CN107981438A - 集成外骨骼的空调服 - Google Patents

Abstract

本发明属于可穿戴技术领域，具体地说涉及集成外骨骼的空调服，包括空调服、背挂空调和外骨骼，所述的空调服分为内层和外层，其内层和外层中间形成中空结构，所述的背挂空调设置在空调服背面的上部，通过管路与空调服连接，所述的外骨骼对称设置在空调服髋部两侧，且外骨骼的关节处设置有驱动电机，本发明用于辅助复健人士能够有更好的行走训练环境，也可以用于军事训练中为士兵提供更好的行军辅助，或者是令残疾人士能够在外出行走中摆脱轮椅，感受更加舒适的行走过程。

Description

集成外骨骼的空调服

技术领域

本发明属于可穿戴技术领域，具体地说涉及集成外骨骼的空调服。

背景技术

现有背景技术下，复健人士一般需要依赖他人的帮助，往返于复健设施，进行训练，这就对复健人士以及护理人员都造成了麻烦，如果能够借助外骨骼进行复健训练，那么复健人士可以不依赖别人，很轻松地进行自我训练，并且由于机器的正确引导，可以很快速地进行相关身体恢复。

而目前的外骨骼设备的舒适性都较差，当人进行相关活动时，依旧会因活动产生汗水，这会对人体造成体表的闷热和不适，造成外骨骼设备实际上不适于长期佩戴。

现代单兵作战中，外骨骼同样得到了应用，可是由于设备自身设计的不成熟，同样存在佩戴的舒适度不够的问题，如果要把外骨骼应用于更广泛的领域，诸如残疾人的义肢替代等，舒适度是需要解决的很重要的问题。

发明内容

本发明针对背景技术下的不足之处，提出一种舒适度高的，应用效果好的新型集成外骨骼的空调服，有效解决了背景技术中存在的外骨骼的使用体验的问题，有效延伸了外骨骼的应用深度，使得更适于多种场合的使用，具体方案如下：

集成外骨骼的空调服，包括空调服、背挂空调、外骨骼和电源装置，其特征在于，所述的空调服为上下一体式，所述的空调服包括内层与外层，所述的内层与外层形成中空结构，所述的空调服在胸前设置有从领口至胯部的拉链装置，所述的空调服领口、袖口和裤口为收紧式，所述的空调服在肘部与膝部设置有防护胶圈，所述的防护胶圈与内层和外层紧密结合，所述的防护胶圈设置有通气管路，所述的通气管路的通过致密毛细孔连接至防护胶圈的内表面；

所述的背挂空调设置在空调服背面的上半部，所述的背挂空调底部左右两端分别设置有送风口以及回风口，所述的送风口通过管路与空调服相连，所述的回风口通过管路与空调服相连；

所述的外骨骼包括连接用骨架以及驱动电机，所述的连接用骨架对称设置于空调服的髋部两侧，所述的连接用骨架依次从上往下，分别在空调服的髋部、膝部以及鞋部的连接处设置有驱动电机，所述鞋部的驱动电机应当设置和使用者鞋子连接的连接件，所述的驱动电机通过缓冲弹簧与螺钉与连接用骨架固定连接，所述的驱动电机相互之间并联连接；

所述的电源装置固定连接在空调服背面的下半部，通过电路与背挂空调与外骨骼相连，所述的电源装置可以是蓄电池、燃料电池或者是光伏电池。

进一步的，所述的空调服外层为防火隔热材料，所述的空调服内层为纯棉材料，所述的空调服领口、袖口和裤口设置有温度传感器，所述的防护胶圈的内表面设置有温度传感器与湿度传感器，所述的温度传感器和湿度传感器分别背挂空调电路连接。

进一步的，所述的背挂空调包括外壳、送风风扇、出风风扇、压缩机、换热器以及冷凝器，所述的送风风扇设置在外壳内一角，贯通至外壳外侧，所述的换热器一端连接于送风风扇的出风方向，通过铁条与螺钉固定在外壳内部，另一端连接于送风口，所述的压缩机与冷凝器设置在外壳内，并与换热器串联连接并形成封闭回路，所述的出风风扇设置于外壳的一角，一端贯通至外壳外侧，另一端与回风口相连。

进一步的，所述的连接用骨架为铝合金材质，两端可旋转，所述的连接用骨架之间以铰链相连，所述的铰链设置有回转弹簧，所述连接用骨架分为上段与下段，所述的下段间隔均匀地设置有不少于4个通孔，所述的上段嵌套于下段内，并且在表面设置有与所述的通孔配合的弹簧卡笋。

进一步的，所述的电源装置设置在复合材料的保护壳内，所述的电源装置与保护壳之间从内往外依次设置有缓冲海绵层、干燥层和防水层，所述的保护壳底端设置有开口。

进一步的，所述的背挂空调应设置有接地防漏电装置，所述的接地防漏电装置包括漏电保险，所述的漏电保险设置于背挂空调与电源装置之间。

进一步的，所述的连接用骨架设置有失速自锁装置，所述的失速自锁装置设置在驱动电机的外侧，所述的失速自锁装置分别与不同的连接用骨架连接，并在连接处设置有活动用高强度电磁弹簧卡扣。

进一步的，所述的连接用骨架在鞋部位置的连接件可设置为鞋部底板，所述的鞋部底板可在足弓处设置有转动铰链。

本发明具有如下可以预见的有益效果：

本发明用于辅助复健人士能够有更好的行走训练环境，也可以用于军事训练中为士兵提供更好的行军辅助，或者是令残疾人士能够在外出行走中摆脱轮椅，感受更加舒适的行走过程。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的背视图。

图3为空调服1袖子部分的局部放大图。

图4为背挂空调2内部结构示意图。

图5为连接用骨架31局部结构放大图。

图6为电源装置4及保护壳5示意图。

其中：空调服1、内层11、外层12、拉链装置13、防护胶圈14、通气管路15、背挂空调2、外壳21、送风风扇22、出风风扇23、压缩机24、换热器25、冷凝器26、送风口27、回风口28、外骨骼3、连接用骨架31、驱动电机32、通孔33、弹簧卡笋34、失速自锁装置35、连接件36、电源装置4、保护壳5、开口51。

具体实施方式

下面结合附图和对本发明的实施方式进行说明。

请结合附图1、附图2所示，集成外骨骼的空调服，包括空调服1、背挂空调2、外骨骼3和电源装置4，其特征在于，所述的空调服1为上下一体式，所述的空调服1包括内层11与外层12，所述的内层11与外层12形成中空结构，所述的空调服1在胸前设置有从领口至胯部的拉链装置13，所述的空调服领口、袖口和裤口为收紧式。

请结合附图3所示，所述的空调服1在肘部与膝部设置有防护胶圈14，所述的防护胶圈14与内层11和外层12紧密结合，所述的防护胶圈14设置有通气管路15，所述的通气管路15的通过致密毛细孔连接至防护胶圈14的内表面；

请结合附图2和附图4所示，所述的背挂空调2设置在空调服1背面的上半部，所述的背挂空调2底部左右两端分别设置有送风口27以及回风口28，所述的送风口27通过管路与空调服1相连，所述的回风口28通过管路与空调服1相连；

请结合附图1和附图2所示，所述的外骨骼3包括连接用骨架31以及驱动电机32，所述的连接用骨架31对称设置于空调服1的髋部两侧，所述的连接用骨架31依次从上往下，分别在空调服1的髋部、膝部以及鞋部的连接处设置有驱动电机32，所述鞋部的驱动电机32应当设置和使用者鞋子连接的连接件36，所述的驱动电机32通过缓冲弹簧与螺钉与连接用骨架31固定连接，所述的驱动电机32相互之间并联连接；

特别指出，所述的连接件36应当是能与使用者鞋子进行固定连接的任意机构，如固定绳、金属环等。

所述的电源装置4固定连接在空调服1背面的下半部，通过电路与背挂空调2与外骨骼3相连，所述的电源装置4可以是蓄电池、燃料电池或者是光伏电池。

在上述特征中，内层11与外层12形成的中空结构，里面优选可设置有导热管路，从送风口27起始，从背部到两臂、两腿再回归回风口28，形成内部循环回路，或者是无需导热管路，直接让空气自行流动，传热，与无管路相比，有管路可以使得从背挂空调2出来的空气能更有效率地按照一定规律在空调服1内部形成循环，给使用者带来更为舒适的体验；

背挂空调2体积应当在4-7立方分米较优，内部的设备应当是小型化后的相关空调组件，重量轻、能耗小，换热效率能够满足单人需求，控温区间应当能够任意维持在20℃-28℃之间，并且具备自动变频调温功能；

需要指出的是，防护胶圈14的通气管路15，能够通过致密毛细孔与空调服1内连通，即通过这条通路，背挂空调2制冷/制热后的气体可以透过这些途径直接作用到人体表，达到降温/保暖的效果，而不至于对关节进行过多的刺激；

所述的外骨骼3应当具有控制电脑的功能，用于感受人体透过驱动电机32传递过来的扭矩、转速和转角等数据，以此来判断人体活动情况，并相应地操作驱动电机32辅助人体腿部的活动，并且在断电状态下，驱动电机32应当具有良好的自锁功能，使得使用者能够维持在当前断电状态下的姿势，辅助使用者的活动；

所述的电源装置应当满足至少1个小时的活动时间，而为了满足更长的续航时间，该电池装置可以在空调服1、背挂空调2或者是电源装置本体的外部设置光伏发电装置，使得在使用者非使用状态下，设备的电力可以自动回复，而本设备的充电方式应当以正常的220v交流供电方式为优，也可以采用替换式的电池。

所述的空调服1的外层12为防火隔热材料，所述的空调服1的内层11为纯棉材料，所述的空调服1领口、袖口和裤口设置有温度传感器，所述的防护胶圈14的内表面设置有温度传感器与湿度传感器，所述的温度传感器和湿度传感器分别背挂空调2电路连接。

温度传感器和湿度传感器用于感应当前外部温度和使用者体温、汗湿状况，令背挂空调2根据当前温度和湿度，调节空调服内的温度和湿度情况，使得使用者能够处于一个恒温恒湿的较为舒适的使用环境。

请结合附图4所示，所述的背挂空调2包括外壳21、送风风扇22、出风风扇23、压缩机24、换热器25以及冷凝器26，所述的送风风扇22设置在外壳21内一角，贯通至外壳21外侧，所述的换热器25一端连接于送风风扇22的出风方向，通过铁条与螺钉固定在外壳21内部，另一端连接于送风口27，所述的压缩机24与冷凝器26设置在外壳21内，并与换热器25串联连接并形成封闭回路，所述的出风风扇23设置于外壳21的一角，一端贯通至外壳21外侧，另一端与回风口28相连。

请结合附图1、附图2和附图5所示，所述的连接用骨架31为铝合金材质，两端可旋转，所述的连接用骨架31之间以铰链相连，所述的铰链设置有回转弹簧，所述连接用骨架31分为上段与下段，所述的下段间隔均匀地设置有不少于4个通孔33，所述的上段嵌套于下段内，并且在表面设置有与所述的通孔33配合的弹簧卡笋34。

可旋转的连接用骨架31使得使用者腿部能够不受太多限制地进行活动，而弹簧卡笋34和通孔33的设定，使得连接用骨架的长度可调，满足不同人群的使用。

请结合附图6所示，所述的电源装置4设置在复合材料的保护壳5内，所述的电源装置4与保护壳5之间从内往外依次设置有缓冲海绵层、干燥层和防水层，所述的保护壳5底端设置有开口51。

优选的，电源装置4的光伏发电装置可以设置在保护壳5表面，与电源装置4连通，而电源装置4则为背挂空调2和外骨骼3供电，而需要进行检修或者是更换操作时，电源装置4应当可以从开口51中卸除出来，而缓冲海绵层可以降低因使用者发生翻覆意外对电源装置4的冲击，本身保护壳5应当也是耐冲击而轻便的材料，干燥层和防水层则是阻止外部的水气对电源装置4的侵蚀和破坏。

所述的背挂空调2应设置有接地防漏电装置，所述的接地防漏电装置包括漏电保险，所述的漏电保险设置于背挂空调与电源装置之间。

所述的连接用骨架31设置有失速自锁装置35，所述的失速自锁装置35设置在驱动电机32的外侧，所述的失速自锁装置35分别与不同的连接用骨架31连接，并在连接处设置有活动用高强度电磁弹簧卡扣。

所述的失速自锁装置35，可以在使用者突然失衡、或者是突然故障的情况下，检测到驱动电机32突然转速提高或者反转，为保证使用者四肢不受进一步的伤害，弹出高强度电子弹簧卡扣，使得卡扣卡紧连接用骨架31的铰链，使得不再发生相对专用，以此达到锁定当前外骨骼3的姿态的目的，有效阻止使用者因外骨骼3的突然状况而摔倒或者站不稳的事故的发生。

所述的连接用骨架31在鞋部位置的连接件可设置为部底板，所述的鞋部底板可在足弓处设置有转动铰链。如果使用者的下半身活动本来就不方便，应当设置鞋部底板辅助脚板的活动，令外骨骼3能够直接对地面进行作用力，以达到支撑使用者的目的。

以下是相关实施例：

使用者通过正确的方式穿戴好本设备后，背挂空调2能够感应到外界温度和使用者体温的差距，判断当前使用者是否处于寒冷或者是炎热的状态，以此对空调服1的内部温度进行调节，由于本身空调服1的外层12是采用隔热材料，所以外部的温度不会传导至空调服1内，而本身空调服为收领、收袖、收裤腿的结构，内部热量也不易流失到外部，使得空调服1内得到了保温，而背挂空调2也降低了对制冷制热的负荷，节约了能源，提升了电池续航能力。

外骨骼3可以对使用者的髋关节、膝关节以及踝关节进行出力辅助，并通过相互之间对使用者关节产生的相反扭矩达到支撑使用者的体重，和降低使用者腿部的负担的效果。而当使用者处于长时间不动的状态时，驱动电机32可感应到相关状态，自动降低自身的功耗，并使用相关自锁装置，诸如电子弹簧卡扣卡死关节，使得使用者能够更好地保持当前姿势，并且不会对电量造成更多的消耗；当使用者想要活动的时候，驱动电机32感应到因关节活动产生的扭矩，则会打开自锁，并重新启动辅助使用者活动。

优选的，本发明还可以设置诸如陀螺仪、神经感应元件、GPS定位装置等设置，提高外骨骼3活动的精度、提升背挂空调2的响应效率以及增加使用者的安全系数，令使用者的亲属能够方便掌握使用者当前的状况，以便在设备出现重大问题时，可及时对使用者进行帮助。

以上所述仅是本发明的优选实施方式的相关说明，但本发明的并不局限于上述的实施方式中，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.集成外骨骼的空调服，包括空调服（1）、背挂空调（2）、外骨骼（3）和电源装置（4），其特征在于，所述的空调服（1）为上下一体式，所述的空调服（1）包括内层（11）与外层（12），所述的内层（11）与外层（12）形成中空结构，所述的空调服（1）在胸前设置有从领口至胯部的拉链装置（13），所述的空调服领口、袖口和裤口为收紧式，所述的空调服（1）在肘部与膝部设置有防护胶圈（14），所述的防护胶圈（14）与内层（11）和外层（12）紧密结合，所述的防护胶圈（14）设置有通气管路（15），所述的通气管路（15）的通过致密毛细孔连接至防护胶圈（14）的内表面；

所述的背挂空调（2）设置在空调服（1）背面的上半部，所述的背挂空调（2）底部左右两端分别设置有送风口（27）以及回风口（28），所述的送风口（27）通过管路与空调服（1）相连，所述的回风口（28）通过管路与空调服（1）相连；

所述的外骨骼（3）包括连接用骨架（31）以及驱动电机（32），所述的连接用骨架（31）对称设置于空调服（1）的髋部两侧，所述的连接用骨架（31）依次从上往下，分别在空调服（1）的髋部、膝部以及鞋部的连接处设置有驱动电机（32），所述鞋部的驱动电机（32）应当设置和使用者鞋子连接的连接件（36），所述的驱动电机（32）通过缓冲弹簧与螺钉与连接用骨架（31）固定连接，所述的驱动电机（32）相互之间并联连接；

所述的电源装置（4）固定连接在空调服（1）背面的下半部，通过电路与背挂空调（2）与外骨骼（3）相连，所述的电源装置（4）可以是蓄电池、燃料电池或者是光伏电池。

2.根据权利要求1所述的集成外骨骼的空调服，其特征在于，所述的空调服（1）的外层（12）为防火隔热材料，所述的空调服（1）的内层（11）为纯棉材料，所述的空调服（1）领口、袖口和裤口设置有温度传感器，所述的防护胶圈（14）的内表面设置有温度传感器与湿度传感器，所述的温度传感器和湿度传感器分别背挂空调（2）电路连接。

3.根据权利要求1所述的集成外骨骼的空调服，其特征在于，所述的背挂空调（2）包括外壳（21）、送风风扇（22）、出风风扇（23）、压缩机（24）、换热器（25）以及冷凝器（26），所述的送风风扇（22）设置在外壳（21）内一角，贯通至外壳（21）外侧，所述的换热器（25）一端连接于送风风扇（22）的出风方向，通过铁条与螺钉固定在外壳（21）内部，另一端连接于送风口（27），所述的压缩机（24）与冷凝器（26）设置在外壳（21）内，并与换热器（25）串联连接并形成封闭回路，所述的出风风扇（23）设置于外壳（21）的一角，一端贯通至外壳（21）外侧，另一端与回风口（28）相连。

4.根据权利要求1所述的集成外骨骼的空调服，其特征在于，所述的连接用骨架（31）为铝合金材质，两端可旋转，所述的连接用骨架（31）之间以铰链相连，所述的铰链设置有回转弹簧，所述连接用骨架（31）分为上段与下段，所述的下段间隔均匀地设置有不少于4个通孔（33），所述的上段嵌套于下段内，并且在表面设置有与所述的通孔（33）配合的弹簧卡笋（34）。

5.根据权利要求1所述的集成外骨骼的空调服，其特征在于，所述的电源装置（4）设置在复合材料的保护壳（5）内，所述的电源装置（4）与保护壳（5）之间从内往外依次设置有缓冲海绵层、干燥层和防水层，所述的保护壳（5）底端设置有开口（51）。

6.根据权利要求1或3所述的集成外骨骼的空调服，其特征在于，所述的背挂空调（2）应设置有接地防漏电装置，所述的接地防漏电装置包括漏电保险，所述的漏电保险设置于背挂空调与电源装置之间。