本實用新型涉及人力輔助機(jī)械結(jié)構(gòu)，具體涉及一種機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置。

背景技術(shù)：

隨著互聯(lián)網(wǎng)+的迅速推進(jìn)，傳統(tǒng)行業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)漸漸融為一體，這使得物流行業(yè)飛速發(fā)展，然而，許多問題也隨著行業(yè)的發(fā)展逐漸顯現(xiàn)出來。根據(jù)中國國家郵政局監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，預(yù)計2015“雙十一”期間（11月11－16日），全行業(yè)處理的郵件（快件）量預(yù)計將達(dá)到7.8億件，同比增長近45%；日最高處理量將達(dá)1.6億件，同比增長55%，是今年以來日常處理量（5000萬）的3倍。我國的物流行業(yè)正迎來空前的飛速發(fā)展，然而快遞運輸?shù)淖詈笠粋€環(huán)節(jié)，僅僅是依靠傳統(tǒng)的人力增加來提高運輸量，人力耗費嚴(yán)重，效率低下。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型提供一種機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置，通過轉(zhuǎn)移手臂受力到腿部和腰部來提高單人單次的搬運重量，提高效率，避免人力過勞。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型提供一種機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置，其特點是，該輔助裝置包含：

軀干支架，其固定于人體背部；

手臂支架，其包含對應(yīng)固定于人體上臂的上臂支架和固定于人體下臂的下臂支架；上臂支架一端活動連接軀干支架的上端，上臂支架另一端活動連接下臂支架，上臂支架與下臂支架側(cè)邊活動連接有斜拉組件；

傳動機(jī)構(gòu)，其一端連接機(jī)械拉力源，另一端機(jī)械連接斜拉組件，機(jī)械拉力源通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動斜拉組件拉動下臂支架，以下臂支架與上臂支架的連接點為原點轉(zhuǎn)動，帶動人體上臂和人體下臂彎曲。

上述傳動機(jī)構(gòu)包含：

主動輪，其傳動連接機(jī)械拉力源；

傳動輪，其分別傳動連接主動輪和斜拉組件，機(jī)械拉力源驅(qū)動斜拉組件上提，帶動下臂支架相對上臂支架轉(zhuǎn)動上提。

上述傳動機(jī)構(gòu)中，主動輪的外緣通過繩索傳動連接有腳踏板，人體足部通過腳踏板輸出機(jī)械拉力源；主動輪傳動連接一個或若干個傳動輪，傳動輪的外緣繞設(shè)有繩索，傳動輪的繩索繞過設(shè)置于傳動輪與斜拉組件上方的支點連接至斜拉組件。

上述傳動機(jī)構(gòu)還包含對應(yīng)設(shè)置的驅(qū)動棘爪和驅(qū)動棘輪；

驅(qū)動棘輪同軸設(shè)置于機(jī)械連接傳動輪的主軸上；

驅(qū)動棘爪一端活動連接主動輪的側(cè)面，另一端咬合或脫離驅(qū)動棘輪上的棘齒；

主動輪帶動下臂支架上提時，驅(qū)動棘爪和驅(qū)動棘輪相互咬合，主動輪通過驅(qū)動棘爪帶動驅(qū)動棘輪，驅(qū)動棘輪通過主軸帶動傳動輪；

上述主動輪設(shè)有伸展方向與傳動機(jī)構(gòu)帶動下臂支架上提時主動輪的轉(zhuǎn)動方向相反的復(fù)位彈簧；復(fù)位彈簧伸展帶動主動輪轉(zhuǎn)動時，驅(qū)動棘爪和驅(qū)動棘輪相互脫離。

上述輔助裝置還包含自鎖機(jī)構(gòu)，該自鎖機(jī)構(gòu)包含：

一對或若干對對應(yīng)設(shè)置的自鎖棘爪和自鎖棘輪，自鎖棘輪同軸設(shè)置于連接傳動輪的主軸上，自鎖棘爪一端活動連接軀干支架，另一端咬合或脫離自鎖棘輪上的棘齒；自鎖棘爪咬合鎖定自鎖棘輪時自鎖棘輪的轉(zhuǎn)動趨勢方向與傳動機(jī)構(gòu)帶動下臂支架上提時主動輪的轉(zhuǎn)動方向相反；

自鎖棘爪控制電路，其包含機(jī)械連接自鎖棘爪的電機(jī)、電路連接電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動電路和電路連接電機(jī)驅(qū)動電路的控制端；控制端輸出控制指令，電機(jī)驅(qū)動電路控制電機(jī)帶動自鎖棘爪轉(zhuǎn)動脫離或咬合棘齒。

上述上臂支架通過萬向節(jié)活動連接軀干支架。

上述輔助裝置還包含物體固定裝置，該物體固定裝置設(shè)置于下臂支架端部或靠近端部處，包含擴(kuò)展連接部件和與擴(kuò)展連接部件機(jī)械連接的物體固定部件，物體固定部件包含若干種可替換的與被固定物體適配的固定結(jié)構(gòu)。

上述輔助裝置還包含人體固定組件，該人體固定組件包含：

分別設(shè)置于上臂支架和下臂支架的束帶；

設(shè)置于軀干支架上部與人體肩部位置對應(yīng)的背帶；

設(shè)置于軀干支架下部與人體腰部位置對應(yīng)的腰帶；

該束帶、背帶和腰帶分別設(shè)有卡扣。

上述軀干支架包含縱向設(shè)置的上支架和下支架，上支架和下支架之間活動連接，并可以其連接點為原點轉(zhuǎn)動。

本實用新型機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置和現(xiàn)有技術(shù)相比，其優(yōu)點在于，本實用新型通過傳動機(jī)構(gòu)使腳作為動力來源，無需外部輔助裝置，通過將足部力量傳遞到手臂、肩部和腰部來提高搬運重量和搬運的效率，節(jié)省人力；

本實用新型當(dāng)腳部拉力消失時，自鎖機(jī)構(gòu)會卡住齒輪防止手臂回程，此時大線軸會在彈簧拉力下回轉(zhuǎn)，從而完成單次抬升過程，而通過驅(qū)動棘輪和棘爪的配合實現(xiàn)腳踏次數(shù)則決定了物體抬升的高度，操作便捷；

本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，可以由個人完成穿戴整個裝置，使用方便，便攜性強(qiáng)。

附圖說明

圖1為本實用新型機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實用新型機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置的傳動機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實用新型機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置的自鎖棘爪控制電路示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖，進(jìn)一步說明本實用新型的具體實施例。

如圖1所示，為本實用新型所公開的腳助力機(jī)械外骨骼搬運輔助裝置的一種實施例，該輔助裝置主要包含：軀干支架、手臂支架和傳動機(jī)構(gòu)。

軀干支架主要由歐標(biāo)鋁合金2020管和配套的轉(zhuǎn)軸制成。軀干支架包含縱向設(shè)置的上支架2和下支架1。上支架2和下支架1分別為開口相對設(shè)置的U型結(jié)構(gòu)，兩對端點作為連接點對應(yīng)通過轉(zhuǎn)軸活動連接，使軀干支架呈現(xiàn)“口”字形結(jié)構(gòu)。下支架1與上支架2連接處的轉(zhuǎn)軸外蓋有支架軸端蓋19。

軀干支架固定于人體背部，軀干支架的上部與人體的肩部相對應(yīng)，下部與人體的腰部相對應(yīng)。上支架2和下支架1可以上支架2與下支架1之間的連接點為原點轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)軀干支架可以隨人體背部的彎曲和伸直運動進(jìn)行跟隨轉(zhuǎn)動，可以有效的應(yīng)對彎腰的情景。

手臂支架主要由歐標(biāo)鋁合金2020管和配套的轉(zhuǎn)軸制成，包含兩對對應(yīng)固定于人體上臂的上臂支架4和固定于人體下臂的下臂支架9，以及活動連接在上臂支架4與下臂支架9側(cè)邊的斜拉桿10。上臂支架4通過萬向節(jié)3活動連接軀干支架上端的兩側(cè)，另一端通過轉(zhuǎn)軸活動連接下臂支架9。上臂支架4與下臂支架9連接處的轉(zhuǎn)軸外套設(shè)有手臂軸端蓋14。

本實施例中，上臂支架4上設(shè)有沿上臂支架4軸向設(shè)置的滑槽5，斜拉桿10連接上臂支架4的一端設(shè)有滑塊8，滑塊8嵌設(shè)在滑槽5中，斜拉桿10的另一端轉(zhuǎn)動連接于下臂支架9。隨著上臂支架4與下臂支架9之間的曲折或轉(zhuǎn)動，斜拉桿10的一端可在滑槽5中自由滑動。

傳動機(jī)構(gòu)用于驅(qū)動下臂支架9轉(zhuǎn)動和上提。傳動機(jī)構(gòu)的動力接收端端連接機(jī)械拉力源，動力輸出端機(jī)械連接斜拉桿10。機(jī)械拉力源通過傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動斜拉桿10拉動下臂支架9，帶動下臂支架9以下臂支架9與上臂支架4的連接點為原點向人體下臂彎曲方向轉(zhuǎn)動上提，實現(xiàn)人體上臂和人體下臂之間彎曲，人體下臂上提，完成物體搬運。

如圖2并結(jié)合圖1所示，本實施例中，傳動機(jī)構(gòu)包含：主動輪17、一對傳動輪12、主軸11、驅(qū)動棘爪21、驅(qū)動棘輪22、腳踏板（圖中未標(biāo)示）和鋼索（圖中未標(biāo)示）。

主軸11通過一對轉(zhuǎn)動軸端蓋20連接在軀干支架的下部，主軸11在轉(zhuǎn)動軸端蓋20中可以其中軸線為旋轉(zhuǎn)中心自轉(zhuǎn)。主動輪17活動套設(shè)在主軸11上；一對傳動輪12固定在主軸11上，由主軸11帶動傳動輪12轉(zhuǎn)動。

主動輪17的外緣通過鋼索傳動連接腳踏板，人體足部作為機(jī)械拉力源通過腳踏板輸出動力，人體足部向下踩踏腳踏板，通過鋼索拉動主動輪17旋轉(zhuǎn)。

驅(qū)動棘輪22同軸設(shè)置于連接傳動輪12的主軸11上。

驅(qū)動棘爪21對應(yīng)驅(qū)動棘輪22設(shè)置，其一端通過轉(zhuǎn)軸活動連接主動輪17的側(cè)面，另一端咬合或脫離驅(qū)動棘輪22上的棘齒。驅(qū)動棘爪21的轉(zhuǎn)動平面平行于主動輪17。

腳踏板下踩驅(qū)動主動輪17時，主動輪17的旋轉(zhuǎn)方向與驅(qū)動棘爪21咬合驅(qū)動棘輪22的方向相同。

當(dāng)驅(qū)動棘爪21通過腳踏板驅(qū)動主動輪17帶動下臂支架9上提轉(zhuǎn)動時，主動輪17帶動驅(qū)動棘爪21轉(zhuǎn)動，驅(qū)動棘爪21和驅(qū)動棘輪22相互咬合，主動輪17通過驅(qū)動棘爪21帶動驅(qū)動棘輪22轉(zhuǎn)動，驅(qū)動棘輪22通過主軸11帶動傳動輪12轉(zhuǎn)動。

其中，主動輪17的直徑大于等于傳動輪12直徑的三倍。

傳動輪12的外緣繞設(shè)有鋼索，傳動輪12外緣套設(shè)的鋼索連接至斜拉桿10設(shè)有滑塊8的一端。

軀干支架中部的縱向支架（上支架2或下支架1的縱向支架）上設(shè)有垂直于縱向支架軸向的限位環(huán)（圖中未標(biāo)示），軀干支架對應(yīng)于人體肩部的上端還設(shè)有滑輪或支點（圖中未標(biāo)示），傳動輪12外緣繞設(shè)的鋼索穿過限位環(huán)連接至滑輪，由滑輪轉(zhuǎn)向連接至斜拉桿10設(shè)有滑塊8的一端。

當(dāng)腳踏板下踩驅(qū)動主動輪17，驅(qū)動棘輪22通過主軸11帶動傳動輪12轉(zhuǎn)動，傳動輪12將繞設(shè)在其上的鋼索卷動收起，將鋼索向傳動輪12牽拉，經(jīng)過滑輪向上提拉斜拉桿10，斜拉桿10在滑槽5中向上滑動，驅(qū)動下臂支架9相對上臂支架4轉(zhuǎn)動上提，實現(xiàn)由足部施加拉力，輔助手部提起或提起被搬運的物體。

進(jìn)一步的，主動輪17還設(shè)有伸展方向與傳動機(jī)構(gòu)帶動下臂支架9上提時主動輪17的轉(zhuǎn)動方向相反的復(fù)位彈簧（圖中未標(biāo)示）。復(fù)位彈簧采用盤旋設(shè)置的鋼帶。當(dāng)足部下踩驅(qū)動主動輪17時，復(fù)位彈簧盤旋收縮，當(dāng)對主動力17的驅(qū)動力消失，則復(fù)位彈簧伸展，其伸展時帶動主動輪17回復(fù)轉(zhuǎn)動，主動輪17回復(fù)轉(zhuǎn)動時，主動輪17號不帶動主軸11，僅帶動驅(qū)動棘爪21轉(zhuǎn)動回復(fù)，由于此時驅(qū)動棘爪21和驅(qū)動棘輪22相互脫離不咬合，驅(qū)動棘爪21不會帶動驅(qū)動棘輪22轉(zhuǎn)動。

可選的，本實用新型所公開的手臂支架還可以采用下述實施例二。手臂支架主要由歐標(biāo)鋁合金2020管和配套的轉(zhuǎn)軸制成，包含兩對對應(yīng)固定于人體上臂的上臂支架4和固定于人體下臂的下臂支架9。上臂支架4通過萬向節(jié)3活動連接軀干支架上端的兩側(cè)，另一端通過轉(zhuǎn)軸活動連接下臂支架9。上臂支架4與下臂支架9連接處的轉(zhuǎn)軸外套設(shè)有手臂軸端蓋14。

本實施例二中，上臂支架4中部設(shè)有套設(shè)鋼索的限位環(huán)，下臂支架9的中部則設(shè)有固定鋼索末端的固定點。

對應(yīng)的，實施例二中傳動機(jī)構(gòu)的動力接收端端連接機(jī)械拉力源，動力輸出端機(jī)械連接下臂支架9的固定點。機(jī)械拉力源通過傳動機(jī)構(gòu)直接牽拉下臂支架9，帶動下臂支架9以下臂支架9與上臂支架4的連接點為原點向人體下臂彎曲方向轉(zhuǎn)動上提，實現(xiàn)人體上臂和人體下臂之間彎曲，人體下臂上提，完成物體搬運。

具體的，傳動輪12的外緣繞設(shè)有鋼索，傳動輪12外緣套設(shè)的鋼索連接至下臂支架9。

軀干支架中部的縱向支架（上支架2或下支架1的縱向支架）上設(shè)有垂直于縱向支架軸向的限位環(huán)（圖中未標(biāo)示），軀干支架對應(yīng)于人體肩部的上端還設(shè)有滑輪或支點（圖中未標(biāo)示），傳動輪12外緣繞設(shè)的鋼索穿過限位環(huán)連接至滑輪，由滑輪轉(zhuǎn)向串設(shè)入位于上臂支架4中部的限位環(huán)，最后固定于下臂支架9的固定點。

當(dāng)腳踏板下踩驅(qū)動主動輪17，驅(qū)動棘輪22通過主軸11帶動傳動輪12轉(zhuǎn)動，傳動輪12將繞設(shè)在其上的鋼索卷動收起，將鋼索向傳動輪12牽拉，經(jīng)過滑輪直接向上提拉下臂支架9，實現(xiàn)由足部施加拉力，輔助手部提起或提起被搬運的物體。

如圖1所示，本實用新型所公開的輔助裝置還包含有自鎖機(jī)構(gòu)，該自鎖機(jī)構(gòu)包含：一對或若干對對應(yīng)設(shè)置的自鎖棘爪18和自鎖棘輪15，以及電路連接自鎖棘爪18的自鎖棘爪控制電路（圖中未標(biāo)示）。

自鎖棘輪15同軸固定于連接傳動輪12的主軸11上。自鎖棘爪18一端活動連接于軀干支架，另一端咬合或脫離自鎖棘輪15上的棘齒。自鎖棘爪18咬合鎖定自鎖棘輪15時自鎖棘輪15的轉(zhuǎn)動趨勢方向與傳動機(jī)構(gòu)帶動下臂支架上提時主動輪17的轉(zhuǎn)動方向相反。

當(dāng)下踏腳踏板驅(qū)動下臂支架9上提后放松腳踏板，主動輪17由其復(fù)位彈簧帶動回復(fù)，并且由于下臂支架9處被搬運物體的重力和下臂支架9的自重，下臂支架9有下降的運動趨勢，會產(chǎn)生拉動傳動輪12、主軸11和驅(qū)動棘輪22反轉(zhuǎn)的運動趨勢，為保證放松腳踏板不會造成下臂支架9由于沒有拉力而失去輔助力，自鎖棘輪15與自鎖棘爪18咬合閉鎖，阻止傳動輪12、主軸11和驅(qū)動棘輪22反轉(zhuǎn)的運動趨勢，從而防止了下臂支架9因重力下降。

如圖3所示，自鎖棘爪控制電路包含機(jī)械連接自鎖棘爪的電機(jī)31、電路連接電機(jī)的電機(jī)驅(qū)動電路32和電路連接電機(jī)驅(qū)動電路的控制端（未標(biāo)示）。

控制端可設(shè)置于下臂支架9的端部或靠近端部處，便于人手控制?？刂贫溯敵隹刂浦噶?，電機(jī)驅(qū)動電路32控制電機(jī)31帶動自鎖棘爪18轉(zhuǎn)動脫離或咬合棘齒。

電機(jī)驅(qū)動電路32中a端和f端接電源正負(fù)極，b端和e端接電機(jī)31，同時a端和d端連接，c端和f端連接。工作原理：兩節(jié)五號干電池連接一個三位二排小開關(guān)，然后再連接高扭矩直流電機(jī)31，通過撥動在手上的三位二排小開關(guān)（即控制端）實現(xiàn)電機(jī)31的正反轉(zhuǎn)，向前推為正轉(zhuǎn)，電機(jī)31拉動自鎖棘爪18，自鎖棘爪18與自鎖棘輪15取消嚙合，重物得以下放；向后推為反轉(zhuǎn)，自鎖棘爪18與自鎖棘輪15重新嚙合，系統(tǒng)恢復(fù)之前正常工作的狀態(tài)。

進(jìn)一步的，本實用新型公開的輔助裝置還包含物體固定裝置，該物體固定裝置設(shè)置于下臂支架端部或靠近端部處，包含擴(kuò)展連接部件和與擴(kuò)展連接部件機(jī)械連接的物體固定部件，物體固定部件包含若干種可替換的與被固定物體適配的固定結(jié)構(gòu)。固定結(jié)構(gòu)包含針對把手的彎鉤、針對箱子的平鏟等，可以根據(jù)需要搬運的東西來隨意更換，方便用戶的使用。

進(jìn)一步的，本實用新型公開的輔助裝置還包含人體固定組件，該人體固定組件包含：束帶、背帶和腰帶。

束帶分別設(shè)置于兩組上臂支架和下臂支架，用于固定上臂支架與人體上臂，以及固定下臂支架與人體下臂。

背帶對應(yīng)設(shè)置于軀干支架上部與人體肩部位置，在肩部的背帶可以讓整個裝置的重量分散在肩部，同時又很便利穿戴。

腰帶對應(yīng)設(shè)置于軀干支架下部與人體腰部位置，在腰部的束帶可以防止整個裝置在運動中的左右擺動，增加穩(wěn)定性。

另外，該束帶、背帶和腰帶分別設(shè)有用于固定和脫離的卡扣。

盡管本實用新型的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識到上述的描述不應(yīng)被認(rèn)為是對本實用新型的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對于本實用新型的多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。