一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統的製作方法
2023-04-26 17:13:51 1
專利名稱：一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用於高危險高強度環境作業等，用於保護穿戴者的人身安全、減輕穿戴者的工作強度的高強度全身覆蓋式外骨骼系統。
背景技術：
現今國內外出現了大量各種類型的外骨骼系統，如外骨骼手臂、外骨骼髖關節、夕卜骨骼上肢或下肢等。這些外骨骼系統大多用於人體的康復治療和一定範圍的助走等復健性運動，並且每種外骨骼系統都有多個關節自由度，使外骨骼系統跟隨穿戴者的身體運動做出動作。但是在高危險高強度環境的作業場所，如搶險現場、救災現場、火災現場等作業現場，由於環境的特殊性以及高度危險性，一般的復健用外骨骼系統等，無法有效地幫助穿戴者完成作業任務，並保護穿戴者安全地出入作業現場。例如在地震搶險救災現場，被困在倒塌的房屋瓦礫下的受災者需要搶險人員迅速地移開周圍的瓦礫進行脫險救助，而超過搶險人員能夠搬運的重量的瓦礫，則需要用各種笨重的機械設法挪開，增加了作業時間，使受災者無法得到迅速的救助。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是提供一種適用於高危險高強度環境作業，能夠在有效地幫助穿戴者完成高強度作業的同時保護穿戴者免受所在作業環境中產生的對於作業人員的傷害，且提高效率以及提高安全性的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統。為達到上述目的，本實用新型的技術方案如下一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，包括—用於保護穿戴者頭部的頭盔系統；一與頭盔系統連接的軀幹外骨骼系統；安置在軀幹外骨骼系統兩側的臂部外骨骼系統；一安置在軀幹外骨骼系統下端的腰部外骨骼系統；以及安置在腰部外骨骼系統下端的兩個腿部外骨骼系統。在本實用新型的一個實施例中，所述全身覆蓋式外骨骼系統內還設有一中樞控制單元，所述中樞控制單元由微機組成。在本實用新型的一個實施例中，所述頭盔系統包括頭盔主體、安置在頭盔主體上的攝影儀、雷射測距儀、LED照明燈以及無線電通訊器。在本實用新型的一個實施例中，所述軀幹外骨骼系統包括胸甲，所述胸甲由第一胸甲部件和第二胸甲部件組成。在本實用新型的一個實施例中，所述臂部外骨骼系統包括肩關節動作機構，所述肩關節動作機構包括鎖骨關節動作機構、肩部旋轉齒盤機構、兩個肩部抬舉液壓機構以及工具掛載裝置；所述肩部旋轉齒盤機構與鎖骨關節動作機構連接，所述肩部抬舉液壓機構與肩部旋轉齒盤機構連接；與肩關節動作機構下端連接的肘關節動作機構，所述肘關節動作機構包括直流電機、手臂旋轉齒盤機構、肘部旋轉液壓機構、液壓彈簧以及肘部運作支點；與肘關節動作機構下端連接的前臂抗衝級液壓彈簧；與前臂抗衝級液壓彈簧下端連接的腕關節動作機構，所述腕關節動作機構包括直流電動馬達、外齒盤、齒盤旋轉槽、腕部擺動液壓機構以及腕部運動支點；與腕關節動作機構下端連接的手部動作機構，所述手部動作機構包括掌部運作氣壓機構、指關節動作氣壓機構、手指部分支撐框架以及手部外殼。 在本實用新型的一個實施例中，所述腰部外骨骼系統包括髖關節動作機構，所述髖關節動作機構包括直流電動機、內齒盤、支撐框架、腿部擺動液壓機構、髖關節運動支點、腰部可開合外殼以及襠部可開合外殼；安置在髖關節動作機構內的脊椎運動機構，所述脊椎運動機構包括兩個支撐杆以及兩個脊椎運動液壓機構。在本實用新型的一個實施例中，所述腿部外骨骼系統包括大腿運作機構，所述大腿運作機構包括支撐用壓縮彈簧以及大腿動作液壓機構；與大腿運作機構下端連接的膝關節運作機構，所述膝關節運作機構包括膝關節動作液壓機構、輔助液壓機構以及膝關節運動支點；與膝關節運作機構下端連接的小腿運作機構，所述小腿運作機構包括小腿動作液壓機構；與小腿運作機構下端連接的脛骨運作機構，所述脛骨運作機構包括脛骨動作液壓機以及減震液壓彈簧。在本實用新型的一個實施例中，所述手指部分支撐框架內設有壓力感應裝置。在本實用新型的一個實施例中，所述頭盔主體前部採用透明防彈玻璃面罩密封。通過上述技術方案，本實用新型的有益效果是本實用新型特別採用全身覆蓋式的穿戴方式，並且增加各關節及身體各部分的載荷，使穿戴者能夠進行高強度的作業；此外，該外骨骼系統的外殼材料與覆蓋率可以根據作業環境進行調整。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本實用新型的整體外形結構示意圖；圖2a為本實用新型肩關節動作機構示意圖1 ;圖2b為本實用新型肩關節動作機構示意圖2 ；圖3為本實用新型肘關節動作機構示意圖；圖4為本實用新型前臂抗衝擊液壓彈簧示意圖；圖5為本實用新型腕關節動作機構示意圖；[0040]圖6為本實用新型髖關節動作機構示意圖；圖7為本實用新型脊椎動作機構示意圖；圖8為本實用新型大腿動作機構示意圖；圖9為本實用新型膝關節動作機構不意圖；圖10為本實用新型小腿動作機構示意圖；圖11為本實用新型脛骨動作機構示意圖；圖12a為本實用新型手部動作機構示意圖1 ;圖12b為本實用新型手部動作機構示意圖2 ；圖13為本實用新型胸甲示意圖；圖14為本實用新型中樞控制單元示意圖；圖15為本實用新型頭盔結構示意圖。圖中數字和字母所表示的相應部件名稱100、頭盔系統110、頭盔主體120、攝影儀130、雷射測距儀140、LED照明燈150、無線電通訊器160、透明防彈玻璃面罩200、軀幹外骨骼系統210、第一胸甲部件220、第二胸甲部件300、臂部外骨骼系統310、肩關節動作機構311、鎖骨關節動作機構312、肩部旋轉齒盤機構313、肩部抬舉液壓機構314、工具掛載裝置320、肘關節動作機構321、直流電機322、手臂旋轉齒盤機構323、肘部旋轉液壓機構324、液壓彈簧325、肘部運作支點330、前臂抗衝級液壓彈簧340、腕關節動作機構341、直流電動馬達342、外齒盤343、齒盤旋轉槽344、腕部擺動液壓機構345、腕部運動支點350、手部動作機構351、掌部運作氣壓機構352、指關節動作氣壓機構353、手指部分支撐框架354、手部外殼400、腰部外骨骼系統410、髖關節動作機構411、直流電動機412、內齒盤413、支撐框架414、腿部擺動液壓機構415、髖關節運動支點416、腰部可開合外殼417、襠部可開合外殼420、脊椎運動機構421、支撐杆422、脊椎運動液壓機構500、腿部外骨骼系統510、大腿運作機構511、壓縮彈簧512、腿動作液壓機構520、膝關節運作機構521、膝關節動作液壓機構522、輔助液壓機構523、膝關節運動支點530、小腿運作機構531、小腿動作液壓機構540、脛骨運作機構541、脛骨動作液壓機構542、減震液壓彈簧600、中樞控制單元
具體實施方式
為了使本實用新型實現的技術手段、創作特徵、達成目的與功效易於明白了解，下面結合具體圖示，進一步闡述本實用新型。參見圖1所示，本實用新型一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統包括用於保護穿戴者頭部的頭盔系統100、與頭盔系統100連接的軀幹外骨骼系統200、安置在軀幹外骨骼系統200兩側的臂部外骨骼系統300、安置在軀幹外骨骼系統200下端的腰部外骨骼系統400以及安置在腰部外骨骼系統400下端的兩個腿部外骨骼系統500 ;本實用新型外骨骼系統的結構與各部分關節可基本實現穿戴者身體各部分的動作，並且各動作機構可增加穿戴者的力量，各部位的外殼可為穿戴者提供一定程度的防護；此外，該外骨骼系統中的各個動作部位均安裝了力反饋裝置，以使該外骨骼系統在運作中能夠根據穿戴者的動作迅速作出運動/停止反應。參見圖14所不,本實用新型在聞強度全身覆蓋式外骨骼系統內部還設有一中樞控制單元600 ;中樞控制單元600安置在高強度全身覆蓋式外骨骼系統內部，其主要由微機構成，其作用為處理該外骨骼系統中各關節、各部位中安裝的力反饋裝置的信息，並根據穿戴者的動作，對於各關節、各部位進行運動控制，以及將穿戴者使用該外骨骼系統抓握東西時手部受到的壓力感應反饋給手部的力反饋裝置，將信息反饋給穿戴者，以使穿戴者判斷是否對於被抓握物品繼續施加握力。此外，該中樞控制單元還要處理其他信息，如無線電通訊信號、系統信息等。參見圖15所示，本實用新型頭盔系統100包括頭盔主體110、安置在頭盔主體110上的攝影儀120、雷射測距儀130、LED照明燈140以及無線電通訊器150 ;頭盔主體110的作用為保護穿戴者的頭部不受傷害，提高了使用時的安全性能；攝影儀120安置在頭盔主體110上部正前方，該攝影儀120配備有熱成像與夜視功能，為穿戴者提供良好地視覺條件；雷射測距儀130安置在投影儀120的旁邊，其作用為提供穿戴者前方靜止或移動物體的距離與運動速度的信息；LED照明燈140安置在雷射測距儀130的旁邊，為使用者提供照明視線；上述頭盔主體110的前部採用透明防彈玻璃面罩160密封，其能夠更好的保護穿戴者的面部；無線電通訊器150 —共為兩個，其安置在頭盔主體110的兩側，其作用是為收發穿戴者之間的無線電訊號，以便工作需要。參見圖13所示，本實用新型軀幹外骨骼系統包括胸甲，胸甲由第一胸甲部件210和第二胸甲部件220組成；第一胸甲部件和第二胸甲部件為可開合胸甲，其作用為保護穿戴者免受作業場地中的飛濺物品的傷害，並且當穿戴者脫去頭盔、向上打開胸甲後，可從該外骨骼系統中出來。本實用新型臂部外骨骼系統包括肩關節動作機構310、與肩關節動作機構310下端連接的肘關節動作機構320、與肘關節動作機構320下端連接的前臂抗衝級液壓彈簧330、與前臂抗衝級液壓彈簧330下端連接的腕關節動作機構340以及與腕關節動作機構340下端連接的手部動作機構350。參見圖2a和圖2b所示，本實用新型肩關節動作機構310包括鎖骨關節動作機構311、肩部旋轉齒盤機構312、兩個肩部抬舉液壓機構313以及工具掛載裝置314 ;肩部旋轉齒盤機構312與鎖骨關節動作機構311連接，肩部抬舉液壓機構313與肩部旋轉齒盤機構312連接；鎖骨關節動作機構311的作用是使該外骨骼系統的肩部實現穿戴者鎖骨的運動；肩部旋轉齒盤機構312的作用是使該外骨骼系統的整條手臂能夠繞肩部進行周向轉動；兩個肩部抬舉液壓機構313的作用是使該外骨骼系統能夠實現手臂的抬舉，並使穿戴者能夠輕易舉起一定重量的重物；工具掛載裝置314可以讓穿戴者掛載各種工具、設備等。參見圖3所示，本實用新型肘關節動作機構320包括直流電機321、手臂旋轉齒盤機構322、肘部旋轉液壓機構323、液壓彈簧324以及肘部運作支點325 ;直流電機321與手臂旋轉齒盤機構322共同實現該外骨骼系統的手臂隨穿戴者的手臂左右擺動；肘部旋轉液壓機構323能夠使該外骨骼系統的肘部隨穿戴者的肘部旋轉，並使穿戴者能夠輕易舉起一定重量的重物；液壓彈簧324可以減少穿戴者在使用該外骨骼系統的過程中收到的衝擊力；提聞安全性能。參見圖4所示，本實用新型前臂抗衝級液壓彈簧330其作用為大幅度減輕該外骨骼系統在使用過程中受到的外部衝擊力對於穿戴者的影響，並可根據穿戴者前臂的長短進行調整。[0062]參見圖5所示，本實用新型腕關節動作機構340包括直流電動馬達341、外齒盤342、齒盤旋轉槽343、腕部擺動液壓機構344以及腕部運動支點345 ;直流電動馬達341、外齒盤342以及齒盤旋轉槽343的作用為使該外骨骼系統的腕部能夠跟隨穿戴者的手腕轉動；腕部擺動液壓機構344在使用時能夠使該外骨骼系統的腕部能夠隨穿戴者的腕部左右擺動。參見圖12a和圖12b所示，本實用新型手部動作機構350包括掌部運作氣壓機構351、指關節動作氣壓機構352、手指部分支撐框架353以及手部外殼354 ;掌部運作氣壓機構351的作用為使該外骨骼系統的手掌部分隨穿戴者手掌作出動作；指關節動作氣壓機構352的作用為使該外骨骼系統的手指部分隨穿戴者的手指做出動作，並增加穿戴者的握力；手指部分支撐框架353主要起支撐作用，並且其中安裝了壓力感應裝置；手部外殼354的作用為使穿戴者免受尖銳物品的傷害。本實用新型腰部外骨骼系統400包括髖關節動作機構410以及安置在髖關節動作機構410內的脊椎運動機構420。參見圖6所示，本實用新型髖關節動作機構410包括直流電動機411、內齒盤412、支撐框架413、腿部擺動液壓機構414、髖關節運動支點415、腰部可開合外殼416以及襠部可開合外殼417 ;直流電動機411和內齒盤412的作用為使該外骨骼系統的整個上肢能夠隨著穿戴者的腰部左右轉動；支撐框架413起支撐上肢各部件的作用；腿部擺動液壓機構414的作用為使該外骨骼系統的整個腿部能夠隨穿戴者的腿部左右擺動；腰部可開合外殼416以及襠部可開合外殼417可用於保護穿戴者免受作業場地中飛濺物的傷害，並且當這兩個部件打開時，穿戴者能夠從該外骨骼系統中出來。參見圖7所示，本實用新型脊椎運動機構420包括兩個支撐杆421以及兩個脊椎運動液壓機構422 ;支撐杆421用於支撐該外骨骼系統的整個上肢，並作為運動支點；脊椎運動液壓機構422的作用為使該外骨骼系統的整個上肢隨穿戴者的脊椎做出前傾和後仰的動作。本實用新型腿部外骨骼系統500包括大腿運作機構510、與大腿運作機構510下端連接的膝關節運作機構520、與膝關節運作機構520下端連接的小腿運作機構530以及與小腿運作機構530下端連接的脛骨運作機構540。參見圖8所示，本實用新型大腿運作機構510包括支撐用壓縮彈簧511以及大腿動作液壓機構512 ;支撐用壓縮彈簧511的作用為支撐該外骨骼系統大腿以上的部分，並作為大腿的運動支點；大腿動作液壓機構512的作用為使該外骨骼系統的腿部隨穿戴者的大腿作前後擺動，並且在運動中起到一定的支撐作用。參見圖9所示，本實用新型膝關節運作機構520包括膝關節動作液壓機構521、輔助液壓機構522以及膝關節運動支點523 ;膝關節動作液壓機構521的作用為使該外骨骼系統的小腿部分隨穿戴者的小腿作前後擺動；輔助液壓機構522的作用為在膝關節動作液壓機構在運作時，對該外骨骼系統膝關節以上的部分起支撐作用。參見圖10所示，本實用新型小腿運作機構530包括小腿動作液壓機構531，其作用為使該外骨骼系統的腳部能夠隨穿戴者的腳部作前後擺動，並支撐整個外骨骼系統。參見圖11所示，本實用新型脛骨運作機構540包括脛骨動作液壓機構541以及減震液壓彈簧542 ;脛骨動作液壓機構541的作用為使該外骨骼系統的腳部隨穿戴者的腳部作左右擺動，並支撐整個外骨骼系統；減震液壓彈簧542的作用為減少該外骨骼系統在運作中(如行走、跑動等)產生的震動與衝擊，並作為脛骨動作機構的運動支點。 以上顯示和描述了本實用新型的基本原理和主要特徵和本實用新型的優點。本行業的技術人員應該了解，本實用新型不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本實用新型的原理，在不脫離本實用新型精神和範圍的前提下，本實用新型還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本實用新型範圍內。本實用新型要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
權利要求1.一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於包括 一用於保護穿戴者頭部的頭盔系統； 一與頭盔系統連接的軀幹外骨骼系統； 安置在軀幹外骨骼系統兩側的臂部外骨骼系統； 一安置在軀幹外骨骼系統下端的腰部外骨骼系統； 以及安置在腰部外骨骼系統下端的兩個腿部外骨骼系統。
2.根據權利要求1所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述全身覆蓋式外骨骼系統內還設有一中樞控制單元，所述中樞控制單元由微機組成。
3.根據權利要求1所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述頭盔系統包括頭盔主體、安置在頭盔主體上的攝影儀、雷射測距儀、LED照明燈以及無線電通訊器。
4.根據權利要求1所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述軀幹外骨骼系統包括胸甲，所述胸甲由第一胸甲部件和第二胸甲部件組成。
5.根據權利要求1所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述臂部外骨骼系統包括 肩關節動作機構，所述肩關節動作機構包括鎖骨關節動作機構、肩部旋轉齒盤機構、兩個肩部抬舉液壓機構以及工具掛載裝置；所述肩部旋轉齒盤機構與鎖骨關節動作機構連接，所述肩部抬舉液壓機構與肩部旋轉齒盤機構連接； 與肩關節動作機構下端連接的肘關節動作機構，所述肘關節動作機構包括直流電機、手臂旋轉齒盤機構、肘部旋轉液壓機構、液壓彈簧以及肘部運作支點； 與肘關節動作機構下端連接的前臂抗衝級液壓彈簧； 與前臂抗衝級液壓彈簧下端連接的腕關節動作機構，所述腕關節動作機構包括直流電動馬達、外齒盤、齒盤旋轉槽、腕部擺動液壓機構以及腕部運動支點； 與腕關節動作機構下端連接的手部動作機構，所述手部動作機構包括掌部運作氣壓機構、指關節動作氣壓機構、手指部分支撐框架以及手部外殼。
6.根據權利要求1所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述腰部外骨骼系統包括 髖關節動作機構，所述髖關節動作機構包括直流電動機、內齒盤、支撐框架、腿部擺動液壓機構、髖關節運動支點、腰部可開合外殼以及襠部可開合外殼； 安置在髖關節動作機構內的脊椎運動機構，所述脊椎運動機構包括兩個支撐杆以及兩個脊椎運動液壓機構。
7.根據權利要求1所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述腿部外骨骼系統包括 大腿運作機構，所述大腿運作機構包括支撐用壓縮彈簧以及大腿動作液壓機構； 與大腿運作機構下端連接的膝關節運作機構，所述膝關節運作機構包括膝關節動作液壓機構、輔助液壓機構以及膝關節運動支點； 與膝關節運作機構下端連接的小腿運作機構，所述小腿運作機構包括小腿動作液壓機構； 與小腿運作機構下端連接的脛骨運作機構，所述脛骨運作機構包括脛骨動作液壓機以及減震液壓彈簧。
8.根據權利要求5所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述手指部分支撐框架內設有壓力感應裝置。
9.根據權利要求3所述的一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，其特徵在於所述頭盔主體前部採用透明防彈玻璃面罩密封。
專利摘要本實用新型公開了一種高強度全身覆蓋式外骨骼系統，包括一用於保護穿戴者頭部的頭盔系統，一與頭盔系統連接的軀幹外骨骼系統，安置在軀幹外骨骼系統兩側的臂部外骨骼系統；一安置在軀幹外骨骼系統下端的腰部外骨骼系統；以及安置在腰部外骨骼系統下端的兩個腿部外骨骼系統。本實用新型特別採用全身覆蓋式的穿戴方式，並且增加各關節及身體各部分的載荷，使穿戴者能夠進行高強度的作業；此外，該外骨骼系統的外殼材料與覆蓋率可以根據作業環境進行調整。
文檔編號A41D13/00GK202890544SQ201220572179
公開日2013年4月24日 申請日期2012年11月1日 優先權日2012年11月1日
發明者張嘯天 申請人:張嘯天