[发明专利]一种仿生外骨骼脊柱装置

说明书

本发明涉及仿生骨骼技术领域，公开了一种仿生外骨骼脊柱装置，包括：背部支撑结构、仿生脊柱和腰部支撑结构；仿生脊柱包括首尾相接的五段子柱，子柱为刚性材质、且每段子柱能够绕自身的旋转轴线相对于另一段子柱进行旋转，以令仿生脊柱整体能够模拟人体脊柱的弯曲和挺直动作，从而满足了弯腰搬运状态下人体各关节的活动需求；又由于每段子柱均为刚性材质，即使在仿生脊柱随人体脊柱曲线弯曲时，每段子柱也能够对使用者提供充足支撑力。

技术领域

本发明涉及仿生骨骼技术领域，特别涉及一种仿生外骨骼脊柱装置。

背景技术

外骨骼机器人在工业、医疗、康复、物流领域均被广泛的应用，作为外骨骼机器人的关键部件，外骨骼背部脊柱结构决定着外骨骼机器人的实用性与舒适性。

现有技术中的外骨骼机器人在进行弯腰搬运作业时，背部脊柱结构多采用刚性结构以保持足够的平衡，在直立状态时贴合人体脊柱曲线，但无法跟随人体脊柱运动发生向下转动的动作；背部脊柱结构若采用弹性或柔性复合材料，虽能保证背部脊柱结构能跟随贴合人体脊柱转动，但其强度与刚度无法为外骨骼装置提供充足的支撑力。

因此，如何设计一款能够对使用者有充足支撑力、且又能够随人体脊柱曲线弯曲和挺直的外骨骼脊柱装置，成为了本领域一个亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种仿生外骨骼脊柱装置，能够对使用者有充足支撑力、且又能够随人体脊柱曲线弯曲和挺直，在保障使用舒适性的前提下，还能够满足弯腰搬运状态下人体各关节的活动需求。

为了达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

一种仿生外骨骼脊柱装置，包括：背部支撑结构、仿生脊柱、以及腰部支撑结构；其中，仿生脊柱的两端分别与背部支撑机构和腰部支撑结构连接；背部支撑结构用于与使用者的背部相对固定，腰部支撑结构用于与使用者的腰部相对固定；仿生脊柱包括首尾相接的五段子柱，每段子柱均为刚性材质，且每段子柱均具有一个用于与使用者的脊柱贴合的贴合面；在任意相邻的两段子柱中：每段子柱能够绕自身的旋转轴线相对于另一段子柱进行旋转，以令仿生脊柱整体能够模拟人体脊柱的弯曲和挺直动作；每段子柱的旋转轴线与子柱的贴合面平行、且与子柱沿自身首端指向尾端的方向互相垂直。

本发明提供的这种仿生外骨骼脊柱装置，穿戴时，将背部支撑结构与使用者的背部相对固定，将腰部支撑结构与使用者的腰部相对固定，由于仿生脊柱的两端分别于背部支撑机构和腰部支撑结构连接，则可实现每段子柱的贴合面均与使用者的脊柱贴合，则穿戴完成。

由于在任意相邻的两段子柱中，每段子柱能够绕自身的旋转轴线相对于另一段子柱进行旋转，旋转轴线与子柱的贴合面平行、且与子柱沿自身首端指向尾端的方向互相垂直，说明任意相邻的两端子柱之间能够沿人体脊柱弯曲的方向旋转，从而能够很好地模拟人体脊柱的弯曲和挺直的动作。

这种仿生外骨骼脊柱装置，仿生脊柱能够随人体脊柱曲线弯曲和挺直，从而满足了弯腰搬运状态下人体各关节的活动需求；又由于每段子柱均为刚性材质，即使在仿生脊柱随人体脊柱曲线弯曲时，每段子柱也能够对使用者提供充足支撑力。

可选地，五段子柱包括：首部连接柱、尾部连接柱以及三个中部连接柱；首部连接柱的一端用于与背部支撑结构固定连接、另一端具有齿形连接件；中部连接柱的两端均具有齿形连接件；尾部连接柱的一端用于与腰部支撑结构固定连接、另一端具有齿形连接件；任意两个相邻子柱互相靠近的齿形连接件互相啮合，以实现两段子柱之间能够相对旋转。

可选地，每相邻的两段子柱之间均设有一个连接机构，以将两个相邻的子柱互相连接。