发明人：罗庆生；韩宝玲；赵欣驰；冯达；罗翔辉；曹虹蛟；吕金科；赵维晨
穿戴式腰背部健身与康复机
技术领域
本发明涉及一种健身与康复器材，具体涉及一种穿戴式腰背部健身与康复机，属于机电设备技术领域。
背景技术
随着社会节奏的加快、工作压力的增加，人们生活水平和生活工作环境的改善，腰背部疼痛的发病率却正以惊人的速度增长，这可能与人们伏案工作时间延长，活动减少及肥胖等因素有关。经调查，腰背部疼痛的患者从20岁开始骤然增多，而且随着年龄的增加而上升。据统计世界上约有21%的人患有不同程度的腰背部疼痛疾患。因此非常有必要增加对腰背部的锻炼，从而减少腰背部疼痛疾患。但如今，在市场上可以购得的腰背部健身和康复器械非常有限，这些器械不仅种类和功能单一，而且一台器械针对的人群非常狭小。另外，这些器械提供运动阻力大小往往与人体肢端位移的变化关系缺乏人体构造学上的科学匹配规律，不为专业的健身人群所接受。
[201010244553]发明涉及一种腰部锻炼用运动器械，它包括如下几个部分：与地面接触并紧密结合的固定下板；在上述固定下板上侧设置的旋转上板；设置在上述固定下板的气缸上部与上述旋转上板的导杆外沿，当用户踏上旋转上板之后，上下运动时产生弹性变形的压缩弹性构件；在插入式固定孔与插入式结合孔之间至少有一个以上与之相结合，当旋转上板沿左右扭动时产生弹性变形，并左右对称设置的拉伸弹性构件。经资料查阅可知：腰部锻炼用运动器械仍以传统的弹性元件作为施力装置，运动过程中缺乏保护作用。而传统的弹性元件提供的阻力大小与人体肢端位移的变化关系缺乏人体构造学上的科学匹配规律，不够科学。而且该器械没有机身调整功能，只能适应一定身高和体型的小部分人群，适用范围小，而整个装置占用空间偏大，其弊端由此可见。
发明内容
鉴于以上因素，本发明提供一种穿戴式腰背部健身与康复机，能够集中对人的腰背部进行锻炼或康复训练，且在装置中增加了调整机构，能够适应不同身高的人群，使健身或康复更科学化。
本发明的腰背部健身与康复机包括臀部基板、肩部基板和运动机构；臀部基板和肩部基板位于同一竖直面内，肩部基板位于臀部基板上方；肩部基板的对称轴与臀部基板的对称轴重合；所述运动机构在该对称轴的左右两边对称布置。
右侧运动机构包括舵机E、连杆A、连杆B、连杆C、连杆D、大套盘、承重套杆、舵机F、承重杆、传动轴、芯轴、丝杆、滑块、电动机和大套盘转动撑杆；其中连杆C为半圆形结构，该半圆形结构的对称线沿水平方向，连杆C有三个铰接端，分别位于半圆形结构的顶部、底部及外圆周，其中外圆周上的铰接端位于其水平对称线的位置；连杆D为直角结构，该直角结构水平部分的端部有竖直向下的连接轴。
其连接关系为：舵机E通过臀部基板下端的舵机固定架固定在臀部基板上，舵机E的输出轴垂直穿过臀部基板后与连杆A连接，该连接点记为A点；连杆A的另一端与连杆B动连接，该连接点记为B点；连杆B的另一端与连杆C外圆周上的铰接端动连接，该连接点记为C点；连杆C底部的铰接端通过轴承与臀部基板连接，该连接点记为D点，其中轴承的转动方向垂直与臀部基板；保证依次连接A点、B点、C点、D点后形成平行四边形结构；连杆C顶部的铰接端为柱形结构，连杆C顶部的铰接端与连杆D水平部分端部的连接轴沿该连接轴的轴线方向铰接；连杆D竖直部分上端的外侧固定舵机F，舵机F的输出轴垂直于连杆D的竖直部分；舵机F的输出轴通过传动轴与承重杆A连接，承重杆A与承重套杆表面的滑槽配合，相互只能沿滑槽方向运动；承重套杆通过芯轴安装在肩部基板上，芯轴的安装方式为：在肩部基板左侧加工有大套盘的安装孔，大套盘的圆心所在水平线高于舵机F的输出轴水平状态时的轴线位置；大套盘在其安装孔内与肩部基板动连接，大套盘只能沿其轴向转动；在大套盘上加工有芯轴的安装孔，设该安装孔所在点为E点；芯轴在其安装孔内与大套盘动连接，且芯轴只能沿其轴向转动，承重套杆左侧端部与芯轴固接；丝杆安装在位于肩部基板对称轴上的丝杆安装槽内，滑块安装在丝杆上，滑块与丝杆配合，可沿丝杆上下移动，丝杆顶部与电动机的输出轴相连；大套盘转动撑杆的一端与大套盘连接，设该连接点为F点，另一端与滑块连接；所述F点和E点的连线经过大套盘的圆心；左侧运动机构中的承重套杆通过肩部跨越件与位于肩部基板右侧的芯轴连接。
当滑块位于丝杆的最顶端时，所述E点和F点分别位于大套盘水平直径的两端，其中F点位于靠近丝杆的一侧；当滑块位于丝杆的最底端时，所述E点和F点分别位于大套盘竖直直径的两端，其中F点位于E点下方。
由于左侧背部运动机构和右侧背部运动机构的承重套杆在肩部基板的上交叉安装，为了保证两边的运动机构互不干涉，左侧背部运动机构的承重套杆则通过肩部跨越件与位于丝杆右侧肩部基板上的芯轴连接。
所述舵机E和舵机F的型号均为RX-24F。
所述臀部基板和肩部基板均为钣金结构，加工简单，重量轻。
设以上运动机构的安装面为健身与康复机的背面，其相对面为该健身与康复机的正面。本发明的运动原理为：
在进行健身或康复之前，先依据健身或康复人员的身高进行长度的调节。调节时，臀部基板的位置不变，通过调节背部基板的相对位置来适应健身或康复人员的身高，使背部基板的顶部与健身或康复人员的肩部平齐。具体调节方式为：电动机驱动丝杆转动，滑块沿丝杆上下移动，进而通过大套盘转动撑杆带动大套盘转动，并使肩部基板在竖直方向上移动，进而实现肩部基板与臀部基板之间距离的调节。
在进行健身或康复时，先将臀部基板固定，通过背部基板顶部的背带将该健身与康复机的正面与人体的腰背部贴合。其中，臀部基板对应与人体臀部位置，肩部基板对应与人体背部，背部基板的顶部与健身或康复人员的肩部平齐。该健身与康复机能够完成前后俯仰运动和左右运动，由于其为轴对称结构，下面只针对左半边具体介绍其运动方式，右半边的运动与其对应。实现左右运动时：舵机E带动连杆A绕A点转动，通过连杆B带动连杆C绕D点转动，从而实现腰部的左右运动。此时，通过连杆D推动承重杆A在承重套杆表面滑槽内的滑动，来补偿因腰部的左右运动而引起C点和D点之间长的度变化。实现前后俯仰运动时，直接通过舵机F的转动带动肩部基板前后运动，由此在肩部基板背面形成的长度差通过承重杆A和承重套杆形成的滑动副补偿。
在健身模式下，舵机输出的力矩产生与人身体施力相反的力，健身人员通过对抗该阻力矩得到健身效果，由于舵机输出的可调整性，可以模拟不同的受力状况，当健身人员施加的作用力大于舵机的力矩时，舵机自动卸载。
在康复模式下：舵机带动康复人员进行腰背部的左右及俯仰运动，通过被动活动来恢复其功能。
有益效果如下：
1）集健身与康复功能与一体，能够进行腰背部的前后俯仰运动和腰部的左右扭动，从而实现腰背部的锻炼或康复训练。
2）摒弃了传统的弹性施力装置，采用输出可调的舵机作为施力装置，舵机提供的阻力大小可依据健身或康复人员的需要自行调节，从而使锻炼或康复更科学。(www.xing528.com)
3）背部系统具有长度调节功能，以适应不同身高和体型的人群，使得装置的适用范围广。
4）将连杆C加工成半圆形结构，可防止左右运动时两边运动机构之间形成干涉。
5）承重杆A和承重套杆形成的滑动副能够保证在进行前后俯仰运动时该装置能够与人体背部的紧密贴合。
附图说明
附图K-1为该健身与康复机背面的结构示意图。
附图K-2为该健身与康复机正面（与人体贴合面）的结构示意图。
附图K-3为该健身与康复机在进行长度调节前后的对比图。
附图K-4为前后俯仰运动时的结构示意图。
附图K-5为左右扭动时的结构示意图。
其中：1—臀部基板；2—舵机固定架；3—舵机E；4—连杆A；5—连杆B；6—连杆C；8—端盖A；9—肩部基板；10—丝杆；11—丝杆端套A；12—丝杆端套B；13—电动机；14—大套盘；15—承重套杆；16—舵机F；17—承重杆A；18—套盘座；19—芯轴端盖；20—传动轴；22—连杆D；23—大套盘转动撑杆；24—肩部跨越件；25—端盖B。
具体实施方式
下面结合以上附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供一种穿戴式腰背部健身与康复机，该装置模拟人体的外骨骼，同时具备健身与康复训练的双重功能；该装置的机身具备长度调节功能，能够适应不同身高的人群，适用范围广。
本发明的腰背部健身与康复机整体结构如附图K-1和附图K-2所示。包括臀部基板1、肩部基板9和运动机构。其中臀部基板1和肩部基板9位于同一竖直面内，肩部基板9位于臀部基板1上方；肩部基板9的对称轴与臀部基板1的对称轴重合，运动机构在该对称轴的左右两边对称布置，下面仅以右侧运动机构为例，具体介绍其结构。
右侧运动机构包括舵机E3、连杆A4、连杆B5、连杆C6、连杆D22、大套盘14、承重套杆15、舵机F16、承重杆A17、传动轴、芯轴、丝杆10、滑块、电动机13和大套盘转动撑杆23。其中连杆C6为半圆形结构，该半圆形结构的对称线沿水平方向，连杆C6有三个铰接端，分别位于半圆形结构的顶部、底部及外圆周，其中外圆周上的铰接端位于其水平对称线的位置。连杆D22为直角结构，该直角结构水平部分的端部有竖直向下的连接轴。其具体连接关系为：舵机E3通过M2.5螺钉固定在舵机固定架2上，舵机E3的输出轴垂直与臀部基板1，舵机E3的输出轴通过M2螺钉与连杆A4相连，连杆A4的另一端通过M5长螺栓以及润滑垫片与连杆B5动连接，连杆B5的另一端通过M5长螺栓以及润滑垫片与连杆C6外圆周上的铰接端动连接。在臀部基板1上舵机固定架2的上方加工有臀部承重轴的安装孔，臀部承重轴通过两个SKF2215轴承安装在该安装孔内，臀部承重轴的一端与连杆C6底部的铰接端固接，由此形成平行四边形的运动机构。臀部承重轴的另一端穿过臀部基板1与臀部轴承座动连接，臀部轴承座通过M3螺钉固定在臀部基板1上。臀部承重轴与臀部轴承座的连接端同时通过M4螺钉与端盖A8固连，端盖A8可防止臀部承重轴的轴向移动。连杆C6顶部的铰接端通过润滑套与连杆D22上的连接轴沿该连接轴的轴向铰接，连杆D22上的连接座通过M4螺钉与端盖B固连，防止连杆D22轴向滑动。连杆D22竖直部分上端的外侧固定有舵机F16，舵机F16的输出轴垂直与连杆D22的竖直部分；舵机F16的输出轴与传动轴20固连，传动轴通过M5长螺钉及键与承重杆A17连接，承重杆A17安装在承重套杆15表面的滑槽内，从而形成一个滑动副，相互只能沿滑槽方向运动。在丝杆左侧的肩部基板上安装有大套盘，大套盘14的圆心所在水平线高于舵机F16的输出轴水平状态时的轴线位置；大套盘的轴线垂直于肩部基板。大套盘14穿过肩部基板9与套盘座18动连接，套盘座18通过M3螺钉与肩部基板9固连，套盘座18可防止大套盘14的轴向滑动。在大套盘14上加工有芯轴的安装孔，设该安装孔所在点为E点；芯轴通过润滑套安装在安装孔内，并与腰部大套盘14动连接。芯轴的一端与承重套杆15的端部固接，另一端穿过大套盘14通过M4螺钉与芯轴端盖19固连，防止芯轴的轴向移动。在肩部基板9对称轴上加工有丝杆安装槽，丝杆10通过其顶部的丝杆端套A11和底部的丝杆端套B12竖直安装在丝杆安装槽内，丝杠端套A11和丝杠端套B12的外圆周分别安装有轴承和轴承座，所述轴承座通过M3螺钉固定在肩部基板9上。滑块安装在丝杆10上，滑块与丝杆10配合，可沿丝杆10上下移动，电动机13的输出轴与丝杆10的顶部相连。大套盘转动撑杆23的一端通过M4螺钉以及润滑垫片与大套盘14动连接，设该连接点为F点，另一端通过与滑块连接，所述F点和E点的连线经过大套盘14的圆心。
由于左侧背部运动机构和右侧背部运动机构的承重套杆在肩部基板9上交叉安装，为了保证两边的运动机构互不干涉，左侧背部运动机构的承重套杆则通过肩部跨越件24与位于丝杆10右侧肩部基板9上的芯轴固连。
在进行身高调节时，当滑块位于丝杆10的最顶端时，所述E点和F点分别位于大套盘14水平直径的两端，其中F点位于靠近丝杆10的一侧；当滑块位于丝杆10的最底端时，所述E点和F点分别位于大套盘14竖直直径的两端，其中F点位于E点下方。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
说明书附图
附图K-1 该健身与康复机背面的结构示意图
附图K-2 该健身与康复机正面（与人体贴合面）的结构示意图
附图K-3 该健身与康复机在进行长度调节前后的对比图
附图K-4 前后俯仰运动时的结构示意图
附图K-5 左右扭动时的结构示意图
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