一种被动式仿生脊柱外骨骼装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种被动式仿生脊柱外骨骼装置，包括肩部组件、脊柱组件和腰部组件，肩部组件包括连接架，腰部组件包括腰板，连接架通过上横向连接件与脊柱组件转动连接，腰板通过下横向连接件与脊柱组件转动连接，脊柱组件包括竖向设置的多个脊柱连接组，相邻两个脊柱连接组之间通过脊柱横向连接件转动连接，还包括初始状态为自由状态的横向弹性助力件，脊柱连接组包括第一脊柱连接件和第二脊柱连接件，第一脊柱连接件与第二脊柱连接件之间通过脊柱纵向连接件转动连接，第一脊柱连接件的两端和第二脊柱连接件对应的位置均设有竖向弹性助力件。本方案不仅结构较为简单同时成本也大大的降低。

【技术实现步骤摘要】
一种被动式仿生脊柱外骨骼装置
本技术涉及可穿戴设备
，具体涉及一种被动式仿生脊柱外骨骼装置。
技术介绍
外骨骼是一种能够提供对生物柔软内部器官进行构型，建筑和保护的坚硬的外部结构。通过一些昆虫和动物的外骨骼产生的创意，在现有的技术下，科学家已经研制出多种具有不同功能的外骨骼。现阶段脊柱损伤和患病人员越来越多，不管是因为年龄增大造成的脊柱功能退化还是因为体力劳动及长时间坐立等因素造成的脊柱损伤，都影响患者日常生活。仿生脊柱外骨骼是一种用于对人体脊柱提供助力和平衡作用的外骨骼装置，可为脊柱损伤及脊柱承力较大的体力工作者提供辅助作用。专利号为201410750477.1的专利技术专利提供了一种外骨骼机器人机械脊柱结构，它包括上部支撑架、弯曲长度补偿装置、机械脊柱和驱动装置，其中，所述的上部支撑架上设置有肩部传感器点，所述的弯曲长度补偿装置上端与上部支撑架通过螺纹连接，弯曲长度补偿装置包括滑动套和滑动架，滑动架上设有纵向位置保持轴承和横向位置保持轴承，所述的机械脊柱上端与弯曲长度补偿装置下端通过螺纹连接，机械脊柱包括若干个关节，每个关节上设有连接轴、连接孔A、连接孔B、外侧控制钢绳通孔、内侧控制钢绳通孔和脊柱传感器点，每个关节和下一个关节通过每个关节的连接孔A、下一个关节的连接孔B与连接轴配合得以连接，每个关节的外侧控制钢绳通孔组成外侧控制钢绳通道，每个关节的内侧控制钢绳通孔组成内侧控制钢绳通道，驱动装置连接在机械脊柱下端，所述的驱动装置上设有外侧控制钢绳和内侧控制钢绳。该专利中的机械脊柱由外侧控制钢绳和内侧控制钢绳进行控制，当人体需要从直立状态弯腰时，由脊柱传感器点处安装的传感器检测到信号并反馈给控制器，控制器控制驱动装置使内侧控制钢绳收紧，外侧控制钢绳放松，使机械脊柱的形状发生弯曲变化；当使用者需要从弯腰状态变为直立状态时，由脊柱传感器点处安装的传感器检测到信号并反馈给控制器，控制器控制驱动装置使内侧控制钢绳放松，外侧控制钢绳收紧，使机械脊柱趋于直立，此时肩带会将人体的肩部向上提，而机械脊柱能够将人的腰部托起来。这种机械脊柱结构在使用时需要传感器、控制器、驱动装置等多种电器设备，整个结构较为复杂同时使用成本较高。
技术实现思路
针对现有技术存在的上述不足，本技术要解决的技术问题是：如何提供一种整体结构较为简单且使用成本大大降低的被动式仿生脊柱外骨骼装置。为了解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：一种被动式仿生脊柱外骨骼装置，包括竖向依次设置的肩部组件、脊柱组件和腰部组件，所述肩部组件包括竖向设置的连接架，所述腰部组件包括腰板，所述连接架的下端通过上横向连接件与所述脊柱组件的上端转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，所述腰板的上端通过下横向连接件与所述脊柱组件的下端转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，所述脊柱组件包括竖向设置的多个脊柱连接组，相邻两个所述脊柱连接组之间通过脊柱横向连接件转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，还包括初始状态为自由状态的横向弹性助力件，所述上横向连接件、所述下横向连接件和所述脊柱横向连接件上均活动套设有所述横向弹性助力件，套设在所述上横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在所述连接架上，套设在所述脊柱横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在对应的所述脊柱连接组上，套设在所述下横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在所述脊柱组件上，所述脊柱连接组包括第一脊柱连接件和位于所述第一脊柱连接件下方的第二脊柱连接件，所述第一脊柱连接件与所述第二脊柱连接件之间通过脊柱纵向连接件转动连接以适应人体脊柱的左右弯曲运动，所述第一脊柱连接件的两端和所述第二脊柱连接件对应的位置均设有竖向弹性助力件，所述第一脊柱连接件两端的所述竖向弹性助力件在初始状态处于受力平衡状态。本方案中的竖向是指沿人体脊柱的方向，横向是指从人体一个肩部到另一个肩部的方向，纵向是指从人体背部到胸前的方向，初始状态为人体脊柱处于竖直的状态。本技术的工作原理是：该外骨骼装置在使用时，利用肩部组件和腰部组件将该装置穿戴在人体上肢，当人体脊柱在进行前后弯曲动作时，利用连接架与脊柱组件上端的转动连接、相邻两个脊柱连接组之间的转动连接以及脊柱组件下端与腰板之间的转动连接来适应人体脊柱的前后弯曲，同时当人体脊柱在前后弯曲时，套设在上横向连接件、脊柱横向连接件和下横向连接件上的横向弹性助力件分别在连接架、对应脊柱连接组和脊柱组件的带动下发生弹性变形并储能，当人体脊柱复位时，横向弹性助力件复位释放能量为脊柱的复位运动提供助力。当人体脊柱做左右弯曲运动时，利用各脊柱连接组中的第一脊柱连接件和第二脊柱连接件的相对转动与人体脊柱的左右弯曲运动相适应，同时当人体脊柱在左右弯曲时，第一脊柱连接件两端和第二脊柱连接件连接的竖向弹性助力件发生弹性变形并蓄能，当人体脊柱复位时，竖向弹性助力件复位释放能量为脊柱的复位运动提供助力。此外，横向弹性助力件在初始状态为自由状态，当穿戴该装置的人体由于脊柱损伤或患病等原因使得脊柱无法保持竖直状态时，此时的横向弹性助力件将产生弹性变形并储能，此时横向弹性助力件储存的能量将通过该装置带动人体脊柱向初始的竖直状态移动；同时，由于第一脊柱连接件两端与第二脊柱连接件连接的竖向弹性助力件在人体脊柱为初始的竖直状态时处于受力平衡状态，当人体的脊柱损伤或患病等原因偏离初始竖直状态时，第一脊柱连接件两端的竖向弹性助力件的受力平衡状态受到破坏，此时受力较大一侧的竖向弹性助力件将作用在该装置上使其向初始的竖直状态移动，直到两侧的竖向弹性助力件的受力恢复平衡状态，这样，通过横向弹性助力件和竖向弹性助力件的共同作用，起到了对人体脊柱进行支撑使其保持初始的竖直状态的效果，当人体的脊柱由于损伤或患病等原因无法自己保持竖直状态时，通过该穿戴该装置可以帮助这部分人群对脊柱进行支撑，协助进行脊柱的康复训练。本技术的有益效果在于：本方案的被动式仿生脊柱外骨骼装置不仅可以为脊柱受伤患病或脊柱承力较大的体力工作者提供助力，还能为脊柱受伤患病的人体提供脊柱的支撑，协助进行脊柱的康复训练，同时本方案与现有采用脊柱机构中使用传感器、控制器、驱动装置等多种电器设备的方式相比，本方案全部采用纯机械结构，没有使用电器设备，使得使用成本大大降低，同时由于不需要考虑多种电器设备的安装布置，使得整个结构也大大简化，因此本方案不仅结构较为简单同时成本也大大的降低。优选的，所述横向弹性助力件为双扭簧，所述连接架的下端设有上凹槽，所述上凹槽处设有横向贯穿所述连接架的上安装孔，所述第二脊柱连接件的下端设有与所述上凹槽尺寸相同的第二脊柱凹槽，所述第二脊柱凹槽处设有横向贯穿所述第二脊柱连接件的横向脊柱安装孔，所述第一脊柱连接件的上端设有第一脊柱凸起，所述第一脊柱凸起的两端凸出设有横向脊柱连接座，所述横向脊柱连接座上设有贯穿所述横向脊柱连接座的横向脊柱连接孔，所述第一脊柱凸起能够伸入对应位置的上凹槽和第二脊柱凹槽内，所述腰板的上端设有下凸起，所述下凸起的两端凸出设有下连接座，所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动式仿生脊柱外骨骼装置，包括竖向依次设置的肩部组件、脊柱组件和腰部组件，其特征在于，所述肩部组件包括竖向设置的连接架，所述腰部组件包括腰板，所述连接架的下端通过上横向连接件与所述脊柱组件的上端转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，所述腰板的上端通过下横向连接件与所述脊柱组件的下端转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，所述脊柱组件包括竖向设置的多个脊柱连接组，相邻两个所述脊柱连接组之间通过脊柱横向连接件转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，还包括初始状态为自由状态的横向弹性助力件，所述上横向连接件、所述下横向连接件和所述脊柱横向连接件上均活动套设有所述横向弹性助力件，套设在所述上横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在所述连接架上，套设在所述脊柱横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在对应的所述脊柱连接组上，套设在所述下横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在所述脊柱组件上，所述脊柱连接组包括第一脊柱连接件和位于所述第一脊柱连接件下方的第二脊柱连接件，所述第一脊柱连接件与所述第二脊柱连接件之间通过脊柱纵向连接件转动连接以适应人体脊柱的左右弯曲运动，所述第一脊柱连接件的两端和所述第二脊柱连接件对应的位置均设有竖向弹性助力件，所述第一脊柱连接件两端的所述竖向弹性助力件在初始状态处于受力平衡状态。/n...

【技术特征摘要】
1.一种被动式仿生脊柱外骨骼装置，包括竖向依次设置的肩部组件、脊柱组件和腰部组件，其特征在于，所述肩部组件包括竖向设置的连接架，所述腰部组件包括腰板，所述连接架的下端通过上横向连接件与所述脊柱组件的上端转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，所述腰板的上端通过下横向连接件与所述脊柱组件的下端转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，所述脊柱组件包括竖向设置的多个脊柱连接组，相邻两个所述脊柱连接组之间通过脊柱横向连接件转动连接以适应人体脊柱的前后弯曲运动，还包括初始状态为自由状态的横向弹性助力件，所述上横向连接件、所述下横向连接件和所述脊柱横向连接件上均活动套设有所述横向弹性助力件，套设在所述上横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在所述连接架上，套设在所述脊柱横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在对应的所述脊柱连接组上，套设在所述下横向连接件上的所述横向弹性助力件的另一端还固定连接在所述脊柱组件上，所述脊柱连接组包括第一脊柱连接件和位于所述第一脊柱连接件下方的第二脊柱连接件，所述第一脊柱连接件与所述第二脊柱连接件之间通过脊柱纵向连接件转动连接以适应人体脊柱的左右弯曲运动，所述第一脊柱连接件的两端和所述第二脊柱连接件对应的位置均设有竖向弹性助力件，所述第一脊柱连接件两端的所述竖向弹性助力件在初始状态处于受力平衡状态。


2.根据权利要求1所述的被动式仿生脊柱外骨骼装置，其特征在于，所述横向弹性助力件为双扭簧，所述连接架的下端设有上凹槽，所述上凹槽处设有横向贯穿所述连接架的上安装孔，所述第二脊柱连接件的下端设有与所述上凹槽尺寸相同的第二脊柱凹槽，所述第二脊柱凹槽处设有横向贯穿所述第二脊柱连接件的横向脊柱安装孔，所述第一脊柱连接件的上端设有第一脊柱凸起，所述第一脊柱凸起的两端凸出设有横向脊柱连接座，所述横向脊柱连接座上设有贯穿所述横向脊柱连接座的横向脊柱连接孔，所述第一脊柱凸起能够伸入对应位置的上凹槽和第二脊柱凹槽内，所述腰板的上端设有下凸起，所述下凸起的两端凸出设有下连接座，所述下连接座上设有横向贯穿所述下连接座的下连接孔，所述下凸起能够伸入到对应位置所述第二脊柱连接件的第二脊柱凹槽内，所述上横向连接件依次穿过所述上安装孔和对应位置的所述横向脊柱连接孔以实现所述连接架和对应位置所述第一脊柱连接件的转动连接，套设在所述上横向连接件上的所述双扭簧位于对应位置的两个所述横向脊柱连接座之间，所述脊柱横向连接件依次穿过对应位置的所述横向脊柱安装孔和所述横向脊柱连接孔以实现所述第一脊柱连接件和所述第二脊柱连接件的转动连接，套设在所述脊柱横向连接件上的所述双扭簧位于对应位置的两个所述横向脊柱连接座之间，所述下横向连接件依次穿过对应位置的所述横向脊柱安装孔和所述下连接孔以实现对应位置所述第二脊柱连接件和所述腰部的转动连接，套设在所述下横向连接件上的所述双扭簧位于两个下连接座之间。


3.根据权利要求2所述的被...

【专利技术属性】
技术研发人员：黎波，周杰，秦小东，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：新型
国别省市：重庆;50