[发明专利]一种被动式双框架仿生外骨骼背部装置

说明书

本发明提供了一种被动式双框架仿生外骨骼背部装置，属于可穿戴设备领域，包括第一、第二、第三、第四椎体、弹性橡胶连接件和可穿戴柔性织物，第一、第二、第三、第四椎体通过弹性橡胶连接件依次相连，可穿戴柔性织物分别与第一、第二、第三、第四椎体进行点形式的活动连接，第一、第二、第三、第四结构类似，均包括内框和外框，内框的两侧具有连接杆，连接杆的一端与外框框体滑动连接，外框的框体内具有弹簧。每一个椎体都具有极高的自由度，椎体之间可以相对运动，椎体中外框和内框也可以发生相对运动，具有很高的灵活性。每一椎体内框和可穿戴柔性织物的连接处采用了球铰的连接方式，可以适应人体的一些微小的动作，提升穿戴舒适性。

技术领域

本发明属于可穿戴设备技术领域，更具体地，涉及一种被动式双框架仿生外骨骼背部装置

背景技术

外骨骼是一种在节肢动物体表较为常见的外部结构，可以用于保护和支持内部结构，同时防止体内水分蒸发，并具有一定的自我修复能力。随着科技的进步和发展，外骨骼也逐步应用到人体上，在军事、医疗、服务领域发挥出重要影响。当今生活中，由于工作环境、身体年龄等诸多因素，脊柱损伤越发常见，各种各样的脊柱疾病困扰着人们的日常生活。如今，脊柱外骨骼作为一种可以有效地减少脊柱所受负荷的穿戴式设备，正逐渐受到人们的关注，进而被广泛的开发和使用。

公开号为CN 211073587 U的专利申请提出了一种被动式仿生脊柱外骨骼装置，利用双扭簧作为横向助力件，利用压簧作为纵向助力件，双扭簧和压簧交替使用来提供均匀助力。但是，其并未考虑人体扭转的可能性，其外骨骼不具有扭转自由度。同时，它也并未考虑人体在运动时骨骼长度会发生改变，该设计中各个椎体间均采用刚性连接，导致整个外骨骼长度不可变，限制了脊柱外骨骼在人体运动等工况下的使用范围。

公开号为CN 109318214 A的专利申请提出了一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置，每个椎体具有4个自由度，可以实现人体身高方向伸缩、人体前后方向的弯曲、人体左右方向的侧弯和水平面内的扭转，但是，该专利只有三个椎体与人体相连，其他的椎体由于自由度较高，易失稳。此外，以该专利发明为例，现有的脊柱外骨骼大多在人体肩部与腰部两点固定，人体所受负荷集中，会导致肩部和腰部受到较大的负担。

因此，需要开发一种新型的仿人体脊柱的外骨骼背部装置，要求其设计合理，使人体所受负荷相对均匀，并且能够灵活扭转和改变长度，以能适应于各种工况下使用。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种被动式双框架仿生外骨骼背部装置，旨在解决现有的仿人体脊柱的外骨骼背部装置或存在负荷分布不均匀、或无法灵活扭转、或无法改变长度、或无法适用多种工况的技术问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种被动式双框架仿生外骨骼背部装置，其包括第一椎体、第二椎体、第三椎体、第四椎体、弹性橡胶连接件和可穿戴柔性织物，其中，第一椎体、第二椎体、第三椎体、第四椎体通过弹性橡胶连接件依次相连形成一个整体，可穿戴柔性织物分别与第一椎体、第二椎体、第三椎体、第四椎体进行点形式的活动连接，第一椎体、第二椎体、第三椎体、第四椎体结构类似，均包括内框和外框，内框的两侧具有连接杆，连接杆的一端与外框框体滑动连接，外框的框体内具有弹簧，该弹簧用于给内框和外框的移动提供弹性变形。

所述第一椎体包括两个肩部弯曲板，两个肩部弯曲板与第一椎体的外框相连，第一椎体的外框主体设计有肩板固定件，并可以灵活调整长度，适应不同体型的用户。第一椎体包括有外框和内框，两个框体通过滑块和内框主体相连，形成第一椎体的单元主体，两段椎体之间使用弹性橡胶连接件进行连接，弹性橡胶连接件的两端分别固定在相邻的上下两段椎体的底部与顶部的固定杆上，并可用螺丝固紧。在受到外力弯矩的时候弹性橡胶连接件会发生形变并提供恢复力。通过弹性橡胶连接件可以将第一椎体、第二椎体、第三椎体、第四椎体连接为一个整体。