CN114802656A - 下肢助力潜水服 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种下肢助力潜水服,包括潜水裤表层与内层结构;所述潜水裤表层覆盖于所述内层结构的表面;所述内层结构上放置有人工肌肉驱动模块;所述内层结构包括腰部固定装置、大腿固定装置;所述腰部固定装置、大腿固定装置通过人工肌肉驱动模块连接;所述人工肌肉驱动模块通过人工肌肉伸缩来辅助髋关节摆动。本发明潜水裤与助力装置结合为一体,无需再额外穿戴任何助力装置完成助力,降低了穿戴复杂性;用人工肌肉替代机械驱动源实现驱动,可以提高装置柔顺性,通过提高水下工作者髋关节灵活性及运动能力,从而提高其整体运动效率,节省体能。
Description
技术领域
本发明涉及水下助力技术领域,具体地,涉及一种下肢助力潜水服。
背景技术
随着时代不断发展,仅在陆地探索的资源已渐渐满足不了人类的需求,人类逐渐开发利用海洋资源。由于海洋工作环境复杂恶劣,相较于人们在陆地工作,水下工作者在进行水下作业时更易消耗体力,进而更易感到疲惫。此时,水下工作者穿戴的潜水长裤通过人工肌肉助力髋关节可以帮助水下工作者在水下运动,节省体力,从而延长工作时间,提高工作效率。
现有的水下助力装置多为外部刚性穿戴装置,即在工作者已穿戴潜水服的基础上再穿戴助力装置。例如专利文献CN211836182U公开了一种单人潜水助力装置,这类助力装置大大增加了水下工作者的负重,且增加了水下工作者穿戴物的复杂性,助力装置与潜水服的适配度有待提高。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明的目的是提供一种下肢助力潜水服。
根据本发明提供的一种下肢助力潜水服,包括潜水裤表层与内层结构;所述潜水裤表层覆盖于所述内层结构的表面;所述内层结构上放置有传感模块、控制模块、人工肌肉驱动模块;所述内层结构包括腰部固定装置、大腿固定装置。所述腰部固定装置、大腿固定装置均采用电致伸缩材料实现智能固定加紧作用,通过人工肌肉驱动模块连接;所述传感模块用来感知人体运动信息,设置在大腿固定装置、腰部固定装置上;所述控制模块,用于接收并处理传感装置传来的数据,发出信号控制人工肌肉驱动模块伸缩运动,设置在腰部固定装置上;所述人工肌肉驱动模块通过人工肌肉伸缩来辅助髋关节摆动,从而完成髋关节助力;所述表层结构不设置任何模块。
优选地,所述传感模块包括惯性传感器、力传感器,放置在大腿固定装置上,用来感知目前人体的运动状态,并传输信号给控制模块;所述传感模块还包括压力传感器,放置在大腿固定装置、腰部固定装置上,用来感知当前固定装置与人体接触产生的压力状态,并把信号传递给控制模块;
优选地,所述控制模块包括微处理器、电源、驱动气泵,变压装置,经防水封装后固定在腰部固定装置上;
所述微处理器接收惯性传感器、力传感器的信号后后处理信号并将信号传输给驱动气泵,驱动人工肌肉运动;
所述微处理器接收压力传感器的信号后处理信号并将信号传输给变压装置,智能调节固定装置松紧度;
所述电源为防水电池;
所述驱动气泵为驱动人工肌肉运动的电动驱动气泵,质量轻且价格低廉,在所述腰部固定装置左侧、右侧至少各放置一个,左侧驱动气泵连接位于左侧大腿的气动人工肌肉,右侧驱动气泵连接位于右侧大腿的气动人工肌肉。
所述变压装置为变压器,将电源电压变换成合适的电压控制电致伸缩材料形变,从而智能调节大腿固定装置、腰部固定装置松紧度,使潜水裤更适应人体运动状态,既能保证裤贴合人腿,又能保证裤不会因过于紧绷而限制人腿动作;
优选地,所述大腿固定装置及腰部固定装置为环绕在潜水裤内层的大宽度固定带,采用电致伸缩材料制成。大宽度固定带两侧连接有柔性电极,柔性电极与变压装置连接,通过变压装置施加的电压控制大宽度固定带收紧或放松,从而智能调节固定装置。
优选地,所述人工肌肉驱动模块包括四组结构相同的气动人工肌肉,在人体每条大腿前侧、后侧各设置一组。每一组气动人工肌肉两端分别固定在腰部固定装置、大腿固定装置上,导气管通过金属卡箍固定在气动人工肌肉一端。
根据本发明提供的一种下肢助力潜水服,可以适应各种下肢裤型,在试验中,应用于潜水长裤的有益效果最为显著。
与现有技术相比,本发明具有如下的有益效果:
1、本发明大腿固定装置、腰部固定装置均采用电致伸缩材料制成,可以根据当前人体与长裤的适配情况智能调节松紧。相较于刚性固定装置更加柔顺贴合人体,且实现了佩戴情况可控性、可自动调节性,更加保证穿戴舒适性及可靠性。
2、本发明通过气动人工肌肉代替刚性驱动装置驱动大腿运动完成髋关节助力,提高了装置柔顺性,减轻了佩戴装置的重量,更方便水下工作者完成运动。
3、本发明为一种下肢助力潜水服,水下工作者可直接作为普通潜水服穿戴。潜水长裤与助力装置结合为一体,无需再额外穿戴任何助力装置完成助力。这不仅减轻了水下工作者穿戴设备的负重,降低了穿戴复杂性,也很好的解决了之前存在的外部穿戴助力装置与潜水服的适配度问题。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述,本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
图1为本发明下肢助力潜水服外观示意图,实线为表层结构,虚线为内层结构;
图2为腰部固定装置展开结构示意图;
图中示出:
导气管1 力传感器7
金属卡箍2 惯性传感器8
气动人工肌肉3 电源9
腰部固定装置4 微处理器10
大腿固定装置5 变压装置11
驱动气泵6 压力传感器12
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何形式限制本发明。应当指出的是,对本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供了本发明提供了一种下肢助力潜水服,包括潜水裤表层与内层结构;潜水裤表层覆盖于内层结构的表面;内层结构上放置有传感模块、控制模块、人工肌肉驱动模块;内层结构包括腰部固定装置4、大腿固定装置5。腰部固定装置4、大腿固定装置5均采用电致伸缩材料实现智能固定加紧作用,通过人工肌肉驱动模块连接。
进一步地,传感装置与控制模块电连接,并将信号传输给微处理器10。传感装置分为三种传感器,分别为惯性传感器8、力传感器7、压力传感器12,使用时惯性传感器8、力传感器7放置在大腿固定装置5上,用来感知目前人体的运动状态;压力传感器12放置在腰部固定装置4、大腿固定装置5上,用来感知当前固定装置与人体腿部接触产生的压力状态。
如图2所示,控制模块包括驱动气泵6、电源9、微处理器10、变压装置11,经防水封装后固定在腰部固定装置4上。驱动气泵6在腰部固定装置4左侧、右侧至少各放置一个,左侧驱动气泵6连接位于左侧大腿的气动人工肌肉3,右侧驱动气泵6连接位于右侧大腿的气动人工肌肉3。
如图1所示,人工肌肉驱动模块包括四组结构相同的气动人工肌肉3,特别地,气动人工肌肉3可以采用覆盖式单个布置,也可以采用多点式多个布置。在本实施例中,气动人工肌肉3采用对大腿前后侧分别布置一个的方式,具体为:驱动气泵6在腰部固定装置4左侧、右侧各放置一个,每个驱动气泵6与两个电磁阀连接。左侧驱动气泵6连接左侧大腿前后侧的气动人工肌肉3,右侧驱动气泵6连接位于右侧大腿前后侧的气动人工肌肉3。
每一组气动人工肌肉3两端分别固定在腰部固定装置4、大腿固定装置5上,导气管1通过金属卡箍2固定在气动人工肌肉3一端。当惯性传感器8、力传感器7感应到当前人体腿部状态时,传递信号给微处理器10,微处理器10处理该信号并传递信号给驱动气泵6,以左侧大腿为例:在初始位置时,两条肌肉通过冲入一定气压来调整初始刚度,驱动气泵6接收微处理器10的信号后,在电磁阀开关作用下,当驱动气泵6对左腿后侧气动人工肌肉3抽气,并将抽取气体泵入左腿前侧气动人工肌肉3时,致左腿后侧气动人工肌肉3拉伸,左腿前侧气动人工肌肉3收缩,从而带动大腿向上运动;当驱动气泵6对左腿前侧气动人工肌肉3抽气,并将抽取气体泵入左腿后侧气动人工肌肉3时,致左腿前侧气动人工肌肉3拉伸,左腿后侧气动人工肌肉3收缩,从而带动大腿向下运动,由此实现辅助大腿前后交替摆动,从而完成髋关节助力。
腰部固定装置4、大腿固定装置5均采用电致伸缩材料制成,压力传感器12接受信号后传递给微处理器10,微处理器10处理信号后将信号传递给变压装置11,变压装置11给电致伸缩材料施加电压。当压力传感器12检测到固定装置与人体贴合不紧密时,传递信号到变压装置11,变压装置11通过柔性电极对电致伸缩材料施加的电压减小,电致伸缩材料收缩;当压力传感器12检测到固定装置与人体贴合过紧时,传递信号到变压装置11,变压装置11通过柔性电极对电致伸缩材料施加的电压增大,电致伸缩材料拉伸,从而实现自动调节固定装置松紧度。
本发明的工作原理如下:
水下工作者在进行长时间水下作业时,可以借助下肢助力潜水服进行助力。水下工作者穿戴在水下作业时,当惯性传感器8、力传感器7感受到当前人体腿部运动状态后,将信号传递给微处理器10,微处理器10处理并传递信号给驱动气泵6,驱动气泵6在电磁阀的开关作用下通过导气管1对气动人工肌肉3充气/抽气,气动人工肌肉3收缩/拉伸,带动大腿在水中交替摆动,从而实现髋关节助力。
在本申请的描述中,需要理解的是,术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本申请和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是,本发明并不局限于上述特定实施方式,本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改,这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下,本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (9)
1.一种下肢助力潜水服,其特征在于,包括潜水裤表层与内层结构;所述潜水裤表层覆盖于所述内层结构的表面;
所述内层结构上放置有人工肌肉驱动模块;所述内层结构包括腰部固定装置、大腿固定装置;所述腰部固定装置、大腿固定装置通过人工肌肉驱动模块连接;所述人工肌肉驱动模块通过人工肌肉伸缩来辅助髋关节摆动。
2.根据权利要求1所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述内层结构上还放置有传感模块、控制模块;
所述传感模块用来感知人体运动信息,设置在大腿固定装置、腰部固定装置上;
所述控制模块,设置在腰部固定装置上,用于接收并处理传感装置传来的数据,发出信号控制人工肌肉驱动模块伸缩运动。
3.根据权利要求2所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述腰部固定装置、大腿固定装置均采用电致伸缩材料实现智能固定加紧作用。
4.根据权利要求3所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述传感模块包括惯性传感器、力传感器,放置在大腿固定装置上,用来感知目前人体的运动状态;
所述传感模块还包括压力传感器,放置在大腿固定装置、腰部固定装置上,用来感知大腿固定装置、腰部固定装置与人体接触产生的压力状态。
5.根据权利要求4所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述控制模块包括微处理器、电源、驱动气泵,变压装置,经防水封装后固定在腰部固定装置上;
所述驱动气泵在所述腰部固定装置左侧、右侧至少各放置一个,左侧驱动气泵连接位于左侧大腿的气动人工肌肉,右侧驱动气泵连接位于右侧大腿的气动人工肌肉。
6.根据权利要求1所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述人工肌肉驱动模块包括四组结构相同的气动人工肌肉。
7.根据权利要求1所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述大腿固定装置及腰部固定装置为环绕在潜水裤内层的大宽度固定带,采用电致伸缩材料制成;大宽度固定带两侧连接有柔性电极,柔性电极与变压装置连接,通过变压装置施加的电压控制大宽度固定带收紧或放松。
8.根据权利要求5所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述气动人工肌肉采用覆盖式单个布置或多点式多个布置。
9.根据权利要求5所述的下肢助力潜水服,其特征在于,所述驱动气泵为驱动人工肌肉运动的电动驱动气泵。
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