机械外骨骼搬运辅助装置的制作方法

本实用新型涉及人力辅助机械结构，具体涉及一种机械外骨骼搬运辅助装置。

背景技术：

随着互联网+的迅速推进，传统行业与互联网渐渐融为一体，这使得物流行业飞速发展，然而，许多问题也随着行业的发展逐渐显现出来。根据中国国家邮政局监测数据显示，预计2015“双十一”期间（11月11－16日），全行业处理的邮件（快件）量预计将达到7.8亿件，同比增长近45%；日最高处理量将达1.6亿件，同比增长55%，是今年以来日常处理量（5000万）的3倍。我国的物流行业正迎来空前的飞速发展，然而快递运输的最后一个环节，仅仅是依靠传统的人力增加来提高运输量，人力耗费严重，效率低下。

技术实现要素：

本实用新型提供一种机械外骨骼搬运辅助装置，通过转移手臂受力到腿部和腰部来提高单人单次的搬运重量，提高效率，避免人力过劳。

为实现上述目的，本实用新型提供一种机械外骨骼搬运辅助装置，其特点是，该辅助装置包含：

躯干支架，其固定于人体背部；

手臂支架，其包含对应固定于人体上臂的上臂支架和固定于人体下臂的下臂支架；上臂支架一端活动连接躯干支架的上端，上臂支架另一端活动连接下臂支架，上臂支架与下臂支架侧边活动连接有斜拉组件；

传动机构，其一端连接机械拉力源，另一端机械连接斜拉组件，机械拉力源通过传动机构驱动斜拉组件拉动下臂支架，以下臂支架与上臂支架的连接点为原点转动，带动人体上臂和人体下臂弯曲。

上述传动机构包含：

主动轮，其传动连接机械拉力源；

传动轮，其分别传动连接主动轮和斜拉组件，机械拉力源驱动斜拉组件上提，带动下臂支架相对上臂支架转动上提。

上述传动机构中，主动轮的外缘通过绳索传动连接有脚踏板，人体足部通过脚踏板输出机械拉力源；主动轮传动连接一个或若干个传动轮，传动轮的外缘绕设有绳索，传动轮的绳索绕过设置于传动轮与斜拉组件上方的支点连接至斜拉组件。

上述传动机构还包含对应设置的驱动棘爪和驱动棘轮；

驱动棘轮同轴设置于机械连接传动轮的主轴上；

驱动棘爪一端活动连接主动轮的侧面，另一端咬合或脱离驱动棘轮上的棘齿；

主动轮带动下臂支架上提时，驱动棘爪和驱动棘轮相互咬合，主动轮通过驱动棘爪带动驱动棘轮，驱动棘轮通过主轴带动传动轮；

上述主动轮设有伸展方向与传动机构带动下臂支架上提时主动轮的转动方向相反的复位弹簧；复位弹簧伸展带动主动轮转动时，驱动棘爪和驱动棘轮相互脱离。

上述辅助装置还包含自锁机构，该自锁机构包含：

一对或若干对对应设置的自锁棘爪和自锁棘轮，自锁棘轮同轴设置于连接传动轮的主轴上，自锁棘爪一端活动连接躯干支架，另一端咬合或脱离自锁棘轮上的棘齿；自锁棘爪咬合锁定自锁棘轮时自锁棘轮的转动趋势方向与传动机构带动下臂支架上提时主动轮的转动方向相反；

自锁棘爪控制电路，其包含机械连接自锁棘爪的电机、电路连接电机的电机驱动电路和电路连接电机驱动电路的控制端；控制端输出控制指令，电机驱动电路控制电机带动自锁棘爪转动脱离或咬合棘齿。

上述上臂支架通过万向节活动连接躯干支架。

上述辅助装置还包含物体固定装置，该物体固定装置设置于下臂支架端部或靠近端部处，包含扩展连接部件和与扩展连接部件机械连接的物体固定部件，物体固定部件包含若干种可替换的与被固定物体适配的固定结构。

上述辅助装置还包含人体固定组件，该人体固定组件包含：

分别设置于上臂支架和下臂支架的束带；

设置于躯干支架上部与人体肩部位置对应的背带；

设置于躯干支架下部与人体腰部位置对应的腰带；

该束带、背带和腰带分别设有卡扣。

上述躯干支架包含纵向设置的上支架和下支架，上支架和下支架之间活动连接，并可以其连接点为原点转动。

本实用新型机械外骨骼搬运辅助装置和现有技术相比，其优点在于，本实用新型通过传动机构使脚作为动力来源，无需外部辅助装置，通过将足部力量传递到手臂、肩部和腰部来提高搬运重量和搬运的效率，节省人力；

本实用新型当脚部拉力消失时，自锁机构会卡住齿轮防止手臂回程，此时大线轴会在弹簧拉力下回转，从而完成单次抬升过程，而通过驱动棘轮和棘爪的配合实现脚踏次数则决定了物体抬升的高度，操作便捷；

本实用新型结构简单，可以由个人完成穿戴整个装置，使用方便，便携性强。

附图说明

图1为本实用新型机械外骨骼搬运辅助装置的结构示意图；

图2为本实用新型机械外骨骼搬运辅助装置的传动机构的结构示意图；

图3为本实用新型机械外骨骼搬运辅助装置的自锁棘爪控制电路示意图。

具体实施方式

以下结合附图，进一步说明本实用新型的具体实施例。

如图1所示，为本实用新型所公开的脚助力机械外骨骼搬运辅助装置的一种实施例，该辅助装置主要包含：躯干支架、手臂支架和传动机构。

躯干支架主要由欧标铝合金2020管和配套的转轴制成。躯干支架包含纵向设置的上支架2和下支架1。上支架2和下支架1分别为开口相对设置的U型结构，两对端点作为连接点对应通过转轴活动连接，使躯干支架呈现“口”字形结构。下支架1与上支架2连接处的转轴外盖有支架轴端盖19。

躯干支架固定于人体背部，躯干支架的上部与人体的肩部相对应，下部与人体的腰部相对应。上支架2和下支架1可以上支架2与下支架1之间的连接点为原点转动，实现躯干支架可以随人体背部的弯曲和伸直运动进行跟随转动，可以有效的应对弯腰的情景。

手臂支架主要由欧标铝合金2020管和配套的转轴制成，包含两对对应固定于人体上臂的上臂支架4和固定于人体下臂的下臂支架9，以及活动连接在上臂支架4与下臂支架9侧边的斜拉杆10。上臂支架4通过万向节3活动连接躯干支架上端的两侧，另一端通过转轴活动连接下臂支架9。上臂支架4与下臂支架9连接处的转轴外套设有手臂轴端盖14。

本实施例中，上臂支架4上设有沿上臂支架4轴向设置的滑槽5，斜拉杆10连接上臂支架4的一端设有滑块8，滑块8嵌设在滑槽5中，斜拉杆10的另一端转动连接于下臂支架9。随着上臂支架4与下臂支架9之间的曲折或转动，斜拉杆10的一端可在滑槽5中自由滑动。

传动机构用于驱动下臂支架9转动和上提。传动机构的动力接收端端连接机械拉力源，动力输出端机械连接斜拉杆10。机械拉力源通过传动机构驱动斜拉杆10拉动下臂支架9，带动下臂支架9以下臂支架9与上臂支架4的连接点为原点向人体下臂弯曲方向转动上提，实现人体上臂和人体下臂之间弯曲，人体下臂上提，完成物体搬运。

如图2并结合图1所示，本实施例中，传动机构包含：主动轮17、一对传动轮12、主轴11、驱动棘爪21、驱动棘轮22、脚踏板（图中未标示）和钢索（图中未标示）。

主轴11通过一对转动轴端盖20连接在躯干支架的下部，主轴11在转动轴端盖20中可以其中轴线为旋转中心自转。主动轮17活动套设在主轴11上；一对传动轮12固定在主轴11上，由主轴11带动传动轮12转动。

主动轮17的外缘通过钢索传动连接脚踏板，人体足部作为机械拉力源通过脚踏板输出动力，人体足部向下踩踏脚踏板，通过钢索拉动主动轮17旋转。

驱动棘轮22同轴设置于连接传动轮12的主轴11上。

驱动棘爪21对应驱动棘轮22设置，其一端通过转轴活动连接主动轮17的侧面，另一端咬合或脱离驱动棘轮22上的棘齿。驱动棘爪21的转动平面平行于主动轮17。

脚踏板下踩驱动主动轮17时，主动轮17的旋转方向与驱动棘爪21咬合驱动棘轮22的方向相同。

当驱动棘爪21通过脚踏板驱动主动轮17带动下臂支架9上提转动时，主动轮17带动驱动棘爪21转动，驱动棘爪21和驱动棘轮22相互咬合，主动轮17通过驱动棘爪21带动驱动棘轮22转动，驱动棘轮22通过主轴11带动传动轮12转动。

其中，主动轮17的直径大于等于传动轮12直径的三倍。

传动轮12的外缘绕设有钢索，传动轮12外缘套设的钢索连接至斜拉杆10设有滑块8的一端。

躯干支架中部的纵向支架（上支架2或下支架1的纵向支架）上设有垂直于纵向支架轴向的限位环（图中未标示），躯干支架对应于人体肩部的上端还设有滑轮或支点（图中未标示），传动轮12外缘绕设的钢索穿过限位环连接至滑轮，由滑轮转向连接至斜拉杆10设有滑块8的一端。

当脚踏板下踩驱动主动轮17，驱动棘轮22通过主轴11带动传动轮12转动，传动轮12将绕设在其上的钢索卷动收起，将钢索向传动轮12牵拉，经过滑轮向上提拉斜拉杆10，斜拉杆10在滑槽5中向上滑动，驱动下臂支架9相对上臂支架4转动上提，实现由足部施加拉力，辅助手部提起或提起被搬运的物体。

进一步的，主动轮17还设有伸展方向与传动机构带动下臂支架9上提时主动轮17的转动方向相反的复位弹簧（图中未标示）。复位弹簧采用盘旋设置的钢带。当足部下踩驱动主动轮17时，复位弹簧盘旋收缩，当对主动力17的驱动力消失，则复位弹簧伸展，其伸展时带动主动轮17回复转动，主动轮17回复转动时，主动轮17号不带动主轴11，仅带动驱动棘爪21转动回复，由于此时驱动棘爪21和驱动棘轮22相互脱离不咬合，驱动棘爪21不会带动驱动棘轮22转动。

可选的，本实用新型所公开的手臂支架还可以采用下述实施例二。手臂支架主要由欧标铝合金2020管和配套的转轴制成，包含两对对应固定于人体上臂的上臂支架4和固定于人体下臂的下臂支架9。上臂支架4通过万向节3活动连接躯干支架上端的两侧，另一端通过转轴活动连接下臂支架9。上臂支架4与下臂支架9连接处的转轴外套设有手臂轴端盖14。

本实施例二中，上臂支架4中部设有套设钢索的限位环，下臂支架9的中部则设有固定钢索末端的固定点。

对应的，实施例二中传动机构的动力接收端端连接机械拉力源，动力输出端机械连接下臂支架9的固定点。机械拉力源通过传动机构直接牵拉下臂支架9，带动下臂支架9以下臂支架9与上臂支架4的连接点为原点向人体下臂弯曲方向转动上提，实现人体上臂和人体下臂之间弯曲，人体下臂上提，完成物体搬运。

具体的，传动轮12的外缘绕设有钢索，传动轮12外缘套设的钢索连接至下臂支架9。

躯干支架中部的纵向支架（上支架2或下支架1的纵向支架）上设有垂直于纵向支架轴向的限位环（图中未标示），躯干支架对应于人体肩部的上端还设有滑轮或支点（图中未标示），传动轮12外缘绕设的钢索穿过限位环连接至滑轮，由滑轮转向串设入位于上臂支架4中部的限位环，最后固定于下臂支架9的固定点。

当脚踏板下踩驱动主动轮17，驱动棘轮22通过主轴11带动传动轮12转动，传动轮12将绕设在其上的钢索卷动收起，将钢索向传动轮12牵拉，经过滑轮直接向上提拉下臂支架9，实现由足部施加拉力，辅助手部提起或提起被搬运的物体。

如图1所示，本实用新型所公开的辅助装置还包含有自锁机构，该自锁机构包含：一对或若干对对应设置的自锁棘爪18和自锁棘轮15，以及电路连接自锁棘爪18的自锁棘爪控制电路（图中未标示）。

自锁棘轮15同轴固定于连接传动轮12的主轴11上。自锁棘爪18一端活动连接于躯干支架，另一端咬合或脱离自锁棘轮15上的棘齿。自锁棘爪18咬合锁定自锁棘轮15时自锁棘轮15的转动趋势方向与传动机构带动下臂支架上提时主动轮17的转动方向相反。

当下踏脚踏板驱动下臂支架9上提后放松脚踏板，主动轮17由其复位弹簧带动回复，并且由于下臂支架9处被搬运物体的重力和下臂支架9的自重，下臂支架9有下降的运动趋势，会产生拉动传动轮12、主轴11和驱动棘轮22反转的运动趋势，为保证放松脚踏板不会造成下臂支架9由于没有拉力而失去辅助力，自锁棘轮15与自锁棘爪18咬合闭锁，阻止传动轮12、主轴11和驱动棘轮22反转的运动趋势，从而防止了下臂支架9因重力下降。

如图3所示，自锁棘爪控制电路包含机械连接自锁棘爪的电机31、电路连接电机的电机驱动电路32和电路连接电机驱动电路的控制端（未标示）。

控制端可设置于下臂支架9的端部或靠近端部处，便于人手控制。控制端输出控制指令，电机驱动电路32控制电机31带动自锁棘爪18转动脱离或咬合棘齿。

电机驱动电路32中a端和f端接电源正负极，b端和e端接电机31，同时a端和d端连接，c端和f端连接。工作原理：两节五号干电池连接一个三位二排小开关，然后再连接高扭矩直流电机31，通过拨动在手上的三位二排小开关（即控制端）实现电机31的正反转，向前推为正转，电机31拉动自锁棘爪18，自锁棘爪18与自锁棘轮15取消啮合，重物得以下放；向后推为反转，自锁棘爪18与自锁棘轮15重新啮合，系统恢复之前正常工作的状态。

进一步的，本实用新型公开的辅助装置还包含物体固定装置，该物体固定装置设置于下臂支架端部或靠近端部处，包含扩展连接部件和与扩展连接部件机械连接的物体固定部件，物体固定部件包含若干种可替换的与被固定物体适配的固定结构。固定结构包含针对把手的弯钩、针对箱子的平铲等，可以根据需要搬运的东西来随意更换，方便用户的使用。

进一步的，本实用新型公开的辅助装置还包含人体固定组件，该人体固定组件包含：束带、背带和腰带。

束带分别设置于两组上臂支架和下臂支架，用于固定上臂支架与人体上臂，以及固定下臂支架与人体下臂。

背带对应设置于躯干支架上部与人体肩部位置，在肩部的背带可以让整个装置的重量分散在肩部，同时又很便利穿戴。

腰带对应设置于躯干支架下部与人体腰部位置，在腰部的束带可以防止整个装置在运动中的左右摆动，增加稳定性。

另外，该束带、背带和腰带分别设有用于固定和脱离的卡扣。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。