[发明专利]一种上肢被动助力外骨骼

说明书

本发明公开了一种上肢被动助力外骨骼，该包括腰背支撑结构、绑带式穿戴结构、载荷卸力结构和臂固定结构，腰背支撑结构和绑带式穿戴结构配合用于外骨骼穿戴，臂固定结构和腰背支撑结构通过载荷卸力结构连接；其中，载荷卸力结构包括外壳、棘轮、棘爪和弹力单元，棘轮和棘爪可转动设置在外壳上，棘轮和棘爪相互间隔且棘轮和棘爪之间设置弹力单元，臂固定结构与棘轮固定连接，棘轮与棘爪啮合连接将臂固定结构承载的负载作用力传递到腰背支撑结构。本发明上肢助力外骨骼采用纯机械结构，无动力源设计，保证更加轻便、便捷，通过载荷卸力结构能够实现较大的力载荷卸载，提高适用范围，对使用者起到保护作用。

技术领域

本发明涉及外骨骼技术领域，特别涉及一种上肢被动助力外骨骼。

背景技术

在汽车制造生产线、建筑施工现场、货物搬运等场合，因岗位特殊性，工人需要托举货物和工具长时间的在肩部或头部进行劳动作业。长期的劳动给患者肩部及手臂肌肉带来极大的压力，导致工人出现肩关节、肘关节酸痛；不仅造成工人工作时间缩短、注意力下降、工作效率降低，而且给工人带来健康隐患。

上肢助力外骨骼是一种新兴的工业用可穿戴式助力设备,穿戴式肩部助力外骨骼能够为使用者提供上臂在工作过程的支撑力，其卸力渠道通过杆件等装置将肩部的受力传递到腰部。其次助力外骨骼能随人体手臂运动而自由运动，不影响人体上肢的自由度。

目前市面上的上肢助力外骨骼的设计方案主要分为主动和被动两种助力方式。主动式助力由于包含需要电驱动的驱动机构，结构复杂、重量大、存在续航能力等问题。被动助力外骨骼大多采用弹簧来实现助力，采用弹簧虽可提供部分的助力，但人体手臂在支撑较大力载荷时，将导致弹簧向下压缩，导致助力效果不理想。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种结构紧凑、质量轻便，助力效果可靠，穿戴便捷的上肢被动助力外骨骼。

为实现上述目的，本发明的上肢被动助力外骨骼，包括腰背支撑结构、绑带式穿戴结构、载荷卸力结构和臂固定结构，所述腰背支撑结构和所述绑带式穿戴结构配合用于外骨骼穿戴，所述臂固定结构和所述腰背支撑结构通过所述载荷卸力结构连接；其中，所述载荷卸力结构包括外壳、棘轮、棘爪和弹力单元，所述棘轮和所述棘爪可转动设置在所述外壳上，所述棘轮和所述棘爪相互间隔且所述棘轮和所述棘爪之间设置所述弹力单元，所述臂固定结构与所述棘轮固定连接，所述棘轮与所述棘爪啮合连接将所述臂固定结构承载的负载作用力传递到所述腰背支撑结构，根据所述臂固定结构的动作所述弹力单元在自身弹力作用下控制所述棘轮和棘爪啮合或脱开所述弹力单元在自身弹力作用下控制所述棘轮和棘爪啮合或脱开。

进一步，在所述臂固定结构带动大臂抬升时所述棘轮与所述棘爪啮合连接，以将所述臂固定结构承载的负载作用力传递到所述腰背支撑结构且驱动所述弹力单元弹性储能；在所述臂固定结构带动大臂下放时，所述棘爪在所述弹力单元的弹性力作用下推动所述棘爪从所述棘轮上脱开。

进一步，所述载荷卸力结构还包括齿传动单元，所述棘轮与所述齿传动单元连接，所述弹力单元分别与所述齿传动单元和所述棘爪连接，所述棘轮单元转动带动所述齿传动单元的齿条压缩或拉伸所述弹力单元，所述弹力单元在自身弹力作用下控制所述棘爪和所述棘轮啮合或脱开。

进一步，所述齿传动单元包括齿条和齿轮，所述齿轮设置在所述棘轮的转轴上，所述齿条与所述弹力单元连接，所述齿轮上的齿与所述齿条啮合连接，所述齿轮上设置有与所述棘轮上设置的凸起配合连接的限位槽，所述齿轮在所述棘轮的带动下绕所述转轴旋转带动所述齿条往复运动。

进一步，所述腰背支撑结构包括支撑柱、肩部护带和腰部护带，所述支撑柱上部设置所述肩部护带，所述支撑柱下部设置所述腰部护带，所述支撑柱、所述肩部护带和所述腰部护带之间刚性连接。

进一步，所述支撑柱顶端还固定设置有头枕。