可穿戴弯腰助力装置.pdf

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1、(10)授权公告号 CN 203988511 U (45)授权公告日 2014.12.10 CN 203988511 U (21)申请号 201420079860.4 (22)申请日 2014.02.25 A61F 2/50(2006.01) A61F 4/00(2006.01) (73)专利权人 刘希云 地址 266000 山东省青岛市黄岛区 （原胶南 市） 中医医院中原街 1 号 (72)发明人 刘希云 纪金国 (74)专利代理机构 青岛联信知识产权代理事务 所 37227 代理人 段秀瑛 王中云 (54) 实用新型名称 可穿戴弯腰助力装置 (57) 摘要 一种可穿戴弯腰助力装置， 包括肩。

2、带、 胸围 带、 腰带和下肢带， 所述肩带为设置在胸围带上、 对称分布的两根可伸缩肩带， 所述胸围带上两根 可伸缩肩带上的中间设有角度探测器。所述胸围 带上与可伸缩肩带对应的位置上设有拉力带 ； 所 述腰带上设置有左、 右两个伺服电机， 所述伺服电 机通过连接板固定在腰带上。所述连接板还设置 有控制板、 锂电池和两个对称分布的下肢带连接 台， 所述伺服电机上设有带轮。 所述拉力带通过伺 服电机上的带轮与腰带相连 ； 所述下肢带的一端 通过连接板上对应的下肢带连接台与腰带相连 ； 所述下肢带的另一端为被踩在脚底的环状带 ； 所 述锂电池用于给伺服电机、 控制板和角度探测器 供电， 所述控制板与角。

3、度探测器相连， 用于获取角 度探测器的角度并适时驱动伺服电机。本实用新 型能显著减少竖脊肌的活动， 从而有利于弯腰工 作的工人。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)授权公告号 CN 203988511 U CN 203988511 U 1/1 页 2 1. 可穿戴弯腰助力装置， 其特征在于 ： 包括肩带、 胸围带 （5） 、 腰带 （6） 和下肢带 （4） ， 所 述肩带为设置在胸围带 （5） 上、 对称分布的两根可伸缩肩带 （1） ， 所述胸围带 。

4、（5） 上两根可 伸缩肩带 （1） 上的中间设有角度探测器 （10） ； 所述胸围带 （5） 上与可伸缩肩带对应的位置 上设有拉力带 （2） ； 所述腰带 （6） 上设置有左、 右两个伺服电机 （3） ， 所述伺服电机 （3） 通过 连接板 （11） 固定在腰带 （6） 上， 所述连接板 （11） 还设置有控制板、 锂电池和两个对称分布 的下肢带连接台 （12） ， 所述伺服电机 （3） 上设有带轮 （9） ； 所述拉力带 （2） 通过伺服电机 （3） 上的带轮 （9） 与腰带 （6） 相连 ； 所述下肢带 （4） 的一端通过连接板 （11） 上对应的下肢带连 接台 （12） 与腰带 （6） 。

5、相连 ； 所述下肢带 （4） 的另一端为被踩在脚底的环状带 ； 所述锂电池 用于给伺服电机 （3） 、 控制板和角度探测器 （10） 供电， 所述控制板与角度探测器 （10） 相连， 用于获取角度探测器 （10） 的角度并适时驱动伺服电机 （3） 。 2.根据权利要求1所述的可穿戴弯腰助力装置， 其特征在于 ： 所述下肢带 （4） 上设置有 束膝带 （7） 和束踝带 （8） ， 所述束膝带 （7） 设置在下肢带高度的中间部分， 用于绑在膝盖上， 所述束踝带 （8） 设置在下肢带高度的下端部分， 用于绑在脚踝处。 3. 根据权利要求 1 或 2 所述的可穿戴弯腰助力装置， 其特征在于 ： 所述胸。

6、围带 （5） 、 腰 带 （6） 和下肢带 （4） 的长度均可以调整。 权 利 要 求 书 CN 203988511 U 2 1/3 页 3 可穿戴弯腰助力装置 技术领域 0001 本实用新型属于医用器材技术领域， 具体涉及一种人体腰部助力装置， 尤其涉及 可穿戴的弯腰助力装置。 背景技术 0002 在农业、 建筑、 采矿等行业中， 人们常常需要长时间弯腰工作， 从而导致了很高的 腰背痛发病率。全世界有高达 13 亿农业劳动力因弯腰工作而有患腰背痛的风险。目前， 在 美国、 加拿大、 日本， 已有人通过研究助力装置来减少或消除弯腰工作带来的危害。 Satoshi Kawai 等研发了一种用直流。

7、电机驱动的人体腰部助力装置， 他们的第一代与第二代装置分 别重 11kg 和 6.5kg， 对于人体助力装置来说， 他们的装置太重 ； Sato Y 等开发了一种辅助 腰部与膝关节的助力装置， 他们的装置用一个额定电压为24V的直流电机驱动， 由于24V的 直流电源难以随身携带， 从而限制了装置的使用。此外， HAL、 Muscle Suit、 BLEEX 都是带 有电机驱动的助力装置， 但是这些装置都存在成本高、 体积大的缺点， 难以适应人们弯腰工 作的需要。目前， 也有一些无电机驱动的弯腰助力装置， 如 Bending Non-Demand Return、 happyback 等， 上述无。

8、电机驱动的助力装置都仅用弹性元件实现被动助力。 实用新型内容 0003 为了解决现有弯腰助力装置所存在的上述问题， 本实用新型提供了轻便型可随身 穿戴的弯腰助力装置 （wearable stoop-assist device,WSAD） 。 所述WSAD是根据人体生物 力学， 考虑人体弯腰时的静力平衡， 利用角度传感器实现弯腰自动助力的用于减轻背部竖 脊肌负担的装置。 0004 本实用新型的技术方案 ： 可穿戴弯腰助力装置， 包括肩带、 胸围带、 腰带和下肢带， 所述肩带为设置在胸围带上、 对称分布的两根可伸缩肩带， 所述胸围带上两根可伸缩肩带 上的中间设有角度探测器。所述胸围带上与可伸缩肩带。

9、对应的位置上设有拉力带 ； 所述腰 带上设置有左、 右两个伺服电机， 所述伺服电机通过连接板固定在腰带上。 所述连接板还设 置有控制板、 锂电池和两个对称分布的下肢带连接台， 所述伺服电机上设有带轮。所述拉 力带通过伺服电机上的带轮与腰带相连 ； 所述下肢带的一端通过连接板上对应的下肢带连 接台与腰带相连 ； 所述下肢带的另一端为被踩在脚底的环状带 ； 所述锂电池用于给伺服电 机、 控制板和角度探测器供电， 所述控制板与角度探测器相连， 用于获取角度探测器的角度 并适时驱动伺服电机。 0005 优选的是， 所述下肢带上设置有束膝带和束踝带， 所述束膝带设置在下肢带高度 的中间部分， 用于绑在膝。

10、盖上， 所述束踝带设置在下肢带高度的下端部分， 用于绑在脚踝 处。 0006 优选的是， 所述胸围带、 腰带和下肢带的长度均可以调整。 0007 本实用新型的设计原理 ： 在 WSAD 中有两根拉力带， 所述拉力带的一端与胸围带相 连， 另一端则分别与左、 右伺服电机上的带轮连接。 所述两根拉力带相当于人体外部的竖脊 说 明 书 CN 203988511 U 3 2/3 页 4 肌， 并行于脊柱的两侧。角度传感器安装在胸围带上， 用来检测人体弯腰时的角度。左、 右 伺服电机通过两个 U 形连接板固定在皮带上， U 形连接板起到助力臂的作用。 0008 当人弯腰到工作位置需要助力时， 伺服电机转。

11、动带轮， 从而拉紧拉力带实现弯腰 助力。为了平衡拉力带的拉力， 可伸缩下肢带一端被踩在脚底， 一端与 U 形连接板下面的两 个小连接台连接。 为了适合不同体形的人的穿戴需要， 肩带与下肢带都设计成可伸缩的， 所 述带子的伸长或缩短是通过日字扣来实现的。 胸围带与皮带也可以根据不同人体的胸围与 腰围尺寸调节到舒适的位置。 0009 为了实现 WSAD 的轻便性， 本实用新型选择了质量轻且能输出大转矩的伺服电机 ： 额定转矩为 22kgfcm(7.4V)， 尺寸 ： 40.819.839mm3， 质量 ： 62g， PPM 信号分辨率 ： 2ms， 伺服电机的空载转速 ： 62.5r/min。 伺。

12、服电机的额定扭矩为22kgf cm， 拉力轴的半径为4mm， 即伺服电机可以输出 539N 的力。由于 WSAD 有两根拉力带， 则可以形成一个 1078N 的外部 拉力。当人体弯腰 90 度时， WSAD 形成一个 0.137m 的力臂， 即背部拉力带产生 148Nm 的 助力矩。对于助力装置， 轻便是很重要的， 加工完成后的 WSAD( 包括电池与控制器 ) 的总质 量为十分轻便， 仅为 357.4g， 比一件普通夹克 （620g） 还要轻。 0010 WSAD 的自动助力控制 ： 控制板、 锂电池及电量报警器被安装在 U 形连接板上。其 中， 锂电池用来给伺服电机、 控制板及角度传感器供。

13、电 ； 电量报警器在锂电池电压低于 5V 时报警， 提示用户及时充电 ； 控制板用来获取角度传感器的角度并适时驱动伺服电机。 人向 前弯腰时， 角度传感器的角度会增大， 当弯腰到工作位置并静态保持时， 角度不会再增大， 这时控制器会检测到这个角度不会再增大的信息， 并控制伺服电机转动带轮， 拉紧拉力带 使人保持弯腰工作状态。当人需要恢复直立时， 角度传感器的角度会减小， 这时， 由控制器 控制伺服电机转动带轮收紧拉力带使人直起身子。当角度传感器检测到角度等于 0 度 （即 身体直立） 时， 伺服电机停止转动。 0011 本实用新型的有益效果 ： 根据人体生物力学， 本实用新型开发了一种仅重 0。

14、.357kg 的可穿戴弯腰助力装置 （WSAD） 。所述 WSAD 能显著减少竖脊肌的活动， 从而有利于 弯腰工作的工人， 并减少 LBP 的发病率。 附图说明 0012 附图 1 为本实用新型的结构示意图 ； 0013 附图 2 为伺服电机单元的结构示意图。 具体实施方式 0014 下面结合附图对本实用新型做进一步的说明。 0015 可穿戴弯腰助力装置， 包括肩带、 胸围带 5、 腰带 6 和下肢带 4， 所述肩带为设置在 胸围带 5 上、 对称分布的两根可伸缩肩带 1， 所述胸围带 5 上两根可伸缩肩带 1 上的中间设 有角度探测器10 ； 所述胸围带5上与可伸缩肩带对应的位置上设有拉力带。

15、2 ； 所述腰带6上 设置有左、 右两个伺服电机 3， 所述伺服电机 3 通过连接板 11 固定在腰带 6 上， 所述连接板 11 还设置有控制板、 锂电池和两个对称分布的下肢带连接台 12， 所述伺服电机 3 上设有带 轮 9 ； 所述拉力带 2 通过伺服电机 3 上的带轮 9 与腰带 6 相连 ； 所述下肢带 4 的一端通过连 接板 11 上对应的下肢带连接台 12 与腰带 6 相连 ； 所述下肢带 4 的另一端为被踩在脚底的 说 明 书 CN 203988511 U 4 3/3 页 5 环状 ； 所述锂电池用于给伺服电机 3、 控制板和角度探测器 10 供电， 所述控制板与角度探测 器 10 相连， 用于获取角度探测器 10 的角度并适时驱动伺服电机 3。所述下肢带 4 上设置有 束膝带7和束踝带8， 所述束膝带7设置在下肢带高度的中间部分， 用于绑在膝盖上， 所述束 踝带 8 设置在下肢带高度的下端部分， 用于绑在脚踝处。所述胸围带 5、 腰带 6 和下肢带 4 的长度均可以调整。 说 明 书 CN 203988511 U 5 1/2 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 203988511 U 6 2/2 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 203988511 U 7 。