人体上半身外骨骼的调节底盘支架及人体上半身外骨骼的制作方法

本发明涉及一种人体上半身外骨骼的调节底盘支架及人体上半身外骨骼，属于外骨骼领域。

背景技术：

外骨骼是对人体起到外部支撑的一种机械装置，其中有一类手臂支架，其作用在于对手臂进行支撑，但是整套设备最终的重量是作用于人体背部或者后颈位置，长期使用导致脊椎长时间受力，脊椎的实际承重能力并不强，因此此类外骨骼长期使用实质会对脊椎造成不可逆的损伤。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足而提供一种支撑效果更高、舒适度更高的人体上半身外骨骼的调节底盘支架及人体上半身外骨骼。

解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种人体上半身外骨骼的调节底盘支架，包括背部支架、肩部支架、腰部支撑件以及用于连接手臂支撑件的肩部活动件，腰部支撑件安装在人体腰部，背部支架设置在人体背部后方，背部支架沿脊柱轴向可调式安装在腰部支撑件上，肩部支架与背部支架连接，肩部支架设置在人体肩部后方，肩部活动件沿两肩部的相对方向可调式安装在肩部支架上。

本发明的有益效果为：

对手臂进行支撑的手臂支撑件，依次经由肩部支架、背部支架以及腰部支撑件，将作用力传递至人体腰部，由人体承受能力较强的腰部对整个上半身外骨骼进行支撑，减少了人体后背，尤其是脊柱和后颈位置的压力，使用起来对人体伤害减小。背部支架则能够沿脊柱轴向进行调节，从而改变背部支架和腰部之间间距，从而间接改变手臂支撑件与腰部间距，适应于不同上半身高度的人体体型。整个调节底盘支架能够依据具体使用者的上半身高度进行调节，使得人体在较为舒适的情况下进行手臂转动，避免由于背部支架和腰部支撑件之间相对位置无法与上半身高度不匹配所间接产生的手臂活动自由度减小的问题。同理，人体直立情况下，通过肩部活动件在两肩部之间移动，可以调节手臂支撑件与背部之间的水平相对位置，从而匹配于人体的肩胛骨宽度。因此整个调节底盘支架能够依据人体的实际体型进行调节。同时肩部活动件不与肩部支架锁定的情况下，还可以降低手臂支撑件所需的活动自由度。

本发明所述背部支架档位式安装在腰部支撑件上。

本发明所述腰部支撑件和/或背部支架上开设有多个插销孔，插销孔沿脊柱轴向依次排列，插销孔处安装有插销，腰部支撑件和背部支架通过插销锁紧。

本发明所述腰部支撑件中间开设有背部支架安装槽，腰部支撑件靠近肩部的侧壁上开设有连通至背部支架安装槽的背部支架安装口，背部支架的下部经由背部支架安装口安装在背部支架安装槽内。

本发明所述背部支架的下部贴合在背部支架安装槽的侧壁上。

本发明所述腰部支撑件包括与后腰贴合的平板，平板增加腰部支撑件和腰部的接触面积。

本发明所述腰部支撑件上安装有用于捆绑腰部的腰部定位件，腰部支撑件通过腰部定位件安装在人体腰部。

本发明所述肩部支架上设置有滑轨，肩部活动件滑接在滑轨上，肩部活动件在滑轨上滑动以在两肩部之间移动。

一种人体上半身外骨骼，包括调节底盘支架。

本发明的其他特点和优点将会在下面的具体实施方式、附图中详细的揭露。

【附图说明】

下面结合附图对本发明做进一步的说明：

图1为本发明实施例1人体上半身外骨骼的状态一(肩部活动件在滑轨上移动前)主视结构示意图；

图2为本发明实施例1人体上半身外骨骼的状态二(肩部活动件在滑轨上移动后)主视结构示意图；

图3为本发明实施例1人体上半身外骨骼的立体结构示意图；

图4为本发明实施例1人体上半身外骨骼的使用状态图一；

图5为本发明实施例1人体上半身外骨骼的使用状态图二；

图6为本发明实施例1人体上半身外骨骼的使用状态图三。

【具体实施方式】

下面结合本发明实施例的附图对本发明实施例的技术方案进行解释和说明，但下述实施例仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其他实施例，都属于本发明的保护范围。

在下文描述中，出现诸如术语“内”、“外”、“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或者位置关系仅是为了方便描述实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或者元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

实施例：

参见图1-6，本实施例展示的一种人体上半身外骨骼，包括调节底盘支架和手臂支撑件b，调节底盘支架包括背部支架a1、肩部支架a2、腰部支撑件a3以及肩部活动件a4。

腰部支撑件a3安装在人体腰部，背部支架a1安装在腰部支撑件a3上，同时背部支架a1设置在人体背部后方，肩部支架a2与背部支架a1连接，肩部支架a2设置在人体肩部后方，肩部活动件a4则安装在肩部支架a2上。人体处于坐立姿势状态下时，由腰部支撑件a3对背部支架a1进行支撑，肩部活动件a4和肩部支架a2则间接通过背部支架a1将作用力传递至腰部支撑件a3上，由腰部支撑件a3将整个调节底盘支架的作用力传递至人体受力能力较强的腰部。

调节底盘支架在实际使用过程中，肩部活动件a4会连接手臂支撑件b，手臂支撑件b与人体的手臂固定，手臂支撑件b对手臂起到支撑作用，手臂支撑件b的一部分支撑力由肩部活动件a4进行提供。因此人体腰部还会通过腰部支撑件a3对手臂支撑件b进行一定程度支撑。

手臂支撑件b通常情况下为转动设置在肩部活动件a4上，同时由于手臂支撑件b需要通过肩部活动件a4传递至腰部支撑件a3，因此手臂支撑件b在肩部活动件a4上转动点或转动轴的位置相对人体的位置影响了佩戴者的手臂摆动时手臂支撑件b的转动力臂是否过长使佩戴者的手臂转动过程受到其他不必要的阻碍或者感觉不适，导致手臂活动受到除支撑效果外的不必要限制，避免手臂摆动过程中整个人体上半身外骨骼和人体之间产生不必要的干涉。

基于上述原因，本实施例中背部支架a1沿脊柱轴向可调式安装在腰部支撑件a3上，肩部活动件a4沿人体两肩部的相对方向可调式安装在肩部支架a2上。由于本实施例中肩部活动件a4数量有两个，且两个肩部活动件a4的活动范围分别被限制在脊柱的左右两侧，因此本实施例中单个肩部活动件a4沿人体脊柱和人体肩部的相对方向可调式安装在肩部支架a2上。

以人体直立状态为例，背部支架a1在腰部支撑件a3上，并且背部支架a1和腰部支撑件a3之间相对位置可以调节，背部支架a1调节过程中会在脊柱轴向上产生位移，此时忽略脊柱的自然弯曲，脊柱轴向大致为垂直于地面的竖直方向，相应背部支架a1能够带动肩部支架a2以及肩部活动件a4相对人体躯干在脊柱轴向上产生位移。同理，单个肩部活动件a4自身在肩部支架a2上移动时会在人体脊柱和人体肩部的相对方向上产生位移，此时人体脊柱和人体肩部的相对方向大致为水平左右方向。脊柱轴向以及人体脊柱和人体肩部的相对方向大致形成了平行于人体背部的平面，肩部活动件a4能够在该平面内产生位移，进而调节肩部活动件a4上和手臂支撑件b连接的转动点或转动轴与人体躯干的相对位置，从而使该转动点或转动轴尽可能靠近人体肩部，使得佩戴者手臂在绕肩部转动过程中除支撑力外只受到比较小的阻力。当然也可以按照佩戴者的实际操作体验将肩部活动件a4移动至其他位置。当肩部活动件a4移动至合适位置，通过自锁或者外部辅助锁定，将背部支架a1和腰部支撑件a3之间的相对位置进行锁定，同时将肩部活动件a4在肩部支架a2上进行锁定。此时佩戴者的活动自由度便集中在手臂支撑件b上。

同时在背部支架a1和腰部支撑件a3之间锁定，同时肩部活动件a4在肩部支架a2上锁定情况下，即使人的后背暂时弯曲，但是肩部活动能力有限，不会对肩部活动件a4相对佩戴者肩部的位置产生过多影响，肩部活动件a4与肩部之间的相对位置变化不是非常明显，佩戴者的手臂虽然会受到一些额外的阻力，但是依然可以较为自由地活动。后背挺立状态下，肩部活动件a4上供手臂支撑件b转动的转动点或转动轴越靠近肩部，相应后背弯曲时对手臂的转动的影响越小。

当需要替换其他佩戴者时，对肩部活动件a4和肩部支架a2解锁，同时对背部支架a1和腰部支撑件a3进行解锁，重新依据新的佩戴者的上半身高度和肩宽调节肩部活动件a4和肩部支架a2之间相对位置以及背部支架a1和腰部支撑件a3之间相对位置，并重新锁定即可，因此本实施例的调节底盘支架适用性更强，能够依据不同人体体型进行调节。在佩戴者实际工作过程中手臂支撑件b能受到稳定的支撑效果，避免调节底盘支架内部零部件之间由于相对活动导致对手臂支撑件b支撑力不稳的情况。

出于成本考虑，本实施例中背部支架a1和肩部支架a2大致均设置成一个长条形的杆状结构，该杆状结构可以具有一定的斜度或者弧度，以适应于人体背部形状。

背部支架a1的轴向大致平行于脊柱轴向，肩部支架a2轴向大致平行于两肩部的相对方向，背部支架a1的上端和肩部支架a2的中点采用如一体成型或螺钉的方式进行固定。佩戴者上半身直立的情况下，背部支架a1以及肩部支架a2与人体后背腰部以上的部分之间是留有一定空隙的，该空隙用以提供人体后背弯曲所需空间，当后背倚靠在背部支架a1以及肩部支架a2上后，肩部支架a2对背部位于两肩部之间的部分进行支撑，背部支架a1对背部位于脊柱的位置进行支撑。同时长条形、并沿两肩部相对方向设置的肩部支架a2能够提供肩部活动件a4沿脊柱和肩部相对方向的活动支撑，肩部活动件a4沿肩部支架a2轴向调节，肩部活动件a4在肩部支架a2上活动时沿脊柱轴向位移很小或者没有位移。背部支架a1和肩部支架a2大致垂直，背部支架a1沿脊柱方向相对腰部支撑件a3产生位移，此时背部支架a1带动肩部活动件a4在两肩部相对方向上位移很小或者不产生位移，因此背部支架a1在腰部支撑件a3上的调节以及肩部活动件a4在肩部支架a2上位置的调节对肩部活动件a4与肩部相对位置的改变在方向上相对独立，干涉较小。一般而言，人体最为舒适状态为背部支架a1的上端调节至两肩部的正中间，肩部活动件a4的转动点或转动轴调节至肩部的正后方，因此采用上述调节方式的情况下，背部支架a1在腰部支撑件a3上的调节以及肩部活动件a4在肩部支架a2上位置的调节既可以分先后进行，也可以同时进行，操作更加灵活多样。

腰部支撑件a3安装至腰部后，调节背部支架a1和腰部支撑件a3的相对位置就需要将背部支架a1连带肩部支架a2、肩部活动件a4乃至手臂支撑件b一并托举，考虑到实际重量外部协助人员很难将背部支架a1维持在一个稳定的位置进行托举然后锁定，因此背部支架a1档位式安装在腰部支撑件a3上。将腰部支撑件a3和背部支架a1的相对位置设置成多个档位，进而进行调节。考虑到背部支架a1沿脊柱轴向移动，可以将背部支架a1处在相邻档位时沿脊柱轴向移动的距离设置成一个胸椎的高度，例如第一档和第二档切换时背部支架a1移动的距离设置为第一胸椎的高度，第三档和第二档切换时背部支架a1移动的距离设置为第二胸椎的高度。此处胸椎的高度可以采取正常成年人的胸椎高度平均值。

以本实施例为例，腰部支撑件a3上设置有一个插销孔a32，背部支架a1的下部开设有多个插销孔a32，背部支架a1上的所有插销孔a32沿脊柱轴向依次排列，腰部支撑件a3上的插销孔a32与背部支架a1上不同位置的插销孔a32先大致对准，之后将插销a31插入腰部支撑件a3上的插销孔a32以及背部支架a1上的插销孔a32内，实现腰部支撑件a3和背部支架a1通过插销a31锁紧。此外即使由于外部协助人员对背部支架a1的托举不稳，导致腰部支撑件a3上的插销孔a32以及背部支架a1上的插销孔a32无法严格对准，也可以通过插销a31插入的过程逐渐微调，使两个插销孔a32对准，因此采用插销a31锁定的方式腰部支撑件a3和背部支架a1之间的相对位置调节更加精确。

本实施例中腰部支撑件a3中间开设有背部支架安装槽，腰部支撑件a3靠近肩部的侧壁上开设有连通至背部支架安装槽的背部支架安装口，背部支架a1的下部经由背部支架安装口安装在背部支架安装槽内，以此实现背部支架a1插接在背部支架安装槽内的形式，从而利用背部支架安装槽的侧壁在人体躯干前后方向上对背部支架a1的限位。此外插销a31产生松动情况下，导致背部支架a1能够在背部支架安装槽内活动，由于重力作用，背部支架a1也不会与腰部支撑件a3分离，而是朝向背部支架安装槽的底部移动，避免调节底盘支架的解体，调节底盘支架的安全性有了极大的提升。

优选的，背部支架a1的下部贴合在背部支架安装槽的侧壁上，尤其在两肩部相对方向上背部支架a1的下部受到背部支架安装槽的侧壁限位，以限制调节背部支架a1和腰部支撑件a3沿脊柱轴向相对位置时背部支架a1在两肩部相对方向上的位移。同时背部支架a1的下部插入至背部支架安装槽内后尚未锁定时，背部支架安装槽的侧壁能避免托举状态下的背部支架a1的晃动，减少托举人员的负担。

背部支架a1调节完成后，肩部活动件a4在肩部支架a2上的调节并不需要人工进行托举，因此肩部活动件a4在肩部支架a2上的自由度更高，此外肩胛骨长度每个人差距较大，为此在肩部支架a2上设置滑轨a21，肩部活动件a4滑接在滑轨a21上，两个肩部活动件a4在滑轨a21上滑动的同时是在佩戴者的两肩部之间移动，单个肩部活动件a4在滑轨a21上滑动的同时是在脊柱和肩部之间移动。肩部活动件a4在滑轨a21上移动时与肩部的相对位置是连续变化的，能够适应不同佩戴者的肩胛骨长度。

肩部活动件a4的顶部设置有锁紧件，肩部活动件a4活动至滑轨a21上的合适位置后，锁紧件将肩部活动件a4锁紧在滑轨a21上，从而实现肩部活动件a4和背部支架a1之间相对位置的固定。

例如本实施例中锁紧件为一锁紧螺母(图中未示出)，通过旋紧锁紧螺母，使锁紧螺母的端部和滑轨a21卡紧，实现锁紧的目的。

本实施例中的调节底盘支架受力点在腰部，为了减少腰部所受压强，需要增大腰部和腰部支撑件a3之间的受力面积，为此腰部支撑件a3包括一平板。后腰位置大致是一个平面，弧度很小，平板能够尽可能与后腰皮肤贴合，最大限度增加了腰部支撑件a3和腰部的接触面积。

腰部支撑件a3上安装有用于捆绑腰部的腰部定位件，腰部支撑件a3通过腰部定位件安装在人体腰部。腰部定位件形式较为多样，例如可以选用绑带。支撑件还包括固定在平板侧边的翼板，绑带安装在翼板上并将前腰绑住。绑带优势在于受到佩戴者的腰围限制较小。但是绑带需要设置成较大的宽度，以增加与腰部之间的接触面积。

在其他实施例中腰部定位件可以选用转动设置在平板两侧边的定位板，定位板的形状为弧形，定位板和腰部支撑件a3配合将佩戴者的腰部围拢，之后通过卡扣将腰部支撑件a3和定位板进行锁紧。定位板的使用方式相比绑带更为简便，但是不适用于腰围过小的佩戴者，同时腰围过大的佩戴者容易产生压迫感。

现在的工业生产过程中，有许多步骤机器仍然无法完全代替人工操作，因此人工的劳动强度较大，导致工人职业病发病严重，尤其是肩周位置。腰部支撑的力量帮助肩膀关节分担了相当程度的手臂长时间工作所需托举的力，减少了肩膀关节疲劳及损伤。

实施例2：

本实施例与实施例1的区别在于，腰部支撑件上设置有多个插销孔，背部支架上开设有一个插销孔，背部支架上的插销孔和腰部支撑件上不同的插销孔对准，通过插销进行锁定。

实施例3：

本实施例与实施例1的区别在于，腰部支撑件上固定有一个插销，背部支架上开设有多个插销孔，插销插入不同的插销孔中对腰部支撑件和背部支架进行锁定。

实施例4：

本实施例与实施例1的区别在于，肩部活动件上不设置锁紧螺母，肩部活动件能随手臂活动在滑轨上自由滑动，由肩部活动件在滑轨上滑动增加与肩部活动件连接的手臂支撑件的自由度。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，熟悉该本领域的技术人员应该明白本发明包括但不限于附图和上面具体实施方式中描述的内容。任何不偏离本发明的功能和结构原理的修改都将包括在权利要求书的范围中。