基于蜗卷弹簧的上肢助力装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于蜗卷弹簧的上肢助力装置，属于上肢外骨骼技术领域。

背景技术：

在工业、农业等许多领域，绝大多数工人或农民经常需要长时间处理大量的流水线或大面积的农作物，长时间的重复性动作和长时间的手臂高抬状态对工人与农民造成一定的伤害，在这种背景下，为了能够给手臂提供支撑以避免此类工作带来的病痛的外骨骼设备，增强放大人体的出力效果，上肢外骨骼助力装置的研究逐渐兴起，并具有越来越广泛的应用前景。

传统的上肢外骨骼助力装置采用的是与人类上肢运动相同结构的串联机构，导致肘部执行器的自重成为外骨骼负重的一部分，使得外骨骼助力装置的负载能力降低；另外，现有的外骨骼助力装置通过与人类的肩、大臂、肘、小臂和手等进行耦合来实现人体上肢的各种运动，包括伸、屈、外展、内收和回旋等，由于各部件往往存在刚度差，可会导致出现引起人体受伤的安全的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决技术问题是：提供一种安全系数高、减负效果好的基于蜗卷弹簧的上肢助力装置。

为了解决上述技术问题，本实用新型提出的技术方案是：一种基于蜗卷弹簧的上肢助力装置，包括背架和臂杆，所述臂杆上设有用于支撑手臂的臂垫，所述背架的两侧分别设有弹簧拉力装置；所述弹簧拉力装置包括支撑杆、蜗卷弹簧和肩角板，所述肩角板和臂杆固接，所述肩角板与支撑杆的顶部通过球铰结构连接，所述支撑杆的底部与背架也通过球铰结构连接；所述支撑杆上设有用于安装蜗卷弹簧的外壳，所述外壳上设有芯轴，所述外壳设有可用于驱动芯轴正反转的电机；所述蜗卷弹簧的一端与芯轴固接，所述蜗卷弹簧的另一端通过绳索与肩角板相连接。优选的，所述支撑杆的长度可调，从而可以适用不同身高的穿戴者。

本实用新型在使用时，通过背架贴合穿戴者背部，背架的肩部和腰部固定在穿戴者身上，然后将穿戴者的两个手臂固定到臂杆的臂垫上，使两个弹簧拉力装置分别位于人体的两手臂外侧。弹簧拉力装置产生的拉力拉动臂杆作用于人的手臂，通过支撑杆下部的球形关节将上肢负重转移至人体的髋部，使得人双臂和脊椎的负担大大降低，从而起到提供助力的效果；当佩戴者需要调整助力大小时，可以通过电机调整蜗卷弹簧松紧，从而改变助力的大小。

本实用新型通过蜗卷弹簧提供助力，蜗卷弹簧可以对佩戴者手臂起到缓冲作用，因此具有安全系数高，减负效果好，运动灵活方便等优点，尤其在长时间的举手抬臂工作的时候，如农业的修剪、采摘、套袋，工业的维修维护、流水线的搬运、建筑安装等些场景中有着明显的减负效果，可运用于流水线生产、水果采摘、水果套袋、修枝剪叶、室内装修、广告牌安装、飞机维修以及军事领域等。

与其他同类技术相比，本实用新型采用弹簧拉力装置，不但结构简单、轻便、安装维护方便，比液压和电气方式的反应速度快，反应更灵敏。

本实用新型还可以作以下改进：

1）所述肩角板上安装有第一滑轮，所述外壳上设有第二滑轮，所述绳索从蜗卷弹簧依次经第一滑轮、第二滑轮后和肩角板连接。所述第一滑轮、第二滑轮构成一个滑轮组，其中第一滑轮相当于动滑轮，因此蜗卷弹簧提供的拉力通过绳索经动滑轮（第一滑轮）施加到固定在肩角板的臂杆上，可以成倍增加对臂杆的拉力。

2）所述支撑杆的顶部通过弹力绳索与背架连接。因为支撑杆仅在底部与背架通过球形关节连接在一起，通过弹力绳索的约束作用可以使设备闲置时结构不混乱，同时可以防止在使用过程中双手连接部分摆动幅度过大并方便穿戴者穿戴。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例的结构示意图。

图2是图1背面的示意图。

图3是弹簧接力装置的示意图。

附图标记：臂垫1，臂杆2，肩角板3，支撑杆4，背架5，背部加强板6，电源盒7，第一滑轮8，第二滑轮9，绳索10，蜗卷弹簧11，外壳12，电机13，球形关节固定件14。

具体实施方式

本实施例的基于蜗卷弹簧的上肢助力装置，如图1和图2所示，包括背架5和臂杆2，背架5设有肩带、腰带和搭扣（图中未示出）等必要的用于佩戴在人体上的佩戴构件，背架5上固定安装有背部加强板6，用于增加背架强度。所述臂杆2上设有用于支撑手臂的臂垫1，所述背架5的两侧分别设有弹簧拉力装置。

如图1-3所示，所述弹簧拉力装置包括支撑杆4、蜗卷弹簧11和肩角板3，所述肩角板3和臂杆2固接，所述肩角板3与支撑杆4的顶部通过球铰结构连接，所述支撑杆4的底部与背架5也通过球铰结构连接（本实施例中，背架上设有球形关节固定件14，球形关节安装在球形关节固定件14和支撑杆底部），可以实现双手的全方向跟踪。支撑杆4的长度可调，以适应不同身高的佩戴者。

所述支撑杆4上设有用于安装蜗卷弹簧11的外壳12，所述外壳12上设有芯轴，所述蜗卷弹簧11的一端与芯轴固接，所述蜗卷弹簧11的另一端通过绳索10与所述肩角板3相连接；所述外壳12上还设有可用于驱动芯轴正反转的电机13，电机13通过电源盒7供电。本实施例中绳索10采用钢丝，电机13上设有正反转开关，通过涡轮蜗杆减速器驱动芯轴旋转。

所述支撑杆4的顶部通过弹力绳索与背架5连接，这样虽然支撑杆4仅在底部与背5架通过球形关节连接在一起，但通过弹力绳索的约束作用可以使设备闲置时结构不混乱，同时可以防止在使用过程中双手连接部分摆动幅度过大并方便穿戴者穿戴。

本实施例还可以作以下改进：所述肩角板3上安装有第一滑轮，所述外壳上设有第二滑轮，所述绳索从蜗卷弹簧依次经第一滑轮、第二滑轮后和肩角板3连接。第一滑轮、第二滑轮构成一个滑轮组，其中第一滑轮相当于动滑轮，因此蜗卷弹簧提供的拉力通过绳索经动滑轮（第一滑轮）施加到固定在肩角板的臂杆上，可以成倍增加对臂杆的拉力。

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