CN116432588B - 一种为支具快速加装电子硬件的改造方法及工具 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种为支具快速加装电子硬件的改造方法及工具，该方法主要包括在已有支具上打孔并嵌入磁吸连接器或导电织物电极，在支具立体表面熨烫电路，将磁吸电子功能模块通过与磁吸连接器的磁吸作用固定到支具上，实现电路连通。所述方法采用工具套件实现，包括钻孔工具、电路熨烫工具、磁吸连接器、磁吸电子功能模块、电线胶带及导电织物电极；本方法可根据需要灵活快速改造支具，适用性强，无需用户具有电路专业技能，可缩短智能支具的定制开发周期；且功能元件可快速复用，降低患者成本负担；无需患者繁穿脱支具和更换电极；本发明适用于市面上常见的不同材质、不同厚度、不同立体形状的支具，有利于其推广。

Description

一种为支具快速加装电子硬件的改造方法及工具

技术领域

本发明属于已有物体改造技术领域，涉及一种为支具快速加装电子硬件的改造方法及工具，本发明能对不同材料、曲度与厚度的康复支具进行改造，能在已有的康复支具上快速嵌入电子设备，以实现病情监测等功能。

背景技术

支具是一种以减轻四肢、脊柱、骨骼肌系统的功能障碍为目的的体外支撑装置，其广泛应用于医疗康复领域。随着康复相关的传感监测和电子治疗技术的发展与普及，为支具增加感知和交互能力成为极富前景的智慧医疗领域的创新性产品。智能支具能够实时反馈治疗效果，为康复医生提供准确的健康数据，满足患者康复培训、治疗协助和健康检测的需求。

然而，现有智能支具定制门槛高，难以在医院和病人日常康复场景普及。

具体原因有：其一，智能化支具的定制开发周期较长，需要在支具设计初期考虑支具形状结构与电子硬件功能布局的配合；且智能功能的开发与制造需要一定的电子技术门槛，没有电子专业技能的康复医生难以在医院或支具工作室快速为病人当场完成智能支具的制作和测试，这可能错过患者的黄金治疗期。其二，支具因康复阶段变化和患者身体状态变化的原因使用周期有限，但加装电子硬件的智能支具定制成本较高，高成本的智能支具方案难以被患者接受。其三，在一些需要电极贴身监测皮肤信号的功能场景比如电刺激、肌电监测，目前的康复监测和治疗设备常用水凝胶电极，其要求布置位置精准且需频繁更换，对于需要穿戴支具的病人来说难以在日常完成操作。其四，硬件稳定性和灵活性难兼顾：目前对于尚处于研发阶段的智能支具有裸露凸起的电线，无法在患者的日常穿戴和活动中保持稳定；而完全封装的功能模块无法根据患者需求和支具的不同结构形态进行灵活调整。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种为支具快速加装电子硬件的改造方法及工具。该方法通过提供模块化电子元件和安装工具，可使得即使没有电子电路专业背景的支具师都能够通过钻孔、熨烫、磁吸等简单操作快速灵活地改造现有支具，为现有支具加装定制的传感或治疗功能。采用本发明方法安装的电子元件通过磁吸连接可以快速拆卸并复用，从而降低对单个患者的成本。对于需要电极的功能场景，本方法设计的导电织物电极能长期稳定地在支具上发挥作用而无需患者频繁穿脱支具和更换电极，且能通过敲击或按压的方式快速安装，与皮肤保持稳定贴合。本方法提供的电路熨烫工具能快速在支具的立体表面实现稳定贴合的电路连接，从而保证穿戴舒适性和功能稳定性。整套改造方法适用于市面上常见的不同材质、不同厚度、不同立体形状的支具，进而可以推广到其它产品的智能化改造。

本发明采用的技术方案如下：

一种为支具快速加装电子硬件的改造方法，采用工具套件实现，所述工具套件包括钻孔工具、电路熨烫工具、磁吸连接器、磁吸电子功能模块、电线胶带及导电织物电极；方法包括：

S1、根据患者病情治疗或监测需求确定需要加装的电子功能种类与安装位置；

S2、在支具上，在所确定的安装位置利用钻孔工具打孔，在需要安装磁吸电子功能模块的位置通过贴片嵌入磁吸连接器；

S3、利用电路熨烫工具将电线胶带按照预设电线布局熨烫在支具的表面；

S4、将磁吸电子功能模块安装到支具所需部位的磁吸连接器上，当需要安装电极时，则在所需孔位上快速安装导电织物电极，使预设电路连通，完成支具的快速改造。

进一步地，所述钻孔工具用于在支具上钻孔以嵌入磁吸连接器或导电织物电极，所述电路熨烫工具用于将电线胶带熨烫贴附于支具表面，所述磁吸电子功能模块安装于磁吸连接器上，二者通过磁吸稳固连接，通过磁吸电子功能模块与磁吸连接器的配合实现磁吸电子功能模块与电线胶带的电连通；电线胶带用于将不同磁吸电子功能模块或还有导电织物电极连通形成所需功能电路。

进一步地，所述电路熨烫工具包括熨烫头、加热内芯及隔热手柄外壳，加热内芯设于隔热手柄外壳内，其前端部伸出并连接金属板，在金属板外包裹有软质阻燃导热材料形成熨烫头，加热内芯为电热丝。

更进一步地，所述电路熨烫工具的隔热手柄外壳上还设置有旋转送料结构和切割头，电线胶带成卷置于旋转送料结构中，切割头位于旋转送料结构出口处。

进一步地，所述的电线胶带为由导电层、中间层及载体层构成的三层复合结构，导电层为导电丝排线，设在最下方，中间层为热粘合层，载体层为离型纸，三层通过加热粘合为一体，且沿电线胶带长度方向间隔设置有窗口，窗口处不设置中间层及载体层，使导电层裸露。

进一步地，所述磁吸电子功能模块包括磁铁、功能电路板及其引脚端子，磁吸连接器包括磁铁及接线端子，引脚端子及接线端子均设有至少两种类型即磁吸电子功能模块、磁吸连接器至少有两种类型；第一类磁吸电子功能模块中引脚端子为弹簧顶针引脚，第一类磁吸连接器中接线端子为平面或凸起触点，其中弹簧顶针引脚与平面或凸起触点对应；第二类磁吸电子功能模块中引脚端子为孔状触点，第二类磁吸连接器中接线端子为弹簧顶针引脚，第二类磁吸连接器背面对应设有平面或凸起触点，其中孔状触点与弹簧顶针引脚对应，弹簧顶针引脚与平面或凸起触点连通。

更进一步地，当磁吸电子功能模块需安装于支具外表面时，选用第一类磁吸连接器及第一类磁吸电子功能模块，第一类磁吸连接器安装于支具对应孔位并熨烫电线胶带后，第一类磁吸电子功能模块通过磁吸作用与第一类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚与平面或凸起触点顶紧并将电线胶带夹于二者之间，电线胶带与弹簧顶针引脚接触处为窗口其电线裸露，从而使第一类磁吸电子功能模块与电线连通；当磁吸电子功能模块需安装于支具内表面时，选用第二类磁吸电子功能模块及两个第二类磁吸连接器，将一个第二类磁吸连接器安装于支具对应孔位并熨烫电线胶带后，第二类磁吸电子功能模块通过磁吸作用与该第二类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚插入孔状触点，另一个第二类磁吸连接器通过磁吸作用与前一个第二类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚与平面或凸起触点顶紧并将电线胶带夹于二者之间，电线胶带中电线与平面或凸起触点接触，从而使第二类磁吸电子功能模块与电线连通。

进一步地，所述导电织物电极包括导电织物、环形泡沫棉衬垫、公母扣铆钉、环形垫片；公母扣铆钉及环形垫片均为导电材料，铆钉母钉固定在环形泡沫棉衬垫中心，导电织物包裹环形泡沫棉衬垫形成导电织物电极的A部，环形垫片套在铆钉公扣上形成导电织物电极的B部，A、B部通过铆钉母钉与铆钉公扣扣合而固定连接，且扣合时需使得环形垫片压在电线胶带的窗口部位，该部位其电线裸露。

进一步地，改造后的支具在患者使用完毕后，磁吸电子功能模块、磁吸连接件、导电织物电极均能够快速取下并在其它支具上再利用。

本发明的有益效益是：

本发明方法降低了智能支具的个性化定制门槛；无需冗长的开发周期，让没有焊接、编程等电子背景的支具师能够直接在现成支具上快速操作，为其定制个性化电子功能，且能根据患者病情灵活决定硬件电路的位置布局，当场快速完成改造、测试和交付使用；模块化功能元件能快速回收、灵活复用，降低了高昂的成本；电极稳定无需频繁更换，能在保持日常持续穿戴支具的同时实现稳定的监测或治疗功能；整套改造方法适用于市面上常见的不同材质、不同厚度、不同立体形状的支具，这有利于智能支具个性化制造的普及。

附图说明

图1为本发明中方法流程的总体示意图。

图2为电路熨烫工具的结构示意图。

图3中a为电路熨烫工具的使用流程图；b为电线胶带的结构示意图。

图4为一种第一类磁吸电子功能模块(图中a)、及一种第二类磁吸电子功能模块(图中b)的实例示意图。

图5为磁吸电子功能模块安装在支具外侧表面(图中a)与安装在支具内侧表面(图中b)的结构示意图。

图6为导电织物电极的结构示意图，图中a为扣合前状态，b为扣合状态。

图7为导电织物电极的安装制作流程图。

图8为以改造手部热塑支具为例，为手部支具加装压力监测功能的示意图。

图9为以改造动态膝关节支具为例，为膝关节固定支具加装活动角度监测和肌电信号测量功能的示意图。

图10为以改造髌骨固定支具为例，为髌骨固定支具加装肌肉电刺激功能的示意图。

图11为利用熨烫工具熨烫电子线路在不同表面和结构的示意图，熨烫角度的灵活性和熨烫头的形状适应性能够使电线胶带贴合复杂几何表面。

图12为使用本发明方法将电子设备嵌入在不同材质、曲度、厚度的测试图。

图13为利用机械臂模拟测试和室外穿戴磨损测试评估本发明方法制作的智能支具的稳定性。

图中，1、熨烫头，2、加热内芯，3、隔热手柄外壳，4、旋转送料结构，5、切割头，6、导电层，7、窗口，8、邮票孔，9、磁铁，10、弹簧顶针引脚，11、孔状触点，12、标识，13、第一类磁吸电子功能模块，14、第二类磁吸电子功能模块，15、第一类磁吸连接器，16、第二类磁吸连接器，17、电线胶带，18、贴片，19、支具上的孔位，20、平面或凸起触点，21、铆钉公扣，22、铆钉母扣，23、环形垫片，24、支具，25、环形泡沫棉衬垫，26、导电织物，27、皮肤，28、热粘合层。

具体实施方式

下面结合附图和具体实例对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明的一种为支具快速加装电子硬件的改造方法与工具，根据本发明的一种具体实例，该方法采用工具套件实现，所述工具套件主要包括钻孔工具、电路熨烫工具、磁吸连接器、磁吸电子功能模块、电线胶带及导电织物电极；本方法适用于市面上不同材料、不同厚度以及具有复杂几何表面的支具，方法的主要流程包括如下(如图1所示)：

S1，根据患者病情治疗或监测需求确定需要加装的电子设备种类与安装位置；

S2，在需要安装电子功能模块的位置利用钻孔工具在已有支具上打孔，并通过贴片嵌入磁吸连接器；在需要安装电极的位置利用钻孔工具打孔，用于安装导电织物电极；

S3,利用电路熨烫工具将电线胶带按照一定布局熨烫在已有支具的表面；

S4，将磁吸电子功能模块安装到支具所需部位的磁吸连接器上(用户可以根据磁吸电子功能模块表面的箭头等标识指示快速连接各模块)，完成支具的改造；

S5，使用完成后，电子设备(如磁吸电子功能模块、磁吸连接器、导电织物电极)能够快速回收并在其它支具上再利用。

本方法中所用到的工具套件中，所述钻孔工具用于在支具上钻孔以嵌入磁吸连接器或导电织物电极，所述电路熨烫工具用于将电线胶带熨烫贴附于支具表面，所述磁吸电子功能模块安装于磁吸连接器上，二者通过磁吸稳固连接，通过磁吸电子功能模块与磁吸连接器的配合实现磁吸电子功能模块与电线胶带的电连通；电线胶带用于将不同磁吸电子功能模块或还有导电织物电极连通形成所需功能电路。

所述流程S1中，首先确定支具所需加装的具体功能，选择具有相应能力的电子元件；例如用户想要加装压力感应功能，则选择压力监测模块。在本发明的一种实例中，基础的功能改造所使用的电子功能模块包括一个电源模块、一个控制器模块和一个或多个传感器模块。此外，可补充选择用于交互的输出电子模块(灯光和振动)。选择电子模块后，用户根据电路模块串联结构(如：电源→控制器→传感器)将模块临时放置在支具上以规划传感器布局，确定钻孔位置。推荐优先规划重要传感器的位置，比如将压力传感器布置在支具的关键压力点附近，再规划其他组件位置与电路走向。

所述流程S2中，本发明中采用定制的热钻孔工具，用于安装磁吸连接器和导电织物电极的热钻孔工具有足够长度(大于18毫米)的钻头，其可以穿透不同厚度的支具材料；热钻孔工具有两个不同形状的可更换的钻头模块，以适应不同的钻孔需求，通过共用一个加热源降低成本，钻头模块可以通过螺柱螺栓结构进行更换。其中端口为圆形的钻头与导电织物电极的金属铆钉扣轮廓相匹配(约3毫米)，圆角矩形钻头与磁吸连接器轮廓外形相匹配。

考虑到熨烫电路的模块化长度，本方法提供了一个带孔的软尺以帮助规划元件布局、确定磁铁连接器的打孔位置，软尺的孔比磁吸连接器稍大，允许钻孔工具头穿过。软尺具有与熨烫电路相同的弹性和转弯半径(63毫米)。

作为优选，热钻孔工具中磁吸连接器对应钻头在其中心区域有高出外轮廓边缘平面的定位顶针，方便在预设钻孔位置精准定位。

对于不同引脚数量的磁吸电子功能模块，钻孔时相应地需要钻不同的孔数以实现对应不同数目的磁吸连接器形状。引脚数量多(8个以内、两排引脚)的磁吸电子功能模块可以安装在热钻孔工具打的双孔上，引脚数量少(4个以内、单排引脚)的电子设备可以安装在热钻孔工具打的单孔上，也可以安装在双孔的任何一排。

磁吸连接器和支具表面粘有一个面积大于磁吸连接器的圆角矩形贴片，将磁吸连接器与支具进行固定，贴片可根据需要设为镂空结构以便于磁吸电子功能模块与磁吸连接器紧密贴合，贴片可加固电子设备磁吸连接的稳定性，同时提高改造支具的美观性。

所述流程S3中，如图2所示，所述电路熨烫工具包括熨烫头、加热内芯及隔热手柄外壳，加热内芯设于隔热手柄外壳内，其前端部伸出并连接金属板，在金属板外包裹有软质阻燃导热材料形成熨烫头，加热内芯为电热丝。还可设置有旋转送料结构和切割头，电线胶带成卷置于旋转送料结构中，切割头位于旋转送料结构出口处。在本实例中，电路熨烫工具由隔热手柄、铜线胶带耗材卷、电烙铁的加热丝以及熨烫头组成。隔热手柄为3D打印的ABS材料制作，为了防止隔热手柄受热导致外壳变形，其内部加热丝周围包裹有隔热材料(5毫米厚的硅酸铝耐火纤维毛毡)；为了保证电烙铁与使用者的热绝缘性，熨烫工具的ABS外壳和隔热材料之间间隔约5毫米。铜线胶带被缠绕在可更换的线轴上，熨烫工具内的电路耗材可简单快速更换。熨烫工具在电烙铁设备的基础上改造，用定制形状的金属板取代了原来的烙铁头，并用一个M4螺钉连接固定。烙铁头上有柔软的热橡胶垫(2毫米厚)和特氟隆胶带，以防止粘附在低温热塑性材料上。

电路熨烫工具中熨烫头由于包裹有软质阻燃导热材料，可以通过下压紧密贴合支具的立体曲面，且熨烫头允许在使用过程中灵活调整其与支具表面的角度，可以贴合不同半径的曲面，从而可以在支具的弯曲表面熨烫电路。如图3中a所示，用户具体操作步骤如下：将装有铜线电路胶带的熨烫工具预热后，首先将电路起点与支具上的磁吸连接器对齐并熨烫固定，在支具的表面上移动工具，灵活地调整电路熨烫工具的角度以确定电路走线方向经过磁吸连接器，稍用力按下柔软的熨烫头以贴合支具不同的几何形状，将电路痕迹熨烫在弯曲的表面；在本实例中，电线胶带采用铜线胶带，铜线胶带中的TPU层在120至150℃的温度下变得粘稠，能够将电路粘在支具。熨烫结束前，滑动熨烫支具上的切割头使内部的切割刀片切断铜线胶带，最后将铜线胶带的末端熨烫到磁吸连接器上。

对于较短的电路路径，用户可以选择直接剪取铜线胶带，在支具曲面快速完成熨烫；对于较长的电路路径，用户可以选择利用电路熨烫工具的旋转送料结构，铜线胶带可穿过隔热手柄缝隙到熨烫头的位置；将装有铜线胶带的电路熨烫工具在立体曲面进行快速熨烫，可方便的在熨烫时同步补充输送铜线胶带，从而在需要较长电路连线的场景实现快速走线。

本发明中所述的电线胶带为由导电层、中间层及载体层构成的三层复合结构，导电层为导电丝排线，设在最下方，中间层为热粘合层，载体层为离型纸，三层通过加热粘合为一体，且沿电线胶带长度方向间隔设置有窗口，窗口处不设置中间层及载体层，使导电层裸露。在上述实例中，熨烫在支具表面的铜线胶带由三层结构组成：最底层为导电层，带有导电胶的铜箔被切割为蛇形线路，允许电路伸展以适应改造支具的曲面，以及在支具使用过程中可能存在的轻微形变；中间层为粘合与保护层，带有热熔胶的热塑性聚氨酯(TPU)膜，经过加热后能够稳定粘合到各种支具表面材料(如ABS、PCL、海绵和织物)，此外，TPU还能增加对水和灰尘侵入的抵抗力，并能够承受长期日常使用的磨损(如尼龙带的摩擦)；最上层为了防止粘合与保护层在熨烫过程中粘附在熨烫工具上，铜线胶带顶部添加了一张离型纸，在电路完成熨烫后可将其撕下。

铜线胶带的制作如下：铜线胶带的导电层可以由激光打标机切割铜箔制作，粘合层和载体层可以由激光切割机切割TPU和离型纸制作，三层之间可以由熨烫工具粘合。

如图3中b所示，为了在保护电路的同时实现上下表面的连通，TPU层上每隔一段距离(如3.5厘米)有一列激光切割而成镂空孔形成窗口，对应电子功能模块和磁吸传感器的引脚或金属触电的位置；对应每个距离有一列激光切割而成的邮票孔，以便于用电路熨烫工具的切割头(切割滑块)快速切割。改造支具的电路可以以3.5厘米为单位定制长度。

所述流程S4中，所述磁吸电子功能模块包括磁铁、功能电路板及其引脚端子，磁吸连接器包括磁铁及接线端子，引脚端子及接线端子均设有至少两种类型即磁吸电子功能模块、磁吸连接器至少有两种类型；第一类磁吸电子功能模块中引脚端子为弹簧顶针引脚，第一类磁吸连接器中接线端子为平面或凸起触点，其中弹簧顶针引脚与平面或凸起触点对应；第二类磁吸电子功能模块中引脚端子为孔状触点，第二类磁吸连接器中接线端子为弹簧顶针引脚，第二类磁吸连接器背面对应设有平面或凸起触点，其中孔状触点与弹簧顶针引脚对应，弹簧顶针引脚与平面或凸起触点连通。本发明中电子功能模块与支具的连接机制保证了改造支具在使用过程中的稳定性和耐用性。使用本发明方法实现的电路连接结构具体如下：

对于需要安装在支具外侧表面的电子设备，支具中嵌入了一个带贴片的磁吸连接器，为在支具的外表面快速安装电子元件(如电源、控制器和加速度传感器模块)提供磁力。如图4中a及图5中a所示，当磁吸电子功能模块需安装于支具外表面时，选用第一类磁吸连接器及第一类磁吸电子功能模块，第一类磁吸连接器安装于支具对应孔位并熨烫电线胶带后，第一类磁吸电子功能模块通过磁吸作用与第一类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚与平面或凸起触点顶紧并将电线胶带夹于二者之间，电线胶带与弹簧顶针引脚接触处为窗口其电线裸露，从而使第一类磁吸电子功能模块与电线连通；在本发明中，定制化的第一类磁吸电子功能模块中可安装有磁铁和短的弹簧顶针，可以简单地安装和拆卸，以便回收或维护，同时避免使用过程中可能的脱落。熨烫在支具表面的电路被磁吸连接器和磁吸电子功能模块的弹簧顶针夹在中间，具有弹性的弹簧顶针可以确保触碰到熨烫在表面的电子线路(此处电线胶带开有窗口)以保证可靠稳定的电气连接。

当磁吸电子功能模块需安装于支具内表面时，选用第二类磁吸电子功能模块及两个第二类磁吸连接器，将一个第二类磁吸连接器安装于支具对应孔位并熨烫电线胶带后，第二类磁吸电子功能模块通过磁吸作用与该第二类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚插入孔状触点，另一个第二类磁吸连接器通过磁吸作用与前一个第二类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚与平面或凸起触点顶紧并将电线胶带夹于二者之间，电线胶带中电线与平面或凸起触点接触，从而使第二类磁吸电子功能模块与电线连通。例如：对于必须安装在支具内侧靠近身体的传感器(如体温传感器、心率血氧传感器、湿度传感器、薄膜压力传感器)，应将其与支具外表面的电路进行连接。如图5中b所示，支具中嵌入一个带贴片的具有较长弹簧顶针(比如压缩范围从3.8毫米到5.3毫米)的磁吸连接器，较长弹簧顶针能够穿透不同厚度、硬度和轻微弧度的支具，连接到支具内侧传感器的孔销(孔状触点)中形成电气连接，一个控制器模块或带有短弹簧顶针的的磁吸连接器安装在该处外表面的电路轨迹上，以确保连接稳定性。此外，作为优选，内侧的传感器周围会铺设一层海绵以保证患者的佩戴舒适度。

对于肌电传感器和电刺激模块，可以安装导电织物电极用于与人体直接接触从而进行生理电信号交流。如图6所示，导电织物电极结构特征如下：所述导电织物电极包括导电织物、环形泡沫棉衬垫、公母扣铆钉、环形垫片；公母扣铆钉及环形垫片均为导电材料，铆钉母钉固定在环形泡沫棉衬垫中心，导电织物包裹环形泡沫棉衬垫形成导电织物电极的A部，环形垫片套在铆钉公扣上形成导电织物电极的B部，A、B部通过铆钉母钉与铆钉公扣扣合而固定连接，且扣合时需使得环形垫片压在电线胶带的窗口部位，该部位其电线裸露。该电极中导电织物可以与皮肤长时间舒适地贴合且无刺激性。如图7所示，电极的安装过程如下，用户首先在所需位置的线路末端打一个小孔，然后在支具外侧放上环形铜垫片和铆钉公扣(即B部)，在内侧放置带有铆钉母钉的导电纺织电极(即A部)，然后通过敲打固定内外侧铆钉，以实现导电织物、公母铆钉、铜垫片、电路线的稳定接触和连接，从而实现织物电极的安装。LCR数字电桥测试表明，本发明设计的导电纺织电极的接触阻抗与商用水凝胶电极相当，并且提供了优于商用电极的用户舒适性和便利性。

如图8所示，为本发明应用的一个具体实施例，为治疗手腕骨裂的定制腕部支具嵌入压力传感器，用于监测患者佩戴状态和持续时间。薄膜压力传感器被贴在易产生过度压力的骨突起的内表面。当支具过紧或过松时，支具上的LED指示模块会通过闪烁提醒佩戴者。康复过程中电子元件模块可以快速拆下，并安装到为不同的经改造的支具上。

如图9所示，为本发明应用的一个具体实施例，为治疗韧带骨折以及保护半月板的动态膝关节支具嵌入加速度传感器和肌电传感器，从而检测并提醒病人的运动范围和肌肉疲劳程度。它可以防止过度运动引起的二次伤害，并对患者的膝关节活动度进行快速评估，因此患者可以独立、安全地完成日常康复训练，而不需要医生的现场监督。

如图10所示，为本发明应用的一个具体实施例，为治疗髌骨骨折的髌骨固定支具嵌入电刺激模块以防止肌肉萎缩，患者可以利用智能支具在家里接受安全的电刺激治疗。髌骨骨折支具内部嵌入导电织物电极，外部安装的电源模块便于拆卸和更换，能够及时充电。铜线胶带熨烫形成的电路具有稳定性，不会受支具的泡沫夹板变形而断裂。

本发明方法适用于具有复杂的几何表面的支具表面。如图11所示，由于熨烫角度的灵活性和熨烫头的形状适应性，电路可以熨烫到具有不同的复杂几何形状的支具上，比如手掌的凹陷和脚踝的肿块对应的支具曲面、支具的局部增厚位置和的加强筋上。

本发明方法适用于改造常见的支具材料，如图12中a所示，可适配的材料包括但不限于低温热塑板、PLA、ABS、海绵、布料等康复支具常用材料。

本发明方法适用于不同厚度的支具表面。如图12所示，由于磁吸连接器和弹簧顶针的的间隔公差，采用本发明的方法可以在不同厚度的支具材料、有不同厚度海绵内衬的支具、以及形状有起伏的支具上实现支具内外侧的电气和机械连接。典型的支具厚度范围在1.6毫米到4毫米之间，支具内侧会额外粘贴3毫米厚的泡沫垫以平滑内侧电子设备的边缘。磁吸连接器的长弹簧顶针总长度为5.3毫米，最大压缩为3.8毫米，当支具材料薄于3.8毫米时，泡沫垫会覆盖支具与电子设备之间的间隙，在保持电气和机械连接的同时保证舒适的贴合性；当支具材料厚度大于5.3毫米，可以使用更长的弹簧顶针来增加适用的厚度范围，如果需要更强的磁力，则可以在磁吸连接器和电子设备之间添加磁铁。由于导电织物电极内部铆钉和泡沫棉包裹的适应性，导电纺织电极也能适应不同厚度(1.6毫米-4.0毫米)。

本发明方法经过机械臂模拟运动状态穿戴测试和室外穿戴磨损测试，经证明经过改造的智能支具具有足够的稳定性适用于不同的日常使用场景。如图13所示，经过智能改造的手腕支具被机械臂每3秒来回摆动120°，以模拟患者长期使用期间的运动，机械臂测试表明各电子组件工作良好，50毫安时的电池在大约3小时和7200多次摆动后耗尽，快速更换电池模块后智能手腕支具能够继续正常工作。此外，经过智能改造的动态膝关节支具也在室外进行了为期五天的磨损测试，以评估真实使用条件下的机械耐久性和电气连续性，测试表明患者日常使用下智能支具能够保证电子设备的稳定性和持续性。

本方法具有操作简单高效、兼容不同曲面形状和厚度、允许元件灵活调整复用的特征。本改造支具的方法也可迁移扩展到其它需要加装电子硬件的领域，比如运动装备(如头盔)、家居产品。

Claims (9)

1.一种为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，该方法采用工具套件实现，所述工具套件包括钻孔工具、电路熨烫工具、磁吸连接器、磁吸电子功能模块、电线胶带及导电织物电极；方法包括：

S1、根据患者病情治疗或监测需求确定需要加装的电子功能种类与安装位置；

S2、在支具上，在所确定的安装位置利用钻孔工具打孔，在需要安装磁吸电子功能模块的位置通过贴片嵌入磁吸连接器；

S3、利用电路熨烫工具将电线胶带按照预设电线布局熨烫在支具的表面；

S4、将磁吸电子功能模块安装到支具所需部位的磁吸连接器上，当需要安装电极时，则在所需孔位上快速安装导电织物电极，使预设电路连通，完成支具的快速改造。

2.根据权利要求1所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，所述钻孔工具用于在支具上钻孔以嵌入磁吸连接器或导电织物电极，所述电路熨烫工具用于将电线胶带熨烫贴附于支具表面，所述磁吸电子功能模块安装于磁吸连接器上，二者通过磁吸稳固连接，通过磁吸电子功能模块与磁吸连接器的配合实现磁吸电子功能模块与电线胶带的电连通；电线胶带用于将不同磁吸电子功能模块或还有导电织物电极连通形成所需功能电路。

3.根据权利要求1所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，所述电路熨烫工具包括熨烫头、加热内芯及隔热手柄外壳，加热内芯设于隔热手柄外壳内，其前端部伸出并连接金属板，在金属板外包裹有软质阻燃导热材料形成熨烫头，加热内芯为电热丝。

4.根据权利要求3所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，所述电路熨烫工具的隔热手柄外壳上还设置有旋转送料结构和切割头，电线胶带成卷置于旋转送料结构中，切割头位于旋转送料结构出口处。

5.根据权利要求1所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，所述的电线胶带为由导电层、中间层及载体层构成的三层复合结构，导电层为导电丝排线，设在最下方，中间层为热粘合层，载体层为离型纸，三层通过加热粘合为一体，且沿电线胶带长度方向间隔设置有窗口，窗口处不设置中间层及载体层，使导电层裸露。

6.根据权利要求1所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，所述磁吸电子功能模块包括磁铁、功能电路板及其引脚端子，磁吸连接器包括磁铁及接线端子，引脚端子及接线端子均设有至少两种类型，即磁吸电子功能模块、磁吸连接器至少有两种类型；第一类磁吸电子功能模块中引脚端子为弹簧顶针引脚，第一类磁吸连接器中接线端子为平面或凸起触点，其中弹簧顶针引脚与平面或凸起触点对应；第二类磁吸电子功能模块中引脚端子为孔状触点，第二类磁吸连接器中接线端子为弹簧顶针引脚，第二类磁吸连接器背面对应设有平面或凸起触点，其中孔状触点与弹簧顶针引脚对应，弹簧顶针引脚与平面或凸起触点连通。

7.根据权利要求6所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，当磁吸电子功能模块需安装于支具外表面时，选用第一类磁吸连接器及第一类磁吸电子功能模块，第一类磁吸连接器安装于支具对应孔位并熨烫电线胶带后，第一类磁吸电子功能模块通过磁吸作用与第一类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚与平面或凸起触点顶紧并将电线胶带夹于二者之间，电线胶带与弹簧顶针引脚接触处为窗口，其电线裸露，从而使第一类磁吸电子功能模块与电线连通；当磁吸电子功能模块需安装于支具内表面时，选用第二类磁吸电子功能模块及两个第二类磁吸连接器，将一个第二类磁吸连接器安装于支具对应孔位并熨烫电线胶带后，第二类磁吸电子功能模块通过磁吸作用与该第二类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚插入孔状触点，另一个第二类磁吸连接器通过磁吸作用与前一个第二类磁吸连接器吸紧使弹簧顶针引脚与平面或凸起触点顶紧并将电线胶带夹于二者之间，电线胶带中电线与平面或凸起触点接触，从而使第二类磁吸电子功能模块与电线连通。

8.根据权利要求1所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，所述导电织物电极包括导电织物、环形泡沫棉衬垫、公母扣铆钉、环形垫片；公母扣铆钉及环形垫片均为导电材料，铆钉母钉固定在环形泡沫棉衬垫中心，导电织物包裹环形泡沫棉衬垫形成导电织物电极的A部，环形垫片套在铆钉公扣上形成导电织物电极的B部，A、B部通过铆钉母钉与铆钉公扣扣合而固定连接，且扣合时需使得环形垫片压在电线胶带的窗口部位，该部位其电线裸露。

9.根据权利要求1所述的为支具快速加装电子硬件的改造方法，其特征在于，改造后的支具在患者使用完毕后，磁吸电子功能模块、磁吸连接件、导电织物电极均能够快速取下并在其它支具上再利用。