[发明专利]一种面向搬运助力的全身外骨骼

说明书

本发明公开了一种面向搬运助力的全身外骨骼，包括腰背板机构、肩部机构、大小臂机构、髋部机构和大小腿机构。当穿戴者搬运重物时，肩部机构中的电机提供主动助力，大小臂机构中的拉簧和髋部、大小腿机构中的压簧三段式伸缩杆提供被动助力；通过全身多处绑缚设计及四肢处独特的可调支撑板设计，保证了穿戴的舒适性，使得负载主要通过外骨骼传至地面，部分负载将由全身均匀承担；外骨骼多处采用调长设计，增大了适用人群范围；多处关节采用机械限位，保证搬运过程中的安全同时提供部分支撑作用；单侧上肢采用4自由度，单侧下肢采用5自由度，灵活性强；外骨骼整体结构简单紧凑，并且采用轻量化设计，多处镂空减重。

技术领域

本发明属于助力机器人技术领域，具体涉及一种面向搬运助力的全身外骨骼。

背景技术

随着工业4.0时代的到来和社会的高速发展，加工制造业和物流行业已成为我国支柱行业。但是在工厂和物流仓库中装卸物料、搬运物资等工作主要依靠人力完成。目前市场上常见的外骨骼主要用于医疗康复保健领域，投入在物资搬运使用的外骨骼却较为少见。因此设计一款可穿戴的轻量化全身外骨骼，可以减轻工人工作强度，提高工作效率并保障其人身安全。

目前已有的搬运助力外骨骼的设计多存在轻量化、舒适性和实用性的问题。例如发明专利CN106695760A公布了“一种用于辅助搬运的全身外骨骼助力机器人”，该设计肩部缺少肩关节内旋/外旋自由度，髋部缺少髋关节外展/内收、内旋/外旋自由度，限制了穿戴者运动范围，缺少灵活性；关节活动范围均没有机械限位，无法保障穿戴者安全；下肢设计缺少支撑，当穿戴者下蹲时负重和外骨骼自重大部分由穿戴者承担。发明专利“CN107984461A”公布了一种“面向搬运工作的气动上肢助力外骨骼机器人”，使用新型气动肌肉作为驱动器，使得机器人驱动力-自重比较高，能量使用效率得到提高。但是负载和外骨骼自重仍全部由穿戴者承担，对穿戴者腰背负荷重，长时间使用容易对穿戴者腰背造成损伤。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种面向搬运助力的全身外骨骼，包括腰背板机构、肩部机构、大小臂机构、髋部机构和大小腿机构。当穿戴者搬运重物时，肩部机构中的电机提供主动助力，大小臂机构中的拉簧和髋部、大小腿机构中的压簧三段式伸缩杆提供被动助力；通过全身多处绑缚设计及四肢处独特的可调支撑板设计，保证了穿戴的舒适性，使得负载主要通过外骨骼传至地面，部分负载将由全身均匀承担；外骨骼多处采用调长设计，增大了适用人群范围；多处关节采用机械限位，保证搬运过程中的安全同时提供部分支撑作用；单侧上肢采用4自由度，单侧下肢采用5自由度，灵活性强；外骨骼整体结构简单紧凑，并且采用轻量化设计，多处镂空减重。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种面向搬运助力的全身外骨骼，包括腰背板机构、肩部机构、大小臂机构、髋部机构和大小腿机构；所述肩部机构有相同的左右两部分，分别与腰背板机构顶部的左端和右端固定连接；所述大小臂机构有相同的左右两部分，分别与肩部机构的左右两部分连接；所述髋部机构有相同的左右两部分，分别与腰背板机构底部的左端和右端固定连接；所述大小腿机构有相同的左右两部分，分别与髋部机构的左右两部分固定连接；所述全身外骨骼整体构成人形，在使用时，通过绑带与穿戴者固定在一起；

所述腰背板机构包括背板和腰板；所述背板呈T型，顶部左右两端设置多个通孔，用于和肩部机构连接；所述背板顶部和中部两侧对称设置多个长方槽，用于固定绑带；所述背板下端设置两竖排通孔，用于和腰板连接；所述腰板呈倒T型，中间设置两竖排通孔，通过螺栓与背板的通孔配合实现固定连接，通过上下移动腰板改变通孔对齐位置实现腰背板机构长度调整；所述腰板左右两侧设有长方槽用于固定绑带；所述腰板底部左右两端设置多个通孔，用于和髋部机构连接；