[发明专利]一种背部仿生外骨骼助力装置

说明书

本发明涉及一种背部仿生外骨骼助力装置，目的是解决现阶段背部外骨骼助力装置结构复杂、贴合性差、缺乏支撑力等问题，本发明包括助力系统和驱动系统，所述的助力系统包括背部固定板、人工肌肉组件和腰部固定板，所述的人工肌肉组件包括柱状弹性体和线圈，线圈套设在柱状弹性体外侧，柱状弹性体上端与背部固定板相连，下端与腰部固定板相连；柱状弹性体一端设有液压管接口；所述的驱动系统包括液压缸，液压缸通过液压管与柱状弹性体的液压管接口相连；柱状弹性体内为空心腔，空心腔中充有磁流变液。本发明通过液压系统驱动，可以获得更强劲的驱动效果，同时本发明装置结构简单，穿戴方便。

技术领域

本发明涉及一种助力装置，特别涉及一种背部仿生外骨骼助力装置。

背景技术

在人体弯腰搬运重物的过程中，背部肌肉通过收缩以平衡作用在躯干上的重力，由于这些力的力臂仅几厘米，几乎与脊柱平行，因此脊柱受到极大的压缩力。长期从事搬运工作的体力劳动者往往患有不同程度的腰椎疾病，而背部外骨骼助力装置的出现很好的缓解腰肌劳损等腰部疾病。背部助力外骨骼机器人作为一种可以穿戴的设备，通过人体的高度融合可以轻松完成搬运、托举等动作，提高工作效率，远离伤病烦恼。但是人体弯腰时脊柱变化不仅是简单地弯曲伸直，而且脊柱的皮肤表面长度在弯腰时较直腰时伴有明显的增长。

目前，背部外骨骼助力装置多是刚性连接，不能与弯腰时脊柱表面贴合，人机相容性差；柔性连接的背部外骨骼助力装置缺乏刚性支撑，不能在直腰时给予人体支撑；即使是最新设计的刚柔耦合的背部外骨骼助力装置也存在结构繁琐等问题。

发明内容

本发明的目的是解决现阶段背部外骨骼助力装置结构复杂、贴合性差、缺乏支撑力等问题，提供的一种背部仿生外骨骼助力装置。

本发明包括助力系统和驱动系统，所述的助力系统包括背部固定板、人工肌肉组件和腰部固定板，所述的人工肌肉组件包括柱状弹性体和线圈，线圈套设在柱状弹性体外侧，柱状弹性体上端与背部固定板相连，下端与腰部固定板相连；柱状弹性体一端设有液压管接口；所述的驱动系统包括液压缸，液压缸通过液压管与柱状弹性体的液压管接口相连；柱状弹性体内为空心腔，空心腔中充有磁流变液。

人工肌肉组件中的柱状弹性体靠近人体一侧的壁厚于远离人体一侧的壁，靠近人体一侧的壁中间厚于上下两端。

驱动系统中的液压缸为五腔双活塞双作用液压缸；驱动系统还包括三位四通比例阀、液压泵和储液罐，液压缸的第一腔和第二腔分别通过液压管与三位四通比例阀相连，第三腔和第四腔之间无密封，第五腔通过液压管与人工肌肉组件中柱状弹性体的液压管接口相连；三位四通比例阀另一端通过液压管与液压泵和储液罐相连，当三位四通比例阀阀芯处于中位时，液压缸的第一腔和第二腔均与储液罐相连，当三位四通比例阀阀芯处于左位时，液压缸的第一腔与液压泵相连，第二腔与储液罐相连，当三位四通比例阀阀芯处于右位时，液压缸的第一腔与储液罐相连，第二腔与液压泵相连。

驱动系统中三位四通比例阀与液压泵之间的液压管上设有溢流阀，溢流阀另一端与储液罐相连。

人工肌肉组件中的柱状弹性体上下两端设有接头，上端接头通过螺杆螺母组件与背部固定板相连，下端接头通过螺杆螺母组件与腰部固定板相连。

人工肌肉组件中的线圈与电源相连。

助力系统中的背部固定板和腰部固定板上分别设有绑带孔，人工肌肉组件外包有弹性套，弹性套两侧设有固定带。

助力系统的背部固定板和腰部固定板之间设有至少两组人工肌肉组件。

本发明的工作原理：

使用绑带分别穿过背部固定板和腰部固定板上的绑带孔，将本发明装置绑于人体背部及腰部之间，将人工肌肉组件两侧的固定带两头通过搭扣或粘扣相连束于人体胸前，使人工肌肉组件贴合人体背部。