CN106983591B - 一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成 - Google Patents

一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，包括骨架、若干气动肌肉、定压束缚机构、智能控制机构，所述的骨架包括若干具有工字型结构的骨节；气动肌肉包括上部气囊、下部气囊；定压束缚机构包括第一壳体、第一电池、控制器、电机、束带、导向辊筒组；智能控制机构包括与骨架连接的第二壳体、复位弹簧、卡勾、第二电池、温度传感器、气泵、设置于骨节底部的压力传感器。本发明所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其结构合理，具有使用方便、智能化程度高、功能多样、安全可靠、实用性强等优点，有效解决人体肢干、躯干尤其是胸腹部外固定监测以及辅助康复缺乏适用的智能仿生感知装置的问题。

Description

一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成
技术领域
本发明涉及仿生智能装备领域，尤其是涉及一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成。
背景技术
人体由无机物和有机物构成。无机物主要为钠、钾、磷和水等；有机物主要为糖类、脂类、蛋白质与核酸等。人体表面是皮肤，对全身皮肤进行保养看起来就显得年轻，皮肤里面有肌肉和骨骼。在头部和躯干部，由皮肤、肌肉和骨骼围成为两个大的腔：颅腔和体腔，颅腔和脊柱里的椎管相通，颅腔内有脑，与椎管中的脊髓相连；体腔又由膈分为上下两个腔：上面的叫胸腔，内有心、肺等器官；下面的叫腹腔，腹腔的最下部(即骨盆内的部分)又叫盆腔，腹腔内有胃、肠、肝、肾等器官，盆腔内有膀胱和直肠，女性还有卵巢、子宫等器官。
骨骼结构是人体构造的关键，在外形上决定着人体比例的长短、体形的大小以及各肢体的生长形状。人体约有206块骨，组成人体的支架。人体的胸腹部内集合了众多重要的器官，一旦发生骨折、脱位、软组织损伤将严重影响人体健康甚至危及生命，已知在外固定治疗领域，用于骨折、脱位、软组织损伤等病症通常使用外固定治疗器具进行治疗，然而由于胸腹部在治疗中是不断运动的，传统的天然材料夹板，石膏、塑酯绷带等这些器具又普遍不具有良好的弹性，不但不能起到辅助康复的作用，反而容易造成二次损伤。
现有外固定治疗器具均不能根据使用者的个体生理体征进行监护以及发生即时数据感知，智能化程度低，当需要了解使用者患处的情况时只能通过外部设备协助或者拆除外固定治疗器具，且由于现有外固定治疗器具通常需要专业人士协助才能正确佩戴，使用起来十分麻烦。鉴于以上所述，在仿生智能装备领域需要一种运用现代科学技术构型的外固定辅助康复以及感知的设备，以解决胸腹部外固定治疗所存在的难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服上述中存在的问题，提供了一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其结构合理，具使用方便、智能化程度高、功能多样、安全可靠、实用性强等优点，有效解决尤其是胸腹部外固定监测以及辅助康复缺乏适用的智能仿生感知装置的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，包括骨架、设置于骨架上的若干气动肌肉、分别设置于骨架两端的定压束缚机构、智能控制机构，所述的骨架包括若干具有工字型结构的骨节，骨节上设有若干凹槽，骨节的下端通过柔性连接件依次连接；
所述的气动肌肉包括上部气囊、下部气囊，在上部气囊、下部气囊之间设有T字形卡槽，并在上部气囊、下部气囊上分别设置有通气口；所述的T字形卡槽是与骨节的上端相互卡接；所述的凹槽内铺设有输气管，输气管分别通过通气口与上部气囊、下部气囊相互连接；
所述的定压束缚机构包括与骨架连接的第一壳体、分别设置于第一壳体内腔中的第一电池、控制器、电机、束带、导向辊筒组；所述的第一壳体上镶嵌设置有心率传感器；所述电机的主轴通过发条弹簧与束带的一端相互连接，束带的另一端穿过导向辊筒组穿出第一壳体，并设置有拉力传感器以及具有方形结构的卡扣；所述的导向辊筒组的一端是与第一壳体相互连接，导向辊筒组的另一端从内向外依次设置有电磁线圈、橡胶层；
所述的智能控制机构包括与骨架连接的第二壳体、复位弹簧、卡勾、第二电池、温度传感器、气泵、设置于骨节底部的压力传感器；所述的第二壳体被分隔为第一腔体、第二腔体；所述的复位弹簧、卡勾是设置于第一腔体内，复位弹簧的两端分别与第二壳体、卡勾相互连接；所述的第二电池、温度传感器、气泵是设置在第二腔体内，气泵是与气压传感器、输气管依次连接；所述第二壳体的外侧设有导热板，温度传感器的检测端是与导热板相互抵接。
进一步地，所述的柔性连接件上设置有医用热熔型压敏胶，医用热熔型压敏胶表面设有用于防粘连的硅油纸。
进一步地，所述气动肌肉的T字形卡槽与骨节之间相互固定连接。
进一步地，所述的心率传感器是光电心率传感器，且心率传感器的检测端朝向第一壳体的外端。
进一步地，所述导向辊筒组与第一壳体相互连接的一端设有圆盘形滑块，圆盘形滑块卡入第一壳体上设置的T形滑槽并与之相互滑动连接。
进一步地，所述的第二壳体上设置有长方形结构的通槽以及显示屏，卡勾上设置有伸出通槽的凸块。
进一步地，所述的控制器分别与第一电池、电机、心率传感器、拉力传感器、电磁线圈、温度传感器、气泵、气压传感器、显示屏、第二电池、压力传感器相互电性连接。
本发明的有益效果是：一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，包括骨架、气动肌肉、定压束缚机构、智能控制机构,所述的骨架由若干相互柔性连接的骨节组成，各骨节以医用热熔型压敏胶沾附于用户皮表，骨架在气动肌肉的配合下动态支撑进行固定，具有良好的弹性和延展性；定压束缚机构利用一定的压力动态调整束带的长度，以避免压迫使用者造成不适；智能控制机构通过传感器感知身体机能数据体征，通过屏幕显示实现可视化，此外智能控制机构还通过各传感器感知用户胸腹部的运动，动态的调整各气动肌肉的动作，智能化程度高。其结构合理，具有使用方便、智能化程度高、功能多样、安全可靠、实用性强等优点，有效解决人体肢干、躯干尤其是胸腹部外固定监测以及辅助康复缺乏适用的智能仿生感知装置的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的整体结构示意图；
图2是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的骨节结构示意图；
图3是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的气动肌肉结构示意图；
图4是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的气动肌肉与骨节连接结构示意图；
图5是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的定压束缚机构侧视剖面结构示意图；
图6是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的定压束缚机构正视剖面结构示意图；
图7是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的智能控制机构侧视剖面结构示意图；
图8是本发明所述一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成的智能控制机构外部结构示意图。
附图中标记分述如下:1、骨架，11、骨节，12、凹槽，13、柔性连接件，14、医用热熔型压敏胶，15、输气管，2、气动肌肉，21、上部气囊，22、下部气囊，23、T字形卡槽，24、通气口，3、定压束缚机构，30、心率传感器，31、第一壳体，32、第一电池，33、控制器，34、电机，35、束带，351、卡扣，352、发条弹簧，36、导向辊筒组，37、橡胶层，38、电磁线圈，39、拉力传感器，4、智能控制机构，41、第二壳体，411、第一腔体，412、第二腔体，413、通槽，42、复位弹簧，43、卡勾，44、凸块，45、第二电池，46、温度传感器，461、导热板，47、气泵，471、气压传感器，48、显示屏，49、压力传感器。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，包括骨架1、设置于骨架1上的若干气动肌肉2、分别设置于骨架1两端的定压束缚机构3、智能控制机构4，骨架1用于整体的支撑以及与用户皮表的连接，气动肌肉2用于调整骨架1的形态，定压束缚机构3用于以一定的束缚力辅助固定骨架1，而智能控制机构4主要通过传感器的感知控制各部件的具体动作。
如图2所示，所述的骨架1包括若干具有工字型结构的骨节11，骨节11上设有若干凹槽12，骨节11的下端通过柔性连接件13依次连接；由骨节11组成的骨架底部轮廓应与使用者具体使用部位的大致轮廓大致相同，以更好地实现贴合、支撑固定。
如图3所示，所述的气动肌肉2包括上部气囊21、下部气囊22，在上部气囊21、下部气囊22之间设有T字形卡槽23，并在上部气囊21、下部气囊22上分别设置有通气口24；所述的通气口24不应具有阻塞气体流动的结构,以方便气囊快速的充放气。
如图4所示，所述的T字形卡槽23是与骨节11的上端相互卡接；所述的凹槽12内铺设有输气管15，输气管15分别通过通气口24与上部气囊21、下部气囊22相互连接；为了更好地防止输气管15破裂，输气管15应具有一定的弹性，在一种可能的实施例中，凹槽12为带有缺口的圆形结构，输气管15从缺口卡入凹槽12，在另一种可能的实施例中，凹槽12上设置有卡环，且输气管15套入卡环并与之滑动连接。
在一种可能的实施例中，朝向气囊外侧的一段设有快接头，而输气管15上设有相应的快接装置。
如图5、图6所示，所述的定压束缚机构3包括与骨架1连接的第一壳体31、分别设置于第一壳体31内腔中的第一电池32、控制器33、电机34、束带35、导向辊筒组36；所述的第一壳体31上镶嵌设置有心率传感器30；所述电机34的主轴通过发条弹簧352与束带35的一端相互连接，束带35的另一端穿过导向辊筒组36穿出第一壳体31，并设置有拉力传感器39以及具有方形结构的卡扣351；
如图7、图8所示，所述的导向辊筒组36的一端是与第一壳体31相互连接，导向辊筒组36的另一端从内向外依次设置有电磁线圈38、橡胶层37；
控制器33分别与电磁线圈38、第一电池32、电机34、拉力传感器39、压力传感器49、心率传感器30相互连接。
第一壳体31具有心率传感器30检测端的侧面与用户身体贴合，与控制器33配合测量使用者的心率。
所述的电机34通过发条弹簧352与束带35的一端相互连接,控制束带35的收放，发条弹簧352具有一定的弹性，能避免在收房过程中对使用者造成伤害，而电机34的正反转则由控制器33根据压力传感器49检测到的压力方向以及拉力传感器39的数值来判断，压力传感器49检测到朝向人体外的压力且拉力传感器39的数值不等于预设值则转动电机34调整束带35的松紧，直到拉力传感器39的数值复合预设值。当束带35不需要调整时，导向辊筒组36内的电磁线圈38通电相互吸合，将束带35夹紧。
所述的智能控制机构4包括与骨架1连接的第二壳体41、复位弹簧42、卡勾43、第二电池45、温度传感器46、气泵47、设置于骨节11底部的压力传感器49；所述的第二壳体41被分隔为第一腔体411、第二腔体412；所述的复位弹簧42、卡勾43是设置于第一腔体411内，复位弹簧42的两端分别与第二壳体41、卡勾43相互连接；所述的第二电池45、温度传感器46、气泵47是设置在第二腔体412内，气泵47是与气压传感器471、输气管15依次连接；所述第二壳体41的外侧设有导热板461，温度传感器46的检测端是与导热板461相互抵接。
所述的卡勾43在使用时与卡扣351连接并在复位弹簧42的作用下将卡扣351拉入第一腔体411，防止其脱落。
所述的温度传感器46与控制器33连接检测使用者的体温。气压传感器471与控制器33连接检测气动肌肉2气囊中的气压，避免气囊由于气压过高而破裂。气泵47与控制器33连接，控制器通过综合各控制器的监测数据控制气泵47向启动肌肉2内充放气，气动肌肉2由于上部气囊21、下部气囊22之间充气量的不同以及上部气囊21与上部气囊21或下部气囊22与下部气囊22相互挤压，改变骨架1的具体形状。
在如图4所示的一种实施例中，所述的柔性连接件13上设置有医用热熔型压敏胶14，医用热熔型压敏胶14表面设有用于防粘连的硅油纸。医用热熔型压敏胶14用于连接使用者与骨架1。
在如图4所示的一种实施例中，所述气动肌肉2的T字形卡槽23与骨节11之间相互固定连接，这种固定应允许小范围的滑动，但是滑动距离应不足以使气动肌肉2从骨节11上脱落。
在如图6所示的一种实施例中，所述的心率传感器30是光电心率传感器，且心率传感器30的检测端朝向第一壳体31的外端。
在如图5所示的一种实施例中，所述导向辊筒组36与第一壳体31相互连接的一端设有圆盘形滑块，圆盘形滑块卡入第一壳体31上设置的T形滑槽并与之相互滑动连接。
在如图8所示的一种实施例中，所述的第二壳体41上设置有长方形结构的通槽413以及显示屏48，卡勾43上设置有伸出通槽413的凸块44，拨动凸块44以伸出卡勾43。
在一种实施例中，所述的控制器33分别与第一电池32、电机34、心率传感器30、拉力传感器39、电磁线圈38、温度传感器46、气泵47、气压传感器471、显示屏48、第二电池45、压力传感器49通过导线相互电性连接。
本发明所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，包括骨架、气动肌肉、定压束缚机构、智能控制机构,所述的骨架由若干相互柔性连接的骨节组成，各骨节以医用热熔型压敏胶沾附于用户皮表，骨架在气动肌肉的配合下动态支撑进行固定，具有良好的弹性和延展性；定压束缚机构利用一定的压力动态调整束带的长度，以避免压迫用户造成不适；智能控制机构通过传感器感知身体生物体征数据，通过屏幕显示实现可视化，此外智能控制机构还通过各传感器感知用户胸腹部的运动，动态的调整各气动肌肉的动作，智能化程度高。其结构合理，具有使用方便、智能化程度高、功能多样、安全可靠、实用性强等优点，有效解决人体肢干、躯干尤其是胸腹部外固定监测以及辅助康复缺乏适用的智能仿生感知装置的问题。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：包括骨架(1)、设置于骨架(1)上的若干气动肌肉(2)、分别设置于骨架(1)两端的定压束缚机构(3)、智能控制机构(4)，所述的骨架(1)包括若干具有工字型结构的骨节(11)，骨节(11)上设有若干凹槽(12)，骨节(11)的下端通过柔性连接件(13)依次连接；
所述的气动肌肉(2)包括上部气囊(21)、下部气囊(22)，在上部气囊(21)、下部气囊(22)之间设有T字形卡槽(23)，并在上部气囊(21)、下部气囊(22)上分别设置有通气口(24)；所述的T字形卡槽(23)是与骨节(11)的上端相互卡接；所述的凹槽(12)内铺设有输气管(15)，输气管(15)分别通过通气口(24)与上部气囊(21)、下部气囊(22)相互连接；
所述的定压束缚机构(3)包括与骨架(1)连接的第一壳体(31)、分别设置于第一壳体(31)内腔中的第一电池(32)、控制器(33)、电机(34)、束带(35)、导向辊筒组(36)；所述的第一壳体(31)上镶嵌设置有心率传感器(30)；所述电机(34)的主轴通过发条弹簧(352)与束带(35)的一端相互连接，束带(35)的另一端穿过导向辊筒组(36)穿出第一壳体(31)，并设置有拉力传感器(39)以及具有方形结构的卡扣(351)；所述的导向辊筒组(36)的一端是与第一壳体(31)相互连接，导向辊筒组(36)的另一端从内向外依次设置有电磁线圈(38)、橡胶层(37)。
2.根据权利要求1所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述的智能控制机构(4)包括与骨架(1)连接的第二壳体(41)、复位弹簧(42)、卡勾(43)、第二电池(45)、温度传感器(46)、气泵(47)、设置于骨节(11)底部的压力传感器(49)。
3.根据权利要求2所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述的第二壳体(41)被分隔为第一腔体(411)、第二腔体(412)；所述的复位弹簧(42)、卡勾(43)是设置于第一腔体(411)内，复位弹簧(42)的两端分别与第二壳体(41)、卡勾(43)相互连接；所述的第二电池(45)、温度传感器(46)、气泵(47)是设置在第二腔体(412)内，气泵(47)是与气压传感器(471)、输气管(15)依次连接。
4.根据权利要求2或3所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述第二壳体(41)的外侧设有导热板(461)，温度传感器(46)的检测端是与导热板(461)相互抵接。
5.根据权利要求1所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述的柔性连接件(13)上设置有医用热熔型压敏胶(14)，医用热熔型压敏胶(14)表面设有用于防粘连的硅油纸。
6.根据权利要求1所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述气动肌肉(2)的T字形卡槽(23)与骨节(11)之间相互固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述的心率传感器(30)是光电心率传感器，且心率传感器(30)的检测端朝向第一壳体(31)的外端。
8.根据权利要求1所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述导向辊筒组(36)与第一壳体(31)相互连接的一端设有圆盘形滑块，圆盘形滑块卡入第一壳体(31)上设置的T形滑槽并与之相互滑动连接。
9.根据权利要求2或3所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述的第二壳体(41)上设置有长方形结构的通槽(413)以及显示屏(48)，卡勾(43)上设置有伸出通槽(413)的凸块(44)。
10.根据权利要求1所述的一种基于柔性骨节辅助固定的智能气动人工肌肉感知总成，其特征在于：所述的控制器(33)分别与第一电池(32)、电机(34)、心率传感器(30)、拉力传感器(39)、电磁线圈(38)、温度传感器(46)、气泵(47)、气压传感器(471)、显示屏(48)、第二电池(45)、压力传感器(49)相互电性连接。
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