CN106618973A - 一种防跌倒机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防跌倒机器人，包括主支撑体以及与其连接的附属支撑体，所述附属支撑体上设置固定部件，所述固定部件包括与所述附属支撑体相配套的关节元件和缓冲元件，所述主支撑体为记忆合金制件，沿人体脊柱曲度贴合，所述主支撑体上设置主控芯片以及与其连接的加压装置，所述加压装置为电磁阀启动式，所述附属支撑体为记忆合金制件，与人体四肢及各关节部位贴合，所述附属支撑体上设置压力传感装置与安全气囊，所述压力传感装置与所述主控芯片连接，所述安全气囊与所述加压装置连接。本发明不仅设计了符合人体直立运动工学原理的部件，而且，还设置由智能判断保护装置，当判定用户有跌倒倾向时，打开防护部件，可以防止用户直接着地而受伤。

Description

一种防跌倒机器人

技术领域

本发明涉及防护装备技术领域，尤其涉及一种防跌倒机器人。

背景技术

对于人体肢体或关节产生病患或是老化的人来说，跌倒是一个很严重的问题，在直立康复训练的病人或是老年人中，跌倒的发生率远高于其他人群，除了肢体上的伤害，跌倒之后在心理及社交生活上也可能造成严重的后遗症。

跌倒是指突发的、不自主的、非故意的体位改变，例如倒在地上或更低的平面上。据统计，世界上每年都有大约424000 例死亡与跌倒行为直接相关，跌倒是世界上造成意外伤害死亡的第二大原因( 仅次于交通事故)。由此可见，跌倒成为了威胁人类生命安全和增加社会负担的重要因素。同时有些疾病造成人的身体不平衡也容易跌倒。面对这种情况，发展摔倒符合人体工学的智能防护系统，具有正面现实意义。

申请号为201510674578.X的专利提出一种防跌倒装置，包括：第一防护圈；第二防护圈，所述第二防护圈环绕在所述第一防护圈之外且与所述第一防护圈相连；传感器，用于检测用户的身体姿态信息；控制器，所述控制器与所述传感器相连，用于当检测到所述用户有跌倒倾向时，控制所述第二防护圈沿其径向扩张。根据该发明的有益效果在于，该防跌倒装置可以穿戴在用户的身上，例如腰部，对用户的身体姿态信息进行实时监测，当检测到用户有跌倒倾向时，使第二防护圈沿其径向扩张，提供一个缓冲，避免用户的臀部、髋部等部位直接着地而受伤。

申请号为201210310579.2的专利提公开了一种预防跌倒的装置，包括：鞋底板、压力传感器、螺栓、信号传输线、第一齿轮、电机、第二齿轮、电缆线、数据处理装置、加速度传感器以及肌电传感器。其中，压力传感器安装于螺栓一端，通过信号传输线与数据处理装置相连接；第一齿轮与螺栓另一端相连接；电机通过电缆线与数据处理装置相连接；第二齿轮与电机、第一齿轮传动连接；数据处理装置用于对信号进行处理，得到人体位姿的实时状态，并根据人体位姿控制电机，调整螺栓的高度。该发明提出的预防跌倒的装置能够全面并准确地反映人体是否有将要跌倒的趋势，同时采用人工智能技术对信号进行分类，得出当前人体位姿状态，并进一步控制电机调整鞋底螺栓高度，预防患者跌倒。。

申请号为200980134385.8的专利提供了一种用于预防用户跌倒的系统,包括:用于附着到身体相应部分的一个或多个传感器,每个传感器适于测量所述身体相应部分的运动并将所述运动转换成信号;以及控制器,所述控制器适于接收一个或多个所述信号,并通过从一个或多个所述信号估计相对于身体下部的轨迹的所述用户的质心的轨迹来确定跌倒风险。

发明内容

本发明的目的是提供一种防跌倒机器人，它不仅设计了符合人体直立运动工学原理的部件，而且，还设置由智能判断保护装置，当判定用户有跌倒倾向时，打开防护部件，可以防止用户直接着地而受伤。

为实现本发明的目的所采用的技术方案是：一种防跌倒机器人，包括主支撑体以及与其连接的附属支撑体，所述附属支撑体上设置固定部件，所述固定部件包括与所述附属支撑体相配套的关节元件和缓冲元件。

进一步地，所述主支撑体为记忆合金制件，沿人体脊柱曲度贴合，所述主支撑体上设置主控芯片以及与其连接的加压装置，所述加压装置为电磁阀启动式。

进一步地，所述附属支撑体为记忆合金制件，与人体四肢及各关节部位贴合，所述附属支撑体上设置压力传感装置与安全气囊，所述压力传感装置与所述主控芯片连接，所述安全气囊与所述加压装置连接。

进一步地，所述关节元件包括肩关节元件、髋关节元件、膝关节元件和踝关节元件。

进一步地，所述缓冲元件包括由弹性材料制成的护垫，所述弹性材料包括纺织材料。

进一步地，所述肩关节元件包括肩袖和前臂袖，所述肩袖和所述前臂袖由两条肩带连接。

进一步地，所述肩关节元件为调温纤维材料制件，所述肩带为硅胶条制件。

进一步地，所述髋关节元件的安装采用坐蹲式，通过夹板固定使用者的髋关节，固定角度超过90度，并向外侧延展。

进一步地，膝关节元件包括与膝部贴合的刚性构件，所述刚性构件上设置粘扣带和棘齿扣。

进一步地，踝关节元件为碳纤高弹性材料制件。

本发明的有益效果主要体现在：

本方案的机器人型防跌倒装置主要是发生运动系统损伤和疾病时,能够辅助使用者直立行走，防止跌倒，促进疾病愈合，帮助使用者改善活动能力，从而预防、抵消或纠正康复训练直立或行走时，不正确的体位和不良负重。在使用者发生永久性损伤的情况下，它们能维持正常的功能并防止或减轻疼痛。主支撑体以及与其连接的附属支撑体贴合于人体脊柱及四肢，由设置在主支撑体上的主控芯片采集设置在附属支撑体上的压力传感装置信号，从而判断是否存在跌倒冲击的发生，一旦检测到冲击信号，能够通过电磁阀快速开启加压装置，为设置在四肢及关节部位的安全气囊充气，起到快速防护的目的。固定部件包括与所述附属支撑体相配套的关节元件和缓冲元件，固定部件能稳定、活动和缓解受伤的身体或肢体，或提供生理位上的矫正指引，保护并支持人体的运动系统，具有固定、活动、矫正，缓解和稳定的功能。通过使用固定部件，受影响的身体部位可以得到完全的固定或在可控的范围内进行活动。此外，固定部件也可用于纠正姿势和动作，防止因姿势不当或不受控制从而发生跌倒事故，有效防止跌倒。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

如图1所示，一种防跌倒机器人，包括主支撑体1以及与其连接的附属支撑体2，附属支撑体上设置固定部件，固定部件包括与附属支撑体相配套的关节元件和缓冲元件。主支撑体为记忆合金制件，沿人体脊柱曲度贴合，主支撑体上设置主控芯片5以及与其连接的加压装置6，加压装置为电磁阀启动式。附属支撑体为记忆合金制件，与人体四肢及各关节部位贴合，附属支撑体上设置压力传感装置与安全气囊8，压力传感装置与主控芯片5连接，安全气囊8与加压装置6连接。关节元件包括肩关节元件9、髋关节元件10、膝关节元件11和踝关节元件3。缓冲元件包括由弹性材料制成的护垫，弹性材料包括纺织材料。

主支撑体以及与其连接的附属支撑体主要是发生运动系统损伤和疾病时,能够辅助使用者直立行走，防止跌倒，促进疾病愈合，帮助使用者改善活动能力，从而预防、抵消或纠正康复训练直立或行走时，不正确的体位和不良负重。在使用者发生永久性损伤的情况下，它们能维持正常的功能并防止或减轻疼痛。主支撑体以及与其连接的附属支撑体贴合于人体脊柱及四肢，由设置在主支撑体上的主控芯片采集设置在附属支撑体上的压力传感装置信号，从而判断是否存在跌倒冲击的发生，一旦检测到冲击信号，能够通过电磁阀快速开启加压装置，为设置在四肢及关节部位的安全气囊充气，起到快速防护的目的。电磁阀启动特点是反映快速，能够在人体发生跌倒危险时，快速启动加压快充功能，使安全气囊迅速膨胀，起到防撞击作用。

固定部件包括与附属支撑体相配套的关节元件和缓冲元件，固定部件能稳定、活动和缓解受伤的身体或肢体，或提供生理位上的矫正指引，保护并支持人体的运动系统，具有固定、活动、矫正，缓解和稳定的功能。通过使用固定部件，受影响的身体部位可以得到完全的固定或在可控的范围内进行活动。此外，固定部件也可用于纠正姿势和动作，防止因姿势不当或不受控制从而发生跌倒事故，有效防止跌倒。专业的神经性固定部件还能弥补丧失的身体功能，例如部分肢体瘫痪，包括由于中风或小儿麻痹症导致的腿部和手臂的全瘫或部分瘫痪。

缓冲元件包括由弹性材料制成的护垫，弹性材料包括纺织材料。缓冲元件主要用于减少关节冲击力，稳定关节并刺激肌肉感受。此外，缓冲元件的纺织材料能对受伤部位施行控制性加压，护垫的按摩功能有助于减轻浮肿，积液和血肿。使用者经过医生详细检查后，确定使用关节元件，能有效地支持康复治疗。

关节元件包括肩关节元件、髋关节元件、膝关节元件和踝关节元件。肩关节元件包括肩袖和前臂袖，肩袖和前臂袖由两条肩带连接。肩关节元件由两部分组成：肩袖和前臂袖，它们由两条肩带连接。该固定部件覆盖肩部的大部分面积，能对本体感受器产生积极的影响—这意味着使用者可以感受到肩的移动和位置。因而有助于改善身体的整体姿态，从而实现流畅和统一的步态。 肌肉刺激垫能对衰弱的肌肉带来附加的刺激作用，使用者可以轻松地将该垫子放置在固定部件的内部并用粘扣带固定。粘扣带包括不同的颜色，依照扣的颜色不同，使用者能容易正确穿戴。肩关节元件也可以完全打开，使用者穿戴更容易。中风或其他疾病发作以后，使用者会常常感到肩疼，尤其是在后续的直立或行走康复训练中，上臂骨（肱骨头）往往会处于不利的位置，致使使用者跌倒，肩关节元件能帮助其恢复正确的位置，从而减少疼痛。这对于有针对性的早期康复治疗而言是非常重要的。

肩关节元件能有效缓解和减轻疼痛并有助于恢复正常的身体姿态，同时，附属支撑体上肢的腕部部位设置压力传感装置7和缓冲元件4。如在中风使用者的行走早期康复治疗中，做出有效的肩部稳定是十分关键的，因为早期康复治疗时，中风或中枢神经或外围神经系统损伤可能会导致肩瘫痪。如果患这种疾病，使用者会感到疼痛难忍并且很难移动手臂。另外，肱骨头偏离关节窝是导致肩膀疼痛的原因之一。肩关节元件能纠正肱骨头和关节窝的对线，以有效地缓解疼痛。此外，它有助于稳定肩关节并保持正确的位置，明显缓解使用者的疼痛并保持良好的身体姿态。肩关节元件通过调整肩关节的位置能缓解/减轻肩关节错位所造成的疼痛，缓解疼痛是很重要的，因为只有这样使用者才能全心投入到步态训练中，不怕因为肩部问题而跌倒。通过使用肩关节元件，可以有效改善身体姿态。把肩关节调整到正确的位置，从而可以纠正整个身体姿势。身体姿态会影响行走姿态，只有身体姿态端正，行走才能自然流畅。更重要的是，使用者可以通过肩关节元件避免单侧肌肉紧张以及神经，韧带和肌腱的过度伸展，从而避免引发非肩伤导致的疼痛。

肩关节元件为调温纤维材料制件，肩带为硅胶条制件。该材料可承受40度水温机洗，柔软的边缘能防止擦伤和疼痛。如果使用者穿戴一整天，减少流汗是非常重要的，肩关节元件由可以实现温度调节的材料制成，能为使用者带来舒适感。该固定部件的前臂和肩片的内部是由硅胶条连接，因此不容易滑落。

髋关节元件的安装采用坐蹲式，通过夹板固定使用者的髋关节，固定角度超过90度，并向外侧延展，其中设置压力传感装置12和缓冲元件14。髋关节元件能创造较好的条件，确保使用者的髋关节功能得到正常使用，当患者从而便于站立或行走，髋关节窝出现过浅等病变时，便意味着对大腿骨关节的支撑力不足，如果在恢复训练时不加以控制，便可能会造成永久性的伤害。为确保使用者的髋关节功能正常恢复，本发明中所采用的髋关节元件安装位置是坐蹲式，通过夹板固定使用者髋关节的角度超过90度，并稍微外展。髋关节元件不会限制使用者的自由活动，在该部件的帮助下，使用者的直立或行走动作将会和正常人一样，从而防止因此部位不适而造成跌倒。

该元件在整个防跌倒机器人中，能保证使用者的自然体态，使用者可以保持双腿弯曲的外展蹲坐姿态，使用者只需使用尼龙搭扣和白色闭合扣，就可以轻松进行脱卸。而且在使用习惯之后，使用者在直立时便不再关注部件，从而使直立行走更加自然。使用者可以穿戴该部件进行所有的活动。

膝关节元件包括与膝部贴合的刚性构件，其中设置压力传感装置13和缓冲元件15，刚性构件上设置粘扣带和棘齿扣,。膝关节元件能在直立行走腿屈伸的时候确保髌骨的正确位置。在膝韧带受伤后，钢性构架的膝部固定部件能在愈合过程中稳定膝关节，预防不必要的变故。膝关节元件也可以采用，针对部分瘫痪或膝关节伸展肌肉瘫痪的使用者。而且，膝关节元件和踝关节元件还可以进行连动固定，在下肢完全（部分）瘫痪的情况下，如果使用者可以利用髋部或腹部的肌肉组织向前摆腿，这有助于使用者以自然步态行走并促进安全和稳定性。该部件的设计非常精巧，并且钢结构非常坚固，能帮助使用者缓解疼痛，使使用者能打破疼痛和避免运动的恶性循环。帮助使用者进行各项活动，例如；散步，爬楼梯，坐下和站立，同时，还有助于使用者进行各样的休闲活动，比如：徒步旅游或骑车：凭借其对骨骼动态对线功能，部件能在每次的屈伸动作，甚至在运动中，调整骨骼至正常范围。该关节元件采用快速脱卸型的封闭扣和扣环，方便使用者穿戴和脱卸。透气材料穿起来很舒适，并且设计紧凑，活动时不容易脱落。

踝关节元件为碳纤高弹性材料制件，其中设置缓冲元件16。踝关节扭伤扭曲和韧带损伤是所有损伤中最常见的，尤其对于运动员来说，早期运用专用部件稳定踝关节非常有益。关节的稳定是由足踝的各种韧带连同附带的肌肉一起维持的。韧带不稳的治疗方法取决于病因和其严重程度。如果发生韧带断裂，很有必要装配适合各阶段恢复的部件。踝关节元件有助于急性损伤后的脚踝稳定以及功能性训练。踝关节元件的适用人群主要是踝背屈肌力减弱患者，对于踝背屈肌力减弱的使用者要依靠医疗器械的帮助，才能抬脚走路。该部件正好适合这类使用者的需求。它能在摆动期帮助使用者抬脚，使步态更加安全，减少绊脚和跌倒的风险。如果使用者无力抬脚或完全丧失抬脚能力，或肌无力或膝关节不能伸展，使用者可以使用踝足固定部件，它可以安全有效地帮助使用者进行活动和行走。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种防跌倒机器人，其特征在于：包括主支撑体以及与其连接的附属支撑体，所述附属支撑体上设置固定部件，所述固定部件包括与所述附属支撑体相配套的关节元件和缓冲元件。

2.如权利要求1所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述主支撑体为记忆合金制件，沿人体脊柱曲度贴合，所述主支撑体上设置主控芯片以及与其连接的加压装置，所述加压装置为电磁阀启动式。

3.如权利要求1所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述附属支撑体为记忆合金制件，与人体四肢及各关节部位贴合，所述附属支撑体上设置压力传感装置与安全气囊，所述压力传感装置与所述主控芯片连接，所述安全气囊与所述加压装置连接。

4.如权利要求1所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述关节元件包括肩关节元件、髋关节元件、膝关节元件和踝关节元件。

5.如权利要求1所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述缓冲元件包括由弹性材料制成的护垫，所述弹性材料包括纺织材料。

6.如权利要求4所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述肩关节元件包括肩袖和前臂袖，所述肩袖和所述前臂袖由两条肩带连接。

7.如权利要求6所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述肩关节元件为调温纤维材料制件，所述肩带为硅胶条制件。

8.如权利要求4所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述髋关节元件的安装采用坐蹲式，通过夹板固定使用者的髋关节，固定角度超过90度，并向外侧延展。

9.如权利要求4所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述膝关节元件包括与膝部贴合的刚性构件，所述刚性构件上设置粘扣带和棘齿扣。

10.如权利要求4所述的一种防跌倒机器人，其特征在于：所述踝关节元件为碳纤高弹性材料制件。