[发明专利]一种穿戴式主被动混合助力机构和助力方法

说明书

本发明涉及一种穿戴式主被动混合助力机构和助力方法，属于助力机构技术领域，解决了现有助力机构助力形式单一，不能给上肢手臂提供助力的问题。本发明的穿戴式主被动混合助力机构，包括背架、上肢助力组件和腰部助力组件，所述上肢助力组件和所述腰部助力组件固定在所述背架上；所述上肢助力组件包括转轴、发条弹簧和博登拉线，所述博登拉线的一端通过转轴与发条弹簧连接，另一端与末端执行装置连接，所述末端执行装置用于搬运物品；所述腰部助力组件包括大腿支撑杆、胸部支撑杆和驱动单元，所述大腿支撑杆与所述驱动单元的减速机输出轴连接。本发明将主动式腰部助力与被动式上肢助力相结合，能够同时为腰部和上肢提供助力。

技术领域

本发明涉及助力机构技术领域，尤其涉及一种穿戴式主被动混合助力机构和助力方法。

背景技术

在物流分拣、货物码垛、卸货装车等需要人工搬运物资的场合，短距离、重复性的搬运作业易造成工作人员腰部和手臂肌肉疲劳，长时间劳动会导致腰肌劳损、韧带拉伤、疲劳性骨折等骨骼肌肉损伤，影响工作人员身体健康。

穿戴式外骨骼可以帮助人体在搬运过程中提供助力。常见的搬运助力形式是在搬运后期人体起身过程中，通过主动或被动转矩输入对髋关节施加额外转矩，从而降低腰部肌肉发力，实现省力效果。其中，被动式腰部助力机构通常采用扭簧来提供转矩输入，但需要人体在弯腰过程中对扭簧做功储存能量，再在后期搬起重物过程中释放能量，助力效率较低；主动式腰部助力机构通常采用电机提供转矩输入，通过传感器采集人体运动信号反馈给控制单元，再由动力执行单元完成相应动作。其优点是助力效率较高，但助力形式单一，并没有解决上肢手臂肌肉疲劳的问题。

发明内容

鉴于上述分析，本发明旨在提供一种穿戴式主被动混合助力机构和助力方法，用以解决现有助力机构助力形式单一，不能给上肢手臂提供助力的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种穿戴式主被动混合助力机构，包括背架、上肢助力组件和腰部助力组件，所述上肢助力组件和所述腰部助力组件固定在所述背架上；

所述上肢助力组件包括转轴、发条弹簧和博登拉线，所述博登拉线的一端通过转轴与发条弹簧连接，另一端与末端执行装置连接，所述末端执行装置用于搬运物品；

所述腰部助力组件包括大腿支撑杆、胸部支撑杆和驱动单元，所述大腿支撑杆与所述驱动单元的减速机输出轴连接。

进一步地，所述上肢助力组件还包括支架体，所述支架体包括第一侧板、第二侧板和第三侧板，第一侧板与第二侧板平行，第一侧板与第二侧板上相应的位置设有通孔。

进一步地，所述上肢助力机构还包括绕线轮，所述绕线轮位于所述第一侧板和第二侧板之间，所述转轴依次穿过第一侧板、绕线轮和第二侧板并与绕线轮固定连接，所述博登拉线一端与所述绕线轮固定，另一端穿出所述支架体沿伸至末端执行装置。

进一步地，所述转轴靠近第一侧板的一端设有限位装置，所述发条弹簧一端固定，一端与转轴连接。

进一步地，所述上肢助力组件还包括第一端盖和第一外壳，第一端盖固定在第一侧板上，第一外壳与支架体固定连接。

进一步地，所述上肢助力组件还包括连接板，所述上肢助力组件通过连接板与背架连接。

进一步地，所述腰部助力组件还包括髋侧支架，所述髋侧支架一端固定在背板上，另一端伸到背板的前方，所述驱动单元固定在所述髋侧支架上。

进一步地，所述腰部助力组件还包括限位盘，所述限位盘固定在所述驱动单元的外壳上。

进一步地，所述胸部支撑杆套在所述限位盘上，所述胸部支撑杆能够绕所述限位盘旋转。

进一步地，所述限位盘设有限位块，限制所述大腿支撑杆的旋转角度。