CN211073587U - 一种被动式仿生脊柱外骨骼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型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。

Description

一种被动式仿生脊柱外骨骼装置

技术领域

本实用新型涉及可穿戴设备技术领域，具体涉及一种被动式仿生脊柱外骨骼装置。

背景技术

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的发明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。

实用新型内容

针对现有技术存在的上述不足，本实用新型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，本实用新型采用如下技术方案：

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。

本实用新型的工作原理是：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。

本实用新型的有益效果在于：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。

这样，利用双扭簧来做为横向弹性助力件使用，同时第一脊柱连接件通过第一脊柱凸起与连接架上的上凹槽进行配合定位，并通过依次穿过上安装孔和横向脊柱连接孔的上横向连接件进行转动连接，第一脊柱连接件还通过第一脊柱凸起与第二脊柱连接件上的第二脊柱凹槽进行定位配合，并依次通过穿过横向脊柱安装孔和横向脊柱连接孔实现第一脊柱连接件和第二脊柱连接件的转动连接，第二脊柱连接件还通过第二脊柱凹槽与腰板上的下凸起进行定位配合，并依次通过穿过横向脊柱安装孔和下连接孔的下横向连接件进行转动连接，由此就实现了连接架、脊柱组件以及腰板之间的转动连接，以使其更好的与人体脊柱的前后弯曲运动相适应。

优选的，所述第一脊柱连接件的下端设有第一脊柱凹槽，所述第一脊柱凹槽内竖向设有两个弹性安装座，所述弹性安装座上开设有弹性安装孔，所述第一脊柱凹槽内还纵向设有两个纵向安装座，所述纵向安装座上开设有贯穿所述纵向安装座的纵向安装孔，所述第二脊柱连接件的上端设有第二脊柱凸起，所述第二脊柱凸起能够伸入到所述第一脊柱凹槽内，所述第二脊柱凸起上与所述弹性安装孔对应的位置设有弹性连接孔，所述竖向弹性助力件的两端分别连接在所述弹性连接孔和所述弹性安装孔内；所述第二脊柱凸起上还凸出设有能够伸入到两个所述纵向安装座之间的纵向连接座，所述纵向连接座上与所述纵向安装孔对应的位置设有贯穿所述纵向连接座的纵向连接孔，所述脊柱纵向连接件依次穿过所述纵向安装孔和所述纵向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。

这样，同一组的脊柱连接组中的第一脊柱连接件和第二脊柱连接件通过第二脊柱凸起和第一脊柱凹槽之间实现配合定位，并通过依次穿过纵向安装孔和纵向连接孔的脊柱纵向连接件进行转动连接，同时利用弹性连接孔和弹性安装孔对竖向弹性助力件进行连接，由此实现了同组脊柱连接组中的第一脊柱连接件和第二脊柱连接件之间的转动连接及竖向弹性助力件的安装，以使其更好的与人体脊柱的左右弯曲运动相适应。

优选的，所述竖向弹性助力件为压簧，所述压簧的两端分别固定连接在所述弹性安装孔和所述弹性连接孔内。

这样，将压簧作为竖向弹性助力件，当人体脊柱向左弯曲时，第一脊柱连接件左端的压簧被压缩产生变形蓄能，当人体脊柱向右复位时，第一脊柱连接件左端的压簧释放能量为脊柱的复位提供助力，同时当脊柱受伤患病的人体脊柱产生向左的弯曲时，第一脊柱连接件左端的压簧将产生作用力使得人体脊柱向右复位，从而实现为人体脊柱提供支撑和康复训练的目的；当人体脊柱向右弯曲时的原理同上。

优选的，所述竖向弹性助力件为磁力弹簧，所述弹性安装孔和所述弹性连接孔内分别设有一个所述磁力弹簧，位于所述第一脊柱连接件同一端的所述弹性安装孔和所述弹性连接孔内的所述磁力弹簧对应端磁极相同。

这样，将磁力弹簧作为竖向弹性助力件，当人体脊柱向左弯曲时，第一脊柱连接件左端的两个磁力弹簧相互靠近，由于同一端的两个磁力弹簧的磁极相同，相互靠近会使得两者之间产生相互排斥的力，当人体脊柱向右复位时，该相互排斥的力将为脊柱的复位提供助力，同时当脊柱受伤患病的人体脊柱产生向左的弯曲时，第一脊柱连接件左端的两个磁力弹簧靠近并产生相互排斥的力，该作用力使得人体脊柱向右复位，从而实现为人体脊柱提供支撑和康复训练的目的；当人体脊柱向右弯曲时的原理同上。

优选的，伸入到所述上凹槽的所述第一脊柱凸起的下端凸出于所述连接架的下端，所述第一脊柱凸起下端凸出于所述连接架下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，伸入到所述第二脊柱凹槽中的所述第一脊柱凸起的下端凸出于所述第二脊柱连接件的下端，所述第一脊柱凸起凸出于所述第二脊柱连接件下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，所述下凸起的下端凸出于对应位置所述第二脊柱连接件的下端，所述下凸起下端凸出于所述第二脊柱连接件下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，所述第二脊柱凸起的下端凸出于对应位置所述第一脊柱连接件的下端，所述第二脊柱凸起下端凸出于对应位置所述第一脊柱连接件下端的距离与人体脊柱左右弯曲的极限位置相适应。

这样，利用第一脊柱凸起凸出于连接架下端的距离、第一脊柱凸起凸出于第二脊柱连接件下端的距离以及下凸起凸出于第二脊柱连接件下端的距离来共同适应人体脊柱前后弯曲的极限位置，当人体脊柱弯曲到该极限位置时，连接架的下端将与第一脊柱连接件的上端相抵，第二脊柱连接件的下端与第一脊柱连接件的上端相抵，第二脊柱连接件的下端与腰板的上端相抵，由此使得人体脊柱不能继续前后弯曲，实现了对人体脊柱前后弯曲位置的限定；同理，利用第二脊柱凸起的下端凸出于第一脊柱连接件下端的距离来适应人体脊柱左右弯曲的极限位置，当人体脊柱弯曲到该位置时，第一脊柱连接件的下端与第二连接件的上端相抵，由此使得人体脊柱不能继续左右弯曲，实现了对人体脊柱左右弯曲位置的限定；综上，通过对人体脊柱前后弯曲和左右弯曲极限位置的限定，避免了人体脊柱弯曲过度对脊柱造成的损伤。

优选的，所述第二脊柱凹槽和所述上凹槽内均设有定位凹槽，所述双扭簧的中部凸起处伸入到所述定位凹槽内。

这样，通过定位凹槽对双扭簧的中部凸起进行限位，由此实现了对双扭簧的限位作用。

优选的，所述连接架的横向两侧分别转动连接有肩部连接板，所述肩部连接板上开设有肩带安装孔，所述肩带安装孔处套设有肩带，所述肩带用于与人体肩部相连接。

这样，利用连接架两侧肩部连接板上的肩带与人体的肩部进行连接，由此实现将该装置穿戴在人体肩部的目的，与腰部组件一起将该装置穿戴在人体上肢。

优选的，所述腰板的横向两端分别转动连接有腰部绑缚件，所述腰部绑缚件包括多个转动连接的腰部绑缚块，所述腰部绑缚件远离与所述腰板相连接的一端设有腰带。

这样，将腰部绑缚件设计为多个转动连接的腰部绑缚块，当不同人体穿戴该装置时，利用腰部绑缚块之间的相对转动来更好的与不同人体的腰部形状相适应，同时利用两侧腰部绑缚件上的腰带将腰部组件整体与人体的腰部进行连接。

附图说明

图1为本实用新型具体实施方式中实施例一的正视图；

图2为本实用新型具体实施方式中实施例一的立体结构示意图；

图3为本实用新型具体实施方式中实施例一种连接架和脊柱组件的部分爆炸图；

图4为本实用新型具体实施方式中实施例一的第一脊柱连接件的结构示意图；

图5为本实用新型具体实施方式中实施例一的第二脊柱连接件的结构示意图；

图6为本实用新型具体实施方式中实施例一的人体脊柱向前弯曲时的正视图；

图7为本实用新型具体实施方式中实施例一的人体脊柱向前弯曲时的右视图；

图8为本实用新型具体实施方式中实施例一的人体脊柱向后弯曲时的正视图；

图9为本实用新型具体实施方式中实施例一的人体脊柱向后弯曲时的右视图；

图10为本实用新型具体实施方式中实施例一的人体脊柱向左弯曲时的正视图；

图11为本实用新型具体实施方式中实施例一的人体脊柱向右弯曲时的正视图；

图12为本实用新型具体实施方式中实施例二的正视图。

附图标记说明：连接架1、第一脊柱连接件2、第一脊柱凸起21、横向脊柱连接座22、纵向安装孔23、纵向安装座24、弹性安装座25、第二脊柱连接件3、第二脊柱凸起31、纵向连接座32、第二脊柱凹槽33、横向脊柱安装孔34、定位凹槽35、腰板4、压簧5、肩部连接板6、肩带安装孔7、腰部绑缚件8、脊柱横向连接件9、磁力弹簧10、脊柱纵向连接件11、上凹槽12、双扭簧13、下横向连接件14。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

实施例一：

如附图1到附图5所示，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，肩部组件包括竖向设置的连接架1，腰部组件包括腰板4，连接架1的下端通过上横向连接件与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，腰板4的上端通过下横向连接件14与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，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9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，上横向连接件、下横向连接件14和脊柱横向连接件9上均活动套设有横向弹性助力件，套设在上横向连接件上的横向弹性助力件的另一端还固定连接在连接架1上，套设在脊柱横向连接件9上的横向弹性助力件的另一端还固定连接在对应的脊柱连接组上，套设在下横向连接件14上的横向弹性助力件的另一端还固定连接在脊柱组件上，脊柱连接组包括第一脊柱连接件2和位于第一脊柱连接件2下方的第二脊柱连接件3，第一脊柱连接件2与第二脊柱连接件3之间通过脊柱纵向连接件11转动连接以适应人体脊柱的左右弯曲运动，第一脊柱连接件2的两端和第二脊柱连接件3对应的位置均设有竖向弹性助力件，第一脊柱连接件2两端的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。

本实用新型的工作原理是：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1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4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9和下横向连接件14上的横向弹性助力件分别在连接架1、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2和第二脊柱连接件3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2两端和第二脊柱连接件3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2两端与第二脊柱连接件3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2两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。

本实用新型的有益效果在于：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。

在本实施例中，横向弹性助力件为双扭簧13，连接架1的下端设有上凹槽12，上凹槽12处设有横向贯穿连接架1的上安装孔，第二脊柱连接件3的下端设有与上凹槽12尺寸相同的第二脊柱凹槽33，第二脊柱凹槽33处设有横向贯穿第二脊柱连接件3的横向脊柱安装孔34，第一脊柱连接件2的上端设有第一脊柱凸起21，第一脊柱凸起21的两端凸出设有横向脊柱连接座22，横向脊柱连接座22上设有贯穿横向脊柱连接座22的横向脊柱连接孔，第一脊柱凸起21能够伸入对应位置的上凹槽12和第二脊柱凹槽33内，腰板4的上端设有下凸起，下凸起的两端凸出设有下连接座，下连接座上设有横向贯穿下连接座的下连接孔，下凸起能够伸入到对应位置第二脊柱连接件3的第二脊柱凹槽33内，上横向连接件依次穿过上安装孔和对应位置的横向脊柱连接孔以实现连接架1和对应位置第一脊柱连接件2的转动连接，套设在上横向连接件上的双扭簧13位于对应位置的两个横向脊柱连接座22之间，脊柱横向连接件9依次穿过对应位置的横向脊柱安装孔34和横向脊柱连接孔以实现第一脊柱连接件2和第二脊柱连接件3的转动连接，套设在脊柱横向连接件9上的双扭簧13位于对应位置的两个横向脊柱连接座22之间，下横向连接件14依次穿过对应位置的横向脊柱安装孔34和下连接孔以实现对应位置第二脊柱连接件3和腰部的转动连接，套设在下横向连接件14上的双扭簧13位于两个下连接座之间。

这样，利用双扭簧13来做为横向弹性助力件使用，同时第一脊柱连接件2通过第一脊柱凸起21与连接架1上的上凹槽12进行配合定位，并通过依次穿过上安装孔和横向脊柱连接孔的上横向连接件进行转动连接，第一脊柱连接件2还通过第一脊柱凸起21与第二脊柱连接件3上的第二脊柱凹槽33进行定位配合，并依次通过穿过横向脊柱安装孔34和横向脊柱连接孔实现第一脊柱连接件2和第二脊柱连接件3的转动连接，第二脊柱连接件3还通过第二脊柱凹槽33与腰板4上的下凸起进行定位配合，并依次通过穿过横向脊柱安装孔34和下连接孔的下横向连接件14进行转动连接，由此就实现了连接架1、脊柱组件以及腰板4之间的转动连接，以使其更好的与人体脊柱的前后弯曲运动相适应。

在本实施例中，第一脊柱连接件2的下端设有第一脊柱凹槽，第一脊柱凹槽内竖向设有两个弹性安装座25，弹性安装座25上开设有弹性安装孔，第一脊柱凹槽内还纵向设有两个纵向安装座24，纵向安装座24上开设有贯穿纵向安装座24的纵向安装孔23，第二脊柱连接件3的上端设有第二脊柱凸起31，第二脊柱凸起31能够伸入到第一脊柱凹槽内，第二脊柱凸起31上与弹性安装孔对应的位置设有弹性连接孔，竖向弹性助力件的两端分别连接在弹性连接孔和弹性安装孔内；第二脊柱凸起31上还凸出设有能够伸入到两个纵向安装座24之间的纵向连接座32，纵向连接座32上与纵向安装孔23对应的位置设有贯穿纵向连接座32的纵向连接孔，脊柱纵向连接件11依次穿过纵向安装孔23和纵向连接孔以实现第一脊柱连接件2和第二脊柱连接件3的转动连接。

这样，同一组的脊柱连接组中的第一脊柱连接件2和第二脊柱连接件3通过第二脊柱凸起31和第一脊柱凹槽之间实现配合定位，并通过依次穿过纵向安装孔23和纵向连接孔的脊柱纵向连接件11进行转动连接，同时利用弹性连接孔和弹性安装孔对竖向弹性助力件进行连接，由此实现了同组脊柱连接组中的第一脊柱连接件2和第二脊柱连接件3之间的转动连接及竖向弹性助力件的安装，以使其更好的与人体脊柱的左右弯曲运动相适应。

在本实施例中，竖向弹性助力件为压簧5，压簧5的两端分别固定连接在弹性安装孔和弹性连接孔内。

这样，将压簧5作为竖向弹性助力件，当人体脊柱向左弯曲时，第一脊柱连接件2左端的压簧5被压缩产生变形蓄能，当人体脊柱向右复位时，第一脊柱连接件2左端的压簧5释放能量为脊柱的复位提供助力，同时当脊柱受伤患病的人体脊柱产生向左的弯曲时，第一脊柱连接件2左端的压簧5将产生作用力使得人体脊柱向右复位，从而实现为人体脊柱提供支撑和康复训练的目的；当人体脊柱向右弯曲时的原理同上。

在本实施例中，伸入到上凹槽12的第一脊柱凸起21的下端凸出于连接架1的下端，第一脊柱凸起21下端凸出于连接架1下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，伸入到第二脊柱凹槽33中的第一脊柱凸起21的下端凸出于第二脊柱连接件3的下端，第一脊柱凸起21凸出于第二脊柱连接件3下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，下凸起的下端凸出于对应位置第二脊柱连接件3的下端，下凸起下端凸出于第二脊柱连接件3下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，第二脊柱凸起31的下端凸出于对应位置第一脊柱连接件2的下端，第二脊柱凸起31下端凸出于对应位置第一脊柱连接件2下端的距离与人体脊柱左右弯曲的极限位置相适应。

这样，利用第一脊柱凸起21凸出于连接架1下端的距离、第一脊柱凸起21凸出于第二脊柱连接件3下端的距离以及下凸起凸出于第二脊柱连接件3下端的距离来共同适应人体脊柱前后弯曲的极限位置，如附图6到附图9所示，当人体脊柱前后弯曲到该极限位置时，连接架1的下端将与第一脊柱连接件2的上端相抵，第二脊柱连接件3的下端与第一脊柱连接件2的上端相抵，第二脊柱连接件3的下端与腰板4的上端相抵，由此使得人体脊柱不能继续前后弯曲，实现了对人体脊柱前后弯曲位置的限定；同理，利用第二脊柱凸起31的下端凸出于第一脊柱连接件2下端的距离来适应人体脊柱左右弯曲的极限位置，如附图10和附图11所示，当人体脊柱弯曲到该位置时，第一脊柱连接件2的下端与第二连接件的上端相抵，由此使得人体脊柱不能继续左右弯曲，实现了对人体脊柱左右弯曲位置的限定；综上，通过对人体脊柱前后弯曲和左右弯曲极限位置的限定，避免了人体脊柱弯曲过度对脊柱造成的损伤。

在本实施例中，第二脊柱凹槽33和上凹槽12内均设有定位凹槽35，双扭簧13的中部凸起处伸入到定位凹槽35内。

这样，通过定位凹槽35对双扭簧13的中部凸起进行限位，由此实现了对双扭簧13的限位作用。

在本实施例中，连接架1的横向两侧分别转动连接有肩部连接板6，肩部连接板6上开设有肩带安装孔7，肩带安装孔7处套设有肩带，肩带用于与人体肩部相连接。

这样，利用连接架1两侧肩部连接板6上的肩带与人体的肩部进行连接，由此实现将该装置穿戴在人体肩部的目的，与腰部组件一起将该装置穿戴在人体上肢。

在本实施例中，腰板4的横向两端分别转动连接有腰部绑缚件8，腰部绑缚件8包括多个转动连接的腰部绑缚块，腰部绑缚件8远离与腰板4相连接的一端设有腰带。

这样，将腰部绑缚件8设计为多个转动连接的腰部绑缚块，当不同人体穿戴该装置时，利用腰部绑缚块之间的相对转动来更好的与不同人体的腰部形状相适应，同时利用两侧腰部绑缚件8上的腰带将腰部组件整体与人体的腰部进行连接。

实施例二：

如附图12所示，本实施例与实施例一的不同之处在于：在本实施例中，竖向弹性助力件为磁力弹簧10，弹性安装孔和弹性连接孔内分别设有一个磁力弹簧，位于第一脊柱连接件2同一端的弹性安装孔和弹性连接孔内的磁力弹簧10对应端磁极相同。

这样，将磁力弹簧10作为竖向弹性助力件，当人体脊柱向左弯曲时，第一脊柱连接件2左端的两个磁力弹簧10相互靠近，由于同一端的两个磁力弹簧10的磁极相同，相互靠近会使得两者之间产生相互排斥的力，当人体脊柱向右复位时，该相互排斥的力将为脊柱的复位提供助力，同时当脊柱受伤患病的人体脊柱产生向左的弯曲时，第一脊柱连接件2左端的两个磁力弹簧10靠近并产生相互排斥的力，该作用力使得人体脊柱向右复位，从而实现为人体脊柱提供支撑和康复训练的目的；当人体脊柱向右弯曲时的原理同上。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围当中。

Claims (9)

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所述的被动式仿生脊柱外骨骼装置，其特征在于，所述第一脊柱连接件的下端设有第一脊柱凹槽，所述第一脊柱凹槽内竖向设有两个弹性安装座，所述弹性安装座上开设有弹性安装孔，所述第一脊柱凹槽内还纵向设有两个纵向安装座，所述纵向安装座上开设有贯穿所述纵向安装座的纵向安装孔，所述第二脊柱连接件的上端设有第二脊柱凸起，所述第二脊柱凸起能够伸入到所述第一脊柱凹槽内，所述第二脊柱凸起上与所述弹性安装孔对应的位置设有弹性连接孔，所述竖向弹性助力件的两端分别连接在所述弹性连接孔和所述弹性安装孔内；所述第二脊柱凸起上还凸出设有能够伸入到两个所述纵向安装座之间的纵向连接座，所述纵向连接座上与所述纵向安装孔对应的位置设有贯穿所述纵向连接座的纵向连接孔，所述脊柱纵向连接件依次穿过所述纵向安装孔和所述纵向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。

4.根据权利要求3所述的被动式仿生脊柱外骨骼装置，其特征在于，所述竖向弹性助力件为压簧，所述压簧的两端分别固定连接在所述弹性安装孔和所述弹性连接孔内。

5.根据权利要求3所述的被动式仿生脊柱外骨骼装置，其特征在于，所述竖向弹性助力件为磁力弹簧，所述弹性安装孔和所述弹性连接孔内分别设有一个所述磁力弹簧，位于所述第一脊柱连接件同一端的所述弹性安装孔和所述弹性连接孔内的所述磁力弹簧对应端磁极相同。

6.根据权利要求3所述的被动式仿生脊柱外骨骼装置，其特征在于，伸入到所述上凹槽的所述第一脊柱凸起的下端凸出于所述连接架的下端，所述第一脊柱凸起下端凸出于所述连接架下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，伸入到所述第二脊柱凹槽中的所述第一脊柱凸起的下端凸出于所述第二脊柱连接件的下端，所述第一脊柱凸起凸出于所述第二脊柱连接件下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，所述下凸起的下端凸出于对应位置所述第二脊柱连接件的下端，所述下凸起下端凸出于所述第二脊柱连接件下端的距离与人体脊柱前后弯曲的极限位置相适应，所述第二脊柱凸起的下端凸出于对应位置所述第一脊柱连接件的下端，所述第二脊柱凸起下端凸出于对应位置所述第一脊柱连接件下端的距离与人体脊柱左右弯曲的极限位置相适应。

7.根据权利要求2所述的被动式仿生脊柱外骨骼装置，其特征在于，所述第二脊柱凹槽和所述上凹槽内均设有定位凹槽，所述双扭簧的中部凸起处伸入到所述定位凹槽内。

8.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，所述连接架的横向两侧分别转动连接有肩部连接板，所述肩部连接板上开设有肩带安装孔，所述肩带安装孔处套设有肩带，所述肩带用于与人体肩部相连接。

9.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，所述腰板的横向两端分别转动连接有腰部绑缚件，所述腰部绑缚件包括多个转动连接的腰部绑缚块，所述腰部绑缚件远离与所述腰板相连接的一端设有腰带。

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