骼应运而生，它在为工人提供长时间静态支撑的同时还具有便携性的特点。

然而当前的外骨骼座椅仍然存在一些问题，在支撑性能方面，穿戴者在使用时不易形成稳定支撑，有可能产生向后倾倒的趋势，且多数外骨骼座椅未考虑坐姿调节问题；在穿戴舒适性方面，不当的尺寸设计可能会导致在行走时发生干涉。

发明内容

本发明为了克服目前外骨骼座椅存在的调节不便、支撑稳定性有待提高、易发生干涉等问题，提供了一种无源的增加辅助支撑装置的可穿戴外骨骼座椅机构。

本发明增加辅助支撑装置的可穿戴外骨骼座椅，包括由大腿杆、小腿杆与脚部连杆构成的外骨骼本体机构以及一套辅助支撑机构。

所述外骨骼本体机构固定于人体腿部；其中，大腿杆顶端安装坐垫结构对人体大腿根部支撑。小腿杆顶部与大腿杆底部之间相连形成转动副。小腿杆底部连接脚部连杆形成转动副。

所述大腿杆与小腿杆间安装有可控气弹簧机构；可控气弹簧机构伸缩端与小腿气弹簧连接件相连形成转动副，小腿气弹簧连接件固定于小腿杆上段安装的长导轨的滑块上，沿小腿杆轴向滑动；可控气弹簧机构的机体端与大腿气弹簧连接件相连形成转动副，大腿气弹簧连接件固定于大腿杆上，通过对可控气弹簧的手动控制，实现对大腿杆与小腿杆间的夹角进行调节。

所述辅助支撑机构包括支撑曲柄、连接杆、辅助导轨、辅助连接件与并联拉伸弹簧。其中，辅助导轨安装于小腿杆下段，辅助导轨的滑块上固定安装辅助连接件，辅助连接件中部设计有连接座，连接杆上端与连接座间连接形成转动副；连接杆下端与支撑曲柄末端连接形成转动副；支撑曲柄前端与小腿长度调节杆底端连接形成转动副。并联拉伸弹簧为两根，分别位于小腿杆左右两侧；两根并联拉伸弹簧一端分别连接于小腿杆左右两侧设计的连接头上，另一端分别固定于辅助连接件的连接座左右两侧上设计的连接头上；且在并联拉伸弹簧的拉力下，辅助连接件的连接座上部可由小腿杆上凸台上设计的开孔处穿过，此时辅助支撑机构的连接座与凸台接触，整体辅助支撑机构处于收缩状态，辅助支撑调节杆末端位置高于小腿长度调节杆末端，在小腿长度调节杆末端触底时不会与人以及地面发生干涉。

上述结构的增加辅助支撑装置的可穿戴外骨骼座椅，具有人穿戴行走和人穿戴蹲坐两种工作状态：

在人穿戴外骨骼座椅进行行走运动时，在并联拉伸弹簧的拉力下，辅助支撑机构整体处于收缩状态，辅助支撑调节杆末端橡胶脚套不会与人以及地面发生干涉；且长导轨滑块在长导轨内滑动，此时与长导轨滑块相连的小腿气弹簧连接件未与小腿杆上的凸台以及辅助连接件接触，外骨骼通过由长导轨滑块与长导轨的移动副，被动地跟随人体运动。

在人穿戴外骨骼座椅蹲坐时，长导轨滑块在长导轨内滑动，使小腿气弹簧连接件接触并推动辅助连接件以及辅助导轨滑块在辅助导轨内滑动，直到小腿气弹簧连接件接触小腿杆的凸台形成限位，此过程中辅助支撑机构逐渐伸展，辅助支撑调节杆末端和小腿长度调节杆的脚部机构连接轴末端均与地面接触，共同形成支撑。