一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝制造技术

本实用新型专利技术公开了一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝，包括柔性压力传感器、可调节支撑式护膝和膝损伤监测电路；可调节支撑式护膝采用开口调节式设计，护膝上加入搭接魔术贴增加横向调节性；柔性压力传感器包括三层，上层为纳米复合薄膜，中层为压电材料层，底层为基底层，所述柔性压力传感器贴附于膝关节的表面，测量人体下肢关键肌腱群和皮肤之间的压力；膝损伤监测电路包括压力立体检测模块、信号处理模块和震动反馈模块。本实用新型专利技术本实用新型专利技术采用柔性传感器用于监测跑步过程中的膝关节处的压力和角度变化，加入震动反馈模块及时提醒膝关节损伤，主动指导用户调节跑步姿态。态。态。

【技术实现步骤摘要】
一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝


[0001]本技术属于护膝
，尤其涉及一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝。

技术介绍

[0002]膝关节是人体重要的关节部位，连接着股骨与胫骨，由半月板、髌骨、韧带等部分构成，承担了人类下肢的全部运动。膝关节是人体内最大和结构最复杂的一个关节，在日常生活与体育运动中经常会受到来自不同方向力的作用。在跑步运动中，膝关节的发力点位于半蹲状态，股骨和胫骨之间的角度减小，半月板处压力增大，关节协调稳定性下降。如果运动冲击超过关节的承受范围或反复冲击会引起膝关节的损伤。不科学的运动姿势与过大的运动幅度都会引起关节、肌肉和韧带损伤，给日常生活带来不便。同时随着年龄的增长，膝关节功能也会退化损伤。
[0003]运动护膝常用于预防膝关节运动损伤，通过向膝关节处施加压力，减少关节活动角度，从而起到防护固定及提高肌力水平的作用。护膝具有制动、固定和降低反作用力峰值等防护作用，通过佩戴护膝产生的束缚，可以预防与避免膝关节损伤的发生。但是护膝紧度过大，产生的压迫使人体主观舒适感下降，紧度过小将起不到作用。现有护膝防护缺乏有效的反馈机制，用户无法获得跑步过程中的关节损伤风险的预警信号，现有护膝产品还不能完全满足用户需求，其实用性能还有待提升。
[0004]目前关于监测膝损伤的柔性传感护膝专利如下：申请号为201811639396.9的中国专利公开了智能护膝及膝关节损伤预警方法，该智能护膝包括采集装置、分析装置、预警装置和通信装置，可以用于预警膝关节损伤，起到监测和提醒功能，但存在数据采集装置少且分布不均匀导致膝关节的屈曲模型不够精准和功能装置影响穿着舒适性的问题。申请号为202120400452.4的一种运动智能提醒护膝，该装置采用防护罩减少关节活动角度，起到保护作用，利用智能模块监测血氧和心跳，仅能间接监测膝关节损伤，防护装置降低了护膝的依从性和穿戴便捷性，不能实现长时间的舒适监测和监测偏差大。申请号为201721392931.6的中国专利公开了一种可穿戴式肢体运动传感器，采用织物和橡胶垫结合的方法对膝关节活动进行限制，仅能起到记录步数的功能，不能监测跑步过程中的膝关节损伤。
[0005]概括起来，目前监测膝损伤的柔性传感护膝存在以下问题：
[0006]护膝支撑结构的设计简单，基本为沿膝关节屈曲运动方向排列支撑材料，存在穿脱不便和制约人体正常行动的问题。
[0007]护膝厚重并且体积庞大，长时间穿戴会对膝关节部位产生负担。套筒护膝不能自由调节膝关节处束缚程度，织物长时间受力导致其防护性能减弱。
[0008]现有护膝防护缺乏交互性，缺少有效的反馈机制。当膝关节的弯曲角度过大时，无法指导用户主动调整运动姿势以规避运动过程中的膝损伤。

技术实现思路

[0009]有鉴于此，本技术提供一种监测跑步膝损伤的柔性传感护膝，利用柔性传感器监测膝关节处压力和关节弯曲角度，来监测跑步过程中的膝关节状态和跑步姿态，降低膝关节损伤的风险。采用微型震动模块建立有效的反馈机制，预防由于超负荷或活动角度过大而造成的关节损伤，及时提醒避免二次损伤。通过面料延伸对人体施加压力，从而起到防护固定及提高肌力水平的作用。在关节两侧处采用弹性支撑结构，使膝关节具有内收、内旋的趋势，减少了活动过程中膝关节的外展外旋。
[0010]本技术公开的一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝，包括柔性压力传感器、可调节支撑式护膝和膝损伤监测电路；
[0011]所述可调节支撑式护膝主体由复合面料层制成，复合面料层内部设置半刚性支撑条，弹力支撑区设置在护膝膝盖内弯曲部位，立体压力检测区设置在护膝膝盖位置；所述可调节支撑式护膝采用开口调节式设计，护膝上加入搭接魔术贴增加横向调节性；
[0012]所述柔性压力传感器包括三层，上层为纳米复合薄膜，中层为压电材料层，底层为基底层，所述柔性压力传感器贴附于膝关节的表面，测量人体下肢关键肌腱群和皮肤之间的压力；
[0013]所述膝损伤监测电路包括压力立体检测模块、信号处理模块和震动反馈模块，通过柔性压力传感器收集运动中膝关节的压力变化和角度变化，当膝关节处的压力或弯曲角度超出检测阈值时，通过震动反馈模块提醒穿戴人员。
[0014]进一步地，所述压力立体检测模块包括电阻R1，电阻R1的一端分别连接24V直流电源、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R3的一端、二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D1的正极连接
‑
5V电源、电阻R5的一端、电阻R8的一端，二极管D2的负极连接+5V电源，电阻R1的另一端、电阻R4的另一端、电阻R5的另一端分别接地；
[0015]电阻R8的另一端分别连接运算放大器A1的同相端、电阻R10的一端、电容C1的一端；电容C1的另一端、电阻R10的另一端分别连接电阻R12的一端，电阻R12的另一端分别连接电容C4的一端，电容C4的另一端连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接电阻R15的一端，电阻R14的另一端连接输出OUT；运算放大器A1的输出端连接电阻R13的一端，电阻R13的另一端分别连接电容C4的另一端、电感L1的一端；
[0016]运算放大器A1的反向端连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端分别连接电阻R6的一端、电阻R7的一端，电阻R6的另一端接地，电阻R7的另一端分别连接运算放大器A2的输出端、电容C3的一端，电容C3的另一端接地；运算放大器A2的输入端分别连接电阻R01的一端、电阻R02的一端，电阻R01的另一端连接5V电源，电阻R02的另一端连接
‑
3V电源。
[0017]进一步地，所述信号处理模块包括比较器U1，压力立体检测模块的OUT连接比较器U1的同相端，输入采集的压力数据，参考压力输入连接比较器U1的反向端，当同相端数据大于反向端数据时，U1输出电压，经过电阻R16、电阻R17到地，同时输出电压u
o
到震动反馈模块。
[0018]进一步地，所述震动反馈模块为微型振动马达。
[0019]本技术的有益效果如下：
[0020]本技术采用柔性传感器用于监测跑步过程中的膝关节处的压力和角度变化，
具有小型化、不可见性和快速响应的特点；
[0021]护膝采用开口式设计，可以自由调整关节处的束缚压力；
[0022]在护膝左右两侧加入柔性支撑材料，缓解跑步过程中的膝关节冲击；
[0023]通过加入震动反馈模块及时提醒膝关节损伤，建立了良好的反馈机制，主动指导用户调节跑步姿态。
附图说明
[0024]图1本技术的护膝结构图；
[0025]图2本技术的立体受力监测区；
[0026]图3本技术的开口护膝示意图；
[0027]图4本技术的压力传感器结构图；
[0028]图5本技术的压力立体监测模块电路原理图；
[0029]图6本技术的膝损伤监测电路结构图；<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跑步膝损伤监测的柔性传感护膝，其特征在于，包括柔性压力传感器、可调节支撑式护膝和膝损伤监测电路；所述可调节支撑式护膝主体由复合面料层制成，复合面料层内部设置半刚性支撑条，弹力支撑区设置在护膝膝盖内弯曲部位，立体压力检测区设置在护膝膝盖位置；所述可调节支撑式护膝采用开口调节式设计，护膝上加入搭接魔术贴增加横向调节性；所述柔性压力传感器包括三层，上层为纳米复合薄膜，中层为压电材料层，底层为基底层，所述柔性压力传感器贴附于膝关节的表面，测量人体下肢关键肌腱群和皮肤之间的压力；所述膝损伤监测电路包括压力立体检测模块、信号处理模块和震动反馈模块，通过柔性压力传感器收集运动中膝关节的压力变化和角度变化，当膝关节处的压力或弯曲角度超出检测阈值时，通过震动反馈模块提醒穿戴人员。2.根据权利要求1所述的跑步膝损伤监测的柔性传感护膝，其特征在于，所述压力立体检测模块包括电阻R1，电阻R1的一端分别连接24V直流电源、电阻R3的一端，电阻R3的另一端连接电阻R4的一端，电阻R4的另一端分别连接电阻R3的一端、二极管D1的负极、二极管D2的正极，二极管D1的正极连接
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5V电源、电阻R5的一端、电阻R8的一端，二极管D2的负极连接+5V电源，电阻R1的另一端、电阻R4的另一端、电阻R5的另一端分别接地；电阻R8的另一端分别连接运算放大器A1的同...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖学良，黄晨，王傲，李英荟，李鹏，臧文娜，
申请(专利权)人：无锡步态运动科技有限公司，
类型：新型
国别省市：