一种助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103284819A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103284819103284819A(43)申请公布日2013.09.11(21)申请号201310142983.8(22)申请日2013.04.24(71)申请人西南交通大学地址610031四川省成都市二环路北一段111号西南交通大学科技处(72)发明人刘放程文明周宏张则强朱家元吴晓(74)专利代理机构成都信博专利代理有限责任公司51200代理人张澎(51)Int.Cl.A61F2/50(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书3页说明书3页附图1页附图1页(54)发明名称一种助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统(57)摘要本发明公开了一种助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统，通过在背架背部左右对称设置两条加强连接板以增强背架的强度，同时在背架后部左右对称设置两套垂向支撑架和横向支撑架，其中垂向支撑架的长边通过插销与背架连接，短边通过插销与横向支撑架连接，通过改变安装孔的位置实现垂向支撑架的上下调节和横向支撑架的前后调节。CN103284819ACN1032849ACN103284819A权利要求书1/1页1.一种助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统，其特征在于,在外骨骼系统中设置前抬式可调节背负系统，主要由四个部件构成，包括：横向支撑架（1）、垂向支撑架（2）、轻型背架（3）和插销（4）；其中轻型背架通过束缚装置与人体背部连接；垂向支撑架为两件，沿人体脊柱对称布置，通过插销与轻型背架连接；横向支撑架为两件，通过插销与垂向支撑架连接。2.根据权利要求1所述的助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统，其特征在于,可调节背负系统采用轻型背架采用铝合金材料制造，包括：背板（1）、加强连接板（2）、横向筋板（3）、竖向筋板（4）和安装板（5）；背板尺寸与人体背部尺寸一致；加强连接板为两件，沿人体脊柱左右对称布置；加强连接板上设置有两个通孔，通过插销可实现与垂向支撑架的连接；背板、横向筋板、竖向筋板和安装板在通过焊接工艺在背板下方形成一个框架结构；竖向筋板上设有通孔，用于与髋部结构的连接。3.根据权利要求1所述的助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统，其特征在于,垂向支撑架为倒L型结构，其内部为中空结构，起到减重的作用；垂向支撑架的长边设有两组通孔，通过插销用于与背架之间的连接，通过使用每组中不同位置的安装孔，可实现垂向支撑架的上下调节；垂向支撑架的短边设有一组通孔，通过插销用于与横向支撑架之间的连接，采用不同位置的孔可实现横向支撑架的前后位置调节。4.根据权利要求1所述的助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统，其特征在于,所述横向支撑架为L型结构，其内部为中空结构；横向支撑架的长边设有一组通孔，通过插销用于与垂向支撑架之间的连接；横向支撑架的短边设有两个通孔，通过插销用于与外骨骼提升装置的连接。2CN103284819A说明书1/3页一种助力型外骨骼用前抬式可调节背负系统技术领域[0001]本发明涉及机械结构的设计，尤其涉及一种用于助力型外骨骼的背负系统，通过垂向和横向支撑架调节机构的设计实现背负系统挂点位置的调节，满足各种人体尺寸的要求。背景技术[0002]人体外骨骼是基于人机耦合系统理论研发的智能化机械装备，该装备已在美国军事领域进行了较为普及的推广和应用。人体外骨骼设计制造的主要目标是有效支撑负重载荷，并将80%的负重量传至地面，而人体自身只需承受20%的负重竖直向载荷和全部水平载荷。人体外骨骼不仅可以帮助士兵大大增强作战时的负重量，使单个士兵的负重量达到40kg～90kg。同时，该人体外骨骼还可帮助登山者和野外活动者提升单人负重能力，并提供支撑、减重、关节保护等功能。[0003]背架结构在整个人体外骨骼中起着十分重要的作用，通过对美国HULC背架结构的研究和对平常登山爱好者所使用背架结构的研究，人体外骨骼可将单人负重量从20kg～40kg提升至40kg～90kg。背架结构须保证在承载和卸载后能够很好的回复原状态，并且背架结构需要具有一定的柔韧性使人体与其接触时不会感觉不适。通用的旅行用背架一般采用碳钢材料进行加工制作。碳钢材料的强度大，很容易满足强度性能的要求。但碳钢材料密度高，用碳钢制造的背架质量太大，加重了人体的负担；并且由于碳钢质地脆硬，所以其对人体的贴合程度差，在大负重量下易造成对人体背部的损伤。利用普通塑料制作的背架虽然质地柔软、密度小，但是其强度和刚度差，易造成断裂，导致严重的安全事故。[0004]在以往对人体外骨骼的研究中，研究内容主要集中在控制系统、信号处理系统、机构仿生等领域。其中虽然也有对背架结构的研究，但主要集中在材料性能、结构减重和刚性约束结构分析等方面。而且所研究的背架其功能只能将