一种具有助力监测的腰部助力装置

1.本实用新型涉及外骨骼技术领域，具体涉及一种具有助力监测的腰部助力装置。


背景技术：

2.社会的进步和科技发展归功于广大劳动人民的团结合作，尤其是体力工作者做出了巨大贡献，体力工作者通常需要进行长时间的重复性劳动，例如弯腰搬运、下蹲肩扛等，高强度的密集式工作严重损害劳动者的健康，甚至导致腰背肌肉劳损等病症，影响工作效率。
3.为减轻劳动者的工作强度，助力式外骨骼逐渐兴起，在动力源的支持下辅助人体搬运物品，但其通常结构复杂导致其自身的重量过大，给使用者带来负担，且运动灵活性和穿戴舒适性低。
4.目前，助力式外骨骼中大多采用电机直接驱动运动件的驱动方法，即电机接收到预先设置的输出力度控制命令后，电机的动力输出端输出力直接驱动与电机连接的运动件运动到指定位置。
5.在上述现有技术描述中，电机与运动件等元件连接后，电机直接驱动运动件等元件到达指定位置，由于在电机输出力的过程中，对于与电机连接的元件的精确位置容易出现误差，因此电机很难精准控制电机动力输出端的输出力的强度，容易产生输出力量过大，对使用者造成拉伤。


技术实现要素：

6.鉴于上述问题，本实用新型实施例提供了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种具有助力监测的腰部助力装置。
7.一种具有助力监测的腰部助力装置，包括胸部组件、腰部组件、助力组件以及位移监测组件，所述助力组件安装于所述腰部组件上，所述助力组件通过支撑杆与所述胸部组件连接，所述助力组件包括转轮、凸轮和弹簧，所述凸轮与所述弹簧连接并与转轮的边缘接触，所述转轮的边缘包括圆弧状的凹部和凸部，所述凸轮可沿转轮的边缘移动并带动所述弹簧进行伸缩；所述位移监测组件设置在所述弹簧形成的空腔内，检测所述弹簧的位置情况；
8.其中，所述位移监测组件包括：光传输单元、位移单元和光探测单元；
9.所述光传输单元包括第一传输端和第二传输端，所述第一传输端用于连接光源，所述第二传输端用于连接所述光探测单元，所述光传输单元用于通过所述第一传输端接收来自所述光源的光信号，并通过所述第二传输端将所述光信号输出；
10.所述位移单元包括第一位移端和第二位移端，所述第一位移端与第二位移端之间的相对位移可变，所述光传输单元的第一传输端连接所述第一位移端，且所述第一传输端随所述第一位移端的移动而移动；所述光传输单元的第二传输端连接所述第二位移端，且所述第二传输端随所述第二位移端的移动而移动；
11.所述光探测单元，用于接收所述第二传输端输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，所述光探测单元获得的光信号的强度随所述第一位移端与第二位移端之间相对位移的变化而变化，所述第一传感数据的取值随所述光信号强度的变化而变化。
12.进一步地，所述助力组件还包括固定壳和转动轴，所述转动轴安装于所述固定壳上，所述转轮穿过所述转动轴并可相对所述转动轴转动。
13.进一步地，所述助力组件还包括固定座和安装座，所述弹簧的两端分别与所述固定座和安装座连接，所述凸轮与所述安装座转动连接。
14.进一步地，所述助力组件还包括连接杆，所述连接杆的一端与所述支撑杆连接，所述连接杆的另一端与所述转轮或所述固定座连接，并可相对所述转轮或固定座转动。
15.进一步地，所述连接杆相对所述转轮或固定座的转动方向与所述转轮相对所述转动轴的转动方向垂直。
16.进一步地，所述胸部组件包括胸部挡板、支撑板和固定轴，所述固定轴穿过所述胸部挡板和支撑板，所述支撑板和固定轴之间设有球轴承以使所述支撑板可相对所述固定轴转动，所述支撑杆的两端分别连接与所述支撑板和助力组件上。
17.进一步地，所述腰部组件包括两固定板，所述固定板弯折使其内壁形成一凹面，所述助力组件安装于所述固定板的外侧。
18.进一步地，所述胸部挡板与固定板之间以及两个所述固定板之间均设有绑带，所述绑带上设有可进行拆卸的插扣。
19.进一步地，还设有腿部组件，所述腿部组件包括腿部挡板和固定杆，所述固定杆的两端分别与所述助力组件和腿部挡板连接。
20.进一步地，所述助力组件与所述腿部组件均设有两个且相对所述胸部组件对称分布。
21.本技术具有以下优点：
22.在本技术的实施例中，包括胸部组件、腰部组件、助力组件以及位移监测组件，所述助力组件安装于所述腰部组件上，所述助力组件通过支撑杆与所述胸部组件连接，所述助力组件包括转轮、凸轮和弹簧，所述凸轮与所述弹簧连接并与转轮的边缘接触，所述转轮的边缘包括圆弧状的凹部和凸部，所述凸轮可沿转轮的边缘移动并带动所述弹簧进行伸缩；所述位移监测组件设置在所述弹簧形成的空腔内，检测所述弹簧的位置情况；其中，所述位移监测组件包括：光传输单元、位移单元和光探测单元；所述光传输单元包括第一传输端和第二传输端，所述第一传输端用于连接光源，所述第二传输端用于连接所述光探测单元，所述光传输单元用于通过所述第一传输端接收来自所述光源的光信号，并通过所述第二传输端将所述光信号输出；所述位移单元包括第一位移端和第二位移端，所述第一位移端与第二位移端之间的相对位移可变，所述光传输单元的第一传输端连接所述第一位移端，且所述第一传输端随所述第一位移端的移动而移动；所述光传输单元的第二传输端连接所述第二位移端，且所述第二传输端随所述第二位移端的移动而移动；所述光探测单元，用于接收所述第二传输端输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，所述光探测单元获得的光信号的强度随所述第一位移端与第二位移端之间相对位移的变化而变化，所述第一传感数据的取值随所述光信号强度的变化而变化。通过处理器对
位移数据的分析，得到精确的位置数据，再通过比较元件的精确位置与骨架当前输出端的输出的力，最终实现精准控制动力单元动力输出端的输出力的强度。
附图说明
23.为了更清楚地说明本技术的技术方案，下面将对本技术的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1是本实用新型一种具有助力监测的腰部助力装置的结构示意图；
25.图2是本实用新型一种具有助力监测的腰部助力装置的助力组件的结构示意图；
26.图3是本实用新型一种具有助力监测的腰部助力装置的位移监测组件的结构示意图。
27.胸部组件100，光传输单元101，位移单元102，光探测单元103，胸部挡板110，支撑板120，固定轴130，腰部组件200，固定板210，安装板220，腿部组件300，助力组件400，弹簧420，凸轮430，凹部圆弧431，凸部圆弧432，转轮440，凸轮轴450，固定座460，安装座470，连接杆480，绑带510，插扣520，支撑杆530。
具体实施方式
28.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
29.参照图1和3，本实用新型提供了一种具有助力监测的腰部助力装置，包括胸部组件100、腰部组件200、腿部组件300、助力组件400以及位移监测组件，所述助力组件400安装于所述腰部组件200上，所述助力组件400通过支撑杆530与所述胸部组件100连接，所述助力组件400包括转轮440、凸轮430和弹簧420，所述凸轮430与所述弹簧连接并与转轮440的边缘接触，所述转轮440的边缘包括圆弧状的凹部和凸部，所述凸轮430可沿转轮440的边缘移动并带动所述弹簧420进行伸缩；所述位移监测组件设置在所述弹簧420形成的空腔内，检测所述弹簧420的位置情况；
30.其中，所述位移监测组件包括：光传输单元101、位移单元102和光探测单元103；
31.所述光传输单元101包括第一传输端和第二传输端，所述第一传输端用于连接光源，所述第二传输端用于连接所述光探测单元103，所述光传输单元101用于通过所述第一传输端接收来自所述光源的光信号，并通过所述第二传输端将所述光信号输出；
32.所述位移单元102包括第一位移端和第二位移端，所述第一位移端与第二位移端之间的相对位移可变，所述光传输单元101的第一传输端连接所述第一位移端，且所述第一传输端随所述第一位移端的移动而移动；所述光传输单元101的第二传输端连接所述第二位移端，且所述第二传输端随所述第二位移端的移动而移动；
33.所述光探测单元103，用于接收所述第二传输端输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，所述光探测单元103获得的光信号的强度随所述第一位
移端与第二位移端之间相对位移的变化而变化，所述第一传感数据的取值随所述光信号强度的变化而变化。
34.在本技术的实施例中，通过处理器对位移数据的分析，得到精确的位置数据，再通过比较元件的精确位置与骨架当前输出端的输出的力，最终实现精准控制动力单元动力输出端的输出力的强度。
35.下面，将对本示例性实施例中具有助力监测的腰部助力装置作进一步地说明。
36.参照图1，本实施例中的腰部外骨骼助力装置包括胸部组件100、腰部组件200、腿部组件300和助力组件400，腰部组件200、腿部组件300和助力组件400均设有两个且对称分布于胸部组件100的两侧。胸部组件100与腰部组件200之间，以及两腰部组件200之间均设有绑带510，使腰部外骨骼助力装置形成可穿戴式结构，便于装置配合人体执行动作。绑带510与胸部组件100、腰部组件200可通过缝纫方式进行连接；优选的，胸部组件100与腰部组件200之间的绑带510以及腰部组件200之间的绑带510上均设有可进行拆卸的插扣520，使用者在将绑带510调整至合适人体的高度和长度后，扣合插扣520即可实现装置与人体的贴合，结构简单、使用和穿戴方便。
37.优选的，绑带510可进行长度调节，便于使用者调节至适合自身需要的状态，适用于不同体型以及工作场合的劳动者，穿戴灵活性高。
38.需要说明的是，所述位移监测组件包括光传输单元101、位移单元102和光探测单元103。光传输单元101用于传输光信号，光传输单元101可为光纤。本发明实施例中的位移监测组件安装在需要进行位移检测的装置上，当需要进行位移检测的装置产生位移信息时，位移单元102用于随着需要进行位移检测的装置的位移信息移动。位移单元102的材料可为金属或根据实际需求选用。光探测单元103用于将接收的光信号转化为电信号，在实际应用中，光探测单元103可为光电二极管。
39.其中，光传输单元101包括第一传输端和第二传输端，第一传输端用于连接光源，第二传输端用于连接光探测单元103，光传输单元101用于通过第一传输端接收来自光源200的光信号，并通过第二传输端将光信号输出。位移单元102包括第一位移端和第二位移端，第一位移端与第二位移端之间的相对位移可变，光传输单元101的第一传输端连接第一位移端，且第一传输端随第一位移端的移动而移动；光传输单元101的第二传输端连接第二位移端，且第二传输端随第二位移端的移动而移动；光探测单元103，用于接收第二传输端输出的光信号，并根据接收的光信号生成对应的第一传感数据，其中，光探测单元103获得的光信号的强度随第一位移端与第二位移端之间相对位移的变化而变化，第一传感数据的取值随光信号强度的变化而变化。
40.具体的，光传输单元101的第一传输端连接在位移单元102的第一位移端，光传输单元101的第二传输端连接在位移单元102的第二位移端，位移单元102的第一位移端与第二位移端之间的相对位移可变，则光传输单元101的第一传输端与第二传输端之间的相对位移可变，光传输单元101的弯曲程度可变。其中，位移单元102的第一位移端和第二位移端之间的位移信息可表示需要进行位移检测的装置的位移信息，也可表示为需要进行间距检测的装置的间距信息。
41.其中，光传输单元101的弯曲程度随着位移单元102的第一位移端和第二位移端之间的相对位移的变化而变化时，光传输单元101中转变为辐射模式的导波模式的数量会产
生变化，从而光传输单元101传输光信号的弯曲损耗会随之变化，从而光传输单元101输出的光信号的强度会发生变化，本实施例中的位移监测组件100利用光传输单元101的弯曲损耗原理即可获取需要进行位移检测的装置的位移信息，结构简单，可降低本实施例中的位移监测组件的生产成本。
42.其中，光探测单元103连接光传输单元101的第二传输端，则与光传输单元101的第二传输端连接的光探测单元103用于接收光传输单元101出射的光信号，并将接收的光信号转化为第一传感数据。在实际应用中，光传输单元101的弯曲程度发生变化，光传输单元101传输光信号的弯曲损耗随之发生变化，则光探测单元103接收到的光信号的强度发生变化，进而光探测单元103生成的第一传感数据发生变化，即，光探测单元103生成的第一传感数据与光探测单元103获得的光信号的强度相关，光探测单元103获得的光信号的强度与位移单元102的第一位移端和第二位移端之间的相对位移相关，则第一传感数据与位移单元102的第一位移端和第二位移端之间的相对位移相关。
43.在实际应用中，位移单元102的第一位移端和第二位移端之间的相对位移发生变化时，第一传输端和第二传输端分别连接在位移单元102的第一位移端和第二位移端上的光传输单元101的弯曲程度发生变化，光传输单元101传输的光信号的弯曲损耗发生变化，则光传输单元101出射到光探测单元103上的光信号强度发生变化，光探测单元103接收到的光信号强度发生改变，光探测单元103生成的第一传感数据随之改变。
44.腰部组件200包括两个固定板210，两个固定板210之间通过绑带510连接，固定板210弯折使其内表面内凹，外表面外凸，符合人体仿生学，在使用者穿戴后，固定板210可与人体的髋部和臀部紧密贴合，保证装置穿戴的稳定性。固定板210的外侧固设有安装板220，助力组件400连接于安装板220上，两个助力组件400的一端均连接有支撑杆530，其另一端与腿部组件300连接，支撑杆530可相对助力组件400转动，便于人体进行弯腰动作。人体弯腰进行搬运过程中，助力组件400蓄力，在人体从弯腰到直立过程中，助力组件400释放能量，为人体的直立过程提供助力，辅助人体将物体搬起，减轻使用者在搬运过程中腰部的承重，避免造成损伤。
45.参照图3，助力组件400包括弹簧420、凸轮430和转轮440，凸轮430的边缘为半径逐渐变化的圆弧，该圆弧包括无缝连接的凹部圆弧431和凸部圆弧432，凹部圆弧431与凸轮430中心的连接半径较小，凸部圆弧432与凸轮430中心的连接半径较大。转轮440与凸轮430的边缘接触并可沿凸轮430的边缘进行转动，转轮440通过连接件与弹簧420连接，当人体弯腰下压时，转轮440由凹部圆弧431转动至凸部圆弧432处，凸轮430压制转轮440使得转轮440压迫弹簧420进行压缩，此时弹簧420蓄力；当人体直立抬腰过程中，转轮440由凸部圆弧432转动至凹部圆弧431处，转轮440不再压迫弹簧420，弹簧420伸展回弹并将其压缩过程中蓄积的弹性力释放，为人体的直立过程提供助力。
46.具体的，助力组件400还包括固定座460和安装座470，弹簧420的两端分别与固定座460和安装座470连接，转轮440安装于安装座470上，并可相对安装座470转动。助力组件400还包括安装壳410，弹簧420、固定座460与安装座470均位于安装壳410内；安装壳410上还设有一凸轮轴450，凸轮430穿过该凸轮轴450并可相对凸轮轴450转动，人体在弯腰或直立时，将带动凸轮430相对凸轮轴450转动，使得转轮440在凸部圆弧432与凹部圆弧431之间切换，促使安装座470产生位置变化，进而实现弹簧420的压缩与伸展。
47.优选的，本实施例中的助力组件400还包括连接杆480，连接杆480的两端分别连接支撑杆530和凸轮430，连接杆480和凸轮430可相对转动，因此人体的腿部可向外进行一定角度的屈伸，扩大腿部的活动范围，便于使用者进行弯腰搬运。优选的，连接杆480相对于凸轮430的转动方向与凸轮430相对于凸轮轴450的转动方向垂直。
48.腿部组件300包括腿部挡板310和固定杆320，固定杆320弯折呈l型，固定杆320的一端与安装壳410连接，另一端与腿部挡板310连接，腿部挡板310呈薄板状，其内壁向外凹陷，使腿部挡板310的内表面与使用者的大腿贴合，对大腿进行支撑，在人体进行弯腰、直立时，因腿部组件300的支撑作用，凸轮430能够相对凸轮轴450进行转动，进而实现弹簧420的伸缩。
49.胸部组件100包括胸部挡板110和支撑板120，胸部挡板110与支撑板120通过固定轴130连接，胸部挡板110紧贴使用者的胸部，用于在使用者进行弯腰或直立时对胸部进行支撑。优选的，支撑板120与固定轴130之间还设有球轴承，使得支撑板120可相对固定轴130进行旋转，便于人体进行左右倾斜或腿部的前后调整；两个支撑杆530的端部分别连接于支撑板120的两侧，胸部组件100与腰部组件200之间的绑带510分别连接于胸部挡板110和固定板210之间。
50.本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
51.尽管已描述了本实用新型实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型实施例范围的所有变更和修改。
52.最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。