一种智能助力运动裤制造技术

本发明专利技术公开了一种智能助力运动裤，包括运动裤本体、执行机构、驱动机构和控制系统；控制系统下达指令给驱动机构，驱动机构驱动执行机构完成指令动作，执行机构安装在运动裤本体内，运动裤本体与人体直接接触。本发明专利技术的控制系统能够实时监测人体在运动过程中的运动及健康信息，分析并下达动作指令，通过驱动机构驱动执行机构完成相应动作，辅助人体的下肢运动；根据穿戴者的实际运动状态，给穿戴者下肢运动提供达到正常运动状态的运动辅助，减少穿戴者运动过程中的下肢损伤。

A Kind of Intelligent Booster Sports Pants

The invention discloses an intelligent booster sports trousers, which includes the body, executing mechanism, driving mechanism and control system of the sports trousers; the control system sends instructions to the driving mechanism, and the driving mechanism drives the executing mechanism to complete the command action; the executing mechanism is installed in the body of the sports trousers, and the body of the sports trousers contacts directly with the human body. The control system of the present invention can real-time monitor the movement and health information of human body in the process of movement, analyze and issue action instructions, drive the executing mechanism to complete corresponding actions, and assist the lower limb movement of human body; according to the actual motion state of the wearer, provide the lower limb movement of the wearer with motion assistance to achieve normal motion state, and reduce the movement process of the wearer. Lower extremity injury.

【技术实现步骤摘要】
一种智能助力运动裤
本专利技术属于智能可穿戴装置领域，具体涉及一种智能助力运动裤。
技术介绍
下肢作为人体运动和承力的主要部位，在运动过程中非常容易疲劳，并且关节处易产生不同程度的损伤，如膝关节炎、脚踝扭伤等。穿戴下肢助力装置能够减少长时间、高负荷行走引起的受伤风险，目前市场上也有大量针对下肢运动成熟的保护产品，如运动护膝、护腕、跑步运动员的压力裤、减震衣物等，但普遍存在以下几点不足：(1)多为被动结构，难以为下肢运动提供主动辅助力；(2)因刚性结构会对下肢部分运动产生约束，不能适应各类灵活的运动；(3)部分装置只考虑以加压固定形式防止关节损伤，没有设计主动结构预防关节损伤；(4)不能实时监测人体健康状态，并做出调节；(5)不能与人体进行智能互动，按用户需求实时更新助力方案。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种智能助力运动裤，该运动裤便于穿戴，可实时监测人体运动及健康状态，同时根据监测情况下达相应指令，辅助穿戴者运动。为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：一种智能助力运动裤，包括运动裤本体、执行机构、驱动机构和控制系统；运动裤本体与人体直接接触，执行机构安装在运动裤本体内；控制系统下达指令给驱动机构，驱动机构驱动执行机构完成指令动作。本专利技术的进一步改进在于：优选的，执行机构包括条状人工肌肉和手风琴风箱状人工肌肉；条状人工肌肉为能够执行伸缩动作的长条状人工肌肉；手风琴风箱状人工肌肉为能够沿折叠方向弯曲或伸展的风箱状人工肌肉。优选的，条状人工肌肉沿下肢的骨骼肌及韧带方向布置；手风琴风箱状人工肌肉安装在下肢各个关节的四周。优选的，运动裤本体包括髋关节助力区、膝关节助力区和踝关节助力区(3)；髋关节助力区和膝关节助力区之间，膝关节助力区和踝关节助力区之间均为可拆卸连接；每一个助力区内安装有独立的执行机构。优选的，驱动机构安装在运动裤本体上；驱动方式选用电流驱动、液体驱动或气压驱动，对应有导线、液体通路或气路安装在执行机构中。优选的，驱动机构设置有无线信号接收器，用于接收控制系统下达的指令。优选的，所述控制系统包括：传感系统，用于测量并采集人体髋关节角度、膝关节角度、踝关节角度、地面反作用力、执行机构处运动裤与人体之间的压力、人体的体温和心率以及表面肌电信号的信息，并将采集到的信息传输至输入模块；输入模块，用于接收并传递传感系统传入的信息至滤波模块；滤波模块，用于降噪处理输入模块输入的信息，将处理好的信息分别传入人体健康评估模块和实时助力模块；用户模块，用于将用户的身高、体重信息传输至人体健康评估模块，用户的自定义动作指令传输至输出模块；同时接收并显示输出模块输出的人体健康报告与正在执行的动作命令信息；人体健康评估模块，结合用户模块输入的身高、体重信息，将滤波模块输入的心率、体温、地面反作用力及表面肌电信号与健康人的同类别数据作对比，将对比结果生成人体健康报告输出至输出模块；实时助力模块，将髋关节角度、膝关节角度、踝关节角度和地面反作用力信息分别与人体正常运动状态下的髋关节角度、膝关节角度、踝关节角度和地面反作用力变化规律比对，通过人体逆动力学算法计算出各关节需要的辅助力矩值；将各关节需要的辅助力矩值转换为各个执行机构需要输出的力数值；将各个执行机构需要输出的力转换为电流值、液压值或气压值，生成动作命令信息，输入至输出模块；监测执行机构处运动裤与人体之间的压力，超出设定值停止动作命令的输出；输出模块，用于将实时助力模块下达的动作命令信息或用户的自定义指令传输至运动裤的驱动机构；同时将人体健康评估模块传入的人体健康报告及实时助力模块下达的动作命令信息，传递并显示在用户模块。优选的，所述传感系统包括：惯性测量传感器，安装在腰部靠近髋关节处、大腿上靠近髋关节和膝关节处、小腿上靠近膝关节和踝关节处及脚部靠近膝关节处，用于跟踪安装部位的实时加速度及安装部位的运动角度，安装部位的运动角度包括髋关节角度、膝关节角度和踝关节角度；压力传感器，安装在执行机构安装处及脚底部，用于监测运动裤与人体皮肤之间的压力及地面对人体的地面反作用力；表面肌电传感器，安装在下肢的肌肉处，用于检测肌肉处的肌电信号；心率传感器，用于实时监测人体的心率；体温传感器，用于实时监测人体的体温；各类传感器均通过无线发射器将信号传入至输入模块。优选的，控制系统的输入模块、滤波模块、用户模块、人体健康评估模块、实时助力模块和输出模块均安装在智能通讯设备中；控制系统设置有向驱动机构传输无线信号的发射器。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术公开了一种智能助力运动裤，包括运动裤本体、执行机构、驱动机构和控制系统；控制系统下达指令给驱动机构，驱动机构驱动执行机构完成指令动作，执行机构安装在运动裤本体内，运动裤本体与人体直接接触。本专利技术的控制系统能够实时监测人体在运动过程中的运动及健康信息，分析后下达动作指令，通过驱动机构驱动执行机构完成相应动作，辅助人体的下肢运动；根据穿戴者的实际运动状态，给穿戴者下肢运动提供达到正常运动状态的运动辅助，减少穿戴者运动过程中的下肢损伤。进一步的，本专利技术的执行机构根据人体下肢的结构特点，设置有条状人工肌肉与手风琴风箱状人工肌肉，条状人工肌肉通过其收缩与延伸完成命令动作，手风琴风箱状人工肌肉通过沿折叠方向弯曲或伸展完成命令动作，辅助下肢的关节运动。进一步的，本专利技术的条状人工肌肉沿肌肉及韧带的收缩与伸展方向布置，辅助肌肉与韧带的运动；手风琴风箱状人工肌肉安装在关节的四周，辅助关节的弯曲与伸展，用以限制关节的运动范围，矫正关节多自由度运动，避免关节在运动过程中受损。进一步的，本专利技术的运动裤本体依据下肢的结构设置有三个助力区，不同的助力区内设置有不同的执行机构，对应不同助力区的肌肉结构；同时助力区之间为可拆卸连接，方便穿戴调整。每一个助力区内有独立的执行机构，执行机构的安装方式与安装数量可根据实际情况调节。进一步的，本专利技术的驱动机构安装在运动裤本体上，方便驱动夹装在运动裤本体之间的执行机构；本专利技术的驱动机构选用有多种能量提供方式，如：电流驱动、液体驱动或气压驱动等；不同的驱动方式，其能量提供路径及原理不同，电流驱动将电线埋在人工肌肉内，通过电流刺激人工肌肉的收缩与伸展；气压驱动在人工肌肉内设置气路，通过控制气体的流量与流向控制人工肌肉的收缩与伸展。进一步的，驱动机构设置有无线信号接收器，接收控制系统下达的指令，执行动作命令指令。进一步的，本专利技术的智能助力运动裤设置有控制系统，所述控制系统包括传感系统、输入模块、滤波模块、人体健康评估模块、实时助力模块、用户模块及输出模块；通过控制系统中各个模块的配合，完成人体信息的采集、分析及下达指令，用户也可自定义指令信息，下达动作命令信息，通过执行机构辅助下肢运动。进一步的，本专利技术的传感系统包括惯性测量单元、压力传感器、表面肌电传感器、心率传感器和体温传感器；各传感器固定在裤子内侧的特定部位，其中，惯性测量单元用以跟踪人体下肢各个关节处的的角度信息；压力传感器用以监测裤子与人体皮肤之间的压力和地面对足底的反作用力；表面肌电传感器实时监测驱动各关节运动的各骨骼肌的肌电信号；心率传感器、体温传感器及其他测量生命健康信号的传感器用以记录人体心率、体温本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种智能助力运动裤，其特征在于，包括运动裤本体(11)、执行机构、驱动机构和控制系统；运动裤本体(11)与人体直接接触，执行机构安装在运动裤本体(11)内；控制系统下达指令给驱动机构，驱动机构驱动执行机构完成指令动作。

【技术特征摘要】
1.一种智能助力运动裤，其特征在于，包括运动裤本体(11)、执行机构、驱动机构和控制系统；运动裤本体(11)与人体直接接触，执行机构安装在运动裤本体(11)内；控制系统下达指令给驱动机构，驱动机构驱动执行机构完成指令动作。2.根据权利要求1所述的一种智能助力运动裤，其特征在于，执行机构包括条状人工肌肉(4)和手风琴风箱状人工肌肉(5)；条状人工肌肉(4)为能够执行伸缩动作的长条状人工肌肉；手风琴风箱状人工肌肉(5)为能够沿折叠方向弯曲或伸展的风箱状人工肌肉。3.根据权利要求2所述的一种智能助力运动裤，其特征在于，条状人工肌肉(4)沿下肢的骨骼肌及韧带方向布置；手风琴风箱状人工肌肉(5)安装在下肢各个关节的四周。4.根据权利要求1所述的一种智能助力运动裤，其特征在于，运动裤本体(11)包括髋关节助力区(1)、膝关节助力区(2)和踝关节助力区(3)；髋关节助力区(1)和膝关节助力区(2)之间，膝关节助力区(2)和踝关节助力区(3)之间均为可拆卸连接；每一个助力区内安装有独立的执行机构。5.根据权利要求1所述一种智能助力运动裤，其特征在于，驱动机构安装在运动裤本体(11)上；驱动方式选用电流驱动、液体驱动或气压驱动，对应有导线、液体通路或气路安装在执行机构中。6.根据权利要求1所述一种智能助力运动裤，其特征在于，驱动机构设置有无线信号接收器，用于接收控制系统下达的指令。7.根据权利要求1-6任意一项所述的一种智能助力运动裤，其特征在于，所述控制系统包括：传感系统，用于测量并采集人体髋关节角度、膝关节角度、踝关节角度、地面反作用力、执行机构处运动裤本体(11)与人体之间的压力、人体的体温和心率以及表面肌电信号的信息，并将采集到的信息传输至输入模块；输入模块，用于接收并传递传感系统传入的信息至滤波模块；滤波模块，用于降噪处理输入模块输入的信息，将处理好的信息分别传入人体健康评估模块和实时助力模块；用户模块，用于将用户的身高、体重信息传输至人体健康评估模块，用户的自定义动作指令传输至输...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建平，方静，孙冲，崔尧，王明明，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61