可穿戴助力外骨骼骨架结构原型

　　这套外骨骼骨架原型的结构设计，首先围绕人体上肢与躯干的运动自由度做匹配，在肩带位置采用贴合人体锁骨、肩峰轮廓的弧形架体，接触区域预留了柔性衬垫安装位，避免硬质结构直接压迫体表软组织，穿戴时的固定绑带走线路径避开了颈部血管、臂丛神经的体表投影区，长时间穿戴不会产生明显的压痕或血液循环阻碍。肩肱关节位置设置了多轴转动副，转动角度范围覆盖人体上臂前屈、后伸、外展的常规活动区间，转动副内置阻尼调节结构，可根据使用者的运动习惯调整关节活动阻力，避免无约束转动带来的肢体失控风险。

　　大臂段的承力杆采用变截面设计，靠近肩关节的位置截面尺寸更大以传递负重载荷，靠近肘关节的位置逐步收窄，减少对肘部屈曲动作的干涉，肘关节转动副的旋转中心与人体肱骨滑车、肱骨小头的连线保持同轴，运动过程中不会出现结构与肢体的相对错位，也就不会产生额外的运动阻力牵扯使用者肢体。小臂段的托板结构贴合人体尺骨、桡骨的自然轮廓，托板边缘做圆弧过渡处理，不会在托举重物时硌伤小臂皮肤，腕部位置预留了绑带固定点，可根据使用者小臂长度调整绑带的固定位置，适配不同身高、臂长的穿戴人群。躯干部分的主承力梁沿人体脊柱S形曲线做仿形设计，梁体与背部接触的位置均匀分布了多个缓冲垫安装位，缓冲垫采用透气多孔结构设计，避免长时间穿戴导致背部积汗不适，腰部位置设置了环绕式束腰结构，可将上肢承载的负重直接传导至髋部位置，减少腰椎部位的载荷集中，降低长期负重作业带来的腰椎损伤风险。髋部连接位置设置了转动副，可适配人体行走、转身时的躯干与下肢相对转动，不会对正常行走动作造成干涉。从实际应用场景来看，这类结构可适配物流仓储领域的重物分拣、搬运作业，帮助作业人员降低上肢托举重物时的肌肉负荷，减少长期负重带来的肌肉劳损、关节损伤问题；也可适配工业装配场景中需要长时间抬臂作业的工位，比如整车装配线上的顶部零部件安装、大型设备的高位检修作业，通过骨架结构承担手臂与工具的重量，降低作业人员的肌肉疲劳度，提升长时间作业的稳定性；在康复医疗场景中，这类结构可调整阻尼参数后用于上肢运动功能障碍患者的康复训练，通过结构的辅助支撑帮助患者逐步恢复上肢活动能力。

　　设计过程中充分考虑了穿戴的适配性边界，整体结构的尺寸调节范围覆盖155cm至185cm身高的成年人群，各调节位置采用快拆式锁止结构，无需额外工具即可快速调整肩带长度、大臂小臂段长度、腰部束紧度，单人即可在短时间内完成穿戴与尺寸调整。结构的运动边界做了机械限位设计，各关节的最大活动角度不超过人体肢体的安全活动范围，避免关节过度转动给使用者带来运动损伤，所有转动副位置都预留了润滑脂加注通道，长期使用过程中可定期加注润滑脂维持关节转动的顺畅度，减少结构磨损带来的晃动间隙。

　　承力构件的受力路径经过反复优化，负重载荷从手部托举位置经小臂杆、肘关节、大臂杆、肩关节传导至背部主承力梁，再经腰部束带结构传导至髋部与下肢，整个传力路径避开了人体的易损伤部位，不会让载荷直接作用在肩关节、腰椎等易劳损位置。结构上还预留了动力元件、传感器的安装位，后续可根据使用需求加装驱动电机、肌电传感器、运动姿态传感器等元件，升级为主动助力式外骨骼设备，当前原型结构可作为被动式外骨骼的基础验证平台，用于测试不同结构形式下的穿戴舒适度、运动干涉情况、载荷传递效率，为后续的产品迭代提供结构数据支撑。在安装边界方面，所有突出结构的外轮廓都做了倒圆角处理，穿戴后整体外轮廓尺寸不会超过人体自然站立时的肩宽与厚度范围，在狭窄作业空间内活动时不会出现结构剐蹭周边设备的问题，结构的连接位置都采用沉头螺钉固定，螺钉头部不突出于结构表面，避免勾挂作业人员衣物或者周边管线。