用于外骨骼的快速调节机构及模块化背板装置的制作方法

1.本技术涉及机器人穿戴设备领域，尤其涉及一种用于外骨骼的快速调节机构及模块化背板装置。


背景技术：

2.目前人体穿戴设备通常为外骨骼设备，外骨骼设备是以人的解剖结构、运动和动力特征为基本参照设计，由人穿戴并由人主导、向人提供助力或分担人的负担，并协同人体运动的人体辅助工具。
3.然而，现有技术中的外骨骼设备通常是针对不同的领域设计对应的外骨骼设备，使得外骨骼设备中的通用件不能够做到全领域通用化，即外骨骼设备中的背板不能够做到全领域通用化，其中，背板作为外骨骼设备中连接上肢和下肢的核心部件，根据人体背部的舒适度和结构特性，其具有多种多样的形式，同时背板需要针对人体不同的身高需要进行相应的调节，调节时间的长短影响到外骨骼的整体体验以及结构的优化迭代，快速调节是外骨骼走向市场和产品化的一个重要的影响因素，同时背板与人体的贴合程度对好的背板设计也有很大的影响，因为好的背板能够在穿戴过程中将力进行快速传导，提高整体的体验度。因此本发明提出一种用于外骨骼的快速调节机构及模块化背板装置。


技术实现要素：

4.本技术提供了一种用于外骨骼的快速调节机构及模块化背板装置，针对现有外骨骼结构形式多样，快速调节体验不佳等特性，通过设置具有快速调节组件的模块化背板装置，根据实际需要进行安装弹性组件，通过调节单元的滚轮和连杆完成长度方向的快速调节，滚轮在扭簧的作用下能够快速复位，达到对档位的快速调节和固定，同时解决现有外骨骼中背板存在与人体贴合性差，体验不佳以及穿戴效率低的问题。
5.本技术提供了一种用于外骨骼的快速调节机构，包括：背板、安装板、调节组件和弹性组件，所述安装板设置于所述背板的第一端上，所述调节组件设置于所述安装板上，所述弹性组件设置于所述背板的第二端上，且所述第二端靠近人体肩膀；
6.所述调节组件包括调节单元，所述调节单元活动设置于所述安装板上，驱使所述调节单元远离所述背板的第一端，所述背板的长度增加，驱使所述调节单元靠近所述背板的第一端，所述背板的长度减小；
7.所述弹性组件包括具有缓冲压力的弹性单元和快速拆卸或快速固定的连接单元，所述背板上设有快拆槽，所述连接单元的一端设置于所述弹性单元上，且所述连接单元的另一端与所述快拆槽可拆卸连接，所述弹性单元放在于肩膀上。
8.可选地，所述调节组件还包括连接件，所述连接件与所述调节单元滑动连接，且所述连接件上设有与下肢连接的连接口，所述连接件使所述调节单元远离所述背板的第一端，所述背板和所述下肢之间距离增加，使得所述背板的长度增大，所述连接件使所述调节单元靠近所述背板的第一端，所述背板和所述下肢之间距离缩减，所述背板的长度减小。
9.可选地，所述调节单元包括第一固定板和滑块，所述固定板上设有滑槽，所述滑块设置于所述滑槽上，所述连接件设置于所述滑块上。
10.可选地，所述调节单元还包括滑动模块和第一连杆，所述滑动模块和所述第一连杆均设置于所述滑槽内，所述第一连杆的第一端与所述滑动模块弹性连接，所述第一连杆的第二端与所述滑块连接。
11.可选地，所述滑动模块包括扭簧、第二连杆和第三连杆，所述第二连杆的第一端和第三连杆的第一端与所述滑槽的内侧壁滑动，所述第二连杆的第二端和第三连杆的第二端上分别对应设有第二连接孔和第三连接孔，所述第一连杆的第一端上设有第一连接孔，所述扭簧分别穿过所述第二连接孔和所述第三连接孔内连接于所述第一连接孔内。
12.可选地，所述滑动模块包括两个滚轮和圆柱销，所述两个滚轮转动设置于所述第二连杆的第一端和第三连杆的第一端上，以使所述两个滚轮在所述滑槽的内侧壁滑动；
13.所述第一固定板两侧上设有多个固定孔，所述多个固定孔之间间隔设置，所述两个滚轮上均间隔设有滚轮孔，所述圆柱销穿过所述固定孔连接至所述滚轮孔内，以使所述第二连杆和所述第三连杆保持位置不变。
14.可选地，所述弹性单元包括用于吸收能量的吸能盒、多个弹性件和第二固定板，多个所述弹性件设置于所述吸能盒和所述第二固定板之间且分别与所述吸能盒和所述第二固定板连接，所述连接单元设置于所述第二固定板上。
15.可选地，所述弹性单元还包括多个第一支柱和多个第二支柱，所述多个第一支柱设置于所述吸能盒上，所述吸能盒内设有用于使变形的所述吸能盒快速重组的吸能颗粒，所述多个第二支柱设置于所述第二固定板上，所述多个第一支柱和所述多个第二支柱一一对应，所述多个弹性件分别设置于所述多个第一支柱和所述多个第二支柱之间。
16.可选地，所述连接单元包括连接柱和凸起结构，所述连接柱的底端设置于所述弹性单元上，所述凸起结构设置于所述连接柱的顶端，所述凸起结构与所述快拆槽配合。
17.本技术还提供一种模块化背板装置，包括上述任意一项所述的用于外骨骼的快速调节机构，以及下肢机构，所述用于外骨骼的快速调节机构与所述下肢机构连接。
18.本技术通过所述调节组件包括调节单元，所述调节单元活动设置于所述安装板上，驱使所述调节单元远离所述背板的第一端，所述背板的长度增加，驱使所述调节单元靠近所述背板的第一端，所述背板的长度减小，从而实现了快速调节背板长度尺寸大小，提高了背板与人体贴合性，使得用户体验较佳，通过所述弹性组件包括具有缓冲缓冲压力的弹性单元和快速拆卸或快速固定的连接单元，所述背板上设有快拆槽，所述连接单元的一端设置于所述弹性单元上，且所述连接单元的另一端与所述快拆槽可拆卸连接，所述弹性单元放在于肩膀上，从而为用户减小了负担，即为用户加强了分担力，使得本装置整体的调节性能提升。
附图说明
19.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而
言，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。
21.图1为本技术实施例提供的一种用于外骨骼的快速调节机构装配示意图；
22.图2为本技术实施例提供的一种用于外骨骼的快速调节机构分解示意图；
23.图3为本技术实施例提供的一种用于外骨骼的快速调节机构的调节单元示意图；
24.图4为本技术实施例提供的一种用于外骨骼的快速调节机构的滑动模块示意图；
25.图5为本技术实施例提供的一种用于外骨骼的快速调节机构的弹性单元示意图。
26.背板100、快拆槽420；
27.安装板200；
28.调节组件300、调节单元310、连接件320、连接口321、第一固定板311、滑槽313、滑块312、滑动模块330、第一连杆315、扭簧331、第二连杆332、第三连杆333、第一连接孔336、第二连接孔334、第三连接孔335、滚轮337、圆柱销339、固定孔316、滚轮孔307；
29.弹性组件400、弹性单元410、连接单元420、吸能盒411、弹性件412、第二固定板413、第一支柱416、第二支柱417、连接柱421、凸起结构422。
具体实施方式
30.为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
31.图1所示本技术提供了一种用于外骨骼的快速调节机构，包括：背板100、安装板200、调节组件300和弹性组件400，所述安装板200设置于所述背板100的第一端上，所述调节组件300设置于所述安装板200上，所述弹性组件400设置于所述背板100的第二端上，且所述第二端靠近人体肩膀，通过所述调节组件300包括调节单元310，所述调节单元310活动设置于所述安装板200上，驱使所述调节单元310远离所述背板100的第一端，所述背板100的长度增加，驱使所述调节单元310靠近所述背板100的第一端，所述背板100的长度减小，从而实现了快速调节背板100长度尺寸大小，提高了背板100与人体贴合性，使得用户体验较佳，通过所述弹性组件400包括具有缓冲压力的弹性单元410和快速拆卸或快速固定的连接单元420，所述背板100上设有快拆槽420，所述连接单元420的一端设置于所述弹性单元410上，且所述连接单元420的另一端与所述快拆槽420可拆卸连接，所述弹性单元410放在于肩膀上，从而为用户减小了负担，即为用户加强了分担力，使得本装置整体的调节性能提升。
32.在一种实施例中，所述调节组件300还包括连接件320，所述连接件320与所述调节单元310滑动连接，且所述连接件320上设有与下肢连接的连接口321，所述连接件320使所述调节单元310远离所述背板100的第一端，所述背板100和所述下肢之间距离增加，使得所述背板100的长度增大，所述连接件320使所述调节单元310靠近所述背板100的第一端，所述背板100和所述下肢之间距离缩减，所述背板100的长度减小。需要说明的是，连接件320是相当于背板100的一部分，通过连接件320在背板100上的滑动，从而实现背板100的长度增加或减小，也即所述连接件320驱使所述调节单元310远离所述背板100的第一端，所述背板100和所述下肢之间距离增加，使得所述背板100的长度增大，所述连接件320使所述调节
单元310靠近所述背板100的第一端，所述背板100和所述下肢之间距离缩减，所述背板100的长度减小。
33.在一种实施例中，所述调节单元310包括第一固定板311和滑块312，所述固定板上设有滑槽313，所述滑块312设置于所述滑槽313上，所述连接件320设置于所述滑块312上。通过连接件320驱使滑块312在滑槽313做靠近或远离背板100的第一端，从而实现背板100的长度增加或减小，结构简单，操作也简便，使得用户使用体验得到了极大的提升。
34.在一种实施例中，所述调节单元310还包括滑动模块330和第一连杆315，所述滑动模块330和所述第一连杆315均设置于所述滑槽313内，所述第一连杆315的第一端与所述滑动模块330弹性连接，所述第一连杆315的第二端与所述滑块312连接。可选地，所述滑动模块330包括扭簧331、第二连杆332和第三连杆333，所述第二连杆332的第一端和第三连杆333的第一端与所述滑槽313的内侧壁滑动，所述第二连杆332的第二端和第三连杆333的第二端上分别对应设有第二连接孔334和第三连接孔335，所述第一连杆315的第一端上设有第一连接孔336，所述扭簧331分别穿过所述第二连接孔334和所述第三连接孔335内连接于所述第一连接孔336内。可选地，所述滑动模块330包括两个滚轮337和圆柱销339，所述两个滚轮337转动设置于所述第二连杆332的第一端和第三连杆333的第一端上，以使所述两个滚轮337在所述滑槽313的内侧壁滑动，所述第一固定板两侧上设有多个固定孔316，所述多个固定孔316之间间隔设置，所述两个滚轮337上均间隔设有滚轮孔307，所述圆柱销339穿过所述固定孔316连接至所述滚轮孔307内，以使所述第二连杆332和所述第三连杆333保持位置不变。当滑块312滑到目标位置时，将圆柱销339穿过所述固定孔316连接至所述滚轮孔307内，以使所述第二连杆332和所述第三连杆333保持位置不变，从而实现滑块312不再滑动。进一步地，所述滑块312和所述连接件320进行固定连接，通过连接件320带动滑块312的移动，从而实现滚轮337在滑槽313内侧壁滑动，由于滑块312单元在第一连杆315和第二连杆332或者第一连杆315和第三连杆333之间设有扭簧331，在根据不同人身高进行调节时，滚轮337从滑槽313内侧壁滑出，等到达下个档位时，能够快速进入下一个滑轮内侧壁，并且快速的固定，完成调节，该装置减少了针对不同身高调整的时间，提高了整个外骨骼的穿戴效率，适应更加广泛的应用场合，同时整个机构设计巧妙，占用空间小，模块化程度高，集成在某个零件内部，使整个外骨骼看起来更加紧凑。根据实际需求进行简单的变化就可以应用在腿部、髋部或者踝部的长度调节。
35.滚轮337和滑槽313内侧壁为点面接触，且滑槽313内侧壁为半椭圆结构，在实际应用过程中，滚轮337与滑槽313内侧壁的三个方向接触，上下对称方向上的力互相抵消平衡，两侧对称滚轮337所受的合力沿着第二连杆332和第三连杆333的轴力方向，此时滚轮337的运动方向和受力方向的夹角为0度，因此在人体穿戴过程中，下肢的连接此时固定，导致连接件320不发生滑动，从而滑块312也不会发生相对移动，使得整个调节单元310不发生移动，最终保证人体穿戴的安全性和结构的稳定性。
36.在一种实施例中，所述弹性单元410包括用于吸收能量的吸能盒411、多个弹性件412和第二固定板413，多个所述弹性件412设置于所述吸能盒411和所述第二固定板413之间且分别与所述吸能盒411和所述第二固定板413连接，所述连接单元420设置于所述第二固定板413上。可选地，弹簧可以为弹簧，通过弹性件412发生形变时，能够进行一定的缓冲吸能，吸能盒411的外壳通过特殊工艺进行处理，使得吸能盒411能够在遇到压力时，能够快
速发生变形，应对外部压力，同时吸能盒411形变的过程中，快速发生重组，从而跟被接触物体能够更好的贴合，提高穿戴的舒适度和结构的稳定性；在弹簧吸收能量以后，将分别对背板100和吸能盒411分别产生一个反作用力，与肩部接触的吸能盒411将改反作用力进行吸收，减少肩部的压力，使穿戴者感受不到外力的压迫，从而提高整体的体验感。为了更好发挥吸能盒411的作用，吸能盒411作为空心结构，里面根据需要添加一定数量的吸能颗粒，能够对变形的能力进行吸收。弹性单元410作为可以选择的单元，在用于搬运或者背负背包等会对肩部产生压力的情况下，可以通过快速插槽进行安装，当用于拖拽等物体时，对肩部造成影响不大的情况下，可以将弹性单元410去掉。弹性单元410具有快速拆卸，模块化重组，适应场景广泛等优点。
37.在一种实施例中，所述弹性单元410还包括多个第一支柱416和多个第二支柱417，所述多个第一支柱416设置于所述吸能盒411上，所述吸能盒411内设有用于使变形的所述吸能盒411快速重组的吸能颗粒，所述多个第二支柱417设置于所述第二固定板413上，所述多个第一支柱416和所述多个第二支柱417一一对应，所述多个弹性件412分别设置于所述多个第一支柱416和所述多个第二支柱417之间。弹性件412的两端分别与第一支柱416和第二支柱417连接，第一支柱416和第二支柱417防止弹性件412变形过程中发生扭曲，起导向的作用。吸能盒411的内部分布着吸能颗粒，吸能盒411的外壳通过特殊工艺进行处理，当位于吸能盒411外壳上的弹性件412发生形变时，能够进行一定的缓冲吸能，同时吸能盒411内部的吸能颗粒能够在吸能盒411形变的过程中，快速发生重组，从而跟被接触物体能够更好的贴合，提高舒适度。
38.在一种实施例中，所述连接单元420包括连接柱421和凸起结构422，所述连接柱421的底端设置于所述弹性单元410上，所述凸起结构422设置于所述连接柱421的顶端，所述凸起结构422与所述快拆槽420配合。通过凸起结构422与所述快拆槽420卡扣配合方式操作更加便捷，为安装和拆卸提高工作效率。
39.本技术还提供一种模块化背板装置，包括上述任意一项所述的用于外骨骼的快速调节机构，以及下肢机构，所述用于外骨骼的快速调节机构与所述下肢机构连接。
40.本装置通过弹性组件帮助使用者在搬运或者背负过程中，分担肩膀的一部分受力，增加穿戴的舒适性；调节组件分别位于安装板和连接件两个部件上，起到调节和固定的双重作用。
41.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、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.以上所述仅是本发明的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。