一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的制作方法

本发明属于机器人技术领域，特别涉及一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置。

背景技术：

随着科学技术的发展，越来越多的外骨骼机器人出现在我们的生活中。外骨骼机器人是一种仿人体的生理构造、可穿戴，且协同穿戴者运动的同时辅助穿戴者的机械装置，通常由背部、髋关节、大腿、膝关节、小腿、踝关节、足部七部分组成。

现有的外骨骼机器人的背部通常是一个刚性的框架，甚至是一根刚性杆，这样的设计使得穿戴者的背部舒适性严重下降，增加了人体的疲劳感，运动的灵活性较差，进而影响穿戴者的正常活动。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置，能够很大程度地改善人体穿戴外骨骼后的舒适性，提高运动的灵活性，具有结构紧凑、灵活性高、穿戴舒适的特点。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置，包括肩部组件1及由上至下依次排列并连接的第一椎体2、第二椎体3、第三椎体4、第四椎体5、第五椎体6、第六椎体7、第七椎体8，所述肩部组件1包括两个呈v字形的肩部弯曲板11，两个肩部弯曲板11分别与肩部横板12固定连接，肩部横板12与肩部v形板13的两上端部固定连接，肩部v形板13的底部与第一椎体2相连，所述第七椎体8与底部组件9相连，弹性绳组件10包括弹性绳35，弹性绳35从底部组件9、第七椎体8、第六椎体7、第五椎体6、第四椎体5、第三椎体4、第二椎体3及第一椎体2左侧通孔穿过，并绕过第一椎体2顶部后从其右侧通孔依次向下穿过，将底部组件9及各椎体串联在一起。

所述第一椎体2包括与肩部v形板13固定连接的支撑块15，凹槽轴承16通过插销与支撑块15铰接，弹性绳35贴合于凹槽轴承16的凹槽内，当弹性绳35运动时，会带动凹槽轴承16绕其轴线转动以适应弹性绳35松紧程度的变化。

所述支撑块15的前后分别设有第一椎体外壳前14和第一椎体外壳后17，第一椎体外壳前14与第一椎体外壳后17固定连接。

所述第二椎体3包括一端与第一椎体2相连的椎体连接柱18，椎体连接柱18的另一端与球副上21固定连接，弹簧20的下端与球副上21接触，弹簧20的上端与上盖板19接触，弹簧20和球副上21均设置在第二椎体中心块22内部，上盖板19盖在第二椎体中心块22上端口处固定，球副下23的上端与球副上21球铰接，球副下23的下端与下盖板24铰接，下盖板24盖在第二椎体中心块22的下端口处固定；

所述第三椎体4、第四椎体5、第五椎体6、第六椎体7、第七椎体8的结构与所述第二椎体3的结构完全一样。

所述第二椎体中心块22外部设有第二椎体外壳前25和第二椎体外壳后26，第二椎体外壳前25和第二椎体外壳后26均与第二椎体中心块22固定连接。

所述第四椎体5包括第四椎体中心块27，第四椎体中心块27的两侧分别设有连接有肋板28，肋板28可用于连接绑带，辅助使用者穿戴。

所述底部组件9包括设置在第二椎体中心块22内部的球副上21，弹簧20的下端与球副上21接触，弹簧20的上端与上盖板19接触，上盖板19盖在第二椎体中心块22上端口处固定，底部球副下32的上端与球副上21球铰接，底部球副下32的下端与底部下盖板33连接，底部下盖板33盖在第二椎体中心块22的下端口处固定，第二椎体中心块22的侧面分别固定有腰宽调节板31。

所述肩部弯曲板11与肩部横板12上均设有多个螺孔，二者之间通过螺栓调节相对位置。

所述底部下盖板33底部固结有能够增强支撑时强度的底部平板34。

所述弹性绳35的下端部设有能够调节器松紧程度的调节扣36。

本发明所提供的一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置，第二椎体、第三椎体、第四椎体、第五椎体、第六椎体、第七椎体均具有4个自由度，分别是用户身高方向的伸缩、人体前后方向的弯曲、人体左右两个方向的侧弯、水平面内的旋转，这样就保证仿人体脊柱的外骨骼背部装置的整体的运动灵活性，进而保证用户的穿戴舒适性，用户穿戴后，可以向人体正前方最大弯曲90°,可以向人体正后方最大弯曲20°,可以向人体左右两个方向最大侧弯30°，与现有的外骨骼机器人刚性背部装置相比，能够很大程度地改善人体穿戴外骨骼后的舒适性，提高运动的灵活性，具有结构紧凑、灵活性高、穿戴舒适的特点。

附图说明

图1是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置整体结构示意图。

图2是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的后视图。

图3是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的左视图。

图4是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的肩部组件结构示意图。

图5是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的第一椎体分解结构示意图。

图6是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的第二椎体分解结构示意图。

图7是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的第四椎体分解结构示意图。

图8是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的底部组件结构示意图。

图9是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的底部组件分解结构示意图。

图10是一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的弹性绳连接示意图。

附图标记如下：1肩部组件；2第一椎体；3第二椎体；4第三椎体；5第四椎体；6第五椎体；7第六椎体；8第七椎体；9底部组件；10弹性绳组件；11肩部弯曲板；12肩部横板；13肩部v形板；14第一椎体外壳前；15支撑块；16凹槽轴承；17第一椎体外壳后；18椎体连接柱；19上盖板；20弹簧；21球副上；22第二椎体中心块；23球副下；24下盖板；25第二椎体外壳前；26第二椎体外壳后；27第四椎体中心块；28肋板；29第四椎体外壳前；30第四椎体外壳后；31腰宽调节板；32底部球副下；33底部下盖板；34底部平板；35弹性绳；36调节扣。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

参见图1、图2、图3，一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置，包括肩部组件1及由上至下依次排列并连接的第一椎体2、第二椎体3、第三椎体4、第四椎体5、第五椎体6、第六椎体7、第七椎体8，所述第七椎体8与底部组件9相连。

参见图10，弹性绳组件10包括弹性绳35，弹性绳35从底部组件9、第七椎体8、第六椎体7、第五椎体6、第四椎体5、第三椎体4、第二椎体3及第一椎体2左侧的通孔穿过，并绕过第一椎体2顶部后从其右侧通孔依次向下穿过，将底部组件9及各椎体串联在一起。所述弹性绳35的下端部设有能够调节器松紧程度的调节扣36。所述弹性绳35具有一定弹性，以保证仿人体脊柱的外骨骼背部装置随用户穿戴运动至站立时，能够恢复到初始状态且保证人体穿戴的舒适性。

参见图4，所述肩部组件1包括两个呈v字形的肩部弯曲板11，以便适应人体颈部的生理结构，两个肩部弯曲板11分别与肩部横板12通过螺纹固定连接，肩部横板12与肩部v形板13的两上端部通过螺纹固定连接，肩部v形板13的底部与第一椎体2相连，肩部弯曲板11上开有两列四行的孔，以便于调节肩部弯曲板11与人体肩部的位置关系，对应地，肩部横板12开有三行四列的孔，肩部弯曲板11与肩部横板12之间可以通过螺栓调节二者之间的相对位置，进而使肩部横板12可以适应穿戴者的肩部。

参见图5，第一椎体2包括与肩部v形板13固定连接的支撑块15，凹槽轴承16通过插销与支撑块15铰接，弹性绳35贴合于凹槽轴承16的凹槽内，当弹性绳35运动时，会带动凹槽轴承16绕其轴线转动以适应弹性绳35松紧程度的变化。所述支撑块15的前后分别设有第一椎体外壳前14和第一椎体外壳后17，第一椎体外壳前14与第一椎体外壳后17通过螺纹固定连接。

参见图6，第二椎体3包括一端与第一椎体2相连的椎体连接柱18，椎体连接柱18的另一端与球副上21通过螺纹固定连接，弹簧20的下端与球副上21接触，弹簧20的上端与上盖板19接触，弹簧20和球副上21均设置在第二椎体中心块22内部，上盖板19盖在第二椎体中心块22上端口处固定，球副下23的上端与球副上21球铰接，球副下23的下端与下盖板24铰接，二者可以相互转动，下盖板24盖在第二椎体中心块22的下端口处固定。所述第二椎体中心块22外部设有第二椎体外壳前25和第二椎体外壳后26，第二椎体外壳前25和第二椎体外壳后26均与第二椎体中心块22通过螺纹固定连接。

球副下23上有两个对称的凸台，下盖板24上有两个对称的矩形槽，二者配合工作时，可以限制球副下23围绕其轴线转动时的角度，最大程度地模拟人体脊柱的运动。

所述的第三椎体4、第五椎体6、第六椎体7、第七椎体8的结构与上述的第二椎体3的结构完全一样，第二椎体3、第三椎体4、第四椎体5、第五椎体6、第六椎体7、第七椎体8均具有4个自由度，分别是用户身高方向的伸缩、人体前后方向的弯曲、人体左右两个方向的侧弯、水平面内的旋转，这样就保证一种仿人体脊柱的外骨骼背部装置的整体的运动灵活性，进而保证用户的穿戴舒适性。

参见图7，第四椎体5包括椎体连接柱18、上盖板19、弹簧20、球副上21、球副下23、下盖板24、第四椎体中心块27、肋板28、第四椎体外壳前29及第四椎体外壳后30。其中，第四椎体5包括与第三椎体4相连的椎体连接柱18，椎体连接柱18的另一端与球副上21固定连接，弹簧20的下端与球副上21接触，弹簧20的上端与上盖板19接触，弹簧20和球副上21均设置在第二椎体中心块22内部，上盖板19盖在第四椎体中心块27上端口处固定，球副下23的上端与球副上21球铰接，球副下23的下端与下盖板24铰接，下盖板24盖在第四椎体中心块27的下端口处固定，所述第四椎体中心块27的外部设有第四椎体外壳前29和第四椎体外壳后30，第四椎体外壳前29和第四椎体外壳后30均与第四椎体中心块27固定连接。

所述第四椎体5的第四椎体中心块27的两侧分别设有连接有肋板28，可用于连接绑带，辅助使用者穿戴。

参见图8、图9，底部组件9包括设置在第二椎体中心块22内部的球副上21，弹簧20的下端与球副上21接触，弹簧20的上端与上盖板19接触，上盖板19盖在第二椎体中心块22上端口处固定，底部球副下32的上端与球副上21球铰接，底部球副下32的下端与底部下盖板33连接，二者将不能发生相对旋转，底部下盖板33盖在第二椎体中心块22的下端口处固定，第二椎体中心块22的侧面分别固定有腰宽调节板31。所述底部下盖板33底部固结有底部平板34，因为底部受力较大，加上底部平板34主要是增强支撑时的强度。底部球副下32的下端为方形的凸台，相应地，底部下盖板33上开有方槽，进而可以限制住底部球副下32的转动自由度。