CN118236248A - 一种基于平衡感应及时锁止的助行系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及助行技术领域，具体为一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，包括穿戴在躯干部位的穿戴模组、穿戴在大腿上的助行模组以及遥控模块，所述穿戴模组上集成有程序控制模块、伺服驱动系统、执行电机、用于进行摔倒检测的平衡感应系统以及背摔安全模组，所述遥控模块和所述平衡感应系统传输数据到程序控制模块；本发明助行系统通过辅助大腿抬起施力，能够对大腿提肌无力人员进行辅助行走，且能够通过设置的平衡感应系统，在检测到人员往后方背摔时，主动控制人体躯干和大腿形成一定角度并锁止，避免人员直挺摔下。

Description

一种基于平衡感应及时锁止的助行系统
技术领域
本发明涉及助行技术领域，具体为一种基于平衡感应及时锁止的助行系统。
背景技术
行走困难常见的原因是腰部和大腿之间的提肌力量不足，例如老年人在行走过程中，抬起大腿时需要带动小腿、脚部等多个部位，此时对力量需求最大，老年人由于肌肉衰老力量减弱，当大腿提起困难时，便会引发行走困难，表现为只能一点点挪动前进，传统的助行系统，一种是外部的搀扶装置，只能供老人搀扶，在大腿抬起困难时不能提高步幅，行走速度不会增加；另一种是全机械外骨骼设备，不仅结构复杂成本高，且使用不便；且老人在摔倒时，最危险的是后脑勺着地，极易引发生命危险，同时由于老人机体老化反应减弱，在摔到时难以做出防护动作，更加容易直挺倒下，需要进行良好的保护。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，包括穿戴在躯干部位的穿戴模组、穿戴在大腿上的助行模组以及遥控模块，所述穿戴模组上集成有程序控制模块、伺服驱动系统、执行电机、用于进行摔倒检测的平衡感应系统以及背摔安全模组，所述遥控模块和所述平衡感应系统传输数据到程序控制模块，所述程序控制模块通过伺服驱动系统对执行电机进行控制，所述执行电机驱动助行模组活动；当平衡感应系统检测到穿戴人员背摔时，发出信号到程序控制模块，控制背摔安全模组运行，并同时使得执行电机驱动助行模组旋转，使穿戴人员躯干和大腿呈一定角度锁止。
所述穿戴模组还包括背部立板、弯折横板、侧翼板和穿戴束带，所述背部立板和所述弯折横板一体固定，所述背部立板的两侧固定设置有侧翼板，所述侧翼板上设置有穿戴束带，通过侧翼板和穿戴束带配合将穿戴模组与人体躯干固定，所述执行电机固定在弯折横板上。
所述助行模组包括回折伸缩板、伸缩套管和大腿束带，所述回折伸缩板插设在伸缩套管中，二者能够相对伸缩活动，所述回折伸缩板与所述执行电机的旋转输出轴传动连接，所述伸缩套管上设置有大腿束带，通过大腿束带能够将伸缩套管与穿戴人员的大腿固定。
所述背摔安全模组包括容置弹槽、缓冲弹板、固定锁套和锁舌部，所述容置弹槽开设在背部立板上，所述容置弹槽中设置有缓冲弹板，所述缓冲弹板的下部与容置弹槽固定，所述缓冲弹板在不受外力时呈弯曲的弧形，所述背部立板上固定设置有固定锁套，所述固定锁套中穿插设置有锁舌部，所述锁舌部对缓冲弹板的上部进行限位格挡，当所述锁舌部解除限位后，缓冲弹板的上部会向外弹出。
所述锁舌部的端部固定设置有锁舌垂板，所述背部立板上固定设置有支撑垂板，所述锁舌垂板和所述支撑垂板之间设置有保压弹簧，所述锁舌垂板上固定设置有控制内轴，所述支撑垂板上固定设置有气压筒，所述控制内轴密封穿插经过支撑垂板伸入到气压筒中，所述气压筒中密封滑动设置有内轴活塞盘，所述内轴活塞盘与所述控制内轴固定安装。
所述气压筒的外部连通设置有支路气管，所述气压筒与所述支路气管之间的连通口位于内轴活塞盘面向控制内轴的一侧，所述支路气管的另一端连通设置有附着气管。
所述弯折横板上固定设置有延伸台，所述延伸台上固定设置有高压气瓶，所述高压气瓶上连通设置有加压气嘴，所述高压气瓶上嵌设安装有电控火药模块和电控气阀，所述电控火药模块通电后能够在高压气瓶的内部引爆，所述附着气管通过电控气阀与高压气瓶连通。
所述附着气管上开设有喷射气嘴，所述喷射气嘴上设置有锥形导流塞，所述锥形导流塞上固定有定位塞杆，所述定位塞杆与所述附着气管固定，所述锥形导流塞与所述喷射气嘴之间设置有封闭橡胶环。
所述侧翼板上开设有侧翼沉槽，所述侧翼沉槽的外部对应设置有辅助拱板，所述辅助拱板与所述缓冲弹板固定安装，所述辅助拱板与所述侧翼沉槽之间连接设置有波纹气囊。
所述辅助拱板上嵌设有第一单向阀，所述第一单向阀使得气流从外界向波纹气囊内部单向流动，所述背部立板的内部开设有板内气路，所述板内气路与所述附着气管之间连通设置有二级输气管，所述二级输气管上设置有第二单向阀，所述第二单向阀使得气流从板内气路向附着气管中单向流动。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明助行系统通过辅助大腿抬起施力，能够对大腿提肌无力人员进行辅助行走，且能够通过设置的平衡感应系统，在检测到人员往后方背摔时，主动控制人体躯干和大腿形成一定角度并锁止，避免人员直挺摔下，减少摔到后脑勺的风险。
本发明设置的背摔安全模组，在检测到背摔时，通过电控火药模块与高压气瓶配合，利用火药爆炸产生的高温使得高压气瓶中的气体进一步受热膨胀，使得有限的高压气瓶储存空间可以释放出体积更多的气流，同时爆炸冲击增加了气流的冲击性，利用气压使得锁舌部回缩解锁，此时缓冲弹板弹出用于摔倒缓冲；冲击气流通过喷射气嘴喷出，能够预先对背摔即将躺下的地面进行预防清除，吹除尖锐的树枝等杂物，进一步降低摔倒受伤概率。
在上述缓冲弹板弹出过程中，通过设置的波纹气囊和辅助拱板等结构配合，能够主动吸气；在缓冲弹板与地面挤压接触时，会对波纹气囊进行挤压，此时波纹气囊能够增加缓冲弹板的支撑性，提高缓冲效果，同时波纹气囊中的压缩气流会被挤压进入附着气管中，提高喷射气嘴的喷射气体流量，在人员背摔落地的瞬间，喷射气嘴二次加压喷气，提高对地面杂物的吹除效果。
附图说明
图1为本发明流程框图。
图2为本发明整体结构的示意图。
图3为图2中A区域放大示意图。
图4为本发明整体结构的另一角度示意图。
图5为本发明整体结构的后视图。
图6为图5中B区域放大示意图。
图7为本发明立体半剖示意图。
图8为图7中C区域放大示意图。
图9为图8中D区域放大示意图。
图10为本发明侧翼沉槽处立体半剖示意图。
图11为图10中E区域放大示意图。
图中：1、背部立板；2、弯折横板；3、侧翼板；4、穿戴束带；5、执行电机；6、回折伸缩板；7、伸缩套管；8、大腿束带；101、容置弹槽；102、缓冲弹板；103、固定锁套；104、锁舌部；105、锁舌垂板；106、支撑垂板；107、保压弹簧；108、控制内轴；109、气压筒；110、内轴活塞盘；111、支路气管；112、附着气管；113、延伸台；114、高压气瓶；115、加压气嘴；116、电控火药模块；117、电控气阀；118、喷射气嘴；119、锥形导流塞；120、定位塞杆；121、封闭橡胶环；122、侧翼沉槽；123、辅助拱板；124、波纹气囊；125、第一单向阀；126、板内气路；127、二级输气管；128、第二单向阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1至图11，本发明提供一种技术方案：一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，包括穿戴在躯干部位的穿戴模组、穿戴在大腿上的助行模组以及遥控模块，穿戴模组上集成有程序控制模块、伺服驱动系统、执行电机5、用于进行摔倒检测的平衡感应系统以及背摔安全模组，平衡感应系统由陀螺仪传感器和加速度传感器等构成，遥控模块和平衡感应系统传输数据到程序控制模块，程序控制模块可以为单片机编程，程序控制模块通过伺服驱动系统对执行电机5进行控制，执行电机5驱动助行模组活动；当平衡感应系统检测到穿戴人员背摔时，发出信号到程序控制模块，控制背摔安全模组运行，并同时使得执行电机5驱动助行模组旋转，使穿戴人员躯干和大腿呈一定角度锁止，上述锁止通过伺服电机系统的刹车功能进行实现，当伺服电机系统的刹车功能触发时，执行电机5无法被动旋转。上述穿戴人员躯干和大腿之间的角度可以为80度或90度等，使用人员通过遥控模块可以自定义设置。
穿戴模组还包括背部立板1、弯折横板2、侧翼板3和穿戴束带4，背部立板1和弯折横板2一体固定，背部立板1的两侧固定设置有侧翼板3，侧翼板3上设置有穿戴束带4，通过侧翼板3和穿戴束带4配合将穿戴模组与人体躯干固定，执行电机5固定在弯折横板2上。
助行模组包括回折伸缩板6、伸缩套管7和大腿束带8，回折伸缩板6插设在伸缩套管7中，二者能够相对伸缩活动，回折伸缩板6与执行电机5的旋转输出轴传动连接，伸缩套管7上设置有大腿束带8，通过大腿束带8能够将伸缩套管7与穿戴人员的大腿固定。
背摔安全模组包括容置弹槽101、缓冲弹板102、固定锁套103和锁舌部104，容置弹槽101开设在背部立板1上，容置弹槽101中设置有缓冲弹板102，缓冲弹板102的下部与容置弹槽101固定，缓冲弹板102在不受外力时呈弯曲的弧形，背部立板1上固定设置有固定锁套103，固定锁套103中穿插设置有锁舌部104，锁舌部104对缓冲弹板102的上部进行限位格挡，当锁舌部104解除限位后，缓冲弹板102的上部会向外弹出。
锁舌部104的端部固定设置有锁舌垂板105，背部立板1上固定设置有支撑垂板106，锁舌垂板105和支撑垂板106之间设置有保压弹簧107，锁舌垂板105上固定设置有控制内轴108，支撑垂板106上固定设置有气压筒109，控制内轴108密封穿插经过支撑垂板106伸入到气压筒109中，气压筒109中密封滑动设置有内轴活塞盘110，内轴活塞盘110与控制内轴108固定安装。
气压筒109的外部连通设置有支路气管111，气压筒109与支路气管111之间的连通口位于内轴活塞盘110面向控制内轴108的一侧，支路气管111的另一端连通设置有附着气管112。
弯折横板2上固定设置有延伸台113，延伸台113上固定设置有高压气瓶114，高压气瓶114中存储有处于压缩状态的高压气体，高压气瓶114上连通设置有加压气嘴115，高压气瓶114上嵌设安装有电控火药模块116和电控气阀117，电控火药模块116通电后能够在高压气瓶114的内部引爆，附着气管112通过电控气阀117与高压气瓶114连通。
附着气管112上开设有喷射气嘴118，喷射气嘴118上设置有锥形导流塞119，锥形导流塞119上固定有定位塞杆120，定位塞杆120与附着气管112固定，锥形导流塞119与喷射气嘴118之间设置有封闭橡胶环121，封闭橡胶环121的设置，能够使得日常使用状态下喷射气嘴118封闭，避免灰尘杂物进入附着气管112中，且在附着气管112中输入高压气流时，通过封闭橡胶环121的封堵使得气流首先尽量分流到支路气管111中，用于驱动锁舌部104解锁，之后高压气流能够迫使封闭橡胶环121形变，从锥形导流塞119与喷射气嘴118之间脱离。
侧翼板3上开设有侧翼沉槽122，侧翼沉槽122的外部对应设置有辅助拱板123，辅助拱板123与缓冲弹板102固定安装，辅助拱板123与侧翼沉槽122之间连接设置有波纹气囊124，波纹气囊124采用橡胶制成，侧壁呈波纹状能够压缩伸展，且侧壁中内嵌有金属环，避免波纹气囊124在吸气时塌陷，起到支撑作用。
辅助拱板123上嵌设有第一单向阀125，第一单向阀125使得气流从外界向波纹气囊124内部单向流动，背部立板1的内部开设有板内气路126，板内气路126与附着气管112之间连通设置有二级输气管127，二级输气管127上设置有第二单向阀128，第二单向阀128使得气流从板内气路126向附着气管112中单向流动。
使用人员手持遥控模块，在需要助行走路时按下遥控模块的按钮，遥控模块发送数据到程序控制模块，程序控制模块按照编程设定通过伺服驱动系统对执行电机5进行控制，执行电机5驱动回折伸缩板6进行旋转和复位活动，上述旋转角度和复位活动与行走时大腿的抬起活动相适应，在回折伸缩板6旋转时，通过伸缩套管7和大腿束带8可以辅助大腿抬起，实现助行效果。
在使用人员往背后摔到时，通过平衡感应系统检测到摔倒状态，发出信号到程序控制模块，同理，程序控制模块按照编程设定通过伺服驱动系统对执行电机5进行控制，使得回折伸缩板6旋转一定角度，并通过伺服系统的刹车功能进行锁止，使得人体的躯干和大腿呈一定角度弯曲，辅助使用人员做出下蹲动作，降低摔到后脑勺的概率。
在上述平衡感应系统检测到摔倒状态的过程中，背摔安全模组同步作出反应，同时控制电控火药模块116引爆和电控气阀117开启。电控火药模块116在高压气瓶114中引爆，提高高压气瓶114中的气体温度，使得气体进一步膨胀，同时增加气流冲击力。气体通过电控气阀117进入附着气管112中，一部分气体分流到支路气管111中，推动内轴活塞盘110向下移动，带动锁舌部104下移，使得缓冲弹板102解锁，缓冲弹板102的上部向外侧弹出。
附着气管112中的高压气流将封闭橡胶环121顶开，通过锥形导流塞119与喷射气嘴118之间的间隙喷出，对背摔即将躺下的地面进行预防清除，吹除尖锐的树枝等杂物，降低摔倒受伤概率。
在上述缓冲弹板102上部向外侧弹出过程中，辅助拱板123跟随移动，对波纹气囊124进行拉伸，使得波纹气囊124通过第一单向阀125吸气。当缓冲弹板102与地面接触时，缓冲弹板102被挤压复位移动，带动辅助拱板123复位移动，此时辅助拱板123对波纹气囊124进行挤压，波纹气囊124能够增加缓冲弹板102的支撑性，提高缓冲效果，同时波纹气囊124中的压缩气流依次通过板内气路126、二级输气管127输入到附着气管112中，在人员背摔落地的瞬间，喷射气嘴118二次加压喷气，提高对地面杂物的吹除效果。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，包括穿戴在躯干部位的穿戴模组、穿戴在大腿上的助行模组以及遥控模块，其特征在于：所述穿戴模组上集成有程序控制模块、伺服驱动系统、执行电机(5)、用于进行摔倒检测的平衡感应系统以及背摔安全模组，所述遥控模块和所述平衡感应系统传输数据到程序控制模块，所述程序控制模块通过伺服驱动系统对执行电机(5)进行控制，所述执行电机(5)驱动助行模组活动；当平衡感应系统检测到穿戴人员背摔时，发出信号到程序控制模块，控制背摔安全模组运行，并同时使得执行电机(5)驱动助行模组旋转，使穿戴人员躯干和大腿呈一定角度锁止。
2.根据权利要求1所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述穿戴模组还包括背部立板(1)、弯折横板(2)、侧翼板(3)和穿戴束带(4)，所述背部立板(1)和所述弯折横板(2)一体固定，所述背部立板(1)的两侧固定设置有侧翼板(3)，所述侧翼板(3)上设置有穿戴束带(4)，通过侧翼板(3)和穿戴束带(4)配合将穿戴模组与人体躯干固定，所述执行电机(5)固定在弯折横板(2)上。
3.根据权利要求1所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述助行模组包括回折伸缩板(6)、伸缩套管(7)和大腿束带(8)，所述回折伸缩板(6)插设在伸缩套管(7)中，二者能够相对伸缩活动，所述回折伸缩板(6)与所述执行电机(5)的旋转输出轴传动连接，所述伸缩套管(7)上设置有大腿束带(8)，通过大腿束带(8)能够将伸缩套管(7)与穿戴人员的大腿固定。
4.根据权利要求2所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述背摔安全模组包括容置弹槽(101)、缓冲弹板(102)、固定锁套(103)和锁舌部(104)，所述容置弹槽(101)开设在背部立板(1)上，所述容置弹槽(101)中设置有缓冲弹板(102)，所述缓冲弹板(102)的下部与容置弹槽(101)固定，所述缓冲弹板(102)在不受外力时呈弯曲的弧形，所述背部立板(1)上固定设置有固定锁套(103)，所述固定锁套(103)中穿插设置有锁舌部(104)，所述锁舌部(104)对缓冲弹板(102)的上部进行限位格挡，当所述锁舌部(104)解除限位后，缓冲弹板(102)的上部会向外弹出。
5.根据权利要求4所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述锁舌部(104)的端部固定设置有锁舌垂板(105)，所述背部立板(1)上固定设置有支撑垂板(106)，所述锁舌垂板(105)和所述支撑垂板(106)之间设置有保压弹簧(107)，所述锁舌垂板(105)上固定设置有控制内轴(108)，所述支撑垂板(106)上固定设置有气压筒(109)，所述控制内轴(108)密封穿插经过支撑垂板(106)伸入到气压筒(109)中，所述气压筒(109)中密封滑动设置有内轴活塞盘(110)，所述内轴活塞盘(110)与所述控制内轴(108)固定安装。
6.根据权利要求5所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述气压筒(109)的外部连通设置有支路气管(111)，所述气压筒(109)与所述支路气管(111)之间的连通口位于内轴活塞盘(110)面向控制内轴(108)的一侧，所述支路气管(111)的另一端连通设置有附着气管(112)。
7.根据权利要求6所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述弯折横板(2)上固定设置有延伸台(113)，所述延伸台(113)上固定设置有高压气瓶(114)，所述高压气瓶(114)上连通设置有加压气嘴(115)，所述高压气瓶(114)上嵌设安装有电控火药模块(116)和电控气阀(117)，所述电控火药模块(116)通电后能够在高压气瓶(114)的内部引爆，所述附着气管(112)通过电控气阀(117)与高压气瓶(114)连通。
8.根据权利要求7所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述附着气管(112)上开设有喷射气嘴(118)，所述喷射气嘴(118)上设置有锥形导流塞(119)，所述锥形导流塞(119)上固定有定位塞杆(120)，所述定位塞杆(120)与所述附着气管(112)固定，所述锥形导流塞(119)与所述喷射气嘴(118)之间设置有封闭橡胶环(121)。
9.根据权利要求8所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述侧翼板(3)上开设有侧翼沉槽(122)，所述侧翼沉槽(122)的外部对应设置有辅助拱板(123)，所述辅助拱板(123)与所述缓冲弹板(102)固定安装，所述辅助拱板(123)与所述侧翼沉槽(122)之间连接设置有波纹气囊(124)。
10.根据权利要求9所述的一种基于平衡感应及时锁止的助行系统，其特征在于：所述辅助拱板(123)上嵌设有第一单向阀(125)，所述第一单向阀(125)使得气流从外界向波纹气囊(124)内部单向流动，所述背部立板(1)的内部开设有板内气路(126)，所述板内气路(126)与所述附着气管(112)之间连通设置有二级输气管(127)，所述二级输气管(127)上设置有第二单向阀(128)，所述第二单向阀(128)使得气流从板内气路(126)向附着气管(112)中单向流动。
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