CN103301007A - 背负式徒步行走助力装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背负式徒步行走助力装置，包括支撑架，支撑架上设置有背板、背带、背包和尺寸可调节的腰带，支撑架的下端安装有可转动的髋关节，髋关节上安装有一对下肢外骨骼，下肢外骨骼包括大腿骨支撑机构、小腿骨支撑机构以及脚部固定机构，小腿骨支撑机构和所述的脚部固定机构弹性连接，大腿骨支撑机构包括大腿固定板和第一重力平衡机构，小腿骨支撑机构包括小腿固定板和第二重力平衡机构，大腿固定板与小腿固定板弹性连接；优点是第一重力平衡机构和第二重力平衡机构实时平衡人体移动过程中的下肢重力，让使用者遵循人体骨骼的运动轨迹进行行走，减少使用者的体力消耗，采用纯机械结构的设计，不会受到外界环境的影响，稳定性和可靠性高。

Description

背负式徒步行走助力装置

技术领域

本发明涉及一种助力装置，尤其是涉及一种背负式徒步行走助力装置。

背景技术

在战争、灾害救援或山林灭火过程中，经常遇到道路被毁坏或没有道路的情况，机械车辆行进受阻或无法通行，为了能够及时到达目的地，徒步行进成为必然选择，但是，人的体力是有限的，长时间快速远距离的徒步行进，单靠体力难以支撑。为了帮助徒步行走者节省体力，出现了背负式徒步行走助力装置。专利号为200820175157.8的中国实用新型专利中公开了一种背负式徒步行人助走装置，该背负式徒步行人助走装置包括机壳、动力输入机构、两组离合机构、两组动力接通与断开机构、两组提拉机构和两组迈步驱动机构，在使用过程中，动力输入机构将外接动力输入到离合机构，离合机构将动力传到提拉机构，动力接通与断开机构根据行人的迈步速度控制两个离合机构交替分离或结合，从而控制两个提拉机构交替进行提拉运动，通过两根软管拉线的芯线交替拉动迈步驱动机构驱动人的脚向上抬起迈步向前行进。该背负式徒步行人助走装置中将机械结构与电路控制结合在一起，一方面其设计结构比较复杂，成本较高，且重量也较重，给使用者造成经济负担和健康负担，另一方面电路控制结构容易受到外界环境的影响，稳定性和可靠性不高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种结构简单，稳定性和可靠性高的背负式徒步行走助力装置。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种背负式徒步行走助力装置，包括支撑架，所述的支撑架上设置有背板、背带、背包和尺寸可调节的腰带，所述的支撑架的下端安装有可转动的髋关节，所述的髋关节上安装有一对下肢外骨骼，所述的下肢外骨骼包括大腿骨支撑机构、小腿骨支撑机构以及脚部固定机构，所述的小腿骨支撑机构和所述的脚部固定机构弹性连接，所述的大腿骨支撑机构包括大腿固定板和第一重力平衡机构，所述的小腿骨支撑机构包括小腿固定板和第二重力平衡机构，所述的大腿固定板与所述的小腿固定板弹性连接，所述的第一重力平衡机构和所述的第二重力平衡机构用于平衡人体下肢的重力。

所述的大腿固定板上设置有第一滑槽，所述的第一重力平衡机构包括第一滑块、第一滚珠轴承、固定安装在所述的大腿固定板外侧的第一支撑杆以及一端固定在所述的第一滑块上端的第一弹簧，所述的第一滚珠轴承固定安装在所述的第一滑块内且套设所述的第一支撑杆上，所述的第一滑块伸到所述的第一滑槽内，所述的第一弹簧的另一端固定在所述的第一滑槽的上端，当人体行走时，所述的第一滑块在所述的第一滑槽内上下滑动实时平衡人体重力，所述的第一弹簧随着所述的第一滑块的移动伸长或者压缩产生助力，所述的小腿固定板上设置有第二滑槽，所述的第二重力平衡机构包括第二滑块、第二滚珠轴承、固定安装在所述的小腿固定板外侧的第二支撑杆以及一端固定在所述的第二滑块上端的第二弹簧，所述的第二滚珠轴承固定安装在所述的第二滑块内且套设所述的第二支撑杆上，所述的第二滑块伸到所述的第二滑槽内，所述的第二弹簧的另一端固定在所述的第二滑槽的上端。

所述的第一滑块包括安装座和平衡块，所述的安装座和所述的平衡块固定连接，所述的第一滚珠轴承位于所述的安装座内，所述的平衡块伸到所述的第一滑槽内，所述的安装座的材料的密度小于所述的平衡块的材料的密度，所述的第二滑块的结构与所述的第一滑块的结构相同。

所述的髋关节的两侧边上各设置有一个带轴孔的凸耳，所述的轴孔内设置有螺杆，所述的螺杆的下端固定安装在所述的大腿固定板上，所述的螺杆的上端安装有螺母，所述的螺杆上套设有两个圆锥形的压缩弹簧，分别为第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，所述的第一压缩弹簧位于所述的螺母和所述的凸耳之间，所述的第二压缩弹簧位于所述的凸耳和所述的大腿固定板之间，所述的第一压缩弹簧的大头端和所述的第二压缩弹簧的大头端顶在所述的凸耳的上下端面上。

所述的大腿固定板的下端的外侧设置有第一连接座，所述的小腿固定板的上端的外侧设置有第二连接座，所述的第一连接座和所述的第二连接座通过第三弹簧连接。

所述的支撑架的两侧分别设置有上肢外骨骼，所述的上肢外骨骼包括上臂支撑机构和下臂支撑机构，所述的上臂支撑机构包括上臂固定板和上臂重力平衡机构，所述的下臂支撑机构包括下臂固定板和下臂重力平衡机构，所述的上臂固定板与所述的下臂固定板弹性连接。

所述的上臂固定板上设置有第三滑槽，所述的上臂重力平衡机构包括第三滑块、第三滚珠轴承、固定安装在所述的上臂固定板外侧的第三支撑杆以及一端固定在所述的第三滑块上端的第四弹簧，所述的第三滚珠轴承固定安装在所述的第三滑块内且套设所述的第三支撑杆上，所述的第三滑块伸到所述的第三滑槽内，所述的第四弹簧的另一端固定在所述的第三滑槽的上端，当人体行走时，所述的第三滑块在所述的第三滑槽内上下滑动实时平衡人体手臂重力，所述的第四弹簧随着所述的第三滑块的移动伸长或者压缩产生助力，所述的下臂固定板上设置有第四滑槽，所述的下臂重力平衡机构包括第四滑块、第四滚珠轴承、固定安装在所述的下臂固定板外侧的第四支撑杆以及一端固定在所述的第四滑块上端的第五弹簧，所述的第四滚珠轴承固定安装在所述的第四滑块内且套设所述的第四支撑杆上，所述的第四滑块伸到所述的第四滑槽内，所述的第五弹簧的另一端固定在所述的第四滑槽的上端。

与现有技术相比，本发明的优点在于支撑架的下端安装有可转动的髋关节，髋关节上安装有一对下肢外骨骼，下肢外骨骼中的大腿固定板和小腿固定板分别固定人体腿部，大腿固定板与小腿固定板弹性连接保证膝关节的自由度，第一重力平衡机构和第二重力平衡机构实时平衡人体移动过程中的重力，让使用者遵循人体骨骼的运动轨迹进行行走，减少使用者的体力消耗，背带用于背负负载，整个负载通过助力装置传递给地面，使人体不直接承受重物，减轻使用者负担，本发明的助力装置结构简单，成本较低，且采用纯机械结构的设计，不会受到外界环境的影响，稳定性和可靠性高；

当大腿固定板上设置有第一滑槽，第一重力平衡机构包括第一滑块、第一滚珠轴承、固定安装在大腿固定板外侧的第一支撑杆以及一端固定在第一滑块上端的第一弹簧，通过将第一滚珠轴承固定安装在第一滑块内且套设第一支撑杆上，保证第一滑块的直线移动，避免产生重力偏差，第一弹簧随着第一滑块的移动伸长或者压缩产生助力，该助力直接作用于人体协助纠正人体的运动方向，保证使用者遵循人体骨骼的运动轨迹进行行走；

当第一滑块包括安装座和平衡块，安装座和平衡块固定连接，滚珠轴承位于安装座内，平衡块伸到第一滑槽内，位于安装座内的滚珠轴承安装在第一支撑杆上，由此第一滑块安装简单，另外安装座的材料的密度小于平衡块的材料的密度，在实现第一滑块重力平衡作用的基础上保证其重量在合适范围内，以免第一滑块本身对人体造成负担；

当髋关节的两侧边上各设置有一个带轴孔的凸耳，轴孔内设置有螺杆，的螺杆的下端固定安装在大腿固定板上，螺杆的上端安装有可上下调节位置的螺母，螺杆上套设有两个圆锥形的压缩弹簧，第一压缩弹簧位于螺母和凸耳之间，第二压缩弹簧位于凸耳和大腿固定板之间，第一压缩弹簧的大头端和第二压缩弹簧的大头端顶在凸耳的上下端面上，圆锥形的压缩弹簧的刚度逐渐增大，缓和和消除共振，同时螺母可以上下调整，使得穿戴者更加舒适和行走更加的稳定，也进一步加强了髋关节的承重能力。

附图说明

图1为本发明的立体图；

图2为本发明的主视图；

图3为本发明的后视图；

图4为本发明的侧视图；

图5为本发明的下肢外骨骼的放大图；

图6为本发明的上肢外骨骼的放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例：如图所示，一种背负式徒步行走助力装置，包括支撑架1，支撑架1上设置有背板2、背带3、背包4和尺寸可调节的腰带5，支撑架1的下端安装有可转动的髋关节6，髋关节6上安装有一对下肢外骨骼7，下肢外骨骼7包括大腿骨支撑机构8、小腿骨支撑机构9以及脚部固定机构10，小腿骨支撑机构9和脚部固定机构10弹性连接，大腿骨支撑机构8包括大腿固定板81和第一重力平衡机构，小腿骨支撑机构9包括小腿固定板91和第二重力平衡机构，大腿固定板81与小腿固定板91弹性连接，第一重力平衡机构和第二重力平衡机构实时平衡人体下肢的重力，保证使用者遵循人体骨骼的运动轨迹进行行走。髋关节6可以通过螺旋弹簧与支撑架1连接实现其转动，灵活性强，可以轻松地实现弯腰等动作。

本实施例中，大腿固定板81上设置有第一滑槽82，第一重力平衡机构包括第一滑块83、第一滚珠轴承（图中未显示）、固定安装在大腿固定板81外侧的第一支撑杆84以及一端固定在第一滑块83上端的第一弹簧85，第一滚珠轴承固定安装在第一滑块83内且套设第一支撑杆84上，第一滑块83伸到第一滑槽82内，第一弹簧85的另一端固定在第一滑槽82的上端，小腿固定板91上设置有第二滑槽92，第二重力平衡机构包括第二滑块93、第二滚珠轴承（图中未显示）、固定安装在小腿固定板91外侧的第二支撑杆94以及一端固定在第二滑块93上端的第二弹簧95，第二滚珠轴承固定安装在第二滑块93内且套设第二支撑杆94上，第二滑块93伸到第二滑槽92内，第二弹簧95的另一端固定在第二滑槽92的上端，当人体行走时，第一滑块83在第一滑槽82内上下滑动实时平衡人体大腿重力，第一弹簧85随着第一滑块83的移动伸长或者压缩产生助力，第二滑块93在第二滑槽92内上下滑动实时平衡人体小腿重力，第二弹簧95随着第二滑块93的移动伸长或者压缩产生助力，从而实现人体下肢的重力平衡。

本实施例中，第一滑块83包括安装座831和平衡块831，安装座831上设置有螺丝孔，平衡块832上设置有螺丝孔，安装座831和平衡块832通过螺丝固定连接，第一滚珠轴承位于安装座831内，平衡块831伸到第一滑槽82内，安装座831的材料的密度小于平衡块831的材料的密度，安装座831的材料为铝，平衡块831的材料为铁，其中，安装座831和平衡块832上设置螺丝孔可以进一步减少第一滑块83的重量，使第一滑块83的重量满足人体正常步态行走要求。第二滑块93的结构与第一滑块83的结构相同。

本实施例中，髋关节6的两侧边上各设置有一个带轴孔的凸耳61，轴孔内设置有螺杆62，螺杆62的下端固定安装在大腿固定板81上，螺杆62的上端安装有螺母63，螺杆62上套设有两个圆锥形的压缩弹簧，分别为第一压缩弹簧64和第二压缩弹簧65，第一压缩弹簧64位于螺母63和凸耳61之间，第二压缩弹簧65位于凸耳61和大腿固定板81之间，第一压缩弹簧64的大头端和第二压缩弹簧65的大头端顶在凸耳61的上下端面上。

本实施例中，大腿固定板81的下端的外侧设置有第一连接座811，小腿固定板91的上端的外侧设置有第二连接座911，第一连接座811和第二连接座911通过第三弹簧11连接。

本实施例中，支撑架1的两侧分别设置有上肢外骨骼12，上肢外骨骼12包括上臂支撑机构和下臂支撑机构，上臂支撑机构包括上臂固定板121和上臂重力平衡机构，下臂支撑机构包括下臂固定板122和下臂重力平衡机构，上臂固定板121与下臂固定板122弹性连接，上臂固定板121与下臂固定板122铰接在支撑架1上。

本实施例中，上臂固定板121上设置有第三滑槽123，上臂重力平衡机构包括第三滑块124、第三滚珠轴承（图中未显示）、固定安装在上臂固定板121外侧的第三支撑杆125以及一端固定在第三滑块124上端的第四弹簧126，第三滚珠轴承固定安装在第三滑块124内且套设第三支撑杆125上，第三滑块124伸到第三滑槽123内，第四弹簧126的另一端固定在第三滑槽123的上端，下臂固定板122上设置有第四滑槽127，下臂重力平衡机构包括第四滑块128、第四滚珠轴承（图中未显示）、固定安装在下臂固定板122外侧的第四支撑杆129以及一端固定在第四滑块128上端的第五弹簧130，第四滚珠轴承固定安装在第四滑块128内且套设在第四支撑杆129上，第四滑块128伸到第四滑槽127内，第五弹簧130的另一端固定在第四滑槽127的上端。当人体行走时，第三滑块124在第三滑槽123内根据人体上臂的运动上下滑动，第四弹簧126随着第三滑块124的移动伸长或者压缩产生助力，第四滑块128在第四滑槽127内根据人体下臂的运动上下滑动，第五弹簧130随着第四滑块128的移动伸长或者压缩产生助力，从而保证使用者移动过程中上肢重力平衡。

本实施例中，第三滑块124和第四滑块128的结构与第一滑块83相同。上臂固定板121和下臂固定板122在外侧通过弹簧连接，从而保证肘关节的灵活性。

Claims (7)

1.一种背负式徒步行走助力装置，包括支撑架，其特征在于所述的支撑架上设置有背板、背带、背包和尺寸可调节的腰带，所述的支撑架的下端安装有可转动的髋关节，所述的髋关节上安装有一对下肢外骨骼，所述的下肢外骨骼包括大腿骨支撑机构、小腿骨支撑机构以及脚部固定机构，所述的小腿骨支撑机构和所述的脚部固定机构弹性连接，所述的大腿骨支撑机构包括大腿固定板和第一重力平衡机构，所述的小腿骨支撑机构包括小腿固定板和第二重力平衡机构，所述的大腿固定板与所述的小腿固定板弹性连接，所述的第一重力平衡机构和所述的第二重力平衡机构用于平衡人体下肢的重力。

2.根据权利要求1所述的背负式徒步行走助力装置，其特征在于所述的大腿固定板上设置有第一滑槽，所述的第一重力平衡机构包括第一滑块、第一滚珠轴承、固定安装在所述的大腿固定板外侧的第一支撑杆以及一端固定在所述的第一滑块上端的第一弹簧，所述的第一滚珠轴承固定安装在所述的第一滑块内且套设所述的第一支撑杆上，所述的第一滑块伸到所述的第一滑槽内，所述的第一弹簧的另一端固定在所述的第一滑槽的上端，当人体行走时，所述的第一滑块在所述的第一滑槽内上下滑动实时平衡人体重力，所述的第一弹簧随着所述的第一滑块的移动伸长或者压缩产生助力，所述的小腿固定板上设置有第二滑槽，所述的第二重力平衡机构包括第二滑块、第二滚珠轴承、固定安装在所述的小腿固定板外侧的第二支撑杆以及一端固定在所述的第二滑块上端的第二弹簧，所述的第二滚珠轴承固定安装在所述的第二滑块内且套设所述的第二支撑杆上，所述的第二滑块伸到所述的第二滑槽内，所述的第二弹簧的另一端固定在所述的第二滑槽的上端。

3.根据权利要求2所述的背负式徒步行走助力装置，其特征在于所述的第一滑块包括安装座和平衡块，所述的安装座和所述的平衡块固定连接，所述的第一滚珠轴承位于所述的安装座内，所述的平衡块伸到所述的第一滑槽内，所述的安装座的材料的密度小于所述的平衡块的材料的密度，所述的第二滑块的结构与所述的第一滑块的结构相同。

4.根据权利要求1所述的背负式徒步行走助力装置，其特征在于所述的髋关节的两侧边上各设置有一个带轴孔的凸耳，所述的轴孔内设置有螺杆，所述的螺杆的下端固定安装在所述的大腿固定板上，所述的螺杆的上端安装有螺母，所述的螺杆上套设有两个圆锥形的压缩弹簧，分别为第一压缩弹簧和第二压缩弹簧，所述的第一压缩弹簧位于所述的螺母和所述的凸耳之间，所述的第二压缩弹簧位于所述的凸耳和所述的大腿固定板之间，所述的第一压缩弹簧的大头端和所述的第二压缩弹簧的大头端顶在所述的凸耳的上下端面上。

5.根据权利要求1所述的背负式徒步行走助力装置，其特征在于所述的大腿固定板的下端的外侧设置有第一连接座，所述的小腿固定板的上端的外侧设置有第二连接座，所述的第一连接座和所述的第二连接座通过第三弹簧连接。

6.根据权利要求1所述的背负式徒步行走助力装置，其特征在于所述的支撑架的两侧分别设置有上肢外骨骼，所述的上肢外骨骼包括上臂支撑机构和下臂支撑机构，所述的上臂支撑机构包括上臂固定板和上臂重力平衡机构，所述的下臂支撑机构包括下臂固定板和下臂重力平衡机构，所述的上臂固定板与所述的下臂固定板弹性连接。

7.根据权利要求1所述的背负式徒步行走助力装置，其特征在于所述的上臂固定板上设置有第三滑槽，所述的上臂重力平衡机构包括第三滑块、第三滚珠轴承、固定安装在所述的上臂固定板外侧的第三支撑杆以及一端固定在所述的第三滑块上端的第四弹簧，所述的第三滚珠轴承固定安装在所述的第三滑块内且套设所述的第三支撑杆上，所述的第三滑块伸到所述的第三滑槽内，所述的第四弹簧的另一端固定在所述的第三滑槽的上端，当人体行走时，所述的第三滑块在所述的第三滑槽内上下滑动实时平衡人体手臂重力，所述的第四弹簧随着所述的第三滑块的移动伸长或者压缩产生助力，所述的下臂固定板上设置有第四滑槽，所述的下臂重力平衡机构包括第四滑块、第四滚珠轴承、固定安装在所述的下臂固定板外侧的第四支撑杆以及一端固定在所述的第四滑块上端的第五弹簧，所述的第四滚珠轴承固定安装在所述的第四滑块内且套设所述的第四支撑杆上，所述的第四滑块伸到所述的第四滑槽内，所述的第五弹簧的另一端固定在所述的第四滑槽的上端。

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