CN107708646A - 使用形状记忆合金部件的身体按摩器 - Google Patents

Abstract

一种按摩设备包括限定中央开口的框架以及跨越开口的网布或织物幅材。多个SMA线段紧邻布料或织物地跨越中央开口。线段在相反端连接到为导线提供欧姆加热的电源电路。导线可以单独且依序致动，每根导线的收缩对其紧密接触的身体部位提供压缩。所述设备可以是与任何座椅同用的便携式按摩装置，或者内置于座椅、床、其他家具或者覆套中。

Description

使用形状记忆合金部件的身体按摩器

技术领域

本发明涉及一种按摩设备，更具体涉及一种采用形状记忆线作为移动元件的按摩装置。

背景技术

现有技术中已知许多按摩装置，这一事实说明需要按摩机构来补充和取代传统的徒手按摩。最简单的装置由串在多根线绳上的珠子或光滑凸耳组成，并且适于徒手使用，这是通过握住组件的相反两端并且跨待治疗的肢体或身体部位的表面拖曳该组件。类似的组件被设计成放置在椅座或椅背上的衬垫，使得使用者可以靠在珠子或凸耳上并且体验物体的突起推压与组件接触的身体部位。这类装置显然是依靠使用者的体重和活动而获得按摩效果的被动机制。

在现有技术中，还已知多种由电动机驱动的按摩机构。一般而言，这类装置包括安装在轴上的凸轮或凸耳，所述轴缓慢旋转，以使这些物体的凸角能够缓慢推压装置所紧密接触的身体部位的肌肉。通常需要包括齿轮减速系统才能使电动机的快速旋转变换成轴的必要的慢速旋转。这样的机构通常体积庞大而笨重，因此必须将其整合到一件家具中，诸如专用的“按摩椅”等。尽管机械式按摩装置可用作便携式“按摩垫”，但它们往往具有相当的厚度来容纳多个机构，因此它们用于现有的座椅时会占据很大部分的座位空间。

这类按摩椅最显著的缺陷在于，它们会产生过多噪音(特别是电动机和齿轮)，它们因重量和体积而不易携带，并且它们的按摩运动可能会体感单调重复并且过重过烈。此外，由于采用大量机械组件和电气控件，这类按摩椅往往成本高昂。

发明内容

本发明大体上包括一种按摩设备，其采用形状记忆合金(SMA)导线，以在所述SMA导线加热收缩时产生按摩效果。SMA导线通过欧姆加热(Ohmic hearting)的机制工作，并且由导线产生的余热是按摩效果的增效元素。

所述按摩设备包括：基本上刚性或略柔性并且具弹性的框架，该框架限定中央开口，以及跨越该中央开口的网布或织物的幅材。多个SMA线段紧邻布料或织物地延伸跨越中央开口。每个线段可以被容纳于管部中，该管部保护导线并且调节自其散发的热量。线段在相反端连接到为导线提供欧姆加热的电源电路。电源电路可以包括电流源和操作MOSFET或类似功率门控装置的可编程控制器等。所述控制器可以被编程为对来自电源的电流进行脉宽调制以控制导线的欧姆加热。众所周知，导线可能会被加热到超过其形变温度，导致它们在长度上缩短并且在冷却时松弛并延展。

所述按摩装置的使用者可以将身体的一部分(例如背部)靠在跨越中央开口的网状织物或布料上。因此，SMA导线遵循身体部位的曲率并且顺其延伸。导线可以单独且依序致动，每根导线的收缩对其紧密接触的身体部位提供压缩。压缩的感觉仿佛挤压触动的肌肉，并且体验如同按摩搓揉。同时，激活导线所需的热量部分导入触动的肌肉，提供保暖和按摩搓揉。与现有技术的动力按摩装置不同，这一过程基本上很安静。

SMA导线可以被依序操作，以提供沿着触动的身体部位肌肉以蠕动的方式前行的按摩“波浪”。按摩波浪可以被引导成使其促进身体部位中的血液流向心脏，或者出于某些目的而逆向流转。按摩波浪也可以被横向引导；也就是说，并不一定与血流方向相应。

SMA按摩装置可以体现为轻便的便携式装置，以便其可以结合现有的椅或床来使用。此外，它可以用于为残疾人士服务的轮椅并且由可充电的电池组供电。同样地，所述装置可以与飞机或者汽车和卡车座椅结合用来治疗驾驶员或乘客，并且可以由交通工具的机载电源系统来供电。

替选地，SMA按摩装置可以作为椅背和/或座椅结构的一部分内置于座椅中，并且可以由可充电的电池组或插电式电源来供电。同样地，所述装置可以被整合到床结构中。

附图说明

图1A和图1B是典型的现有技术背部支撑设备的透视图。

图2是本发明的形状记忆合金按摩设备的一个实施例的平面图。

图3是如图2所示的SMA按摩设备的正面透视图。

图4A和图4B是图2和图3的按摩装置的俯视图，分别示出设备的静止状态和致动状态。

图5是描绘用于激励并控制如图2至图4中所绘设备的电气系统的功能性框图。

图6是图2至图4的SMA按摩设备的替选实施例的透视图。

图7A是本发明的设备的又一实施例的平面布局，图7B是图7A的设备的线路布局的详细示意图。

图8是本发明的SMA按摩设备的另一实施例的平面布局。

图9是本发明的SMA按摩设备的又一实施例的透视图。

图10是本发明的SMA按摩设备的另一实施例的透视图。

具体实施方式

本发明大体上包括一种按摩设备，其采用形状记忆合金(SMA)导线来产生按摩效果。SMA按摩装置的一个实施例包括适于与各种现有座椅共同使用的便携式组件。在图1A和图1B中示出一种现有技术中已知的腰背支撑件10，其适于供背部的腰椎区域经受疼痛和不适的个人使用。市场上可购得的典型支撑装置包括框架11，其由诸如钢丝等形状保持材料组成，所述框架具刚性或略具柔性并且形成闭环。网布或其他织物的幅材12被拉伸跨过框架以完全填满其中的开口。框架11包括横向相对的弧形侧部13和竖向相对的顶部16和底部17，所述弧形侧部从平分的垂直(YZ)平面V弯曲以限定从现场使用者观察的凸曲线，所述顶部和底部被成型为限定从现场使用者观察的水平(XY)平面H上的凹曲率。后带20于顶部16与底部17之间在张力下延伸并且保持框架的弓形曲率。

如图1B所示，框架11的这些曲率的组合效果在于，幅材12的轮廓在垂直平面V上具有凸曲率18并且在水平平面H上具有凹曲率19。结果，幅材12趋于侧向包裹使用者的下背部，并且伸入使用者背部的腰椎部位的天然凹窝。因此，腰背部位与弹性网状材料接触并紧密接触，其压力平缓地遍布网状材料的接触凹部。因此，提供腰背支撑。

腰背按摩器包括多个形状记忆线段21(图2和图3)。每个线段21可以被容纳于软管(诸如硅树脂或Teflon^TM等)中，但这并非必需。替选地，SMA导线可以被缝制或缝合到织物层上，这可以提供所需的热电隔离和绝缘性能。每个SMA线段21包括一个线脚22，其自支撑件的框架的一侧横向延伸，跨越网状材料的幅材12，在相对侧的23处成环，并且重新定向为大体上平行于线脚22的第二线脚24并延伸回到框架的第一侧。线段21的端部被固定到电连接件26，而该电连接件26又被电性连接到如下所述的电源电路。线段21的线脚22和24的绝大部分被布置成毗邻网状材料的背面。

在优选实施例中，设有四个线段21，每个线段被分别连接至电源电路，以便单独致动。线段21可以被编织穿过网状材料，或者最低限度地附接于其上，或者仅以贴近网状材料的方式延伸，只要这些线段被定位成紧密接触网状材料12并由此紧密接触使用者即可。

如图4A所示，当线段21未被致动时，绷紧的网状材料的幅材12限定与使用者背部的腰背部位接合的凹面。当每个线段21通过欧姆加热而激活时，该线段收缩，并且如图4A中的箭头及图4B所示，促使网状材料的凹弧19稍微变平(25)并且更牢固地紧密接触使用者背部的腰椎部位。这种效果让使用者体验到令人感觉舒适和愉悦的按摩压力。此外，致动的线段21所发出的热量也是一种令人愉悦的感觉。

线段21可以任何理想的顺序来激活；例如，它们可以从上到下连续且依序地致动，以提供滚动、蠕动般按摩运动。该顺序往往会提供一种放松的效果。替选地，线段21可以从下到上地致动，倾向于驱动朝向头部的循环并且对使用者进行心理刺激。视需要，可以将其他顺序编程到功率控制电路中。此外，线段可以响应于来自内置或附连到网材或织物部件12的生物测量或神经测量传感器的传感器输入而致动。

在优选实施例中，设有直径0.015英寸的Flexinol^TM型的2至6个SMA导线，每个导线约为33英寸长并且端接有“接线片”26，以便电性连接。SMA导线优选被封闭在薄壁塑料管(例如Teflon^TM等)中，以提供热保护，使得温热的SMA导线不会熔化织物或者引起可能令使用者分心的过度加热。

参照图5，SMA按摩装置的电气系统包括通过多个MOSFET开关32连接到线段21的电源31。微处理器33被连接到电源和MOSFET开关32。微处理器从电源31接收电力并且被编程为启动MOSFET开关32，提供对SMA线段21供电的定时、排序和脉宽调制。信号线34还向微处理器提供传感器信号。传感器可以包括操作温度和导线张力以及指示使用者状态的生物测量传感器。微处理器33还可以使用遥控或Bluetooth^TM无线技术等进行无线控制，由此让使用者能够通过他们的智能手机或类似装置来操作按摩器。

每个导线可以使用微处理器来加热大约1.5至2.0秒，以提供通过MOSFET开关来切换电流的信号。电压和占空比(如果使用脉宽调制)基于所需的效果和SMA导线的确切长度而改变。一种理想的按摩感觉是通过从上到下“滚动”网状支撑件的压缩来实现：依序操作每个单独的SMA导线“区域”。可以有2到6个区域：每个位置的目标是提供独立于相邻区域的压缩。

加热SMA导线是通过焦耳加热(Joule heating)来实现，并且电源31可以包括电池、AC适配器、汽车电源电路或任何其他电源。在此情形下，SMA线段被编织穿过或附连到网材12，以便约束各个导线来提供大体上正交于编织网面的运动，并且直接提供到使用者背部的肌肉组织中。

SMA导线可以采用多种配置来进行布线，以提供最优的压缩时间与所需作用力(其随着线径而变化，并且线径越大，则施加的力越大)。SMA导线的直径越大，则所需的电流越强，并且SMA导线的长度越长，则所需的电压越高。导线能够以单独、串联、并联或其组合的方式来操作。如图所示，四个“区域”实际上仅使用全长约为66英寸的2个SMA导线来创建，导线在中心地带连接，并且在导线的相反两端施加正电压。

可以增加更多的SMA导线区域，以沿网状支撑件的整个长度创建滚动的压缩波浪。框架11的直径约为0.125英寸的脊状钢丝保持织物的复杂形状，在消除电流后，允许SMA致动件在绷紧的织物和钢丝的弹簧恢复力下复原。

滚动的压缩波浪还产生热量，这是SMA致动的非常理想的“副作用”，并且所产生的热量能够使用附加的织物层、加热和冷却时间控制、保护性Teflon或其他管厚以及其他手段来控制。

如图3所示的线段布置的显著特征在于，全部到线段的电性连接皆布置于所述设备的一侧，这就能够使用一条电缆通到该侧为该设备供电。然而，本领域技术人员可以理解，使用不同的线径和配置可能产生不同的按摩“效果”，并且能够使用其他框架、支撑结构和织物组合来实现类似的效果。而且，在制作导线和网状支撑件期间或者在制备该装置之后，可以使用任意多种连接技术将SMA导线直接缝入网状织物中或缝到网状织物上。

本发明所述的按摩装置可以体现为独立组件，或者可以整合到任何座椅结构中，其提供形成座椅一部分的网材或纺织材料，使用者将身体部位支撑于其上。同样地，所述装置可以体现为汽车配件，并且与机动车座椅结合使用，通过连接到多数汽车中常用的电源端口提供工作功率。所述按摩装置也可以采用类似的方式与飞机座椅结合使用。

例如，在本发明的范围内，在所述装置内可以包括传感器，其允许温度、SMA导线应变或应力监测以及其他功能，包括可用于安全目的的尖端/倾斜传感器。

参照图6，本发明的另一实施例利用腰背支撑框架11，如上所述，其限定并环绕由网材或纺织布料12跨越的开口。一对形状记忆线段21’各自被容纳在柔性管(诸如硅树脂或Teflon^TM等)中。每个线段21’包括一个线脚22’，其自支撑件的框架的一侧横向延伸，跨越网状材料的幅材12，在相对侧的23’处成环，并且重新定向为大体上平行于线脚22’的第二线脚24’并延伸回到框架的第一侧。线段21’的端部被固定到电连接件26’，而该电连接件26’又被电性连接到如上所述的电源电路。在本实施例中，两个线段21’以交叉布置方式斜向排列，每个线段从一侧13的下部延伸到在相对侧的上延伸部的环23’。两个线段21’可以单独操作或一致操作，以向紧密接触的使用者的身体部位施加更有力的按摩效果。

参照图7A和图7B，在另一实施例中，框架41被设置成限定由织物部件42跨越的外接中央开口。框架可以包括一件家具的靠背或座椅部分，或者可以包括能够与任何类型的座椅或座位结合使用的独立式部件。其显著特征在于，多个交叠的水平“V”线段51，这些线段自框架41的两侧延伸并且在织物部件42的中部交叠。第一多个线段51各自由SMA线脚52a和52b组成，这些SMA线脚分别自固定在框架41的一侧的电活性锚定件54a和54b延伸，并且在锚定件57的相对侧呈V构型会聚。第二多个线段51各自由SMA线脚53a和53b组成，这些SMA线脚分别自固定在框架41的另一侧的电活性锚定件56a和56b延伸，并且在锚定件58的相对侧呈V构型会聚。

当在锚定件54a与54b之间施加电压时，如上关于前述实施例所述，SMA线脚收缩；同样地，在锚定件56a与56b之间施加的电压将激活线脚53a和53b。由于交叠的V型布置，当一对交叠的V型线段同时通电时，能够对框架施加很大的作用力，因而对网材或织物提供很大的法向力(按压使用者的背部肌肉)。使用这种SMA导线布置，作用力能够近乎加倍，从而提供更有力的按摩效果。如上所述，可以按顺序方式激活交叠的多对V型线段51，以提供通过按摩装置移动的波状收缩。

如图8所示，本发明的又一实施例还包括闭合的框架61，其限定由织物或网状部件62跨越的外接中央开口。多个单独的SMA线段65跨框架延伸，每个SMA线段在相对的两端固定至相应的电活性锚定件63和64。在这种布线方案中，每个SMA导线具有较短的长度，仅从框架的左侧跨越到右侧。例如，能够完全将电压施加到左侧的锚定件63，而右侧的锚定件64全部电接地。SMA导线的两端需要以机械方式固定至框架，因此在通电期间，SMA导线的收缩会引起体内压缩(本质上是增加曲率半径)。这种配置的一个优势在于，能够使用较低的电压(相对于较长的SMA导线长度)。通过这种方式，能够采用直接与12V直流适配器兼容的电压，而无需升压转换器。能够同时对多根导线供电，以便能够实现前述实施例中所示的导线回路所产生的力，而这种方式仅需权衡按需增加电流。对于SMA导线与人体接触而言，始终期望使用最短的SMA导线长度，以便能够采用最低的电压。再者，为了激励较长的SMA导线，如果所需的致动时间保持恒定，则须使用更高的电压。

SMA导线收缩和伸直并且为网状腰椎支撑件提供按摩运动的概念能够进一步扩展到全身按摩“床”。关于图9中的实施例，设置床架91来支撑无弹性(非伸缩)的织物或网状材料92的外围，使得该材料形成浅浅向下弯曲的表面。多个SMA线段93悬挂或附连到从框架悬垂的材料92上并且横向于床的长度排列，以便这些SMA线段在静止构型中也呈弯曲形状。通电时，SMA导线收缩和伸直，提供正交于曲线的力和位移，从而按压压或挤压身体。在本实施例中可以使用如前所述的任一SMA导线布局和连接布置。当多个区域呈简单的单线、U型线或双V型线方式来布置时，结果是全身按摩。

参照图10，SMA按摩装置的还一个实施例包括可拆卸地固定至现有座椅的靠背部分102的设备101。设备101采用适于可拆卸地放置在椅背102上的椅套方式来构造。该设备包括由略具弹性的织物材料形成的前板和后板103，这两个板具有类似于椅背的外围形状。板103在相对的侧缘106和顶端107处缝合或以其他方式连接在一起，并且组件的底部是开口端。缝入相对的侧缘的是一对沿其延伸的结构幅材部件108，用以增加组件侧缘的强度和硬度。

多个SMA线段111被固定在椅套101内，并且可以包括如图2、图3、图6、图7A、图7B和图8所示的任意布置。在一个示例性布置中，线段111各自包括平行的线脚112和113，它们自环端114一体延伸，所述环端在侧面106固定于其中一个结构幅材108中。线脚112和113的另一端在侧面107固定在相对的另一个结构幅材108中，并且连接到电力电缆115。如前所述，电力电缆115可以如图5所示连接到本发明的电子系统，以激活SMA线段111。

如箭头和虚线所示，通过将椅背102置于椅套盖组件111的敞开的底端内，将套盖组件111放置在椅背102上。椅套组件的尺寸被设定为围绕椅背102紧密贴合，使得板103和SMA线脚112和113跨椅背大体上绷紧地延伸。结构幅材部件与椅背102的侧缘接合，使得SMA线段111基本上锚固并且跨越椅背。因此，当座椅使用者向后靠在板103和椅背上时，SMA线段111紧密接触使用者的背部并且被定位成施加正交于使用者背部的按摩力。此外，SMA激活中的一些热量被传导到使用者的背部，并且可以选择板103的织物，以使这种加热效果衰减到任何理想的程度。

上文已出于说明和描述目的给出本发明的优选实施例的内容。但这并非旨在穷举或将本发明限定为所公开的确定形式，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，根据上述内容可能存在多种修改和变型。选择所述实施例的目的乃为阐释本发明的原理及其实际应用，由此使本领域其他技术人员得以依特定用途作出各种修改，以善用本发明及各种实施例。所附权利要求书旨在限定本发明的范围。

工业实用性

本发明可以体现为便携式、轻型、无声、电动操作的按摩装置，用于同各种现有的座椅和其他夹具联合使用。替选地，该按摩装置可以体现为椅、床和类似家具中的内置装置。该按摩装置还可以与诸如汽车、卡车和飞机等交通工具的座位以及用于使用轮椅等的残疾人的移动器械结合使用。

序列表

不适用

Claims (18)

1.一种用于治疗人体的按摩设备，包括：

限定中央开口的外围框架，所述框架包括间隔开的相反侧；

织物幅材，其跨越所述中央开口并且适于供正治疗的身体部位紧密接触且响应于接触而采用凹曲率；

在所述相反侧之间延伸的多个形状记忆线段，所述段各自具有连接到所述框架的所述相反侧的相反端；

所述形状记忆线段被布置成紧邻所述织物幅材并且布置成采用所述织物幅材的所述凹曲率；

电子电路，其被连接到所述形状记忆线段中的每一个并且适于电性激活所述形状记忆线段收缩且正交于所述凹曲率移动并且紧密接触正治疗的身体部位。

2.根据权利要求1所述的按摩设备，其中，所述多个形状记忆线段呈平行的间隔关系布置，并且所述电子电路以串行的时序方式电性激活所述形状记忆线段。

3.根据权利要求1所述的按摩设备，其中，所述形状记忆线段中的每一个包括至少一个形状记忆线脚。

4.根据权利要求3所述的按摩设备，进一步包括多个管构件，每个管构件以同心的同延关系固定到所述形状记忆线脚中的一个。

5.根据权利要求3所述的按摩设备，其中，所述形状记忆线脚从V型结构的共同顶点延伸。

6.根据权利要求5所述的按摩设备，其中，所述形状记忆线段的所述V型结构呈交叠的成对布置排列。

7.根据权利要求1所述的按摩设备，其中，所述外围框架包括闭合的弯曲环，所述环在平分所述环的水平面具有凹曲率并且在平分所述环的垂直面具有凸曲率。

8.根据权利要求7所述的按摩设备，进一步包括用于将所述闭合的弯曲环固定到椅背的条带。

9.根据权利要求1所述的按摩设备，其中，所述电子电路包括电源和多个电源开关装置，每个电源开关装置连接于所述电源与所述多个形状记忆线段中的一个之间。

10.根据权利要求9所述的按摩设备，进一步包括连接到所述电源开关装置并且编程为以预定方式致动所述电源开关装置的微处理器。

11.根据权利要求10所述的按摩设备，其中，所述微处理器被编程为对所述电源开关装置执行脉宽调制控制。

12.根据权利要求1所述的按摩设备，其中，所述外围框架包括基架，并且所述织物幅材被布置成基本上支撑使用者的全身。

13.一种用于治疗人体的按摩设备，包括：

织物幅材，其具有相反侧并且适于供正治疗的身体部位紧密接触且响应于接触而采用凹曲率；

在所述相反侧之间延伸的多个形状记忆线段，所述段各自具有连接到所述织物幅材的所述相反侧的相反端；

所述形状记忆线段被定位成紧邻所述织物幅材并且布置成采用所述织物幅材的所述凹曲率；

电子电路，其被连接到所述形状记忆线段中的每一个并且适于电性激活所述形状记忆线段收缩且正交于所述凹曲率移动并且紧密接触正治疗的身体部位。

14.根据权利要求13所述的按摩设备，进一步包括用于将所述织物幅材固定到现有座椅的靠背结构的装置。

15.根据权利要求14所述的按摩设备，其中，所述用于固定所述织物幅材的装置包括适于放置到座椅的靠背结构上的椅套，所述织物幅材包括所述椅套的一部分。

16.根据权利要求14所述的按摩设备，其中，所述椅套包括一对结构幅材部分，每个结构幅材部分沿着所述织物幅材的所述相反侧中的一个延伸并且布置成接合椅背的相反侧边，所述形状记忆金属线段的所述相反端被固定到所述结构幅材部分。

17.根据权利要求13所述的按摩设备，进一步包括环绕所述织物幅材的至少一部分周边的框架，所述织物幅材的所述相反侧被固定到所述框架。

18.根据权利要求13所述的按摩设备，进一步包括环绕所述织物幅材的至少一部分周边的框架，所述形状记忆线段的所述相反端也由所述框架支撑。