題-1_100_100.jpg)
基本信息
- 項(xiàng)目名稱(chēng)：
- 多功能卸力裝置
- 來(lái)源：
- 第十二屆“挑戰(zhàn)杯”省賽作品
- 小類(lèi)：
- 機(jī)械與控制
- 大類(lèi)：
- 科技發(fā)明制作B類(lèi)
- 簡(jiǎn)介：
- 一種貼身無(wú)動(dòng)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(jì)，且簡(jiǎn)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(jì)。該裝置可穿戴在人體上，能在人體搬運(yùn)重物之時(shí)提高人體體能的利用率，從而達(dá)到省力搬運(yùn)重物的目的。本裝置還可以轉(zhuǎn)變成為一輛推車(chē)，在路況較好的場(chǎng)合可實(shí)現(xiàn)推拉運(yùn)輸。
- 詳細(xì)介紹：
- 1．背架（腰背外骨骼） 我們都知道，人體在行走時(shí)雙手的擺動(dòng)對(duì)人體維持平衡起到很大的作用，但是在人體搬運(yùn)重物的時(shí)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(shí)維持身體平衡帶來(lái)很大的不便。所以本發(fā)明采用了一個(gè)貼身型腰背外骨骼來(lái)固定重物，這樣就能將人體的雙手解放出來(lái)，來(lái)維持身體的平衡，或者還可以在行進(jìn)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)攀爬等動(dòng)作，而且可以減少人體腰部的用力。通過(guò)對(duì)該貼身腰背外骨骼的精心設(shè)計(jì)，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(yùn)送傷員等。 2．人體下肢外骨骼 只用腰背外骨骼負(fù)重的話，將會(huì)使所有背負(fù)的重量都由人體的雙肩來(lái)承擔(dān)，會(huì)給人體帶來(lái)下墜的感覺(jué)，也會(huì)使行動(dòng)不方便。增加了人體下肢外骨骼就會(huì)使背負(fù)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(yùn)動(dòng)一致，小巧的外骨骼不會(huì)影響到人的運(yùn)動(dòng)。下肢外骨骼在踝關(guān)節(jié)和髖關(guān)節(jié)處采用萬(wàn)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(shí)不受限制。同時(shí)外骨骼的長(zhǎng)度可根據(jù)使用者的身高來(lái)調(diào)節(jié)長(zhǎng)度。 由于考慮到能源供應(yīng)等問(wèn)題，所以本發(fā)明的人體下肢外骨骼采用的是無(wú)動(dòng)力型，靠直立時(shí)受到豎向荷載時(shí)外骨骼膝關(guān)節(jié)自鎖的原理來(lái)承擔(dān)豎向載荷，但是當(dāng)人體抬起腿時(shí)自鎖效果自動(dòng)解除。如圖1所示當(dāng)外骨骼直立時(shí)，腰背外骨骼給髖部一個(gè)作用力時(shí)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)順時(shí)針的力偶，再通過(guò)由外骨骼的“髖”、“大腿”、鋼索、“小腿”組成的平行四邊形機(jī)構(gòu)將這個(gè)力偶傳遞到小腿，從而阻止了小腿逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，達(dá)到自鎖的目的；而當(dāng)人體將載荷轉(zhuǎn)移到另一條腿上的時(shí)候，這條外骨骼的髖部與腰背外骨就沒(méi)有相互作用力了，也就不會(huì)產(chǎn)生力偶，也就不會(huì)阻止膝關(guān)節(jié)的自由運(yùn)動(dòng)，也就自動(dòng)解鎖了。這樣就既能在直立時(shí)卸載人體所背負(fù)的重量，又不影響人體的運(yùn)動(dòng)。 而貼身腰背外骨骼與無(wú)動(dòng)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(shuō)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(gè)滾輪。當(dāng)運(yùn)送的過(guò)程當(dāng)中如果遇到較平坦的路面時(shí)，則可以將原來(lái)承擔(dān)豎向載荷的外骨骼向后翻支撐滾輪，使背負(fù)裝置成為一輛小推車(chē)，并無(wú)需挪動(dòng)腰背外骨上物體或者傷員的位置，實(shí)現(xiàn)用手推車(chē)運(yùn)送物資或傷員。這樣便更能減少人體的體力消耗。 4.省力擔(dān)架 兩人穿戴并在兩人之間固定一擔(dān)架就可成為一副省力擔(dān)架。擔(dān)架的形式更利于救護(hù)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(shí)現(xiàn)了快捷安全的護(hù)送。 綜上所述，本發(fā)明實(shí)用性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安全方便，可以廣泛地運(yùn)用于車(chē)輛難施其技的森林、山路、階梯路面、海岸線及溝壑等場(chǎng)合。可以應(yīng)用于救援、運(yùn)輸、戶(hù)外旅游等
作品圖片
作品專(zhuān)業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 傳統(tǒng)的背人方式都需要用雙手來(lái)托住大腿，并且傷員的重量都要背者來(lái)承擔(dān)，這都不利于長(zhǎng)距離的行走，對(duì)傷員和救護(hù)人員都要產(chǎn)生傷害。在災(zāi)難發(fā)生時(shí)往往存在能源供應(yīng)不足的問(wèn)題。本組針對(duì)上述問(wèn)題設(shè)計(jì)了背人裝置，釋放了雙手，，傷者或物品的重量由裝置來(lái)承載，能夠使背人或物品的時(shí)候非常節(jié)省人力，在平路上又能夠當(dāng)推車(chē)使用。該裝置能夠承受普通重量的傷員，本身重量不超過(guò)3kg，不會(huì)對(duì)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(xué)性、先進(jìn)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(huì)使所有背負(fù)的重量都由救援人員的雙肩來(lái)承擔(dān)，會(huì)給救援人員帶來(lái)下墜的感覺(jué)，也會(huì)使行動(dòng)不方便。增加了人體下肢外骨骼就會(huì)使背負(fù)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(gè)滾輪。當(dāng)運(yùn)送傷員或物品的過(guò)程中有較平坦的路面時(shí)，則可以將原來(lái)承擔(dān)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(chē)，并無(wú)需挪動(dòng)傷員的位置，實(shí)現(xiàn)用手推車(chē)來(lái)運(yùn)送。 4．省力擔(dān)架 兩人穿戴并在兩人之間固定一擔(dān)架就可成為一副省力擔(dān)架。擔(dān)架的形式更利于救護(hù)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(shí)現(xiàn)了快捷安全的護(hù)送。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 浙江省第七屆大學(xué)生機(jī)械設(shè)計(jì)競(jìng)賽二等獎(jiǎng)
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 獨(dú)家許可
作品可展示的形式
- 模型，圖紙
使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 本作品的主要功能為釋放救護(hù)人員的雙手，減輕救護(hù)人員的負(fù)載，適合于復(fù)雜地形的長(zhǎng)距離的救援運(yùn)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(shì)和普通背人時(shí)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(lái)托住傷員，釋放了救護(hù)人員的雙手。傷員后背、臀部和脖子部位都有帶子進(jìn)行固定，避免傷員由于晃動(dòng)過(guò)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(chē)，形狀類(lèi)似雙輪車(chē)。人體外骨骼和背墊底部連接，行走時(shí)固定于救護(hù)人員的腿上。因?yàn)橥夤趋赖年P(guān)節(jié)連接處是萬(wàn)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(yùn)動(dòng)。 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(shí)候自鎖，人體外骨骼能承載背負(fù)者的豎向載荷。 我國(guó)地形復(fù)雜，如極端天氣等災(zāi)難爆發(fā)的情況下，車(chē)輛難施其技，能源等必定短缺，只能靠人力來(lái)運(yùn)送傷員、物資等，可是人類(lèi)的體力卻無(wú)法與車(chē)輛的承載能力相比，因此背人裝置應(yīng)用前景很廣。
同類(lèi)課題研究水平概述
- 下肢外骨骼機(jī)器人具有增強(qiáng)人體機(jī)能和輔助下肢康復(fù)訓(xùn)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(jī)器人領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。 人類(lèi)不是地球上最敏捷的動(dòng)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(chǎng)上這些弱點(diǎn)可能是致命的，而這正是美國(guó)國(guó)防部研究計(jì)劃署（DARPA）投資五千萬(wàn)美元為地面部隊(duì)開(kāi)發(fā)外骨骼套裝的原因。這種可穿戴的機(jī)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(guò)較大的障礙物。研究人員期望外骨骼在士兵身上實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)： 增大力量：士兵將能夠攜帶更多的武器和軍需品。通過(guò)增大力量，士兵還將能夠在行軍時(shí)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(hù)甲和其他防彈護(hù)具。20世紀(jì)60年代，通用電氣公司(GE)與美國(guó)軍方合作開(kāi)發(fā)了一個(gè)外骨骼，稱(chēng)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(shí)速為6至10公里，但是士兵通常還要在背包里攜帶重達(dá)約70公斤的軍需品。在背負(fù)如此多的重物時(shí)，即使是條件最好的軍隊(duì)也難以很快行進(jìn)。現(xiàn)在還不確定DARPA的外骨骼將能夠走多快。不過(guò)測(cè)試表明，一種獨(dú)立開(kāi)發(fā)的身體放大器彈簧行走器的時(shí)速可超過(guò)16公里。 跳得更高和更遠(yuǎn)：現(xiàn)在還不清楚穿上機(jī)械套裝將能夠跳多遠(yuǎn)和跳多高，但是軍方希望這種機(jī)器能夠幫助士兵跳過(guò)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(dòng)腿部支架、身體感應(yīng)器和一個(gè)背包組成，背包內(nèi)有一個(gè)計(jì)算機(jī)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(yīng)器，使機(jī)械腿處于運(yùn)動(dòng)之中。 人體外骨骼在國(guó)外得到了很大的關(guān)注，正處于積極的實(shí)驗(yàn)階段，但我們可以知道如果想應(yīng)用于實(shí)際的話還是要很長(zhǎng)一段時(shí)間的。它們還有一個(gè)相同的特點(diǎn)，就是需要使用能源來(lái)驅(qū)動(dòng)，如果在能源不足的情況下就失去了它應(yīng)有的作用，甚至?xí)蔀槔圪槨? 我們致力于研究不需要能源驅(qū)動(dòng)就能夠?qū)崿F(xiàn)減輕負(fù)重，并且可以靈活的活動(dòng)，同時(shí)能夠當(dāng)推車(chē)使用，質(zhì)量輕，裝備起來(lái)快速簡(jiǎn)便，存放占用空間小。有很大的發(fā)展前景。
