技术领域
[0001] 本实用新型涉及机械辅助载具技术领域，具体地说是一种可穿包覆式人体助力机械外骨骼。
背景技术
[0002] 机械外骨骼，又名“外骨骼装甲”或“外骨骼机甲”，其结构类似昆虫的外骨骼，采用直接穿戴的方式，能够给穿戴者提供保护以及额外的动力，如使残疾人能具有一定的活
动能力，同时也能让穿戴者完成一些负重较大的装载工作，从而实现代替一些小型机械搬运重物的功能。
[0003] 随着材料科学和
机械加工技术的飞速发展及日渐成熟，为了提高工作效率，人们倾向于实用方便快捷小巧的工具。机械外骨骼就是这样一种紧凑助力型的动力装置。它可以代替某些机械工具，适应更广泛的工作场合。比如发生
地震时，交通瘫痪，此时外骨骼可以代替其他救援工具，展开快速高效的救援工作。动力外骨骼机构通过各类
传感器来收集使用者的活动倾向信息，这些信息传递给信息处理器进行处理，然后再控制相应的机械部件完成特定的动作。在动力外骨骼中可以使用的传感器种类很多，包括
角辨向器、肌电传感器、地面传感器、
压力传感器等。同样，用于输出的机械系统也有很多选择，目前比较常见的有液压系统和气压系统。
[0004] 为满足各项要求指标，全球也有很多机构在研究并制作相关机械外骨骼的项目。1960年，通用电气就开始了机械外骨骼的研究，由于其开发的设备仅限于单个机械手臂，具有很大的局限性。日本筑波大学的机械人专家三阶吉行在2004年创建了“Cyberdyne”公司，开始把一种动力外骨骼HAL推向市场。其主要应用于医疗领域，帮助残障者行动和伤患复健。但该机构的结构复杂，且是局部构件，所以适用范围较小。近几年来，美国国防部研究计划署(DARPA)投资五千万美元为地面部队开发外骨骼套装。这种可穿戴的
机器人系统可以使士兵能够跑得更快、携带更重的武器以及跳过较大的障碍物。由此可见机械外骨骼在军事领域的应用潜力同样十分巨大。
[0005] 本实用新型与一种背包内嵌式无动力机械外骨骼相比，本实用新型有动力装置，更结实耐用，结构更协调，更紧凑；与一种
气动人工肌肉驱动的仿生柔性穿戴式下肢外骨骼服相比，气动装置的协调性和仿生性更差，然而液压系统在该方面表现更加优异。与可穿戴式重型物资搬运助力仿生外骨骼相比，本实用新型结构更简单，穿戴更方便，手臂可更换部件，适应性更强。与一种可穿式机械外骨骼相比，本实用新型边缘圆滑过渡，使穿戴更舒服。实用新型内容
[0006] 本实用新型为提供一种使用方便，辅助方便高效的可穿包覆式人体助力机械外骨骼。
[0007] 本实用新型是通过下述技术方案实现的：
[0008] 一种可穿包覆式人体助力机械外骨骼，包括机械外骨骼躯干主体、两组机械外骨骼手臂和两组机械外骨骼腿部；
[0009] 所述机械外骨骼躯干主体包括腰部
支撑支架、高压支撑杆、多节仿生辅助支撑杆、背肩部支撑支架、驱动
电机组，所述腰部支撑支架的上部设有高压支撑杆座，所述高压支撑杆设于所述高压支撑杆座之上，所述多节仿生辅助支撑杆设于所述高压支撑杆的前端，所述背肩部支撑支架设于所述高压支撑杆的上端，所述背肩部支撑支架的中间设有背肩部支撑支架连接器，所述
驱动电机组设于所述腰部支撑支架的两侧；
[0010] 所述机械外骨骼躯干主体的两侧分别连接有所述机械外骨骼手臂，并通过手臂连接活动轴连接，所述手臂连接活动轴上安装有纵向调整液压杆、纵向支撑液压杆和向前摆动调整液压杆，所述机械外骨骼手臂包括大臂支撑杆、小臂支撑杆和夹持组件，所述大臂支撑杆连接在所述手臂连接活动轴之上，所述小臂支撑杆连接在所述大臂支撑杆之上，所述夹持组件连接在所述小臂支撑杆之上，所述大臂支撑杆和小臂支撑杆之间连接有弯曲调整液压杆；
[0011] 所述机械外骨骼躯干主体的两侧分别连接有所述机械外骨骼腿部，并通过腿部
连接杆连接，所述机械外骨骼腿部包括大腿支撑杆、小腿支撑杆和支撑脚板，所述大腿支撑杆连接在所述腿部连接杆之上，所述小腿支撑杆连接在所述大腿支撑杆之上，所述支撑脚板连接在所述小腿支撑杆之上，所述大腿支撑杆上设有腿部备用液压油缸，所述大腿支撑杆与所述小腿支撑杆之间设有腿部弯曲调整液压杆，所述支撑脚板连接在所述小腿支撑杆上，并通过脚部连接杆连接。
[0012] 所述腰部支撑支架的前端设有固定腰带，所述固定腰带上设有腰带固定插头，所述腰部支撑支架的后端设有背部辅助支撑负重支板，所述背部辅助支撑负重支板的下端设有牵引
拉环，所述牵引拉环的内侧设有背部调节阻尼器，所述腰部支撑支架的内侧设有高压调节气罐，所述高压支撑杆的下端设有两个辅助支撑
弹簧，所述高压支撑杆的两侧设有缓冲阻尼器，所述高压支撑杆的上部设有肩部支座，所述肩部支座的上端设有
鸟巢结构支架，所述背肩部支撑支架的前端设有肩部固定背带。
[0013] 所述大臂支撑杆包括关节调整杆、大臂上端支撑杆和大臂下端支撑杆，所述大臂上端支撑杆与所述大臂下端支撑杆之间安装有自
锁装置，所述大臂支撑杆和所述小臂支撑杆上分别设有手臂固定环，所述手臂固定环内部设有压力传感器，所述小臂支撑杆上设有手部支撑圈，所述手部支撑圈上设有
手柄握把，所述夹持组件包括
工件连接头、液压顶板、工件伸缩液压杆、工件连接杆、开和
铆钉、加紧工件指和弹簧夹紧片。
[0014] 所述大腿支撑杆和所述小腿支撑杆上均设有腿部固定环，所述腿部固定环内部设有所述压力传感器，所述支撑脚板上设有脚趾活动杆、辅助支撑脚步前脚趾、辅助支撑脚部后脚趾、侧部辅助支撑板连接杆和侧部辅助支撑板。
[0015] 所述纵向调整液压杆、纵向支撑液压杆、向前摆动调整液压杆、背部调节阻尼器、高压调节气罐、缓冲阻尼器、腿部备用液压油缸和腿部弯曲调整液压杆均与所述驱动电机组相连接。
[0016] 本实用新型所带来的有益效果是：
[0017] 本实用新型中，所述人体固定部分可靠，手臂与腿部都通过固定环与绑带直接限制固定，身体部位通过腰带与
肩带来使穿戴者直接穿着，使穿戴者整体穿戴与脱离该机械外骨骼简单可靠，不会对人体产生机械性损伤，所述机械外骨骼手臂与腿部都采用可伸缩系统，在调整后还有自锁紧固装置，所述机械外骨骼在主体部分有贴合人体脊柱的仿生多节类脊柱支撑杆，用来辅助支撑与保护人体，而且在主体两侧还有缓冲阻尼保护装置，在使人更好的控制外骨骼的同时也能从两侧保护人体，在外骨骼肩部还有鸟巢结构支架，可以保护人体颈部与头部，整体包覆式结构能够给人提供更好的安全保障，所述机械外骨骼整体构从侧面观察成z字形，更适于负重及力的卸载，手臂部分连接主体部分在肩部偏后处，腿部连接主体部分在腰部偏前处，可以在负重装卸时起部分平衡作用，提高该机械外骨骼工作时的
稳定性，所述外骨骼下端有多脚趾脚板支撑，可以增大该外骨骼与地面
接触面积。
附图说明
[0018] 以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
[0019] 图1为本实用新型所述可穿包覆式人体助力机械外骨骼的结构示意图。
[0020] 图2为本实用新型所述机械外骨骼躯干主体的结构示意图。
[0021] 图3为本实用新型所述机械外骨骼手臂的结构示意图。
[0022] 图4为本实用新型所述机械外骨骼腿部的结构示意图。
[0023] 图中部件名称对应的标号如下：
[0024] 1、机械外骨骼躯干主体；2、机械外骨骼手臂；3、机械外骨骼腿部；4、腰部支撑支架；5、高压支撑杆；6、多节仿生辅助支撑杆；7、背肩部支撑支架；8、驱动电机组；9、高压支撑杆座；10、背肩部支撑支架连接器；11、手臂连接活动轴；12、纵向调整液压杆；13、纵向支撑液压杆；14、向前摆动调整液压杆；15、大臂支撑杆；16、小臂支撑杆；17、夹持组件；18、弯曲调整液压杆；19、腿部连接杆1；20、大腿支撑杆；21、小腿支撑杆；22、支撑脚板；23、腿部备用液压油缸；24、腿部弯曲调整液压杆；25、脚部连接杆；26、固定腰带；27、腰带固定插头；28、背部辅助支撑负重支板；29、牵引拉环；30、背部调节阻尼器；31、高压调节气罐；32、辅助支撑弹簧；33、缓冲阻尼器；34、肩部支座；35、鸟巢结构支架；36、肩部固定背带；37、关节调整杆；38、大臂上端支撑杆；39、大臂下端支撑杆；40、自锁装置；41、手臂固定环；42、压力传感器；43、手部支撑圈；44、手柄握把；45、工件连接头；46、液压顶板；47、工件伸缩液压杆；48、工件连接杆；49、开和铆钉；50、加紧工件指；51、弹簧夹紧片；52、腿部固定环；53、脚趾活动杆；54、辅助支撑脚步前脚趾；55、辅助支撑脚部后脚趾；56、侧部辅助支撑板连接杆；57、侧部辅助支撑板。
具体实施方式
[0025] 下面结合附图及
实施例对本实用新型作进一步的详述：
[0026] 作为本实用新型所述可穿包覆式人体助力机械外骨骼的实施例，如图1、图2、图3和图4所示，包括机械外骨骼躯干主体1、两组机械外骨骼手臂2和两组机械外骨骼腿部3；
[0027] 所述机械外骨骼躯干主体1包括腰部支撑支架4、高压支撑杆5、多节仿生辅助支撑杆6、背肩部支撑支架7、驱动电机组8，所述腰部支撑支架4的上部设有高压支撑杆座9，所述高压支撑杆5设于所述高压支撑杆座9之上，所述多节仿生辅助支撑杆6设于所述高压支撑杆5的前端，所述背肩部支撑支架7设于所述高压支撑杆5的上端，所述背肩部支撑支架7的中间设有背肩部支撑支架连接器10，所述驱动电机组8设于所述腰部支撑支架4的两侧；
[0028] 所述机械外骨骼躯干主体1的两侧分别连接有所述机械外骨骼手臂2，并通过手臂连接活动轴11连接，所述手臂连接活动轴11上安装有纵向调整液压杆12、纵向支撑液压杆13和向前摆动调整液压杆14，所述机械外骨骼手臂2包括大臂支撑杆15、小臂支撑杆16和夹持组件17，所述大臂支撑杆15连接在所述手臂连接活动轴11之上，所述小臂支撑杆16连接在所述大臂支撑杆15之上，所述夹持组件17连接在所述小臂支撑杆16之上，所述大臂支撑杆15和小臂支撑杆16之间连接有弯曲调整液压杆18；
[0029] 所述机械外骨骼躯干主体1的两侧分别连接有所述机械外骨骼腿部3，并通过腿部连接杆19连接，所述机械外骨骼腿部3包括大腿支撑杆20、小腿支撑杆21和支撑脚板22，所述大腿支撑杆20连接在所述腿部连接杆19之上，所述小腿支撑杆21连接在所述大腿支撑杆20之上，所述支撑脚板22连接在所述小腿支撑杆21之上，所述大腿支撑杆20上设有腿部备用液压油缸23，所述大腿支撑杆20与所述小腿支撑杆21之间设有腿部弯曲调整液压杆24，所述支撑脚板22连接在所述小腿支撑杆21上，并通过脚部连接杆25连接。
[0030] 本实施例中，所述腰部支撑支架4的前端设有固定腰带26，所述固定腰带26上设有腰带固定插头27，所述腰部支撑支架4的后端设有背部辅助支撑负重支板28，所述背部辅助支撑负重支板28的下端设有牵引拉环29，所述牵引拉环29的内侧设有背部调节阻尼器30，所述腰部支撑支架4的内侧设有高压调节气罐31，所述高压支撑杆5的下端设有两个辅助支撑弹簧32，所述高压支撑杆5的两侧设有缓冲阻尼器33，所述高压支撑杆5的上部设有肩部支座34，所述肩部支座34的上端设有鸟巢结构支架35，所述背肩部支撑支架7的前端设有肩部固定背带36。
[0031] 本实施例中，所述大臂支撑杆15包括关节调整杆37、大臂上端支撑杆38和大臂下端支撑杆39，所述大臂上端支撑杆38与所述大臂下端支撑杆39之间安装有自锁装置40，所述大臂支撑杆15和所述小臂支撑杆16上分别设有手臂固定环41，所述手臂固定环41内部设有压力传感器42，所述小臂支撑杆16上设有手部支撑圈43，所述手部支撑圈43上设有手柄握把44，所述夹持组件17包括工件连接头45、液压顶板46、工件伸缩液压杆47、工件连接杆48、开和铆钉49、加紧工件指50和弹簧夹紧片51。
[0032] 本实施例中，所述大腿支撑杆20和所述小腿支撑杆21上均设有腿部固定环52，所述腿部固定环52内部设有所述压力传感器42，所述支撑脚板22上设有脚趾活动杆53、辅助支撑脚步前脚趾54、辅助支撑脚部后脚趾55、侧部辅助支撑板连接杆56和侧部辅助支撑板57。
[0033] 本实施例中，所述纵向调整液压杆12、纵向支撑液压杆13、向前摆动调整液压杆14、背部调节阻尼器30、高压调节气罐31、缓冲阻尼器33、腿部备用液压油缸23和腿部弯曲调整液压杆24均与所述驱动电机组相连接。
[0034] 各主要部分之间连接关系如下：
[0035] 两个手臂是通过手臂连接活动轴安装在主体躯干的肩部支座上面，此处可以给手臂提供一个
水平旋转的活动范围，两条腿部结构是通过腿部连接杆上的连接活动轴直接连接在躯干主体上的躯干腰部支撑架上，同时也给腿部提供了竖直旋转的活动范围。
[0036] 所述控制系统为随动即时反馈液压控制系统，为其由腿部压力传感器与手臂压力传感器构成传感器部分，直接接受并
感知人们在进行作业时产生动作所提供的压力，然后通过电
信号传输给电机及油
泵控制系统，从而来控制液压杆控制系统完成具体操作作业。
[0037] 本实用新型的人体穿戴过程如下：
[0038] 首先人体双脚踩在两个支撑脚板上，然后闭合腿部的固定环，并且调节固定环的大小，使其刚好圈住腿部。然后扣紧腰部固定带并且穿好肩部固定背带。接着按照与腿部同样的要求是固定环卡在两条胳膊上。准备工作完成，接通电源。
[0039] 本实用新型的工作过程如下：
[0040] 当人体完成行走，搬运，装卸任务时，由于人体
机体的摆动，会碰触到在固定环上的压力传感器，当压力克数达到一定预定值后，传感器会产生
电信号，并且将信号传送给电机及油泵控制系统，油泵开始工作，来控制各个液压杆进行工作，并完成
指定工作任务。
[0041] 并且在工作的同时，由于在主体躯干部分后边有背部辅助支撑负重支板，因此也可以完成高强度的负重作业。同时由于在主体躯干部分后面还有可伸缩牵引拉环，也可以完成一定量的牵引工作。因此该可穿包覆式人体助力机械外骨骼可完成多方面领域工作，实现了真正的多功能操作机械。
[0042] 该实用新型采用借助电机和液压等机械动力，各连接支撑杆之间也有部分杠杆装置，能够实现放大力的效果。在进行一些物资搬运及装卸，抢险救灾时能够更加高效率，更加灵活的完成相应的工作。可以初步代替一些大型的装载机械工具，有较为广阔的发展前景及经济效益。
[0043] 以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和
说明书中描述的只是说明本
发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的
权利要求书及其等同物界。
