[发明专利]快速穿脱仿生外骨骼背架

说明书

本发明涉及人体负载运输技术领域，提供了一种快速穿脱仿生外骨骼背架，其中：胸前护板与背带通过可调节卡扣连接，背带为X型结构，背带与衬垫连接，衬垫与背板连接；包板和背囊连接；背板与包板的上端通过弹簧卡扣连接，弹簧卡扣连接有卡扣拉线，卡扣拉线用于拉动弹簧卡口的凸起块收缩；单向棘轮、背板和合页板连接在同一俯仰转轴上；背板与包板结合时，单向棘轮用于卡住包板下端的格挡轴；合页板的下端凸起部分通过转动结构与摆动板连接。本发明通过人体脊柱弯曲曲线和“X型”背带的设计，提高了穿戴舒适性，并将包板和背板进行独立设计，实现一键式快速解脱功能；合页板和摆动板的设计，减轻了肩背部的压力，同时具有较高的灵活性。

技术领域

本发明涉及人体负载运输技术领域，具体提供一种用于助力搬运的快速穿脱仿生外骨骼背架。

背景技术

随着社会快速的发展变化，应急救援、医疗康复、负载运输等多个领域都向辅助类机器人与携行具提出了新的需求。外骨骼作为可穿戴携行具，能够通过机械结构将上身负载转移到地面，进而增强穿戴者的肢体支撑力量，外骨骼装置已经在农业、制造业、建筑业、物流业、医疗康复以及抢险救灾等诸多行业中广泛应用。

现有的助力外骨骼系统主要通过外骨骼髋关节处的承重支架或与下肢外骨骼连接的背架进行承重。承重支架是在下肢外骨骼髋部向外伸出的承重平台，承载时将重物置于该平台上，通过承重支架负重的助力外骨骼与背包等背负系统不能很好的结合，在运动时背包可能从承重支架上滑脱，给肩背部带来较大压力。

传统的与下肢外骨骼连接的背架通常是一个刚性的框架，例如中国专利CN103315834A中采用的刚性杆，这类背架仅考虑结构的传力特性，结构简单，虽然能较好的将负重传递给下肢外骨骼，但背负舒适性大打折扣，影响人体活动自由度，在负重过程中虽然不干扰步行，但对人体的前后弯腰、左右摆动等动作有较大影响。为了解决这一问题，中国专利CN109318214A中提出了一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置，仿造人体脊柱设计了依次排列并连接的椎体结构，通过弹性绳组件将各椎体串联在一起，装置整体具有较好的运动灵活性和穿戴舒适性，该类柔性背架虽然解决了腰背部的灵活性问题，但是牺牲了背架自身的承载能力，使得将重量传递给下肢外骨骼的效率大大下降，只能对人体起到辅助支撑的作用。

此外，在行走过程中，人体需通过背架的背带向背负的重物提供向前的牵引力，传统的双肩背带会导致肩部正面压力过大，存在严重的勒肩问题，而且传统的背架与背包等紧密结合后缺少快速解脱的手段，通常需要较长时间的穿脱，更甚者需要他人帮助。因此，亟需一种便于快速穿脱且不影响运动灵活性的仿生外骨骼背架。

发明内容

本发明为解决上述问题，提供了一种用于助力搬运的快速穿脱仿生外骨骼背架，主要采用复合材料作为背架制作的主体材料，实现背架的轻量化设计；拟合人体的脊柱曲线设计了贴合人体背部的仿生背板，提高背架穿戴的舒适性；通过X型肩带设计，增加行走过程中人体正面的受力面积，改善双肩背带的勒肩问题；通过模块化的背板和包板以及弹簧卡扣和单向棘轮结构实现了快速穿脱功能；通过合页板、转动结构以及俯仰转轴的设计使背架可以随人体发生一定角度的前后俯仰和左右摆动，满足人体弯腰和左右摆动的使用要求，同时还具有有限位功能，防止后仰及左右摆动幅度过大对人体造成伤害。

本发明提供的快速穿脱仿生外骨骼背架，包括：胸前护板、背带、衬垫、背板、合页板、摆动板、包板和背囊；

胸前护板与背带通过可调节卡扣连接，背带为X型结构，背带与衬垫连接，衬垫与背板连接；

包板和背囊连接；

背板与包板的上端通过弹簧卡扣连接，弹簧卡扣包括背板上端的凸起块和包板上端的开口，弹簧卡扣连接有卡扣拉线，卡扣拉线用于拉动凸起块收缩；

单向棘轮、背板和合页板连接在同一俯仰转轴上；背板与包板结合时，单向棘轮用于卡住包板的下端的格挡轴；

合页板的下端凸起部分通过转动结构与摆动板连接。

优选的，衬垫的下端还连接有腰带，用于将快速穿脱仿生外骨骼背架固定在穿戴者的腰部。