CN109966035A - 一种仿生柔性脊柱减荷防护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性脊柱减荷防护装置，包括柔性肩带连接带结构、柔性脊柱结构、减载弹簧组、减载弹簧胯部连接块柔性结构、柔性胯腿部松紧引导带结构、柔性腿部连接带结构、柔性胯部松紧连接带结构、腰部弹性松紧滑带引导结构以及纽扣结构。柔性脊柱减荷防护装置可以对人体的屈伸、侧弯、旋转等正常生理运动状态进行柔性减荷防护，防止脊柱屈伸、侧弯、旋转等生理状态过度造成肌肉与骨骼损伤。柔性脊柱安装分块刚性结构与柔性连接带结构形成刚柔耦合结构与腰部弹性松紧滑带引导结构通过纽扣结构连接用于加固柔性脊柱结构，使柔性脊柱结构的形状贴合人体脊柱的曲线，柔性脊柱结构的长度可以通过柔性脊柱安装分块刚性结构的数目进行调整。
Description
技术领域
本发明属于仿生技术领域，特别涉及一种应用于人体脊柱防护与保护的仿生柔性脊柱减荷防护装置。
背景技术
早在2000年我国就已跨入老年型人口国家的行列，截至2008年底，我国60岁及以上老年人口已达1.5989亿，占总人口的12％。而且老年人口以每年3.2％的速度增加，80岁以上的高龄老人则以每年5％的速度增长。对于老年人群，普遍存在退行性病变和骨质疏松现象，即使在老年人的正常生理运动模式下，也极易由于腰背肌肉无力使得脊柱椎骨运动范围和载荷过大而导致骨折，进而严重影响了此类人群的身心健康和生命质量。同时，对于癌转移脊柱患者，由于肿瘤侵袭造成脊柱椎骨生物力学结构损毁，同样在生理运动状态下时也会由于癌转移椎骨承受载荷过大而产生病理性骨折，进而造成患者顽固性颈、胸、腰部疼痛症状，生存期明显缩短，这对于癌症患者无异于更是“雪上加霜”。
调研发现，世界范围内，当前用于脊柱功能康复和辅助的装置多数还集中于颈、胸、腰部矫形器的开发，且几乎均为刚性结构，主要是在特定平面内对相应脊柱椎骨进行位置的固定而确保椎骨形状保持和运动功能康复。个别研究也曾尝试将原用于运动辅助助力的刚性外骨骼用于上述相应人群，但是由于结构整体刚性大而无法实现在生理运动状态下对柔性脊柱的载荷和运动进行有效调节。
综观上述目前脊柱减荷装置的研究现状，急需一种能够对正常生理运动模式下的人体脊柱载荷进行有效调控而使得脊柱椎骨免于过载损伤的柔性脊柱减荷防护装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决老年人群和癌转移脊柱患者在正常生理运动模式下由于脊柱过载而造成的椎骨损伤问题，而提供一种能克服上述缺点的可有效辅助调控人体正常生理运动下的脊柱载荷的仿生柔性脊柱减荷防护装置。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，包括第一柔性肩带连接带结构1、第二柔性肩带连接带结构3、柔性脊柱结构2、减荷弹簧组、减荷弹簧胯部连接块柔性结构6、第一柔性胯腿部松紧引导带结构10、第一柔性腿部连接带结构9、第二柔性腿部连接带结构8、第二柔性胯腿部松紧引导带结构7、柔性胯部松紧连接带结构11、腰部弹性松紧滑带引导结构14以及纽扣结构15；第一柔性肩带连接带结构1和第二柔性肩带连接带结构3分别连接在柔性脊柱结构2的顶部左右两端，第一柔性肩带连接带结构1和第二柔性肩带连接带结构3通过纽扣结构15固定至使用者肩部；减荷弹簧组连接在柔性脊柱结构2与减荷弹簧胯部连接块柔性结构6之间；腰部弹性松紧滑带引导结构14螺栓连接在柔性脊柱结构2中部，腰部弹性松紧滑带引导结构14通过接口环扣在使用者腰部；第一柔性胯腿部松紧引导带结构10及第二柔性胯腿部松紧引导带结构7的上端分别连接柔性胯部松紧连接带结构11左右两侧，第一柔性胯腿部松紧引导带结构10下端通过纽扣结构15连接第一柔性腿部连接带结构9，第二柔性胯腿部松紧引导带结构7下端通过纽扣结构15连接第二柔性腿部连接带结构8，第一柔性腿部连接带结构9及第二柔性腿部连接带结构8分别绑扣在使用者的两条腿上。
所述的一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，柔性脊柱结构2包括中间主柔性脊柱分体结构201、第一侧边副柔性脊柱分体结构202、第二侧边副柔性脊柱分体结构203、多节柔性脊柱安装分块刚性结构204及柔性连接带结构205；第一侧边副柔性脊柱分体结构202和第二侧边副柔性脊柱分体结构203分别通过纽扣结构15对称设置在中间主柔性脊柱分体结构201的左右两侧；所述减荷弹簧组包括第一减荷弹簧结构4、第二减荷弹簧结构5、第三减荷弹簧结构12及第四减荷弹簧结构13，第一减荷弹簧结构4的上端与第一侧边副柔性脊柱分体结构202的底部通过带环连接，第四减荷弹簧结构13的上端与第二侧边副柔性脊柱分体结构203的底部通过带环连接，第二减荷弹簧结构5及第三减荷弹簧结构12的上端分别与中间主柔性脊柱分体结构201的底部通过带环连接，第一减荷弹簧结构4、第二减荷弹簧结构5、第三减荷弹簧结构12及第四减荷弹簧结构13的下端分别与减荷弹簧胯部连接块柔性结构6的顶端通过带环连接。
所述的一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，各节柔性脊柱安装分块刚性结构204三个带孔依次由第一侧边副柔性脊柱分体结构202、中间主柔性脊柱分体结构201及第二侧边副柔性脊柱分体结构203柔性连接，各节柔性脊柱安装分块刚性结构204依次采用螺栓连接安装在柔性连接带结构205上。
所述的一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，第一柔性肩带连接带结构1、第二柔性肩带连接带结构3、第二柔性胯腿部松紧引导带结构7、第二柔性腿部连接带结构8、第一柔性腿部连接带结构9、第一柔性胯腿部松紧引导带结构10、柔性胯部松紧连接带结构11和柔性脊柱的柔性连接带结构205均采用松紧带弹性材料。
本发明的仿生原理为：本发明是根据脊柱骨骼肌肉系统的结构与功能特征得到启发而提出人体脊柱包含硬质椎骨单元、柔性韧带和柔性肌肉等组织。其中硬质椎骨间通过韧带进行连接形成关节和整体柔性脊柱结构，在肌肉的收缩作用下，柔性脊柱结构可以产生屈、伸、侧弯、旋转等正常生理载荷运动。柔性韧带组织约束并保证了椎骨关节和整体柔性脊柱的结构稳定性，而肌肉则通过调控肌肉力调节运动状态下的椎骨受力状态和模式，进而综合保证了柔性脊柱的运动稳定性和椎骨安全性。
本发明的有益效果：
(1)柔性脊柱安装分块刚性结构与柔性连接带结构形成刚柔耦合结构与腰部弹性松紧滑带引导结构通过纽扣结构连接用于加固柔性脊柱结构，使柔性脊柱结构的形状贴合人体脊柱的曲线，而且柔性脊柱结构的长度可以通过柔性脊柱安装分块刚性结构的数目进行调整，便于不同体型使用者使用，同时也有益于提高穿戴该柔性脊柱减荷防护装置时的舒适性。
(2)柔性脊柱减荷防护装置可以对人体脊柱的常规正常生理运动状态(屈、伸、侧弯和旋转)进行有效减荷防护。其中中间主柔性脊柱分体结构沿着人体脊柱的曲线在人体做前屈后伸的运动状态时防止脊柱前倾后伸左倾右倾过度造成肌肉与骨骼损伤，第一侧边副柔性脊柱分体结构和第二侧边副柔性脊柱分体结构分别布置在中间主柔性脊柱分体结构的两侧，在人体做左倾右倾的运动状态时防止脊柱前倾后伸左倾右倾过度造成肌肉与骨骼损伤，当人体做旋转的运动状态时，第一侧边副柔性脊柱分体结构、第二侧边副柔性脊柱分体结构和中间主柔性脊柱分体结构同时起柔性减荷防护作用，给使用者提供更多的安全保障。
附图说明
图1为本发明实施例的立体示意图。
图2为本发明实施例的主视图。
图3为本发明实施例的后视图。
图4为本发明实施例的柔性脊柱安装分块刚性结构的零件图。
其中：1—第一柔性肩带连接带结构；2—柔性脊柱结构；3—第二柔性肩带连接带结构；4—第一减荷弹簧结构；5—第二减荷弹簧结构；6—减荷弹簧胯部连接块柔性结构；7—第二柔性胯腿部松紧引导带结构；8—第二柔性腿部连接带结构；9—第一柔性腿部连接带结构；10—第一柔性胯腿部松紧引导带结构；11—柔性胯部松紧连接带结构；12—第三减荷弹簧结构；13—第四减荷弹簧结构；14—腰部弹性松紧滑带引导结构；15—纽扣结构；201—中间主柔性脊柱分体结构；202—第一侧边副柔性脊柱分体结构；203—第二侧边副柔性脊柱分体结构；204—柔性脊柱安装分块刚性结构；205—柔性连接带结构。
具体实施方式
以下结合附图详细介绍本发明的技术方案：
参阅图1、图2、图3和图4所示，一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，包括第一柔性肩带连接带结构1、第二柔性肩带连接带结构3、柔性脊柱结构2、第一减荷弹簧结构4、第二减荷弹簧结构5、第三减荷弹簧结构12、第四减荷弹簧结构13、减荷弹簧胯部连接块柔性结构6、第一柔性胯腿部松紧引导带结构10、第一柔性腿部连接带结构9、第二柔性腿部连接带结构8、第二柔性胯腿部松紧引导带结构7、柔性胯部松紧连接带结构11、腰部弹性松紧滑带引导结构14以及纽扣结构15。第一柔性肩带连接带结构1和第二柔性肩带连接带结构3分别连接在柔性脊柱结构2的顶部左右两端，第一柔性肩带连接带结构1和第二柔性肩带连接带结构3通过纽扣结构15将脊柱减荷防护装置的上部固定至人体(使用者)肩部，第一柔性肩带连接带结构1和第二柔性肩带连接带结构3的长短可以通过纽扣结构15进行调整。
柔性脊柱结构2由中间主柔性脊柱分体结构201、第一侧边副柔性脊柱分体结构202、第二侧边副柔性脊柱分体结构203、多节柔性脊柱安装分块刚性结构204及柔性脊柱的柔性连接带结构205构成。第一侧边副柔性脊柱分体结构202和第二侧边副柔性脊柱分体结构203通过纽扣结构15对称布置在中间主柔性脊柱分体结构201的两侧。第一减荷弹簧结构4、第二减荷弹簧结构5、第三减荷弹簧结构12和第四减荷弹簧结构13布置在柔性脊柱结构2的底端与柔性胯部松紧连接带结构11之间。其中，第一减荷弹簧结构4的上端与柔性脊柱结构2的第一侧边副柔性脊柱分体结构202的底部通过柔性脊柱分体结构的带环连接，第四减荷弹簧结构13的上端与柔性脊柱结构2的第二侧边副柔性脊柱分体结构203的底部通过柔性脊柱分体结构的带环连接，第二减荷弹簧结构5及第三减荷弹簧结构12的上端均与中间主柔性脊柱分体结构201的底部通过柔性脊柱分体结构的带环连接；第一减荷弹簧结构4、第二减荷弹簧结构5、第三减荷弹簧结构12及第四减荷弹簧结构13的下端分别与减荷弹簧胯部连接块柔性结构6的顶端通过带环连接。减荷弹簧胯部连接块柔性结构6通过螺栓连接固定在柔性胯部松紧连接带结构11上，减荷弹簧胯部连接块柔性结构6通过第一减荷弹簧结构4、第二减荷弹簧结构5、第三减荷弹簧结构12和第四减荷弹簧结构13连接中间主柔性脊柱分体结构201、第一侧边副柔性脊柱分体结构202和第二侧边副柔性脊柱分体结构203的带环底端。各节柔性脊柱安装分块刚性结构204依次通过螺栓与对应的柔性连接带结构205的通孔连接，柔性脊柱安装分块刚性结构204上设有通孔，第一侧边副柔性脊柱分体结构202、中间主柔性脊柱分体结构201及第二侧边副柔性脊柱分体结构203均是柔性松紧带结构，并且依次穿过各节柔性脊柱安装分块刚性结构204的通孔左中右三端分别连接在柔性脊柱结构2顶部和减荷弹簧结构之间。柔性脊柱结构2的长度可以通过柔性脊柱安装分块刚性结构204的数目进行调整。腰部弹性松紧滑带引导结构14通过螺栓连接安装在柔性脊柱的柔性连接带结构205上，腰部弹性松紧滑带引导结构14可以改变柔性脊柱减荷防护装置在柔性脊柱结构2上力的传递方向，同时腰部弹性松紧滑带引导结构14通过腰部弹性松紧滑带引导结构接口进行接合，固定在人体腰部。第一柔性胯腿部松紧引导带结构10和第二柔性胯腿部松紧引导带结构7的上端通过柔性脊柱分体结构的带环连接柔性胯部松紧连接带结构11，第一柔性胯腿部松紧引导带结构10和第二柔性胯腿部松紧引导带结构7的下端分别通过纽扣结构15连接第一柔性腿部连接带结构9和第二柔性腿部连接带结构8，而第一柔性腿部连接带结构9和第二柔性腿部连接带结构8分别通过纽扣结构15安装在使用者的两条腿上通过柔性腿部连接带结构接口进行接合。
第一柔性肩带连接带结构1、第二柔性肩带连接带结构3、第二柔性胯腿部松紧引导带结构7、第二柔性腿部连接带结构8、第一柔性腿部连接带结构9、第一柔性胯腿部松紧引导带结构10、柔性胯部松紧连接带结构11和柔性脊柱的柔性连接带结构205均采用松紧带弹性材料。
本发明的工作原理和过程为：
本发明是根据脊柱骨骼肌肉系统的结构与功能特征得到启发而提出人体脊柱包含硬质椎骨单元、柔性韧带和柔性肌肉等组织。其中硬质椎骨间通过韧带进行连接形成关节和整体柔性脊柱结构，在肌肉的收缩作用下，柔性脊柱结构可以产生屈、伸、侧弯、旋转等正常生理载荷运动。柔性韧带组织约束并保证了椎骨关节和整体柔性脊柱的结构稳定性，而肌肉则通过调控肌肉力调节运动状态下的椎骨受力状态和模式，进而综合保证了柔性脊柱的运动稳定性和椎骨安全性。
基于人体脊柱硬质椎骨单元，柔性韧带和肌肉连接的柔性结构和功能特征，本发明将柔性脊柱减荷防护装置设计为包括第一柔性肩带连接带结构、第二柔性肩带连接带结构、柔性脊柱结构、第一减荷弹簧结构、第二减荷弹簧结构、第三减荷弹簧结构、第四减荷弹簧结构、减荷弹簧胯部连接块柔性结构、第一柔性胯腿部松紧引导带结构、第一柔性腿部连接带结构、第二柔性腿部连接带结构、第二柔性胯腿部松紧引导带结构、柔性胯部松紧连接带结构、腰部弹性松紧滑带引导结构以及纽扣结构。第一柔性肩带连接带结构和第二柔性肩带连接带结构通过纽扣结构连接脊柱减荷防护装置的上部于人体肩部，第一柔性肩带连接带结构和第二柔性肩带连接带结构使用弹性材料，第一柔性肩带连接带结构和第二柔性肩带连接带结构的大小可以通过纽扣结构进行调整，这样使用者在肩部穿戴柔性脊柱减荷防护装置的时候更加方便。中间主柔性脊柱分体结构、第一侧边副柔性脊柱分体结构、第二侧边副柔性脊柱分体结构、柔性脊柱安装分块刚性结构和柔性脊柱的柔性连接带结构构成柔性脊柱结构，第一侧边副柔性脊柱分体结构和第二侧边副柔性脊柱分体结构通过纽扣结构分别布置在中间主柔性脊柱分体结构的两侧，以实现人体做屈、伸、侧弯、旋转动作时的减荷目的，给使用者提供更多的安全保障。第一减荷弹簧结构、第二减荷弹簧结构、第三减荷弹簧结构和第四减荷弹簧结构布置在柔性脊柱的底端与柔性胯部松紧连接带结构之间。其中第一减荷弹簧结构的上端与柔性脊柱的第一侧边副柔性脊柱分体结构的底部通过柔性脊柱分体结构的带环连接，第四减荷弹簧结构的上端与柔性脊柱的第二侧边副柔性脊柱分体结构的底部通过柔性脊柱分体结构的带环连接，第二减荷弹簧结构和第三减荷弹簧结构与减荷弹簧胯部连接块柔性结构的底端通过柔性脊柱分体结构的带环连接。减荷弹簧胯部连接块柔性结构通过螺栓连接固定在柔性胯部松紧连接带结构上，减荷弹簧胯部连接块柔性结构通过第一减荷弹簧结构、第二减荷弹簧结构、第三减荷弹簧结构和第四减荷弹簧结构连接中间主柔性脊柱分体结构、第一侧边副柔性脊柱分体结构和第二侧边副柔性脊柱分体结构的带环底端，柔性脊柱结构的长度可以通过柔性脊柱安装分块刚性结构的数目进行调整，以便使用者在穿戴柔性脊柱减荷防护装置的时候更加舒适。腰部弹性松紧滑带引导结构通过螺栓连接安装在柔性脊柱的柔性连接带结构上，腰部弹性松紧滑带引导结构可以改变柔性脊柱减荷防护装置在柔性脊柱结构上力的传递方向，同时腰部弹性松紧滑带引导结构通过腰部弹性松紧滑带接口进行接合。第一柔性胯腿部松紧引导带结构和第二柔性胯腿部松紧引导带结构的上端通过柔性脊柱分体结构的带环连接柔性胯部松紧连接带结构，第一柔性胯腿部松紧引导带结构和第二柔性胯腿部松紧引导带结构的下端分别通过纽扣结构连接第一柔性腿部连接带结构和第二柔性腿部连接带结构，而第一柔性腿部连接带结构和第二柔性腿部连接带结构分别通过纽扣结构安装在使用者的两条腿上通过柔性腿部连接带结构接口进行接合。
Claims (4)
1.一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，其特征在于，包括第一柔性肩带连接带结构(1)、第二柔性肩带连接带结构(3)、柔性脊柱结构(2)、减荷弹簧组、减荷弹簧胯部连接块柔性结构(6)、第一柔性胯腿部松紧引导带结构(10)、第一柔性腿部连接带结构(9)、第二柔性腿部连接带结构(8)、第二柔性胯腿部松紧引导带结构(7)、柔性胯部松紧连接带结构(11)、腰部弹性松紧滑带引导结构(14)以及纽扣结构(15)；第一柔性肩带连接带结构(1)和第二柔性肩带连接带结构(3)分别连接在柔性脊柱结构(2)的顶部左右两端，第一柔性肩带连接带结构(1)和第二柔性肩带连接带结构(3)通过纽扣结构(15)固定至使用者肩部；减荷弹簧组连接在柔性脊柱结构(2)与减荷弹簧胯部连接块柔性结构(6)之间；腰部弹性松紧滑带引导结构(14)螺栓连接在柔性脊柱结构(2)中部，腰部弹性松紧滑带引导结构(14)通过接口环扣在使用者腰部；第一柔性胯腿部松紧引导带结构(10)及第二柔性胯腿部松紧引导带结构(7)的上端分别连接柔性胯部松紧连接带结构(11)左右两侧，第一柔性胯腿部松紧引导带结构(10)下端通过纽扣结构(15)连接第一柔性腿部连接带结构(9)，第二柔性胯腿部松紧引导带结构(7)下端通过纽扣结构(15)连接第二柔性腿部连接带结构(8)，第一柔性腿部连接带结构(9)及第二柔性腿部连接带结构(8)分别绑扣在使用者的两条腿上。
2.如权利要求1所述的一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，其特征在于，所述柔性脊柱结构(2)包括中间主柔性脊柱分体结构(201)、第一侧边副柔性脊柱分体结构(202)、第二侧边副柔性脊柱分体结构(203)、多节柔性脊柱安装分块刚性结构(204)及柔性连接带结构(205)；第一侧边副柔性脊柱分体结构(202)和第二侧边副柔性脊柱分体结构(203)分别通过纽扣结构(15)对称设置在中间主柔性脊柱分体结构(201)的左右两侧；所述减荷弹簧组包括第一减荷弹簧结构(4)、第二减荷弹簧结构(5)、第三减荷弹簧结构(12)及第四减荷弹簧结构(13)，第一减荷弹簧结构(4)的上端与第一侧边副柔性脊柱分体结构(202)的底部通过带环连接，第四减荷弹簧结构(13)的上端与第二侧边副柔性脊柱分体结构(203)的底部通过带环连接，第二减荷弹簧结构(5)及第三减荷弹簧结构(12)的上端分别与中间主柔性脊柱分体结构(201)的底部通过带环连接，第一减荷弹簧结构(4)、第二减荷弹簧结构(5)、第三减荷弹簧结构(12)及第四减荷弹簧结构(13)的下端分别与减荷弹簧胯部连接块柔性结构(6)的顶端通过带环连接。
3.如权利要求2所述的一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，其特征在于，所述多节柔性脊柱安装分块刚性结构(204)依次通过螺栓与对应的柔性连接带结构(205)的通孔连接；柔性脊柱安装分块刚性结构(204)上设有通孔，第一侧边副柔性脊柱分体结构(202)、中间主柔性脊柱分体结构(201)及第二侧边副柔性脊柱分体结构(203)依次穿过各节柔性脊柱安装分块刚性结构(204)的通孔左中右三端后分别连接在柔性脊柱结构(2)顶部和减荷弹簧结构之间。
4.如权利要求1所述的一种仿生柔性脊柱减荷防护装置，其特征在于，所述第一柔性肩带连接带结构(1)、第二柔性肩带连接带结构(3)、第二柔性胯腿部松紧引导带结构(7)、第二柔性腿部连接带结构(8)、第一柔性腿部连接带结构(9)、第一柔性胯腿部松紧引导带结构(10)、柔性胯部松紧连接带结构(11)和柔性脊柱的柔性连接带结构(205)均采用松紧带弹性材料。
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