基本信息
- 項目名稱：
- 多功能卸力裝置
- 小類：
- 機械與控制
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 一種貼身無動力卸力外骨骼裝置,包括：貼身背架（腰背外骨骼），該外骨骼用于固定物體，腰背部外骨骼采用貼身設(shè)計，且簡單地可以固定重物、傷病人員；下肢外骨骼，該外骨骼用于承受物體的重量；以及其連接方式的設(shè)計。該裝置可穿戴在人體上，能在人體搬運重物之時提高人體體能的利用率，從而達到省力搬運重物的目的。本裝置還可以轉(zhuǎn)變成為一輛推車，在路況較好的場合可實現(xiàn)推拉運輸。
- 詳細介紹：
- 1．背架（腰背外骨骼） 我們都知道，人體在行走時雙手的擺動對人體維持平衡起到很大的作用，但是在人體搬運重物的時候需要用雙手抱住重物，不僅需要雙手用力而且需要很大的腰部力量，這樣就使人體行走時維持身體平衡帶來很大的不便。所以本發(fā)明采用了一個貼身型腰背外骨骼來固定重物，這樣就能將人體的雙手解放出來，來維持身體的平衡，或者還可以在行進過程中實現(xiàn)攀爬等動作，而且可以減少人體腰部的用力。通過對該貼身腰背外骨骼的精心設(shè)計，不僅可以固定重物還能固定傷員等。用腰背外骨骼拖住傷員的腿部、臀部、背部和頸部，就可以將其固定在人體的背部，并解放了人體的雙手。這樣本發(fā)明還可用于運送傷員等。 2．人體下肢外骨骼 只用腰背外骨骼負重的話，將會使所有背負的重量都由人體的雙肩來承擔，會給人體帶來下墜的感覺，也會使行動不方便。增加了人體下肢外骨骼就會使背負的重量卸到下肢外骨骼上，從而大大地減少了人體的豎向載荷，繼而減少人體的體力消耗。外骨骼固定于人體的雙腿上，與人體雙腿的運動一致，小巧的外骨骼不會影響到人的運動。下肢外骨骼在踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)處采用萬向節(jié)聯(lián)接，膝關(guān)節(jié)用鉸鏈聯(lián)接，使得外骨骼的自由度和人體一致，使人體在行走時不受限制。同時外骨骼的長度可根據(jù)使用者的身高來調(diào)節(jié)長度。 由于考慮到能源供應等問題，所以本發(fā)明的人體下肢外骨骼采用的是無動力型，靠直立時受到豎向荷載時外骨骼膝關(guān)節(jié)自鎖的原理來承擔豎向載荷，但是當人體抬起腿時自鎖效果自動解除。如圖1所示當外骨骼直立時，腰背外骨骼給髖部一個作用力時會產(chǎn)生一個順時針的力偶，再通過由外骨骼的“髖”、“大腿”、鋼索、“小腿”組成的平行四邊形機構(gòu)將這個力偶傳遞到小腿，從而阻止了小腿逆時針旋轉(zhuǎn)，達到自鎖的目的；而當人體將載荷轉(zhuǎn)移到另一條腿上的時候，這條外骨骼的髖部與腰背外骨就沒有相互作用力了，也就不會產(chǎn)生力偶，也就不會阻止膝關(guān)節(jié)的自由運動，也就自動解鎖了。這樣就既能在直立時卸載人體所背負的重量，又不影響人體的運動。 而貼身腰背外骨骼與無動力下肢外骨骼的結(jié)合就既解放了人體的雙手，又減輕了人體的豎向荷載。也就是說讓人體更輕松，更自由了。 3.人體下肢外骨骼向滾輪支撐的轉(zhuǎn)換 在兩條外骨骼的膝關(guān)節(jié)處各有安裝一個滾輪。當運送的過程當中如果遇到較平坦的路面時，則可以將原來承擔豎向載荷的外骨骼向后翻支撐滾輪，使背負裝置成為一輛小推車，并無需挪動腰背外骨上物體或者傷員的位置，實現(xiàn)用手推車運送物資或傷員。這樣便更能減少人體的體力消耗。 4.省力擔架 兩人穿戴并在兩人之間固定一擔架就可成為一副省力擔架。擔架的形式更利于救護人員的行走也更利于保障受傷人員的安全，防止傷員的傷情惡化，實現(xiàn)了快捷安全的護送。 綜上所述，本發(fā)明實用性強，結(jié)構(gòu)簡單，安全方便，可以廣泛地運用于車輛難施其技的森林、山路、階梯路面、海岸線及溝壑等場合?？梢詰糜诰仍⑦\輸、戶外旅游等
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 傳統(tǒng)的背人方式都需要用雙手來托住大腿，并且傷員的重量都要背者來承擔，這都不利于長距離的行走，對傷員和救護人員都要產(chǎn)生傷害。在災難發(fā)生時往往存在能源供應不足的問題。本組針對上述問題設(shè)計了背人裝置，釋放了雙手，，傷者或物品的重量由裝置來承載，能夠使背人或物品的時候非常節(jié)省人力，在平路上又能夠當推車使用。該裝置能夠承受普通重量的傷員，本身重量不超過3kg，不會對背者增加太大的慣性力，可伸縮外骨骼適合身高155cm-190cm的人員使用。
科學性、先進性
- 1．背包架 用背包架拖住被救者的腿部、背部和頸部。就可以將其固定在救援人員的背部，并解放了救援人員的雙手。 2．人體下肢外骨骼 用背包架背人的話，將會使所有背負的重量都由救援人員的雙肩來承擔，會給救援人員帶來下墜的感覺，也會使行動不方便。增加了人體下肢外骨骼就會使背負的重量卸到下肢外骨骼上，從而大大地減少了救援人員的豎向載荷，繼而能減少救援人員的體力消耗。 3．人體下肢外骨骼向滾輪支撐的轉(zhuǎn)換 在兩條外骨骼的膝關(guān)節(jié)處各有安裝一個滾輪。當運送傷員或物品的過程中有較平坦的路面時，則可以將原來承擔豎向載荷的外骨骼向后翻支撐滾輪，使背人裝置成為一輛小推車，并無需挪動傷員的位置，實現(xiàn)用手推車來運送。 4．省力擔架 兩人穿戴并在兩人之間固定一擔架就可成為一副省力擔架。擔架的形式更利于救護人員的行走也更利于保障受傷人員的安全，防止傷員的傷情惡化，實現(xiàn)了快捷安全的護送。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 浙江省第七屆大學生機械設(shè)計競賽二等獎
作品所處階段
- 實驗室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 獨家許可
作品可展示的形式
- 模型，圖紙
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預測
- 本作品的主要功能為釋放救護人員的雙手，減輕救護人員的負載，適合于復雜地形的長距離的救援運送。背包架伸出部分正好托住人體的膝關(guān)節(jié)，再由背帶拖住傷員的臀部、背部和頭部，從而將傷員固定在了背包架上。被背者的姿勢和普通背人時大致相同。雙腳膝關(guān)節(jié)部位掛于鉤子狀的托上，代替人的雙手來托住傷員，釋放了救護人員的雙手。傷員后背、臀部和脖子部位都有帶子進行固定，避免傷員由于晃動過大而產(chǎn)生二次受傷。支撐桿向后彎曲固定就能快速折疊成推車，形狀類似雙輪車。人體外骨骼和背墊底部連接，行走時固定于救護人員的腿上。因為外骨骼的關(guān)節(jié)連接處是萬向節(jié)固定，所以自由度很高，能很靈活地伴隨人的腳一起做幅度較大的運動。 再由下肢外骨骼承受大部分豎向荷載。下肢外骨骼在受到豎向力的時候自鎖，人體外骨骼能承載背負者的豎向載荷。 我國地形復雜，如極端天氣等災難爆發(fā)的情況下，車輛難施其技，能源等必定短缺，只能靠人力來運送傷員、物資等，可是人類的體力卻無法與車輛的承載能力相比，因此背人裝置應用前景很廣。
同類課題研究水平概述
- 下肢外骨骼機器人具有增強人體機能和輔助下肢康復訓練的功能，在軍事和醫(yī)療領(lǐng)域具有很好的發(fā)展前景，逐漸成為機器人領(lǐng)域的研究熱點。 人類不是地球上最敏捷的動物，而且我們中的大部分人能夠拿起和攜帶的重量都有限。而在戰(zhàn)場上這些弱點可能是致命的，而這正是美國國防部研究計劃署（DARPA）投資五千萬美元為地面部隊開發(fā)外骨骼套裝的原因。這種可穿戴的機器人系統(tǒng)可以使士兵能夠跑得更快、攜帶更重的武器以及跳過較大的障礙物。研究人員期望外骨骼在士兵身上實現(xiàn)的目標： 增大力量：士兵將能夠攜帶更多的武器和軍需品。通過增大力量，士兵還將能夠在行軍時移走途中的大障礙物。它還將使士兵能夠穿上較重的身體護甲和其他防彈護具。20世紀60年代，通用電氣公司(GE)與美國軍方合作開發(fā)了一個外骨骼，稱為Hardiman。它使得舉起120公斤的重物就像舉起5公斤重物那樣輕松。 提高速度：普通人走路的時速為6至10公里，但是士兵通常還要在背包里攜帶重達約70公斤的軍需品。在背負如此多的重物時，即使是條件最好的軍隊也難以很快行進?，F(xiàn)在還不確定DARPA的外骨骼將能夠走多快。不過測試表明，一種獨立開發(fā)的身體放大器彈簧行走器的時速可超過16公里。 跳得更高和更遠：現(xiàn)在還不清楚穿上機械套裝將能夠跳多遠和跳多高，但是軍方希望這種機器能夠幫助士兵跳過降低行軍速度的一般障礙物。(即腰部以下癱瘓的人)站立、行走和爬樓梯?！癛eWalk”需要一副拐杖幫助維持身體平衡，由電動腿部支架、身體感應器和一個背包組成，背包內(nèi)有一個計算機控制盒以及可再充電的蓄電池。使用者可以用遙控腰帶選定某種設(shè)置，如站、坐、走、爬等，然后向前傾，激活身體感應器，使機械腿處于運動之中。 人體外骨骼在國外得到了很大的關(guān)注，正處于積極的實驗階段，但我們可以知道如果想應用于實際的話還是要很長一段時間的。它們還有一個相同的特點，就是需要使用能源來驅(qū)動，如果在能源不足的情況下就失去了它應有的作用，甚至會成為累贅。 我們致力于研究不需要能源驅(qū)動就能夠?qū)崿F(xiàn)減輕負重，并且可以靈活的活動，同時能夠當推車使用，質(zhì)量輕，裝備起來快速簡便，存放占用空間小。有很大的發(fā)展前景。
