一种腰椎负重辅助外骨骼的制作方法

本发明涉及可穿戴技术，具体涉及可穿戴的辅助外骨骼技术。

背景技术：

人体的自重除了睡眠以外的时间，大多数时间都集中在腰椎上，随着人的年龄的增长，几乎所有人都会产生腰椎劳损，间盘突出，增生等病变。

此前由于生存条件的限制，使得人的平均寿命没有达到如今的水平，这一类的病变给人们的生活质量造成的危害不被大众重视。但是随着生活条件和医疗水平的不断提高，人的平均寿命将继续增长，因此，人体支撑体系的早期保护比将引起全社会的关注，特别是腰椎的养护。

针对该问题，人们设计出了各种外骨骼辅助装置，但是这些外骨骼辅助装置普遍存在设计结构不合理，无法对腰椎实现很好的负重辅助，无法对穿戴者的腰椎进行很好的养护。

另外，还有一些外骨骼辅助装置增设相应的动力装置，以提高辅助性能，但是整体结构复杂，可靠性差，实用性差。

由此可见，提供一种高可靠性且能够对腰椎实现负重辅助，减轻腰椎受力的外骨骼辅助装置是本领域亟需解决的问题。

技术实现要素：

针对现有外骨骼辅助方案所存在的问题，需要一种新的辅助外骨骼辅助方案。

为此，本发明的目的在于提供一种腰椎负重辅助外骨骼，通过简单可靠性的方案实现对腰椎负重辅助，减轻腰椎受力。

为了达到上述目的，本发明提供的腰椎负重辅助外骨骼，主要包括：

护椎装置，所述护椎装置可覆盖穿戴者的背椎部，并可向上提升穿戴者的双肩；

护腰装置，所述护腰装置可覆盖穿戴者的腰部，并对穿戴者的腰部形成辅助支撑；

弹力调节机构，所述弹力调节机构连接护椎装置和护腰装置，并可在护椎装置和护腰装置之间形成相对的弹性拉力；

腿部支撑装置，所述腿部支撑装置可沿穿戴者的腿部分布，并可随穿戴者的腿部运动，同时对腿部形成支撑。

进一步的，所述护椎装置包括护椎背板、两托架以及拖带，所述护椎背板的两端分别通过拖带连接两托架的两端，所述护椎背板在穿戴时用于覆盖穿戴者的背椎部，两托架分别穿过穿戴者的腋下，并通过拖带提拉同步向上提升穿戴者的双肩。

进一步的，所述护腰装置包括腰带以及护腰组件，所述护腰组件设置在腰带上，并与穿戴者的腰椎部相对应。

进一步的，所述护腰装置中还包括腰椎理疗组件，所述腰椎理疗组件设置在腰带中。

进一步的，所述弹力调节机构包括第一连接件，第二连接件以及调节机构，所述第一连接件与第二连接件中至少一个连接件为弹性可形变结构，并且两连接件之间通过调节机构连接。

进一步的，所述腿部支撑装置包括两腿部支撑单元，每个腿部支撑单元包括可调节的大腿支撑组件，可调节的小腿支撑组件，护膝关节组件以及底板组件，所述可调节的大腿支撑组件一端连接护腰装置，另一端连接护膝组件，可在穿戴时贴覆在穿戴者的大腿部，并随大腿部同步运动，同时对大腿部形成支撑；所述可调节的小腿支撑组件一端连接护膝组件，另一端连接底板组件，可在穿戴时贴覆在穿戴者的小腿部，并随小腿部同步运动，同时对小腿部形成支撑；所述护膝关节组件可在穿戴时覆盖住穿戴者的膝盖部位，并随膝盖部位同步运动；所述底板组件用于穿戴者的脚部穿戴，并形成支撑。

进一步的，所述辅助外骨骼还包括护颈装置，所述护颈装置为柔性结构，其中设置有理疗装置。

进一步的，所述辅助外骨骼还包括护肩装置。

进一步的，所述辅助外骨骼还包括坐垫，所述坐垫中设置有温热循环装置。

本发明提供的方案能够将人体的自重转移到外骨骼机构上，达到减轻负重的辅助助力效果，增强人体负重能力，减轻腰椎的压力，减少间盘突出增生的风险，减缓腰椎劳损患者的痛苦，同时也是体力劳动者的负重辅助装置。

同时，本方案在贴近背椎增设保护背椎的护椎装置，一方面防止后背冲击受伤，更重要的是可与护腰装置配合对背部形成向下的拉力，并同时提升双肩，能够保护人体背椎的姿态长期处于自然稳定状态，减少背椎异位变形的风险。

再者，本方案能够对腰椎进行必要的保护，能够转移腰部受力，确保腰部不受伤害。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为本发明实例中腰椎负重辅助外骨骼的穿戴示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

参见图1，其示出本方案给出的腰椎负重辅助外骨骼的一种示例结构。

由图可知，本实例给出的腰椎负重辅助外骨骼100在结构上主要包括护椎装置110，护腰装置120，弹力调节机构130，腿部支撑装置140，护颈装置150，护肩装置160以及坐垫170。

其中，护椎装置110通过弹力调节机构130与护腰装置120配合，能够对人体的整个背部的脊椎部(从背部的脊椎到腰部的脊椎)形成支撑保护，可使得脊椎部始终处于自然稳定状态。

护椎装置110整体为双肩式的穿戴结构，在穿戴时可覆盖住穿戴者的背椎部，通过自身的束缚力对背椎部形成支撑，并对穿戴者的双肩形成提升；同时在弹力调节机构130的作用下，对穿戴者形成面向后下方的拉力，以使得穿戴者整个背部处于自然稳定状态。

作为举例，本实例中的护椎装置110主要包括椎背板111、两托架112以及若干拖带113。

其中，椎背板111作为整个护椎装置110中的受力部件，可整体与人体的后背上部相配合，可对后背，特别对背椎部形成良好支撑和保护。该椎背板111能够很好的覆盖并贴合住人体两肩之间的后背上部，可从外侧对背椎形成良好支撑。

两托架112用于从穿戴者的腋下来提升提升穿戴的双肩状态。这两托架112相对的分布在椎背板111的两端，并位于椎背板111下方，每个托架112的两端通过拖带113与椎背板111的一端连接，使得在穿戴时，托架112与椎背板111之间相互垂直。由此可在护椎装置110被穿戴时，对穿戴者的双肩进行上托提升。

拖带113用于连接两托架112和椎背板111，以形成可穿戴结构；拖带113可对椎背板111形成束缚力，使其能够贴合住穿戴的背部；同时，拖带113还能够对托架112形成向上的提升力，以向上带动托架112。本实例中的每个拖带113都优选采用可调节结构，这样既便于穿戴，能够方便使用者根据需求对椎背板111的束缚力以及对托架112的提升度进行调整。

据此构成的可穿戴结构的护椎装置110，方便使用者通过椎背板111与托架112之间的拖带113，将整个护椎装置110穿戴在背部，同时椎背板111覆盖穿戴者的后背上部，而两托架120分别穿过穿戴者的腋下；此时，穿戴者可通过调节拖带113来调整对椎背板111形成束缚力，使得椎背板111以一定的压力贴合住穿戴的后背部，从而对穿戴者的后背形成一定的压力支撑；同时穿戴者还可通过调节拖带113来调节托架112相对于椎背板111之间的距离，继而调整托架112从穿戴者的腋下提升穿戴者双肩的状态。

护腰装置120，用于覆盖穿戴者的腰部，并对穿戴者的腰部形成辅助支撑。

作为举例，本实例中护腰装置120优选采用腰带121以及护腰组件122来配合组成。

其中，腰带121用于覆盖并捆绑住使用者的腰部，具体的结构可根据实际需求而定，同时固定方式也可根据实际需求而定。

护腰组件122设置在腰带121上，并且在腰带121捆绑住使用者的腰部时，正好能够覆盖住穿戴者的腰椎部，并对其形成支撑。

在此基础上，为了进一步提高护腰效果，本实例在上述护腰装置120中还设置有腰椎理疗组件，该腰椎理疗组件对应的设置在腰带中，根据需要可实现温热循环功能或/和电疗功能。

由此构成的护腰装置120通过腰带121穿戴在使用者的腰部，在穿戴过程中，使得腰带121上的护腰组件122对应穿戴者的腰椎部，同时对穿戴者的腰椎部形成一定的压力和支撑，基于该护腰组件122所形成的一定压力支撑，使得穿戴者的腰椎部保持自然状态，且由护腰组件122承受一定的腰椎部的受力，保护腰椎部。

本外骨骼100中的弹力调节机构130用于连接护椎装置110和护腰装置120，可使得两者进行联动配合，降低腰椎的负重。

该弹力调节机构130连接护椎装置110和护腰装置120，并在两者之间形成相对的弹性拉力，该弹力弹性拉力对护椎装置110形成面向后下方的拉力，使得护椎装置110能够拉直穿戴者的背部，穿戴者的背椎保持应用的自然状态；与此同时，该弹力弹性拉力对护腰装置120形成向上(相对于腿部而言)的拉力，驱动护腰装置120整体向上提升穿戴者的腰椎部，使得穿戴者无论任何状态，其腰椎都能够保持应有的自然状态。

作为举例，该弹力调节机构130主要由至少一个第一连接件131，至少一个第二连接件132以及至少一个调节机构133相互配合构成。

其中，第一连接件131与第二连接件132优选采用柔性结构，同时两者中至少一个连接件为弹性可形变结构，即第一连接件131为弹性可形变结构，或第二连接件132为弹性可形变结构，或者两者都是，根据实际需求而定。

这里的弹性可形变结构只要能够保证相应的连接件在长度方向能够发生可恢复的弹性形变即可，如通过设置弹簧等。

另外，对于连接件的具体结构，可根据实际需求而定，如可采用连接绳、柔性连接件(如柔性塑料连接条或柔性金属条等)等。

如此，每个第一连接件131通过调节机构133连接到一个第二连接件132构成一个弹力连接单元。该弹力连接单元中的调节机构133用于调节第一连接件131与第二连接件132之间在长度方向上的相对位置关系(即可调整第一连接件131与第二连接件132之间的连接长度)，从而可实现对两者之间产生的弹力进行调节。

作为替代设置方案，该调节机构133可通过直接调节弹性可形变结构的形变状态，来实现对第一连接件131与第二连接件132之间产生的弹力进行调节。

对于该调节机构133的具体结构形式，可根据实际需求而定，只要能够完成第一连接件131与第二连接件132之间连接，同时可两者之间的相对位置关系进行调节即可。

由此构成的若干的弹力连接单元之间通过并列设置构成弹力调节机构130。对于弹力连接单元的具体数量可根据实际需求而定。

本弹力调节机构130在连接护椎装置110和护腰装置120时，由其中若干弹力连接单元中的第一连接件131连接护椎装置110中的椎背板111，由若干弹力连接单元中的第二连接件132连接护腰装置120中的腰带121。再者，弹力调节机构130中的若干弹力连接单元之间优选采用的分布方式为在使用者穿戴时，若干弹力连接单元之间对称分布在使用者脊椎的两侧；若弹力调节机构130只有一个弹力连接单元，则该弹力连接单元直接对应于使用者的脊椎部位，由此保证辅助助力效果。

通过该结构的弹力调节机构130能够有效的实现护椎装置110和护腰装置120之间联动，对穿戴者的整个脊椎行程保护，减轻受力负重。本弹力调节机构130在使用者完成护椎装置110和护腰装置120穿戴时，整体保持拉伸状态，在椎装置110和护腰装置120之间形成相对的弹性拉力。由于构成弹力调节机构130的若干弹力连接单元对称分布在穿戴者脊椎的两侧或直接对应穿戴者脊椎，最终所形成的弹性拉力方向与穿戴者脊椎自然状态的延伸方向一致，避免对脊椎形成伤害，保证辅助助力效果。

由此，正常状态下，弹力调节机构130能够沿穿戴者脊椎自然状态的延伸方向对护椎装置110始终形成面向后下方的拉力，使得护椎装置110能够拉直穿戴者的背部，穿戴者的背椎保持应用的自然状态；与此同时，该弹力弹性拉力对护腰装置120沿穿戴者脊椎自然状态的延伸方向始终形成向上(相对于腿部而言)的拉力，驱动护腰装置120整体向上提升穿戴者的腰椎部，保证腰椎保持应该的自然状态。

在穿戴者弯腰时，弹力调节机构130被进一步拉伸，在护椎装置110和护腰装置120之间形成更大的弹性拉力。基于该弹性拉力，将通过护椎装置110对穿戴者的背脊形成向后的拉力；与此同时，通过护腰装置120对穿戴者的腰椎部形成向上的拉力；这样当穿戴者起身时，基于上下两拉力的合力作用，使得穿戴者在腰部形成很少腰部力量，甚至不需要腰部力量的情况下，完成弯腰起身。通过本弹力调节机构130来联动护椎装置110和护腰装置120，有效降低甚至避免靠腰部力量完成弯腰起身对腰椎的损伤。

本外骨骼100中的腿部支撑装置140，可沿穿戴者的腿部分布，并可随穿戴者的腿部运动，同时对腿部形成支撑。

作为举例，本实例中的腿部支撑装置140包括两各结构相同的腿部支撑单元。

其中，每个腿部支撑单元主要由可调节的大腿支撑组件141，可调节的小腿支撑组件143，护膝关节组件142以及底板组件144相互配合构成。

可调节的大腿支撑组件141一端连接护腰装置120，另一端连接护膝组件142，可在穿戴时贴覆在穿戴者的大腿部，并随大腿部同步运动，同时对大腿部形成支撑。

该大腿支撑组件141主要由若干支撑筋141a和若干的调节组件141b之间相互配合连接组成。对于支撑筋141a的结构能够很好与大腿部的贴合，并对贴合部形成良好的支撑；支撑筋141a之间的调节组件141b，能够调节其连接的两支撑筋141a之间相对位置关系，以适应穿戴者不同的大腿部位，提高穿戴者舒适度。对于本方案中的支撑筋141a和调节组件141b的具体结构可根据实际需求而定，而调节组件141b的调节方式同样根据需求来设定。

可调节的小腿支撑组件143一端连接护膝组件142，另一端连接底板组件144，可在穿戴时贴覆在穿戴者的小腿部，并随小腿部同步运动，同时对小腿部形成支撑。

该小腿支撑组件143主要由若干支撑筋143a和若干的调节组件143b之间相互配合连接组成。对于支撑筋143a的结构能够很好与小腿部的贴合，并对贴合部形成良好的支撑；支撑筋143a之间的调节组件143b，能够调节其连接的两支撑筋143a之间相对位置关系，以适应穿戴者不同的小腿部位，提高穿戴者舒适度。对于本方案中的支撑筋143a和调节组件143b的具体结构可根据实际需求而定，而调节组件143b的调节方式同样根据需求来设定。

护膝关节组件142可在穿戴时覆盖住穿戴者的膝盖部位，并随膝盖部位同步运动。本护膝关节组件142连接大腿支撑组件141和小腿支撑组件143，使得大腿支撑组件141和小腿支撑组件143之间可相对活动，能够随人腿同步运动；再者，由于本护膝关节组件142覆盖住穿戴者的膝盖部位，对膝关节形成保护，可预防关节炎。

底板组件144用于穿戴者的脚部穿戴，并从脚底对整个腿部支撑装置140形成支撑，再由腿部支撑装置140对穿戴者的整个腿部形成支撑。

该底板组件144可采用鞋型结构，这样便于穿戴者穿戴，另外根据需要该底板组件144中设置有相应足底按摩结构，以提高穿戴者的舒适度。

在上述方案的基础上，本实例进一步提供如下的改进方案，以进一步提高整个辅助外骨骼的性能。

该改进方案中，进一步增加护颈装置150，用于对穿戴者的颈部形成保护。该护颈装置150优选柔性结构，具体根据人体的自由弯曲弧度设计成弧形拉伸结构，而非传统的直线拉伸结构，与人体的颈部贴合度高，提高穿戴的舒适度和提高对颈部的保护效果。

根据需要，可进一步在护颈装置150中设置有理疗装置，提高使用者舒适度。该理疗装置的结构具体可根据实际需求而定，如采用温热循环装置，并可配合各种控制模式，由此可大大提高使用中颈椎部位的舒适度。

该改进方案中，进一步增加护肩装置160，该护肩装置160在被穿戴时，能够覆盖住穿戴者的整个肩部，对穿戴者的肩部形成保护。

该护肩装置160中设置有相应的温热循环装置，可对使用者进行肩周炎的防护。

该改进方案中，进一步增加坐垫170，该坐垫170与护腰装置120连接，并与穿戴者的臀部对应，以提高穿戴者长坐状态的舒适度。

本坐垫170整体采用透气结构，同时根据需要可在坐垫170中增加温热循环设计，由此能够有效预防肛肠疾病、妇科病等。

本实例给出的辅助外骨骼在具体使用时，其中的护椎装置110，护腰装置120，腿部支撑装置140，护颈装置150，护肩装置160以及坐垫170可各自独立使用，也可组合使用，能够使用不同人群的不同需求。

作为举例，本辅助外骨骼适用于长期办公人员，这些类人员需要长期坐姿工作，腰椎受压得不到缓解，又不能经常活动，导致劳损。因此，可通过本辅助外骨骼进行辅助，通过本辅助外骨骼对背椎、腰椎形成支撑，实现腰椎零负载或轻负载，减轻长期坐姿的疲劳；同时通过护颈和护肩的保护，有效降低颈椎病和肩周炎的风险；更进一步的，可以减少椎间盘的磨损，为老龄生活质量提供保障；

本辅助外骨骼可作为特殊岗位劳动保护装置，如交通警，环卫工人，快递员，搬运工，货运司机等，能够减轻背椎筋力负担，保护腰椎及降低腿部关节受力磨损。

本辅助外骨骼还可辅助人体姿势矫正，如学生群体坐姿及非体育活动时间，通过本辅助外骨骼能够对骨骼形成外力拉伸的矫正效果。

本辅助外骨骼还可适用于老龄人群，减轻这类群体椎骨病患的疼痛。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。