CN112401381A - 一种高集成模块化智能头盔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高集成模块化智能头盔，包括可更换外盔模块、头盔骨架、可调节AR眼镜、内部缓冲系统、电子器件，所述外盔模块连接在头盔骨架外侧；可调节AR眼镜与头盔骨架内侧连接，内部缓冲系统连接在头盔骨架内侧；电子器件固定在头盔骨架上、位于可更换外盔与头盔骨架之间的电子安装空间内。由于模块化设计，头盔可以在半盔、四分之三盔、全盔之间进行切换满足不同形态要求。

Description

一种高集成模块化智能头盔

技术领域

本发明属于智能头盔领域，特别是一种高集成模块化智能头盔。

背景技术

头盔作为保护头部的护具，在军队装备中占据重要作用。但是随着计算机技术飞速发展，信息化军队建设已经成为全球趋势。头盔同样逐渐集成夜视、通信、摄录等功能成为单兵作战系统一部分，现有主流战术头盔结构采用热插设计，盔体外部上有相应的安装支架可以在悬挂不同的战术需要配备，如通讯模块、摄录接口、辅助测距及夜视仪等。但是存在如下问题：1)集成化程度不高，各模块器件通过支架悬挂在外侧，缺乏整洁美观和保护，当存在外接冲击力时各器件容易损坏；2)重量分布不合理且前端摄录模块较重，整体重心不稳固，佩戴容易对颈部造成压力；3)智能化程度不高，仅具备摄录等终端功能，缺乏主控模块，同时未考虑随着功能增加后头盔主控模块的散热需求；4)头盔外挂器件，整体曲面不流畅，风阻较大，对于长时间行军容易造成佩戴人员过多负担；5)未集成AR眼镜，或者AR眼镜未考虑对于不同佩戴人员的调节问题；6)现有智能头盔一版只有一种形态，无法满足在半盔、四分之三盔、全盔之间进行快速切换，以适应不同环境需求；7)智能头盔集成度高，整体成本较高，如果遭受损伤整体更换不便且成本较高。

公开日为2019年12月14日，公开号为CN 108991646的发明专利提供了一种基于北斗的高精度位置服务的智能头盔，提出了一种集成多器件的头盔方案，初步具备一体化概念，但针对如上问题未提供明确解决措施。公开日为2018年19日，公开号为CN108669693的发明专利提供了一种警务终端智能头盔，可以内部集成相应电子器件，但是重点考虑升降机构方面集成，缺少对于头盔智能化提升趋势后的散热需求设计、人体舒适等方面未进行考虑。公开日为2020年1月14日，公开号为CN 110687682的中国发明专利申请，提供了一种具备视频模组收纳的头盔，头盔集成AR眼镜，同时可以将视频模块收纳起来，但是存在模块占位较大、没有考虑佩戴人群眼镜焦距不同等问题没法及时调整的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高集成模块化智能头盔，针对目前头盔集成度不够、器件外挂易损坏、智能化较低、适配性、兼容性等问题，该头盔创新了一种基于头盔骨架、可更换外盔分离和可调AR眼镜的模块化结构。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种高集成模块化智能头盔，包括可更换外盔模块、头盔骨架、可调节AR眼镜、内部缓冲系统、电子器件，所述外盔模块连接在头盔骨架外侧；可调节AR眼镜与头盔骨架内侧连接，内部缓冲系统连接在头盔骨架内侧；电子器件固定在头盔骨架上、位于可更换外盔与头盔骨架之间的电子安装空间内。

本发明与现有技术相比，其显著优点是：

本发明提供一种高集成模块化智能头盔，通过采用模块化、高集成结构设计，可以将电子器件高度集成在整体头盔内部、由外盔提供保护，同时兼具高智能化散热设计、重心合理佩戴稳固、风阻较小等特点，集成的可调节AR眼镜可以适配不同佩戴人群，且不会对于佩戴人员鼻梁造成负担。同时由于模块化设计，头盔可以在半盔、四分之三盔、全盔之间进行切换满足不同形态要求。加上承担外部冲击作用地外盔可以方便更换，在一定损伤范围内仅需更换外盔，成本较低，具备较好地经济性。

附图说明

图1是智能头盔整体结构分解图。

图2(a-b)均是头盔骨架的结构分解图。

图3(a-b)分别是可更换外盔的各零部件与头盔骨架装配轴侧图和后视图。

图4是头盔剖视图。

图5是头盔电子器件安装示意图。

图6是头盔主控模块散热结构分解图。

图7是头盔电子器件布局俯视图。

图8是头盔俯视图。

图9是头盔左视图。

图10是头盔骨架与AR眼镜安装示意图。

图11(a-b)分别是AR眼镜展开和上翻转效果图。

图12是内部缓冲系统结构分解图。

图13(a-b)分别是四分之三盔状态轴侧图和侧视图。

图14(a-b)分别是半盔状态轴侧图和侧视图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步的介绍。

结合图1，本发明的一种高集成模块化智能头盔，主要分成可更换外盔模块1、头盔骨架2、可调节AR眼镜3、内部缓冲系统4、电子器件5这五大模块构成，其中外盔模块1连接在头盔骨架2外侧；可调节AR眼镜3与头盔骨架2内侧连接，内部缓冲系统4连接在头盔骨架2内侧；电子器件5固定在头盔骨架2上、位于可更换外盔1与头盔骨架2之间的电子安装空间6内。

更换外盔1、头盔骨架2、内部缓冲系统4均按照半盔、四分之三盔、全盔三种形态拆分为外盔、颈部、面罩三大部分，同时可调节AR眼镜3、电子器件5均固定在头盔骨架2的外盔部分，因此头盔可以依据用户需求在半盔、四分之三盔、全盔三种形态间进行切换。

结合图2(a-b)、3(a-b)，可更换外盔1由外盔-半盔11、外盔-颈部12、外盔-面罩13、护目镜14、外盔-按键15、外盔-左转轴16、外盔-红外17七部分组成，头盔骨架2由骨架-半盔21、骨架-颈部22、骨架-面罩23三部分组成，内部缓冲系统4由缓冲-半盔44、缓冲-颈部45、缓冲面罩46三部分组成；

所述骨架-半盔21上左右两侧设有多个半盔锁附凸台结构212，所述外盔-半盔11螺栓锁附在半盔锁附凸台结构212上；所述骨架-颈部22上左右两侧设有颈部锁附凸台机构222，所述外盔-颈部12通过螺栓锁附在颈部锁附凸台机构222上；所述骨架-面罩23上左右两侧设有面罩锁附凸台机构232，所述外盔-面罩13通过螺栓锁附在面罩锁附凸台机构232上；外盔-按键15通过螺栓连接在骨架-半盔21右侧的半盔锁附凸台结构212上，用于固定按键模块55和开关按键56，外盔-左转轴16通过螺栓连接在骨架-半盔21左侧的半盔锁附凸台结构212上，与外盔-按键15配合夹住护目镜14，起到限位作用。。护目镜14被外盔-按键15和外盔-左转轴16左右夹紧固定在骨架-半盔21上，外盔-红外17直接卡在外盔-半盔11顶部的卡扣结构111上。所述骨架-半盔21后侧设有连接孔211，骨架-颈部22后侧和左右两侧前部也设有连接孔221，骨架-面罩23左右两侧后部也设有连接孔231，骨架-半盔21后侧通过螺栓与骨架-颈部22连接，骨架-颈部22通过螺栓与和骨架-面罩23连接。所述缓冲-半盔44、缓冲-颈部45、缓冲面罩46分别固定在骨架-半盔21、骨架-颈部22、骨架-面罩23的内部。

结合图1、5、10、11(a-b)，所述骨架-半盔21左右两侧设有轴承安装孔214，所述可调节AR眼镜3左右两侧设有第一翻转轴承321，第一翻转轴承321通过螺栓与轴承安装孔214锁附，使得整体眼镜可以围绕左右的第一翻转轴承321进行上下翻转调节。所述骨架-半盔21前部设有半盔护额结构215，半盔护额结构215与外盔-半盔11贴合，骨架-半盔21顶部的半盔帽檐结构216与缓冲-半盔44贴合，半盔帽檐结构216与半盔护额结构215之间的空间作为可调节AR眼镜3上翻的放置空间，不使用时可以将整体眼镜向上翻转到空间内隐藏。

结合图10，所述可调节AR眼镜3由两个部件组成：前部采集显示部件31、连接在前部采集显示部件31左右两侧的镜架32；所述前部采集显示部件31左右两侧设有第二翻转轴承311，镜架32前侧设有限位凹槽322，第二翻转轴承311通过螺栓与限位凹槽322连接，使得前部采集显示部件31也可以相对于左右镜架32上下翻转，从而使得可调节AR眼镜具备两级调节功能。限位凹槽322322为前后向凹槽，直径小于螺栓的螺帽却大于螺栓螺纹部分的直径，可以满足连接螺栓在限位凹槽322内前后移动却不会脱落，这样确保前部采集显示部件31可以相对于左右镜架32前后调节。前部采集显示部件31可以进行前后拉伸、上下翻转等微小调节，以适应不同佩戴者需求。同时前部采集显示部件31位于佩戴者鼻梁处具备鼻托312作为限位机构，经过调节后，当鼻托312与佩戴者鼻梁达到舒服接触且整体眼镜视角无问题时，即可停止调节。

所述骨架-半盔21与骨架-颈部22之间设有可快速插拔的电池模块57，位于头盔后侧；所述电池模块57包括快插电池571和电池快插板572；骨架-颈部22后侧卡入有快插电池571，骨架-半盔21上设有电池快插板572，快插电池571与电池快插板572通过快插连接，快插电池571通过电池快插板572对电子器件5供电，电子器件5固定于骨架-半盔21上，骨架-半盔21与骨架-颈部22分离时，快插电池571可以快速插拔，不需要额外安装动作。

结合图13(a-b)、图14(a-b)，通过骨架-半盔21与骨架-颈部22、骨架-颈部22与骨架-面罩23之间的装配拆卸，可以完成半盔到四分之三盔，四分之三盔到全盔，半盔到全盔之间的三种形态切换。可更换外盔1承担外部冲击，外盔-半盔11、外盔-颈部12、外盔-面罩13、护目镜14、外盔-按键15、外盔-左转轴16、外盔-红外17均设置在头盔骨架2上，因此在一定损伤范围内仅需更换相应损伤部分，装备损耗较低，同时可以依据各类复杂恶劣环境更换相应属性外盔，也能降低装备成本。头盔骨架2作为承重部件，不需要防护外界冲击，故做六边形镂空结构，可采用重量较轻的材料，保持头盔轻便性。

结合图4、9，外盔-半盔11顶部凸起流线型曲面结构114，通过其曲面与骨架-半盔21的曲面不同，形成空腔结构，即电子器件5的安装空间，可以让电子器件5高度集成在内，同时电子器件5被外盔1保护防止外部环境造成伤害。同时电子器件5统一位于电子安装空间6内，便于内部维护、拆卸。

结合图4-图7，所述电子器件5包括主控模块51，与主控模块51通过线束连接的红外摄像模块52、双目摄像模块53、散热风机54、按键模块55、开关按键56、眼动计算模块58、AR计算模块59、骨传导耳机510、主控模块发热器件511、散热模组512、侧出风机513；

所述头盔主控模块51采用螺栓锁附在骨架-半盔21上端的固定凸台结构213上，位于头盔顶部中心位置偏后位置，重量较重的电子器件：红外摄像模块52、双目摄像模块53位于头盔前侧，其他重量较轻的电子器件：按键模块55和开关按键56位于头盔右侧，方便佩戴者操作，眼动计算模块58、AR计算模块59、骨传导耳机510分别位于头盔主控模块51下侧的左右面，通过合理布局，使得头盔电气器件重心位于佩戴者头部中心。

结合图6、7，侧出风机513采用螺栓锁附在散热模组512的散热模组凸台结构5121上，组成一体，其抽风口位于散热模组翅片结构5122上，散热模组512与主控模块发热器件511贴合，其导热路径为：主控模块发热器件511热量通过金属导热传递到散热模组512上，而侧出风机513抽风时，冷风通过左右、前后四侧进入散热模组翅片结构5122的十字走向通道中，通过翅片较大的对流面积，将热量带走被抽入上侧的风机中，通过侧面的出风口排出。主控模块51用于发宋信息控制其他各模块；按键模块55设有调节按钮，比如音量大小等功能；开关按键56设有整个头盔的电源开关按钮，控制头盔开关；眼动计算模块58用于识别瞳孔动作，可以通过瞳孔动作传递信息到主控模块51，配合AR显示使用，类似于手势控制AR显示；AR计算模块59作为AR显示(头盔眼睛2个镜片模组)的控制板，主要是把主控模块51的内容处理后控制AR显示出来，虚拟现实技术。

结合图8、9，头盔主控模块51具备极强的计算处理功能，因此发热量较大，因此头盔主控模块51固定在头盔骨架2顶部，头盔整体散热方式为：在侧出风机513的抽引所用下，冷风经过左右侧进风口112进入电子安装空间6，经由散热模组512带走主控模块发热器件511的热量并被风机从后侧进风口114吹出，同时顶部流线型曲面结构114在佩戴人员跑动时，可以利用左右两侧进风口112内外侧风压，加快冷风进入电子安装空间6，其效果类似行进间汽车车窗进风。头盔主控模块51位于头盔顶部最高处，外侧通风空间较大，无其他器件阻挡，利于风机工作，且排风向后，不会影响佩戴者。同时顶部流线型曲面结构114在跑动时可以利用内外压差进一步加快冷风从左右两侧进入。

结合图8、12，头盔中还设有调节机构，所述调节机构包括旋钮41、螺杆42与压块43；旋钮41位于头盔顶部最上方，旋钮41固定在螺杆42上方，螺杆42与骨架-半盔21螺纹连接，压块43转动连接在螺杆42下方，缓冲半盔44中设有压块43安装孔，佩戴者佩戴后使用旋钮41旋动带动螺杆42向下旋动，从而带动压块43压紧佩戴者头部中心，配合合理重心，有效避免前后、左右倾斜，佩戴牢固舒适。缓冲-半盔44、缓冲-颈部45、缓冲面罩46均采用EVA材料，利用EVA易压缩特性，从多个方向辅助提供回弹力，可以从多方向固定佩戴者头部，辅助佩戴固定。

本发明提供一种高集成模块化智能头盔，通过采用模块化、高集成结构设计，可以将电子器件高度集成在整体头盔内部、由外盔提供保护，同时兼具高智能化散热设计、重心合理佩戴稳固、风阻较小等特点，集成的可调节AR眼镜可以适配不同佩戴人群，且不会对于佩戴人员鼻梁造成负担。同时由于模块化设计，头盔可以在半盔、四分之三盔、全盔之间进行切换满足不同形态要求。加上承担外部冲击作用地外盔可以方便更换，在一定损伤范围内仅需更换外盔，成本较低，具备较好地经济性。

Claims (10)

1.一种高集成模块化智能头盔，其特征在于，包括可更换外盔模块(1)、头盔骨架(2)、可调节AR眼镜(3)、内部缓冲系统(4)、电子器件(5)，所述外盔模块(1)连接在头盔骨架(2)外侧；可调节AR眼镜(3)与头盔骨架(2)内侧连接，内部缓冲系统(4)连接在头盔骨架(2)内侧；电子器件(5)固定在头盔骨架(2)上、位于可更换外盔(1)与头盔骨架(2)之间的电子安装空间(6)内。

2.根据权利要求1所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述更换外盔(1)、头盔骨架(2)、内部缓冲系统(4)均按照半盔、四分之三盔、全盔三种形态拆分为外盔、颈部、面罩三大部分；能够在半盔、四分之三盔、全盔三种形态间进行切换。

3.根据权利要求1所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述可更换外盔(1)由外盔-半盔(11)、外盔-颈部(12)、外盔-面罩(13)、护目镜(14)、外盔-按键(15)、外盔-左转轴(16)、外盔-红外(17)七部分组成，头盔骨架(2)由骨架-半盔(21)、骨架-颈部(22)、骨架-面罩(23)三部分组成，内部缓冲系统(4)由缓冲-半盔(44)、缓冲-颈部(45)、缓冲面罩(46)三部分组成；

所述外盔-半盔(11)锁附在骨架-半盔(21)上，所述外盔-颈部(12)锁附在骨架-颈部(22)上；所述外盔-面罩(13)锁附在骨架-面罩(23)上；所述骨架-半盔(21)左右两侧分别锁附有外盔-按键(15)和外盔-左转轴(16)；所述缓冲-半盔(44)、缓冲-颈部(45)、缓冲面罩(46)分别固定在骨架-半盔(21)、骨架-颈部(22)、骨架-面罩(23)的内部。

4.根据权利要求3所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述电子器件(5)包括主控模块(51)、红外摄像模块(52)、双目摄像模块(53)、散热风机(54)、按键模块(55)、开关按键(56)、眼动计算模块(58)、AR计算模块(59)、骨传导耳机(510)、主控模块发热器件(511)、散热模组(512)、侧出风机(513)；

所述头盔主控模块(51)锁附在骨架-半盔(21)上，位于头盔顶部中心位置偏后位置；所述红外摄像模块(52)、双目摄像模块(53)位于头盔前侧；按键模块(55)和开关按键(56)位于头盔右侧；眼动计算模块(58)、AR计算模块(59)、骨传导耳机(510)分别位于头盔主控模块(51)下侧的左右面；

所述侧出风机(513)锁附在散热模组(512)的散热模组凸台结构(5121)上，侧出风机(513)抽风口位于散热模组翅片结构(5122)上；散热模组(512)与主控模块发热器件(511)贴合，导热路径为：主控模块发热器件(511)热量通过金属导热传递到散热模组(512)上，而侧出风机(513)抽风时，冷风通过散热模组翅片结构(5122)的十字走向通道中，将热量带走被抽入上侧的风机中，通过侧面的出风口排出。

5.根据权利要求3所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述骨架-半盔(21)与骨架-颈部(22)之间设有可快速插拔的电池模块(57)，所述电池模块(57)包括快插电池(571)和电池快插板(572)；骨架-颈部(22)后侧卡入有快插电池(571)，骨架-半盔(21)上设有电池快插板(572)，快插电池(571)与电池快插板(572)通过快插连接。

6.根据权利要求3所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述骨架-半盔(21)左右两侧设有轴承安装孔(214)，所述可调节AR眼镜(3)左右两侧设有第一翻转轴承(321)，第一翻转轴承(321)与轴承安装孔(214)锁附，使得整体眼镜可以围绕左右的第一翻转轴承(321)进行上下翻转调节。

7.根据权利要求3所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述骨架-半盔(21)前部设有半盔护额结构(215)，半盔护额结构(215)与外盔-半盔(11)贴合，骨架-半盔(21)顶部的半盔帽檐结构(216)与缓冲-半盔(44)贴合，半盔帽檐结构(216)与半盔护额结构(215)之间的空间作为可调节AR眼镜(3)上翻的放置空间。

8.根据权利要求1所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述可调节AR眼镜(3)包括前部采集显示部件(31)和连接在前部采集显示部件(31)左右两侧的镜架(32)；所述前部采集显示部件(31)左右两侧设有第二翻转轴承(311)，镜架(32)前侧设有限位凹槽(322)，第二翻转轴承(311)通过螺栓与限位凹槽(322)连接，使得前部采集显示部件(31)能够相对于左右镜架(32)上下翻转和前后移动。

9.根据权利要求3所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述外盔-半盔(11)顶部凸起流线型曲面结构(114)，通过其曲面与骨架-半盔(21)的曲面不同，形成空腔结构，即电子器件(5)的安装空间。

10.根据权利要求1所述的集成模块化智能头盔，其特征在于，所述头盔中还设有调节机构，所述调节机构包括旋钮(41)、螺杆(42)与压块(43)；旋钮(41)位于头盔顶部最上方，旋钮(41)固定在螺杆(42)上方，螺杆(42)与骨架-半盔(21)螺纹连接，压块(43)转动连接在螺杆(42)下方，缓冲半盔(44)中设有压块(43)安装孔，使用旋钮(41)旋动带动螺杆(42)向下旋动，从而带动压块(43)压紧佩戴者头部中心。

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