一种具有柔性部件的可穿戴装置

1.本发明涉及可穿戴装置技术领域，尤其涉及一种具有柔性部件的可穿戴装置。


背景技术：

2.为了减轻操作者在搬运过程中的劳动强度，目前已经出现多种可穿戴设备，以辅助搬运重物。公开号cn111300377a的公开了一种基于钢丝驱动下肢穿戴增强型机器人，包括背板基座、电池、髋关节驱动器和膝关节驱动器，所述背板基座一侧设置有电池。其通过钢丝传动技术将整个动力机构缩小并集成到使用者的背部，缩小了关节处的结构，减小腿部机构的整体厚度，减小运动偏转惯量，同时取消了传统可穿戴设备在关节处安装的电机和减速单元，所有的动力通过钢丝传动技术到达各个驱动关节，从而使得设备小型化，轻量化。
3.公开号cn110883762a的公开了一种腰部髋关节驱动增强型外骨骼，包括腰托、背部集成单元和背部挡板，所述腰托一侧壁中部通过螺钉连接有所述背部集成单元。其结合齿轮减速机和同步轮减速带的混合传动链技术并结合实时的力反馈技术，将整个动力机构和伺服驱动器分散到人体各处，缩小了关节处的结构，减小腿部机构的整体厚度，减小运动偏转惯量，取消了传统外骨骼设备在关节处直接安装的电机和减速单元，从而使得设备小型化，轻量化。
4.虽然上述装置能够在一定程度上减轻劳动强度，但是依然存在如下问题：现有的穿戴装置操作时，不可避免包括弯腰、扭转腰部、下蹲等动作；而且在起吊装置在运动重物时，会产生晃动，都会引起操作者的腰部不适。


技术实现要素：

5.针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种具有柔性部件的可穿戴装置，在起吊和搬运重物的同时背部和双腿不需要频繁弯曲，不会增加腰部的不适，而且能够减少操作者身体上的负载，提高搬运重物的稳定性。
6.为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
7.本发明的实施例提供了一种具有柔性部件的可穿戴装置，包括：
8.穿戴组件，与人体的接触面带有柔性部件；
9.支撑组件，包括与穿戴组件连接的支撑臂，电驱动单元的钢丝绳贯穿支撑臂，并绕过滑轮与抓取部件相连；
10.行走辅助装置，安装有穿戴组件底部，用于配合腿部；
11.辅助支撑装置，转动安装于穿戴组件后方，用于在旋转至竖直状态时伸出以接触地面。
12.作为进一步的实现方式，所述支撑臂与穿戴组件可拆卸连接，支撑臂为空心结构，并具有竖直的安装段和弧形的起吊段。
13.作为进一步的实现方式，所述支撑组件还包括壳体，电驱动单元设于壳体内，电驱
动单元包括电机、与电机连接的卷筒，钢丝绳缠绕于卷筒上；所述电机由电池供电。
14.作为进一步的实现方式，所述穿戴组件包括靠背部、腰带部和背带部，靠背部连接两个背带部，腰带部与靠背部通过对称布置的调节气缸相连。
15.作为进一步的实现方式，所述支撑臂开设有导向孔，支撑臂通过连接件穿过导向孔与靠背部连接。
16.作为进一步的实现方式，所述腰带部的后侧设有凹槽，凹槽内填充气垫。
17.作为进一步的实现方式，所述抓取部件与钢丝绳之间通过缓冲部件相连。
18.作为进一步的实现方式，所述抓取部件为挂钩或吸盘。
19.作为进一步的实现方式，所述支撑臂内设有用于导引钢丝绳的导轨或导向轮。
20.作为进一步的实现方式，所述辅助支撑装置采用油缸。
21.本发明的有益效果如下：
22.(1)本发明设置支撑组件和电驱动单元，起吊和搬运重物的同时，操作者不需要弯腰和屈腿，可以站直操作，背部和双腿不需要频繁弯曲，只需手臂施加适当的力稳定重物；若要搬运重物，也不需要背部弯曲，仅在钢丝绳固定重物后，身体平行移动或转动即可搬运重物；穿戴装置带有柔性部件，对操作者起到保护作用。
23.(2)本发明设置支撑辅助装置，在搬动重物的时候，可以转动支撑辅助装置使其支撑在地面，此时重物的重量和装置的重量就从操作者腰部传递的地面，在重量较大时，减轻操作者腰部受力，在不需要支撑时，支撑辅助装置可转动收起。
24.(3)本发明具有多个调节结构，能够更好的适应不同的操作者的身体条件和适应重物的提升、下降、搬运、旋转等多种运动方式，设置可调节气缸，能够在搬运重物时提供缓冲，减少传递到腰部的扭矩；同时设置行走辅助装置，将重物的重量和操作者的体重大部分传递至行走辅助装置，从而减少操作者身体上的负载。
25.(4)本发明在钢丝绳和抓取部件之间设置缓冲部件，以吸收在重物晃动等情况下对操作者身体相应部位的冲击，同时提高搬运重物的稳定性。
附图说明
26.构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
27.图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图。
28.其中，1、柔性垫层，2、靠背部，3、背带部，4、腰带部，5、电驱动单元，6、支撑臂，7、调节气缸，8、钢丝绳，9、壳体，10、滑轮，11、行走辅助装置，12、辅助支撑装置，13、弹簧，14、挂钩，15、第一支撑，16、第二支撑，17、承托板。
具体实施方式
29.实施例一：
30.本实施例提供了一种具有柔性部件的可穿戴装置，如图1所示，包括穿戴组件、支撑组件、行走辅助装置11、辅助支撑装置12、电驱动单元5，穿戴组件用于穿戴，其带有柔性部件，使佩戴更舒适；支撑组件与穿戴组件相连，辅助支撑装置12连接于穿戴组件端部，用于配合腿部。
31.具体的，穿戴组件包括靠背部2、背带部3、腰带部4，靠背部2的形状可以根据实际要求调整，例如矩形、圆形、椭圆形或其他，靠背部2与人体接触的表面设有柔性部件。柔性部件采用柔性材料，例如蜂窝织物。
32.靠背部2连接两个背带部3，背带部3与靠背部2相连的一端内侧设置柔性垫层，柔性垫层的宽度大于背带部3，以增加肩部的舒适度；背带部3另一端安装卡扣，并与腰带部4前侧连接，通过卡扣便于穿戴。
33.本实施例的前、后等方位均以实际穿戴时方向为参考。
34.背带部3与腰带部4通过两个对称设置的调节气缸7连接，调节气缸7的伸缩长度能够根据支撑臂6传递的力进行长度调节，从而能够吸收由支撑臂6施加到靠背2上的大部分力矩，且将力矩降低到操作者的臀部，进一步传递到行走辅助装置11，使得操作者的负载大大降低。
35.背带部3与腰带部4的后侧通过支撑组件相连，支撑组件包括壳体9、支撑臂6，壳体9和支撑臂6可拆卸连接，且二者均为空心结构；壳体9内安装电驱动单元5，支撑臂6内由钢丝绳8穿过，钢丝绳8一端伸出支撑臂6并与抓取部件相连；在电驱动单元5的作用下实现提升和搬运重物。
36.壳体9还设置充电接口，用于对安装充电电池的装置充电。
37.如图1所示，腰带部4包括腰带主体，腰带主体的中部朝向内侧凸起，使其外侧形成凹槽，壳体9通过螺栓固定于凹槽处，且安装位置可调。腰带主体两端对称设置，且具有弯曲弧度，腰带主体两端可通过卡扣连接，以实现腰带部4打开或闭合。
38.在本实施例中，腰带主体的卡扣采用聚丙烯织带带扣。当然，在其他实施例中，卡扣也可以采用其他形式。
39.腰带主体的两端具有伸缩端，以调整腰带部4的总长度。腰带主体采用金属材质，例如铝。腰带主体的内表面设有柔性材料，以增加佩戴的舒适度。腰带主体外侧设置无网状泡沫垫，内、外侧均覆盖蜂窝织物，比腰带主体稍大。
40.腰带部4的凹槽内设置可充气的气垫，该气垫可进一步提高佩戴的舒适性。凹槽的两侧对称设置有多个竖直排列的安装孔，通过支撑组件对应于不同高度的安装孔，实现安装高度可节。
41.电驱动单元5包括电池、电机、卷筒和钢丝绳8，钢丝绳8一端缠绕在卷筒上，另一端沿支撑臂6内部延伸至支撑臂6外侧；支撑臂6远离壳体9的一端安装滑轮10，钢丝绳8绕过滑轮10，并通过缓冲部件连接抓取部件，缓冲部件能够缓冲在重物晃动等情况下对操作者身体相应部位的冲击。
42.在本实施例中，缓冲部件为弹簧13，抓取部件为挂钩14或吸盘。重物越大，弹簧13越能吸收传递到关节的冲击，特别是臀部和下背部。弹簧外侧包裹有波纹管或可扩展的织物袋。
43.钢丝绳8采用柔性钢丝绳，例如由截面3mm、25股金属绞线编织而成。
44.电池用于为电机供电，电机与卷筒相连，以驱动卷筒转动，卷筒转动带动钢丝绳8收放从而提升和降低重物，通过控制电机的运动使得重物以可控的方式提升和降低。
45.如图1所示，支撑臂6具有竖直的安装段和弧形的起吊段，支撑臂6上设置控制按钮和变速装置，用于精确控制重物的提升和降低的高度以及速率。支撑臂6内部还设置导轨或
导向轮，减小钢丝绳8在支撑臂6内受到的摩擦，尤其是在弯曲部分。支撑臂7还可以在末端设置滑动装置调整其水平端的长度。
46.支撑臂7的安装段开设有导向孔，导向孔为长条形，通过导向孔不同位置对应于靠背部2的安装孔，并通过拧入连接件(例如螺栓)实现与靠背部2的连接；通过改变导向孔对应位置实现支撑臂6高度可调。
47.辅助支撑装置12转动安装于壳体9与腰带部4的凹槽相背一侧，辅助支撑装置12通过另一电机驱动旋转。在本实施例中，辅助支撑装置12采用油缸。
48.当电机驱动支撑辅助装置12转动的同时，油缸伸出直至垂直支撑于地面；当操作者行走时，油缸缩回离开地面，同时电机旋转使得支撑辅助装置12转动回初始位置。因此，操作者在提升和降低重物时可以站直操作，背部和双腿不需要频繁弯曲，只用手臂施加适当的力稳定重物；若要搬运重物，也不需要背部弯曲，仅在钢丝绳8固定重物后，身体平行移动或转动即可实现搬运。
49.行走辅助装置11安装有穿戴组件底部，设置两组，每组行走辅助装置11包括第一支撑15、第二支撑16和承托板17，第一支撑15一端与腰带部4连接，另一端与第二支撑16铰接，承托板17连接于第二支撑16末端；其中，第一支撑15对应于人体大腿，第二支撑16对应于人体小腿，承托板17用于托起脚部。
50.第二支撑16与腰带部4之间通过气缸相连，由于操作者在搬运重物时，不需要弯腰和下蹲，因此行走辅助装置11结构简单，满足可由操作者腿部携带被动行走即可。
51.操作者佩戴好本实施例的穿戴装置，将抓取部件与重物连接，操作者不需要弯腰；调节好腰带部4、背带部3、调节气缸7等到舒适位置，然后操作控制按钮，启动电机带动卷筒旋转，则可起吊重物。需要移动或转动重物时，只需要手臂适当扶住重物，操作者进行转向或者移动，同样不需要弯腰，大大减少了劳动强度，且通过多个调节结构和柔性部件，使得佩戴舒适性大大提高。
52.具体的工作过程为：
53.起吊重物：
54.操作者靠近重物，调整身体姿势，将支撑臂6靠近重物，启动电机带动卷筒转动，使得抓去部件抓住重物并固定；之后再次启动电机带动卷筒转动，吊起重物至合适高度。整个过程中，操作者可以站直操作，背部和双腿不需要弯曲，只需手臂施加适当的力稳定重物即可。
55.如果重物较重，调节支撑臂6上的变速装置，从而能提起更大重量的重物，同时调节重物的起吊速度，有利于保护操作者。
56.搬运重物：
57.在重物起吊后可搬运重物时，操作者朝待放置重物区域行走，若重物移动过程中产生轻微晃动，则用双手轻轻扶住重物，操作者可根据重物的重量和自身身体条件自行选择行走速度，直至到达待放置重物区域。
58.放置重物：
59.到达待放置重物区域后，调整身体姿势，将重物靠近待放置区域，启动电机带动卷筒转动，使得重物下降，下降过程中，可以通过身体的稍微移动或手臂轻轻调整重物的位置，从而更精确放置重物的位置。
60.待重物到达指定位置后，抓取部件松开释放重物；若放置后还需要再轻微移动重物，可再次起吊重物某一高度，重新调整和放置，直至到达准确位置。整个过程中，操作者不需要弯腰和曲腿，仅需身体的稍微转动和手臂的动作。若重物重量较大，调节支撑臂上的变速装置，使得重物的下放以适当的速度。
61.保持重物：
62.搬运重物过程中，会遇到停顿或者操作者需要休息，或者放置重物时排队，此时需要保持重物，在短时间保持重物时，可旋转辅助支撑装置12至支撑地面，从而形成三角支撑，减少操作者负荷的同时，加快搬运重物的速度。
63.本实施例能够节省操作者体力，且由于设置多个柔性部件，起到保护操作者的作用，提高穿戴的舒适性。本实施例具有多个调节结构，能够更好的适应不同的操作者的身体条件和适应重物的提升、下降、搬运、旋转等多种运动方式。
64.该装置可在物流送货或工人提升和运输重物的所有领域中具有广泛的工业应用。同时，配合不同的重物连接结构，可以提升各种各样的重物，应用范围广泛。
65.以上所述仅为本技术的优选实施例而已，并不用于限制本技术，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。