CN112033219B - 仿生柔性脊柱背负系统 - Google Patents

Abstract

本申请揭示了一种仿生柔性脊柱背负系统，包括弹力绳、两个线鞘以及椎体支架组，所述椎体支架组包括由上至下依次坐套连接的肩部椎体支架、第一组中段椎体支架、胸部椎体支架、第二组中段椎体支架和腰部连接支架，其中：所述椎体支架组的中心贯穿有所述弹力绳，以紧密连接所述椎体支架组中的各个椎体支架；所述椎体支架组的中心两侧分别贯穿有两个所述线鞘，以控制所述椎体支架组中各个椎体支架的旋转刚度。本申请通过设置弹力绳和两侧的线鞘，以将各个椎体支架连接，模仿了脊柱结构，增加背部、腰部转动自由度，保持运动灵活性的同时，将负重有效分散并传递髋部，降低肩部压力。

Description

仿生柔性脊柱背负系统

技术领域

本发明属于仿生防护技术领域，涉及一种仿生柔性脊柱背负系统。

背景技术

人体负重运动中，负重过重或负重时间过长易造成身体疲劳，严重时甚至会造成肌骨损伤，负重系统对于减轻背部肌肉压力、降低负重疲劳起到重要作用。

躯干是负重传递的核心部位，目前市场上提供了一类用于保护躯干的背负系统，这类背负系统多为一体式设计，具有较高的传力效率，可以起到压力分散作用，但是适体性差、运动灵活性不足，表现为：1)适体性差：与脊柱生理曲线贴合度不佳，局部压力过高；2)灵活性差：自由度远远不足，限制躯干屈伸、转体运动。

发明内容

为了解决相关技术因背负系统为一体式设计，导致适体性差、运动灵活性不足的问题，本申请提供了一种仿生柔性脊柱背负系统，技术方案如下：

所述仿生柔性脊柱背负系统包括弹力绳、两个线鞘以及椎体支架组，所述椎体支架组包括由上至下依次坐套连接的肩部椎体支架、第一组中段椎体支架、胸部椎体支架、第二组中段椎体支架和腰部连接支架，其中：所述椎体支架组的中心贯穿有所述弹力绳，以紧密连接所述椎体支架组中的各个椎体支架；所述椎体支架组的中心两侧分别贯穿有两个所述线鞘，以控制所述椎体支架组中各个椎体支架的旋转刚度。

可选的，所述肩部椎体支架为一个，所述肩部椎体支架的主体结构为椭圆形承载单元，所述肩部椎体支架的主体结构中形成有并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘；所述肩部椎体支架的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部伸出肩部承载翼，下部形成有椎形凹孔。

可选的，所述肩部椎体支架的扁平侧翼上形成有均匀分布的三角镂空孔；所述肩部椎体支架的肩部承载翼的中部为三角镂空孔，两端形成有肩带固定孔槽，以用于固定肩带。

可选的，所述第一组中段椎体支架和所述第二组中段椎体支架均包含若干个中段椎体支架；每个中段椎体支架的主体结构为椭圆形承载单元，所述中段椎体支架的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘；所述中段椎体支架的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部有锥形凸台，下部有锥形凹孔。

可选的，所述中段椎体支架的主体结构两侧的扁平侧翼上形成有均匀分布的三角形镂空孔。

可选的，所述胸部椎体支架为一个，所述胸部椎体支架的主体结构为椭圆形承载单元，所述胸部椎体支架的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘；所述胸部椎体支架的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部有锥形凸台，下部有锥形凹孔。

可选的，所述胸部椎体支架的扁平侧翼的中部为三角镂空孔，所述扁平侧翼的两端有胸带固定孔槽，以用于固定胸带。

可选的，所述腰部连接支架为一个，所述腰部连接支架的主体结构包括两个腰部固定柱和顶端锥形凸台，所述腰部连接支架的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘。

可选的，所述线鞘采用硬度材质。

可选的，所述椎体支架组中任两个相邻的椎体支架，上方的椎体支架下部的锥形凹孔坐套于下方的椎体支架上部的锥形凸台。

通过上述技术特征，本申请提供的技术方案至少可以实现如下有益效果：

通过设置弹力绳和两侧的线鞘，以将各个椎体支架连接，模仿了脊柱结构，增加背部、腰部转动自由度，保持运动灵活性的同时，将负重有效分散并传递髋部，降低肩部压力。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本发明。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的仿生柔性脊柱背负系统的结构示意图；

图2是本申请一个实施例中提供的仿生柔性脊柱背负系统的剖面示意图。

其中，附图标记如下：

1、肩部椎体支架；2、中段椎体支架；3、胸部椎体支架；4、腰部连接支架；5、弹力绳；6、线鞘；7、肩带固定孔槽；8、胸带固定孔槽；9、腰部固定柱。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本申请一个实施例中提供的仿生柔性脊柱背负系统的结构示意图，图2是本申请一个实施例中提供的仿生柔性脊柱背负系统的剖面示意图，结合图1和图2，本申请提供的仿生柔性脊柱背负系统可以包括弹力绳5、两个线鞘6以及椎体支架组。

椎体支架组可以包括由上至下依次坐套连接的肩部椎体支架1、第一组中段椎体支架、胸部椎体支架3、第二组中段椎体支架和腰部连接支架4。

椎体支架组的中心贯穿有弹力绳5，以紧密连接椎体支架组中的各个椎体支架。

椎体支架组的中心两侧分别贯穿有两个线鞘6，以控制椎体支架组中各个椎体支架的旋转刚度。为了保证线鞘6对各个椎体支架的旋转刚度的限制，本申请中的线鞘6采用硬度材质。

在一种可能的实现方式中，由于肩部对应的生理空间比较小，所以肩部椎体支架1的数量可以为一个。肩部椎体支架1的主体结构可以为椭圆形承载单元，肩部椎体支架1的主体结构中形成有并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿弹力绳5，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个线鞘6；肩部椎体支架1的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部伸出肩部承载翼，下部形成有椎形凹孔。

可选的，肩部椎体支架1的扁平侧翼上形成有均匀分布的三角镂空孔；肩部椎体支架1的肩部承载翼的中部为三角镂空孔，两端形成有肩带固定孔槽7，以用于固定肩带。这里的肩带固定孔槽7可以为矩形孔槽或者为其他形状的孔槽。

通常，肩部椎体支架1的两侧伸出扁平侧翼的延伸尺寸可以根据用户的肩宽设定，这样可以将肩带绑附于扁平侧翼上形成的肩带固定孔槽7中，以固定主背负系统。

在一种可能的实现方式中，第一组中段椎体支架和第二组中段椎体支架均可以包含若干个中段椎体支架2，比如第一组中段椎体支架和第二组中段椎体支架均可以包含两个中段椎体支架2，或者均可以包含三个中段椎体支架2。

在实际应用中，可以根据实际情况，将第一组中段椎体支架中包含的中段椎体支架2的数量和第二组中段椎体支架中包含的中段椎体支架2的数量设置为不同。比如，第一组中段椎体支架中包含的中段椎体支架2的数量为两个，第二组中段椎体支架中包含的中段椎体支架2的数量为三个；或者，第一组中段椎体支架中包含的中段椎体支架2的数量为三个，第二组中段椎体支架中包含的中段椎体支架2的数量为两个。

需要说明的是，上述第一组中段椎体支架和第二组中段椎体支架所包含的中段椎体支架2的数量举例仅是事宜，并没有穷举，在实际应用中，可以根据中段椎体支架2的大小，仿生柔性脊柱背负系统适应于人体的尺寸来设定。比如，提供给身高较高的大尺寸仿生柔性脊柱背负系统中的中段椎体支架2的数量较多，而提供给身高较高的小尺寸仿生柔性脊柱背负系统中的中段椎体支架2的数量较少。

类似的，每个中段椎体支架2的主体结构为椭圆形承载单元，中段椎体支架2的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿弹力绳5，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个线鞘6；中段椎体支架2的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部有锥形凸台，下部有锥形凹孔。

可选的，中段椎体支架2的主体结构两侧的扁平侧翼上形成有均匀分布的三角形镂空孔。

在一种可能的实现方式中，为了固定住椎体支架组的核心，胸部椎体支架3可以为一个。胸部椎体支架3的主体结构为椭圆形承载单元，胸部椎体支架3的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿弹力绳5，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个线鞘6；胸部椎体支架3的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部有锥形凸台，下部有锥形凹孔。

可选的，胸部椎体支架3的扁平侧翼的中部为三角镂空孔，扁平侧翼的两端有胸带固定孔槽8，以用于固定胸带。这里的胸带固定孔槽8可以为矩形孔槽或者为其他形状的孔槽。

在一种可能的实现方式中，腰部连接支架4可以为一个。

腰部连接支架4的主体结构可以包括两个腰部固定柱9和顶端锥形凸台，腰部连接支架4的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿弹力绳5，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个线鞘6。

在实际应用中，为了实现背负系统的佩戴固定，可以将腰部连接支架4的两个腰部固定柱9配合安装于用户腰带对应的安装对接部上。

椎体支架组中任两个相邻的椎体支架，上方的椎体支架下部的锥形凹孔坐套于下方的椎体支架上部的锥形凸台。也就是说，椎体支架之间通过锥形凹孔与锥形凸台互相坐套。

椎体支架间可绕中心轴旋转，亦可在一定角度范围内错动，当错动角度超过某一范围，结构自锁。预紧的弹性绳将椎体支架串联起来，弹性绳中预储存的弹力保持背负系统张紧。具有一定硬度的线鞘6起到控制椎体支架间旋转刚度、维持系统稳定性的作用。

当背负系统受向下集中力时，椎体支架压紧，压力通过椎体支架传递到背负系统下部。当系统受到弯曲荷载时，线鞘6分担部分弯矩，达到椎体支架自锁角度后，椎体支架间自锁，大部分载荷通过椎体向下传递。当系统受到扭转荷载时，椎体支架可绕中心轴旋转，最大可扭转角度由线鞘6限制。

综上所述，本申请提供的仿生柔性脊柱背负系统，通过设置弹力绳和两侧的线鞘，以将各个椎体支架连接，模仿了脊柱结构，增加背部、腰部转动自由度，保持运动灵活性的同时，将负重有效分散并传递髋部，降低肩部压力。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未发明的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (9)

1.一种仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述仿生柔性脊柱背负系统包括弹力绳、两个线鞘以及椎体支架组，所述椎体支架组包括由上至下依次坐套连接的肩部椎体支架、第一组中段椎体支架、胸部椎体支架、第二组中段椎体支架和腰部连接支架，其中：

所述椎体支架组的中心贯穿有所述弹力绳，以紧密连接所述椎体支架组中的各个椎体支架；

所述椎体支架组的中心两侧分别贯穿有两个所述线鞘，所述线鞘采用硬度材质，以控制所述椎体支架组中各个椎体支架的旋转刚度；其中，当背负系统受向下集中力时，椎体支架压紧，压力通过椎体支架传递到背负系统下部；当背负系统受到弯曲荷载时，线鞘分担部分弯矩，达到椎体支架自锁角度后，椎体支架间自锁，大部分载荷通过椎体向下传递。

2.根据权利要求1所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述肩部椎体支架为一个，所述肩部椎体支架的主体结构为椭圆形承载单元，所述肩部椎体支架的主体结构中形成有并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘；

所述肩部椎体支架的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部伸出肩部承载翼，下部形成有锥形凹孔。

3.根据权利要求2所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述肩部椎体支架的扁平侧翼上形成有均匀分布的三角镂空孔；

所述肩部椎体支架的肩部承载翼的中部为三角镂空孔，两端形成有肩带固定孔槽，以用于固定肩带。

4.根据权利要求1所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述第一组中段椎体支架和所述第二组中段椎体支架均包含若干个中段椎体支架；

每个中段椎体支架的主体结构为椭圆形承载单元，所述中段椎体支架的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘；

所述中段椎体支架的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部有锥形凸台，下部有锥形凹孔。

5.根据权利要求4所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述中段椎体支架的主体结构两侧的扁平侧翼上形成有均匀分布的三角形镂空孔。

6.根据权利要求1所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述胸部椎体支架为一个，所述胸部椎体支架的主体结构为椭圆形承载单元，所述胸部椎体支架的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘；

所述胸部椎体支架的主体结构的两侧伸出扁平侧翼，上部有锥形凸台，下部有锥形凹孔。

7.根据权利要求6所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述胸部椎体支架的扁平侧翼的中部为三角镂空孔，所述扁平侧翼的两端有胸带固定孔槽，以用于固定胸带。

8.根据权利要求1所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述腰部连接支架为一个，所述腰部连接支架的主体结构包括两个腰部固定柱和顶端锥形凸台，所述腰部连接支架的主体结构中形成并排的三个贯穿通孔，中间的贯穿通孔用于贯穿所述弹力绳，两侧的两个贯穿通孔分别用于贯穿两个所述线鞘。

9.根据权利要求1-8中任一所述的仿生柔性脊柱背负系统，其特征在于，所述椎体支架组中任两个相邻的椎体支架，上方的椎体支架下部的锥形凹孔坐套于下方的椎体支架上部的锥形凸台。

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