CN112914562B - 一种智能膝关节状态监测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及智能膝关节状态监测系统，包括可穿戴设备，可穿戴设备包括第一绑缚带和第二绑缚带；第二绑缚带上设置有弹性杆，弹性杆一端连接有金属球头；第一绑缚带上设置有管体，管体内设置有两个电阻条，以及弹性软管；弹性软管的两端与管体的内壁固定，弹性软管的中间部分与管体的内壁存在活动间隙；两个电阻条均设置在弹性软管的内壁；第一绑缚带上还设置有监测组件，以及通讯模块；监测组件包括LED灯珠、供电电源、控制开关、光感传感器和ADC芯片；监测方便，监测精度高，采用弹性软管外套设管体的方式避免监测受到干扰，而且利用弹性软管的特性，在运动时对金属球头的阻力极小，运动方向可随意进行改变，大幅提升监测体验感。

Description

一种智能膝关节状态监测系统及方法
技术领域
本发明涉及技术领域，更具体地说，涉及一种智能膝关节状态监测系统及方法。
背景技术
膝关节由股骨下端、胫骨上端和髌骨构成，是人体最大最复杂的关节；膝关节的损伤通常是有人们不健康的腿部运动有关，目前对腿部运动监测手段十分缺乏，大都采用弯折时膝关节内侧位置的压力进行压力传感或弯折时膝关节外侧位置的拉力进行拉力传感，该两种方式检测数据都很不精确，对应以此数据为基础作出的一系列措施都存在极大的问题，且该两种检测方式都会对运动带来较大阻力，体验感极差。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种智能膝关节状态监测系统及方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
构造一种智能膝关节状态监测系统，其中，包括可穿戴设备，所述可穿戴设备包括可与人体大腿绑缚固定的第一绑缚带和与人体小腿绑缚固定的第二绑缚带；所述第二绑缚带上设置有塑料材质的弹性杆，所述弹性杆位于人体小腿的内侧设置且所述弹性杆背离所述第二绑缚带的一端连接有金属球头；所述第一绑缚带上设置有供所述球头活动的管体，所述管体位于人体大腿的内侧设置且所述管体内设置有两个分别与金属球头接触的长条形的可形变的电阻条，以及弹性软管；所述弹性软管的两端与所述管体的内壁固定，所述弹性软管的中间部分与所述管体的内壁存在活动间隙；两个所述电阻条均设置在所述弹性软管的内壁；所述第一绑缚带上还设置有检测两所述电阻条以及所述金属球头构成的组合体的电阻变化的监测组件，以及将所述监测组件监测到的数据外发至对应区域的所述区域监测终端的通讯模块；所述监测组件包括与所述组合体串联的LED灯珠、供电电源、控制开关、检测所述LED灯珠发光亮度的光感传感器和将所述光感传感器的电信号转换为数字信号的ADC芯片。
本发明所述的智能膝关节状态监测系统，其中，还包括云监测服务器和与所述云监测服务器通讯连接的多个区域监测终端，每一所述区域监测终端通讯连接有多个用户子端，所述用户子端包括所述可穿戴设备。
本发明所述的智能膝关节状态监测系统，其中，所述电阻条的截面呈圆弧状，两所述电阻条的朝向的夹角为锐角。
本发明所述的智能膝关节状态监测系统，其中，所述活动间隙内分布设置有多个辅助所述弹性软管复位的复位弹簧。
本发明所述的智能膝关节状态监测系统，其中，所述管体呈弧形。
本发明所述的智能膝关节状态监测系统，其中，所述第一绑缚带上设置安装壳，所述安装壳内成型有安装所述监测组件和所述通讯模块的安装腔；所述管体贯穿设置在所述安装壳上。
本发明所述的智能膝关节状态监测系统，其中，所述安装壳上设置有将LED灯珠发出光线引导至所述安装壳的外表面的导光件。
一种智能膝关节状态监测方法，根据上述的智能膝关节状态监测系统，其特实现方法如下：
需要监测时，在一条腿上穿戴第一绑缚带和第二绑缚带，弹性杆端部伸入管体内，金属球头与两个电阻条接触，启动控制开关，使得LED灯珠通电亮起；
进行运动时，小腿与大腿的弯折和伸展的往复运动会带动金属球头在管体内运动，两个电阻条与金属球头构成的组合体的电阻会出现变化，引起与其串联的LED灯珠发出光线变化，通过光感传感器将光线变化转换为电信号后，由ADC芯片将电信号转换为数字信号，通过通讯模块发出至外部监控服务器。
本发明的有益效果在于：需要监测时，在一条腿上穿戴第一绑缚带和第二绑缚带，弹性杆端部伸入管体内，金属球头与两个电阻条接触，启动控制开关，使得LED灯珠通电亮起；进行运动时，小腿与大腿的弯折和伸展的往复运动会带动金属球头在管体内运动，两个电阻条与金属球头构成的组合体的电阻会出现变化，引起与其串联的LED灯珠发出光线变化，通过光感传感器将光线变化转换为电信号后，由ADC芯片将电信号转换为数字信号，通过通讯模块发出至外部监控服务器；监测方便，而且监测精度高，金属球头的位置变化时会同时改变两个电阻条的阻值，使得检测数据会进行放大，一些较小的变化也能检测到，同时采用弹性软管外套设管体的方式避免监测受到干扰，而且利用弹性软管的特性，在运动时对金属球头的阻力极小，运动方向可随意进行改变，大幅提升监测体验感，同时整体耗电量也较低，能够进行较长时间的监测。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本发明的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：
图1是本发明较佳实施例的智能膝关节状态监测系统穿戴示意图；
图2是本发明较佳实施例的智能膝关节状态监测系统管体剖视图；
图3是本发明较佳实施例的智能膝关节状态监测系统电路原理图；
图4是本发明较佳实施例的智能膝关节状态监测系统原理框图。
具体实施方式
为了使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明较佳实施例的智能膝关节状态监测系统，如图1所示，同时参阅图2-4，包括可穿戴设备，可穿戴设备包括可与人体大腿7绑缚固定的第一绑缚带1和与人体小腿8绑缚固定的第二绑缚带2；第二绑缚带2上设置有塑料材质的弹性杆20，弹性杆20位于人体小腿的内侧设置且弹性杆20背离第二绑缚带2的一端连接有金属球头21；第一绑缚带1上设置有供球头活动的管体10，管体10位于人体大腿的内侧设置且管体10内设置有两个分别与金属球头21接触的长条形的可形变的电阻条11，以及弹性软管12；弹性软管12的两端与管体10的内壁固定，弹性软管12的中间部分与管体10的内壁存在活动间隙；两个电阻条11均设置在弹性软管12的内壁；第一绑缚带1上还设置有检测两电阻条11以及金属球头21构成的组合体的电阻变化的监测组件，以及将监测组件监测到的数据外发至对应区域的区域监测终端的通讯模块4；监测组件包括与组合体串联的LED灯珠30、供电电源31、控制开关32、检测LED灯珠发光亮度的光感传感器33和将光感传感器的电信号转换为数字信号的ADC芯片34；
需要监测时，在一条腿上穿戴第一绑缚带1和第二绑缚带2，弹性杆20端部伸入管体10内，金属球头21与两个电阻条11接触，启动控制开关32，使得LED灯珠30通电亮起；进行运动时，小腿与大腿的弯折和伸展的往复运动会带动金属球头21在管体10内运动，两个电阻条11与金属球头21构成的组合体的电阻会出现变化，引起与其串联的LED灯珠30发出光线变化，通过光感传感器33将光线变化转换为电信号后，由ADC芯片34将电信号转换为数字信号，通过通讯模块4发出至外部监控服务器；
监测方便，而且监测精度高，金属球头21的位置变化时会同时改变两个电阻条11的阻值，使得检测数据会进行放大，一些较小的变化也能检测到，同时采用弹性软管12外套设管体10的方式避免监测受到干扰，而且利用弹性软管12的特性，在运动时对金属球头21的阻力极小，运动方向可随意进行改变，大幅提升监测体验感。
优选的，还包括云监测服务器5和与云监测服务器通讯连接的多个区域监测终端6，每一区域监测终端6通讯连接有多个用户子端，用户子端包括可穿戴设备7；便于进行大范围的覆盖式监测，例如在一所医院内，将医院分为多个区域，每一区域布置区域监测终端，对每一区域内的用户子端进行监测后汇总数据到云监测服务器。
优选的，电阻条11的截面呈圆弧状，两电阻条11的朝向的夹角为锐角；便于与金属球头21接触时有较大的接触面。
优选的，活动间隙内分布设置有多个辅助弹性软管复位的复位弹簧13；便于辅助弹性软管12进行复位，保障使用寿命。
优选的，管体10呈弧形；减缓弹性杆20的弯折程度。
优选的，第一绑缚带1上设置安装壳14，安装壳14内成型有安装监测组件和通讯模块的安装腔；管体20贯穿设置在安装壳14上；结构简洁，加工方便。
优选的，安装壳14上设置有将LED灯珠30发出光线引导至安装壳的外表面的导光件15；便于利用LED灯珠进行指示开关机状态，以及进行变化状态显示，便于直观的识别是否运行正常。
一种智能膝关节状态监测方法，根据上述的智能膝关节状态监测系统，其特实现方法如下：
需要监测时，在一条腿上穿戴第一绑缚带和第二绑缚带，弹性杆端部伸入管体内，金属球头与两个电阻条接触，启动控制开关，使得LED灯珠通电亮起；
进行运动时，小腿与大腿的弯折和伸展的往复运动会带动金属球头在管体内运动，两个电阻条与金属球头构成的组合体的电阻会出现变化，引起与其串联的LED灯珠发出光线变化，通过光感传感器将光线变化转换为电信号后，由ADC芯片将电信号转换为数字信号，通过通讯模块发出至外部监控服务器；
监测方便，而且监测精度高，金属球头的位置变化时会同时改变两个电阻条的阻值，使得检测数据会进行放大，一些较小的变化也能检测到，同时采用弹性软管外套设管体的方式避免监测受到干扰，而且利用弹性软管的特性，在运动时对金属球头的阻力极小，运动方向可随意进行改变，大幅提升监测体验感。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种智能膝关节状态监测系统，其特征在于，包括可穿戴设备，所述可穿戴设备包括可与人体大腿绑缚固定的第一绑缚带和与人体小腿绑缚固定的第二绑缚带；所述第二绑缚带上设置有塑料材质的弹性杆，所述弹性杆位于人体小腿的内侧设置且所述弹性杆背离所述第二绑缚带的一端连接有金属球头；所述第一绑缚带上设置有供所述球头活动的管体，所述管体位于人体大腿的内侧设置且所述管体内设置有两个分别与金属球头接触的长条形的可形变的电阻条，以及弹性软管；所述弹性软管的两端与所述管体的内壁固定，所述弹性软管的中间部分与所述管体的内壁存在活动间隙；两个所述电阻条均设置在所述弹性软管的内壁；所述第一绑缚带上还设置有检测两所述电阻条以及所述金属球头构成的组合体的电阻变化的监测组件，以及将所述监测组件监测到的数据外发至对应区域的区域监测终端的通讯模块；所述监测组件包括与所述组合体串联的LED灯珠、供电电源、控制开关、检测所述LED灯珠发光亮度的光感传感器和将所述光感传感器的电信号转换为数字信号的ADC芯片；所述活动间隙内分布设置有多个辅助所述弹性软管复位的复位弹簧。
2.根据权利要求1所述的智能膝关节状态监测系统，其特征在于，还包括云监测服务器和与所述云监测服务器通讯连接的多个区域监测终端，每一所述区域监测终端通讯连接有多个用户子端，所述用户子端包括所述可穿戴设备。
3.根据权利要求1所述的智能膝关节状态监测系统，其特征在于，所述电阻条的截面呈圆弧状，两所述电阻条的朝向的夹角为锐角。
4.根据权利要求1-3任一所述的智能膝关节状态监测系统，其特征在于，所述管体呈弧形。
5.根据权利要求1-3任一所述的智能膝关节状态监测系统，其特征在于，所述第一绑缚带上设置安装壳，所述安装壳内成型有安装所述监测组件和所述通讯模块的安装腔；所述管体贯穿设置在所述安装壳上。
6.根据权利要求5所述的智能膝关节状态监测系统，其特征在于，所述安装壳上设置有将LED灯珠发出光线引导至所述安装壳的外表面的导光件。
7.一种智能膝关节状态监测方法，根据权利要求1-6任一所述的智能膝关节状态监测系统，其特征在于，实现方法如下：
需要监测时，在一条腿上穿戴第一绑缚带和第二绑缚带，弹性杆端部伸入管体内，金属球头与两个电阻条接触，启动控制开关，使得LED灯珠通电亮起；
进行运动时，小腿与大腿的弯折和伸展的往复运动会带动金属球头在管体内运动，两个电阻条与金属球头构成的组合体的电阻会出现变化，引起与其串联的LED灯珠发出光线变化，通过光感传感器将光线变化转换为电信号后，由ADC芯片将电信号转换为数字信号，通过通讯模块发出至外部监控服务器。
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