一种背包动态载荷减负装置的制作方法

本发明涉及人体穿戴设备领域，具体涉及一种背包动态载荷减负装置。

背景技术：

随着国防的现代化和科研的需求，士兵、科考人员等在野外作业都需要随身携带多种设备，例如：一系列电子设备，蓄电池等。繁重的设备让士兵、科考人员的体力面临着严峻的考验，不利于作业的顺利进行。因此，寻找一种能够减轻设备重物背负者负担的装置是十分有必要和有意义的。根据网络查新，目前还没有与本发明类似的装置用于减轻人体背负重物时人体躯干所受的动态载荷。

技术实现要素：

有鉴于此，为解决上述现有技术中的问题，本发明提供了一种背包动态载荷减负装置，利用阻尼质量与人体躯干振动时两者频率及相位的差异，实现减负的目的。分析表明本捕获装置可有效减轻人体背负重物步行所受到的重物动态载荷，该机构特别适合在野外作业用于背负大量的重物，提高作业的效率，减轻野外作业人员的负担。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

一种背包动态载荷减负装置，包括上横梁、下横梁、导轨、导向轮、导向轮支撑座、滑动连接架、弹簧、弹簧连接轴、拉绳和背板，所述上横梁和下横梁之间通过导轨连接，所述导轨安装在上横梁和下横梁的两端，并垂直于上横梁和下横梁，所述导向轮支撑座安装在上横梁上，与导向轮连接，所述背板固定连接上横梁和下横梁，所述滑动连接架的两端分别安装在两边导轨上，所述弹簧一端固定在下横梁上，另一端与弹簧连接轴固定连接，所述拉绳一端与弹簧连接轴连接，另一端绕过导向轮后固定在滑动连接架上。

进一步地，所述滑动连接架包括滚珠滑块、背包连接块、拉绳固定夹和连接杆，所述滚珠滑块对称安装在两侧的导轨上，并在滚珠滑块之间安装连接杆固定，所述拉绳固定夹与拉绳连接，将拉绳固定在连接杆上，所述背包连接块数量为四个，分为均匀两组，对称安装在滚珠滑块的四个对角上。

进一步地，还包括肩带，所述肩带对称安装在上横梁和下横梁的另一面，所述肩带两侧分别固定在上横梁和下横梁上。

进一步地，所述导向轮、上横梁、下横梁和连接杆两两平行。

进一步地，所述上横梁和下横梁与背板和导轨通过安装接口连接，同时通过安装槽与肩带连接，所述下横梁通过沟槽与弹簧固定连接。

与现有技术比较，本发明具有如下优点和技术效果：

当人穿戴肩带背负装置行走，装有重物的背包与弹簧组成振荡系统并随着人体躯干的活动而沿着导轨做低摩擦的上下运动。当由重物、导轨和弹簧组成弹簧阻尼系统的固有频率与人体步行频率的比值达到既定数值，人体步行躯干受到的重物动态载荷将会大大减缓，从而减轻人体背负重物的负担和不适感。本发明巧妙利用人体背负的重物作为阻尼质量，构成弹簧阻尼系统，利用该弹簧阻尼系统的固有频率与人体步行频率差异，使得重物的振动与人体振动产生一定的相位差，实现减负的目的。

本装置可有效减轻人体背负重物步行所受到的重动态载荷，该机构结构紧凑，体积小、重量轻，方便加工制造，成本低廉，特别适合在野外作业时背负大量装备，有效缓解了需要背负大量重物和人体体力有限的矛盾。

附图说明

图1为一种背包动态载荷减负装置的结构示意图。

图2为一种背包动态载荷减负装置的使用状态示意图。

图1中包括：1肩带；2上横梁；3导向轮；4导向轮支撑座；5导轨；6拉绳；7背板；8连接杆；9拉绳固定夹；10背包连接块；11滚珠滑块；12弹簧连接轴；13弹簧；14下横梁。

具体实施方式

下面将结合具体实施例对本发明作进一步说明，但不限于此。

如图1所示，为本发明的一种背包动态载荷减负装置的结构示意图，包括上横梁2、下横梁14、导轨5、导向轮3、导向轮支撑座4、滑动连接架、弹簧13、弹簧连接轴12、拉绳6和背板7，所述上横梁2和下横梁14之间通过导轨5连接，所述导轨5安装在上横梁2和下横梁14的两端，并垂直于上横梁和下横梁，所述导向轮支撑座4安装在上横梁2上，与导向轮3连接，所述背板固定连接上横梁2和下横梁14，所述滑动连接架的两端分别安装在两边导轨5上，所述弹簧13一端固定在下横梁14上，另一端与弹簧连接轴12固定连接，所述拉绳6一端与弹簧连接轴12连接，另一端绕过导向轮3后固定在滑动连接架上。

优选的，所述滑动连接架包括滚珠滑块11、背包连接块10、拉绳固定夹9和连接杆8，所述滚珠滑块11对称安装在两侧的导轨5上，并在滚珠滑块11之间安装连接杆8固定，所述拉绳固定夹9与拉绳6连接，将拉绳6固定在连接杆8上，所述背包连接块10数量为四个，分为均匀两组，对称安装在滚珠滑块11的四个对角上。

优选的，还包括肩带1，所述肩带1对称安装在上横梁2和下横梁14的另一面，所述肩带两侧分别固定在上横梁2和下横梁14上。

优选的，所述导向轮3、上横梁2、下横梁14和连接杆8两两平行。

优选的，所述上横梁2和下横梁14与背板7和导轨5通过安装接口连接，同时通过安装槽与肩带1连接，所述下横梁14通过沟槽与弹簧13固定连接。

如图2所示，为一种背包动态载荷减负装置的使用状态示意图，包括由肩带1、上横梁2、下横梁14、背板7、弹簧13、拉绳6、导轨5和滑动连接架等组件构成的背包动态载荷减负装置201、背包202，背包202通过背包动态载荷减负装置201上的背包连接块10连接在一起。

因此，背包中的重物、滑动连接架和弹簧13构成了阻尼质量振荡系统。当人步行时，由于人的步行基本属于倒置的单摆形式，人体质心在竖直方向上具有一定的位移，当人体背负重物行走时，背包施加在人体身上的力会随着人体质心的这个位移变成一个动态力，这个动态力是随步行周期变化的力，其峰值可能是背包重力的数倍，峰值越大，人体肩膀、下肢关节等部位的不适感会更强。当人背负背包动态载荷减负装置201和背包202行走时，人体质心位移相当于由背包中的重物、滑动连接架和弹簧13构成的阻尼质量振荡系统的位移输入，从而引起阻尼质量的振动。

上述机构中的弹簧阻尼系统，利用弹簧阻尼系统固有频率与人体走动频率的差异，当由重物、导轨和弹簧组成弹簧阻尼系统固有频率与人体走动频率的频率比达到一定数值后，人体行走使身体承受的来自重物的动态载荷将大大减小，达到减负的目的。

综上所述，本发明的一种背包动态载荷减负装置利用阻尼质量与人体躯干振动时两者频率及相位的差异，实现减负的目的，提高作业的效率，减轻野外作业人员的负担。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种背包动态载荷减负装置，包括上横梁、下横梁、导轨、导向轮、导向轮支撑座、滑动连接架、弹簧、弹簧连接轴、拉绳和背板，上横梁和下横梁之间通过导轨连接，导轨安装在上横梁和下横梁的两端，并垂直于上横梁和下横梁，导向轮支撑座安装在上横梁上，与导向轮连接，背板固定连接上横梁和下横梁，滑动连接架的两端分别安装在两边导轨上，弹簧一端固定在下横梁上，另一端与弹簧连接轴固定连接，拉绳一端与弹簧连接轴连接，另一端绕过导向轮后固定在滑动连接架上；本发明的一种背包动态载荷减负装置利用阻尼质量与人体躯干振动时两者频率及相位的差异，实现减负的目的，提高作业的效率，减轻野外作业人员的负担。

技术研发人员：谢龙汉
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2018.08.29
技术公布日：2018.11.27