可穿戴彎腰助力裝置制造方法
【專利摘要】一種可穿戴彎腰助力裝置，包括肩帶、胸圍帶、腰帶和下肢帶，所述肩帶為設(shè)置在胸圍帶上、對(duì)稱分布的兩根可伸縮肩帶，所述胸圍帶上兩根可伸縮肩帶上的中間設(shè)有角度探測(cè)器。所述胸圍帶上與可伸縮肩帶對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有拉力帶；所述腰帶上設(shè)置有左、右兩個(gè)伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)通過(guò)連接板固定在腰帶上。所述連接板還設(shè)置有控制板、鋰電池和兩個(gè)對(duì)稱分布的下肢帶連接臺(tái)，所述伺服電機(jī)上設(shè)有帶輪。所述拉力帶通過(guò)伺服電機(jī)上的帶輪與腰帶相連；所述下肢帶的一端通過(guò)連接板上對(duì)應(yīng)的下肢帶連接臺(tái)與腰帶相連；所述下肢帶的另一端為被踩在腳底的環(huán)狀帶；所述鋰電池用于給伺服電機(jī)、控制板和角度探測(cè)器供電，所述控制板與角度探測(cè)器相連，用于獲取角度探測(cè)器的角度并適時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。本實(shí)用新型能顯著減少豎脊肌的活動(dòng)，從而有利于彎腰工作的工人。
【專利說(shuō)明】可穿戴彎腰助力裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于醫(yī)用器材【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種人體腰部助力裝置，尤其涉及可穿戴的彎腰助力裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]在農(nóng)業(yè)、建筑、采礦等行業(yè)中，人們常常需要長(zhǎng)時(shí)間彎腰工作，從而導(dǎo)致了很高的腰背痛發(fā)病率。全世界有高達(dá)13億農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力因彎腰工作而有患腰背痛的風(fēng)險(xiǎn)。目前，在美國(guó)、加拿大、日本，已有人通過(guò)研究助力裝置來(lái)減少或消除彎腰工作帶來(lái)的危害。SatoshiKawai等研發(fā)了一種用直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)的人體腰部助力裝置，他們的第一代與第二代裝置分別重Ilkg和6.5kg，對(duì)于人體助力裝置來(lái)說(shuō)，他們的裝置太重；Sato Y等開發(fā)了一種輔助腰部與膝關(guān)節(jié)的助力裝置，他們的裝置用一個(gè)額定電壓為24V的直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)，由于24V的直流電源難以隨身攜帶，從而限制了裝置的使用。此外，HAUMuscle Suit、BLEEX都是帶有電機(jī)驅(qū)動(dòng)的助力裝置，但是這些裝置都存在成本高、體積大的缺點(diǎn)，難以適應(yīng)人們彎腰工作的需要。目前，也有一些無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的彎腰助力裝置，如Bending Non-Demand Return>happyback等，上述無(wú)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的助力裝置都僅用彈性元件實(shí)現(xiàn)被動(dòng)助力。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]為了解決現(xiàn)有彎腰助力裝置所存在的上述問(wèn)題，本實(shí)用新型提供了輕便型可隨身穿戴的彎腰助力裝置(wearable stoop-assist device, WSAD)。所述WSAD是根據(jù)人體生物力學(xué)，考慮人體彎腰時(shí)的靜力平衡，利用角度傳感器實(shí)現(xiàn)彎腰自動(dòng)助力的用于減輕背部豎脊肌負(fù)擔(dān)的裝置。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案:可穿戴彎腰助力裝置，包括肩帶、胸圍帶、腰帶和下肢帶，所述肩帶為設(shè)置在胸圍帶上、對(duì)稱分布的兩根可伸縮肩帶，所述胸圍帶上兩根可伸縮肩帶上的中間設(shè)有角度探測(cè)器。所述胸圍帶上與可伸縮肩帶對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有拉力帶；所述腰帶上設(shè)置有左、右兩個(gè)伺服電機(jī)，所述伺服電機(jī)通過(guò)連接板固定在腰帶上。所述連接板還設(shè)置有控制板、鋰電池和兩個(gè)對(duì)稱分布的下肢帶連接臺(tái)，所述伺服電機(jī)上設(shè)有帶輪。所述拉力帶通過(guò)伺服電機(jī)上的帶輪與腰帶相連；所述下肢帶的一端通過(guò)連接板上對(duì)應(yīng)的下肢帶連接臺(tái)與腰帶相連；所述下肢帶的另一端為被踩在腳底的環(huán)狀帶；所述鋰電池用于給伺服電機(jī)、控制板和角度探測(cè)器供電，所述控制板與角度探測(cè)器相連，用于獲取角度探測(cè)器的角度并適時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。
[0005]優(yōu)選的是，所述下肢帶上設(shè)置有束膝帶和束踝帶，所述束膝帶設(shè)置在下肢帶高度的中間部分，用于綁在膝蓋上，所述束踝帶設(shè)置在下肢帶高度的下端部分，用于綁在腳踝處。
[0006]優(yōu)選的是，所述胸圍帶、腰帶和下肢帶的長(zhǎng)度均可以調(diào)整。
[0007]本實(shí)用新型的設(shè)計(jì)原理:在WSAD中有兩根拉力帶，所述拉力帶的一端與胸圍帶相連，另一端則分別與左、右伺服電機(jī)上的帶輪連接。所述兩根拉力帶相當(dāng)于人體外部的豎脊肌，并行于脊柱的兩側(cè)。角度傳感器安裝在胸圍帶上，用來(lái)檢測(cè)人體彎腰時(shí)的角度。左、右伺服電機(jī)通過(guò)兩個(gè)U形連接板固定在皮帶上，U形連接板起到助力臂的作用。
[0008]當(dāng)人彎腰到工作位置需要助力時(shí)，伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶輪，從而拉緊拉力帶實(shí)現(xiàn)彎腰助力。為了平衡拉力帶的拉力，可伸縮下肢帶一端被踩在腳底，一端與U形連接板下面的兩個(gè)小連接臺(tái)連接。為了適合不同體形的人的穿戴需要，肩帶與下肢帶都設(shè)計(jì)成可伸縮的，所述帶子的伸長(zhǎng)或縮短是通過(guò)日字扣來(lái)實(shí)現(xiàn)的。胸圍帶與皮帶也可以根據(jù)不同人體的胸圍與腰圍尺寸調(diào)節(jié)到舒適的位置。
[0009]為了實(shí)現(xiàn)WSAD的輕便性，本實(shí)用新型選擇了質(zhì)量輕且能輸出大轉(zhuǎn)矩的伺服電機(jī):額定轉(zhuǎn)矩為 22kgf.cm(7.4V)，尺寸:40.8 X 19.8 X 39mm3，質(zhì)量:62g，PPM 信號(hào)分辨率:2ms，伺服電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速:62.5r/min。伺服電機(jī)的額定扭矩為22kgf *cm,拉力軸的半徑為4mm,即伺服電機(jī)可以輸出539N的力。由于WSAD有兩根拉力帶，則可以形成一個(gè)1078N的外部拉力。當(dāng)人體彎腰90度時(shí)，WSAD形成一個(gè)0.137m的力臂，即背部拉力帶產(chǎn)生148N.m的助力矩。對(duì)于助力裝置，輕便是很重要的，加工完成后的WSAD (包括電池與控制器)的總質(zhì)量為十分輕便，僅為357.4g，比一件普通夾克(620g)還要輕。
[0010]WSAD的自動(dòng)助力控制:控制板、鋰電池及電量報(bào)警器被安裝在U形連接板上。其中，鋰電池用來(lái)給伺服電機(jī)、控制板及角度傳感器供電；電量報(bào)警器在鋰電池電壓低于5V時(shí)報(bào)警，提示用戶及時(shí)充電；控制板用來(lái)獲取角度傳感器的角度并適時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)。人向前彎腰時(shí)，角度傳感器的角度會(huì)增大，當(dāng)彎腰到工作位置并靜態(tài)保持時(shí)，角度不會(huì)再增大，這時(shí)控制器會(huì)檢測(cè)到這個(gè)角度不會(huì)再增大的信息，并控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶輪，拉緊拉力帶使人保持彎腰工作狀態(tài)。當(dāng)人需要恢復(fù)直立時(shí)，角度傳感器的角度會(huì)減小，這時(shí)，由控制器控制伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶輪收緊拉力帶使人直起身子。當(dāng)角度傳感器檢測(cè)到角度等于O度(SP身體直立)時(shí)，伺服電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果:根據(jù)人體生物力學(xué)，本實(shí)用新型開發(fā)了一種僅重
0.357kg的可穿戴彎腰助力裝置(WSAD)。所述WSAD能顯著減少豎脊肌的活動(dòng)，從而有利于彎腰工作的工人，并減少LBP的發(fā)病率。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]附圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013]附圖2為伺服電機(jī)單元的結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0014]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。
[0015]可穿戴彎腰助力裝置，包括肩帶、胸圍帶5、腰帶6和下肢帶4，所述肩帶為設(shè)置在胸圍帶5上、對(duì)稱分布的兩根可伸縮肩帶I,所述胸圍帶5上兩根可伸縮肩帶I上的中間設(shè)有角度探測(cè)器10 ;所述胸圍帶5上與可伸縮肩帶對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有拉力帶2 ;所述腰帶6上設(shè)置有左、右兩個(gè)伺服電機(jī)3，所述伺服電機(jī)3通過(guò)連接板11固定在腰帶6上，所述連接板11還設(shè)置有控制板、鋰電池和兩個(gè)對(duì)稱分布的下肢帶連接臺(tái)12，所述伺服電機(jī)3上設(shè)有帶輪9 ;所述拉力帶2通過(guò)伺服電機(jī)3上的帶輪9與腰帶6相連；所述下肢帶4的一端通過(guò)連接板11上對(duì)應(yīng)的下肢帶連接臺(tái)12與腰帶6相連；所述下肢帶4的另一端為被踩在腳底的環(huán)狀；所述鋰電池用于給伺服電機(jī)3、控制板和角度探測(cè)器10供電，所述控制板與角度探測(cè)器10相連，用于獲取角度探測(cè)器10的角度并適時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)3。所述下肢帶4上設(shè)置有束膝帶7和束踝帶8，所述束膝帶7設(shè)置在下肢帶高度的中間部分，用于綁在膝蓋上，所述束踝帶8設(shè)置在下肢帶高度的下端部分，用于綁在腳踝處。所述胸圍帶5、腰帶6和下肢帶4的長(zhǎng)度均可以調(diào)整。
【權(quán)利要求】
1.可穿戴彎腰助力裝置，其特征在于:包括肩帶、胸圍帶(5)、腰帶(6)和下肢帶(4)，所述肩帶為設(shè)置在胸圍帶(5)上、對(duì)稱分布的兩根可伸縮肩帶(1)，所述胸圍帶(5)上兩根可伸縮肩帶(I)上的中間設(shè)有角度探測(cè)器(10);所述胸圍帶(5)上與可伸縮肩帶對(duì)應(yīng)的位置上設(shè)有拉力帶(2);所述腰帶(6)上設(shè)置有左、右兩個(gè)伺服電機(jī)(3)，所述伺服電機(jī)(3)通過(guò)連接板(11)固定在腰帶(6 )上，所述連接板(11)還設(shè)置有控制板、鋰電池和兩個(gè)對(duì)稱分布的下肢帶連接臺(tái)(12)，所述伺服電機(jī)(3)上設(shè)有帶輪(9);所述拉力帶(2)通過(guò)伺服電機(jī)(3)上的帶輪(9)與腰帶(6)相連；所述下肢帶(4)的一端通過(guò)連接板(11)上對(duì)應(yīng)的下肢帶連接臺(tái)(12)與腰帶(6)相連；所述下肢帶(4)的另一端為被踩在腳底的環(huán)狀帶；所述鋰電池用于給伺服電機(jī)(3)、控制板和角度探測(cè)器(10)供電，所述控制板與角度探測(cè)器(10)相連，用于獲取角度探測(cè)器(10)的角度并適時(shí)驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)(3)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可穿戴彎腰助力裝置，其特征在于:所述下肢帶(4)上設(shè)置有束膝帶(7)和束踝帶(8)，所述束膝帶(7)設(shè)置在下肢帶高度的中間部分，用于綁在膝蓋上，所述束踝帶(8 )設(shè)置在下肢帶高度的下端部分，用于綁在腳踝處。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可穿戴彎腰助力裝置，其特征在于:所述胸圍帶(5)、腰帶(6)和下肢帶(4)的長(zhǎng)度均可以調(diào)整。
【文檔編號(hào)】A61F2/50GK203988511SQ201420079860
【公開日】2014年12月10日 申請(qǐng)日期:2014年2月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月25日
【發(fā)明者】劉希云, 紀(jì)金國(guó) 申請(qǐng)人:劉希云