感测式护具内衬及防护装置的制作方法

本发明涉及一种护具内衬，特别是涉及一种具有拉胀结构以具有自我调整的特性，并设有传感器以感测穿戴状况的感测式护具内衬及防护装置。

背景技术：

当在容易受伤的状况下，例如激烈运动、工地工作或战场上等，人们通常会穿戴可保护身体的护具以策安全，例如，因为头部包含了人类重要的器官大脑，故通常会穿戴头盔以避免头部受到伤害。但为了保护身体，护具通常较厚重且不通风，在活动时容易造成身体的不适及活动的困难，并且，每个人的身形因人而异，常会有尺寸无法完全合身的状况，造成诸多不便。

再者，在需穿戴护具的状况下，身体可能会受到各种不同外在冲击的影响，而护具本身也可能因此受到损伤，因此，若能有一种可对应人体身形及活动状况自我调整，且具有感测穿戴状况的护具内衬，应能令使用者穿戴时更为舒适，并可通过感测到的数据判断人体及护具的状况。

技术实现要素：

有鉴于上述习知的问题，本发明的目的在于提供一种具有拉胀结构且设有传感器的感测式护具内衬及防护装置，以使穿戴时更舒适，并感测穿戴时的状况。

根据上述目的，本发明提供一种感测式护具内衬，包含内衬垫及传感器。内衬垫为以3d打印方式制成的拉胀结构，内衬垫的一侧具有凹槽。传感器以3d打印方式制成，并设于凹槽内，传感器为压力传感器、湿度传感器或温度传感器，压力传感器感测所受到的压力并产生压力信号，湿度传感器感测湿度并产生湿度信号，温度传感器感测温度并产生温度信号。

较佳地，感测式护具内衬可进一步包含复数个内衬垫，分别具有不同的拉胀结构，且设于护具的不同位置。

较佳地，各不同的内衬垫设置有不同的传感器。

较佳地，内衬垫的一侧表面上可具有黏性层，内衬垫通过黏性层黏附于护具。

根据上述目的，本发明再提出一种防护装置，包含防护装置本体、内衬垫、传感器及处理模块。内衬垫为以3d打印方式制成的拉胀结构，内衬垫设于防护装置本体的内侧表面上，且相对于防护装置本体的一侧具有凹槽。传感器以3d打印方式制成，并设于凹槽内，传感器为压力传感器、湿度传感器或温度传感器，压力传感器感测所受到的压力并产生压力信号，湿度传感器感测湿度并产生湿度信号，温度传感器感测温度并产生温度信号。处理模块连接传感器并接收压力信号、湿度信号或温度信号。其中，传感器与处理模块以信号线连接，内衬垫中对应信号线具有通道，防护装置本体对应通道具有沟槽，通道与沟槽连通，信号线设于沟槽及通道中。

较佳地，防护装置可进一步包含复数个内衬垫，分别具有不同的拉胀结构，且设于防护装置本体的不同位置。

较佳地，各不同的内衬垫设置有不同的传感器。

较佳地，防护装置可包含储存单元，连接处理模块，处理模块传送所接收的压力信号、湿度信号或温度信号至储存单元，储存单元储存所接收的压力信号、湿度信号或温度信号。

较佳地，防护装置可包含传输单元，连接处理模块，处理模块传送所接收的压力信号、湿度信号或温度信号至传输单元，传输单元将所接收的压力信号、湿度信号或温度信号传至外部装置。

较佳地，内衬垫的一侧表面上可具有黏性层，内衬垫通过黏性层黏附于防护装置本体。

承上所述，本发明的感测式护具内衬及防护装置通过设置具拉胀结构的内衬垫，以使内衬具有自我调整特性，令使用者穿戴时更舒适并增加保护效果，并且将传感器设于内衬垫上，使本发明的感测式护具内衬及防护装置具有感测功能，提供用户穿戴时的状况数据。

附图说明

图1为本发明的感测式护具内衬的示意图；

图2为本发明的防护装置的一个结构示意图；

图3为本发明的防护装置的示意图；

图4为本发明的防护装置的另一个结构示意图；

图5为本发明的防护装置的再一个结构示意图。

附图标记：

10：感测式护具内衬；100：防护装置；

110：内衬垫；111：凹槽；112：孔洞；113：黏性层；114：通道；

120：传感器；

130：防护装置本体；131：沟槽；132：导电区域；133：支撑点；134：节点；

140：处理模块；141：信号线；

150：储存单元；160：传输单元。

具体实施方式

请参阅图1，图1为本发明的感测式护具内衬的示意图。如图1所示，本发明的感测式护具内衬10包含内衬垫110及传感器120(即感测器)。内衬垫110是以3d打印方式制成的拉胀结构(auxeticstructure)，内衬垫110的一侧具有凹槽111。

更详地来说，整个内衬垫110是以拉胀结构为主体，拉胀结构为一种具有负泊松比(negativepoisson'sratio)的结构，其在一个方向受力而被压缩时，在垂直于受力方向的结构会产生收缩，相对地，在受到拉力而延展时，在垂直于受力方向的结构也会一同延展而膨胀。

也就是说，当拉胀结构两侧被拉伸时，拉胀结构的中央结构会膨胀而使体积增加，拉胀结构体积增加程度最大可增加30％。而在拉胀结构中心受到压力时，拉胀结构会收缩而变得紧密。因此，将具有拉胀结构的内衬垫110设于护具中时，内衬垫110便会依据穿戴护具的使用者的运动而改变形状，达到缓冲的功效，同时，也因拉胀结构的自适应性，使护具对使用者更合身。

另外，具有负泊松比的拉胀结构中会具有孔洞112，因此，当具有拉胀结构的内衬垫110设于护具中时，也会提供通风的功能，令用户在穿戴护具时更为舒适。

再者，上述具有拉胀结构的内衬垫110的结构形状、大小及材质等特性，可在计算机上进行设计，并针对不同的需求设计不同的内衬垫110，例如，可以调整内衬垫110构成的材质的比例，以符合不同的设计需求。例如，支撑点133的材质可为stratasys公司的verowhiteplustm白色刚性材料，拉伸强度约为50-65百万帕(mpa)，弹性模量约为2000-3000百万帕(mpa)。而节点134处材质为tangoblackplustm，为黑色橡胶状材料，其拉伸强度约为0.8-1.2百万帕(mpa)、萧氏硬度为scalea26-28。

其中支撑点133与节点134的材料体积比可根据设计的要求进行调整，提高支撑点133(刚性材料)的比例有利于增强结构在受力状态下维持形状的能力。提高节点134(弹性材料)的比例则有利于增加结构因受力而变形的灵敏度。支撑点133与节点134两者的比值与 内衬垫110结构的粗细共同决定结构的整体刚度。

同时，调整支撑点133的夹角可以改变结构的体积变化极限值。支撑点133在夹角为60度时，该机构体积变化为-49.7％(结构压缩)到74.9％(结构拉伸)，结构的材质比例参数和几何结构参数均可在设计时予以调节，以适应不同的产品需求，另外也可调整内衬垫110的拉胀结构的结构单元的密度，使其具有不同程度的拉胀特性。

接着，将设计好的设计图输入到3d打印机(3dprinter)中，以3d打印的方式印出内衬垫110。而因内衬垫110以3d打印方式制成，所以不仅能有效降低成本，也可减少制造的时间，并且能快速地对内衬垫110的设计进行修改，甚至是进行定制化的设计，使本发明的感测式护具内衬10能有更广泛的使用。

同时，在设计内衬垫110时，可在其一侧上对应欲设置的传感器120的大小形状以及位置来设计凹槽111，预留传感器120设置的位置，以使设有传感器120的内衬垫110的表面平整，不会因设置有传感器120而使整体表面有凸起。

传感器120同样是以3d打印方式制成，其可以3d电子打印机(3delectronicsprinter)印制而成，可印制温度传感器、湿度传感器、压力传感器、应变规等，并设于内衬垫110上对应的凹槽111内。而传感器120的厚度可控制在0.2mm-1mm的范围内，且不同传感器120的厚度会有所不同，将此厚度范围内的传感器120装在内衬垫110的凹槽111内，使用者会几乎感觉不到传感器120的存在，不会产生异物感。

再者，传感器120在设计时可设计为压力传感器、湿度传感器或温度传感器中的任一种。压力传感器可感测其所受到的压力，也就是说，当压力传感器装在设于护具内的内衬垫110上时，压力传感器便可感测使用者身体与内衬垫110之间的压力，并以此产生压力信号。湿度传感器可感测湿度，也就是说，当湿度传感器装在设于护具内的内衬垫110上时，湿度传感器便可感测护具内的湿度，并以此产生湿度信号。温度传感器可感测温度，也就是说，当温度传感器装在设于护具内的内衬垫110上时，温度传感器便可感测护具内的温度，并以此产生温度信号。

本发明的感测式护具内衬10可进一步包含复数个内衬垫110，分别具有不同之拉胀结构，且设于护具的不同位置。也就是说，因为只要具有负泊松比结构就视为拉胀结构，因此，拉胀结构可有不同的结构形式，其拉胀特性也不尽相同，如此，便可针对护具中不同位置的不同需求，将复数个分别具有不同拉胀结构的内衬垫110设于护具中的不同位置，以使具有拉胀结构的内衬垫110发挥更好的效果。

再者，如上所述的复数个内衬垫110同样也可分别具有复数个凹槽111，其中各个不同 之内衬垫110可分别在其各自的凹槽111中设置有不同的传感器120，以对不同位置感测不同的信息。

另外，内衬垫110可在设计时，设计内衬垫110的某个表面上具有黏性层113，再在3d打印机中加入对应所需的材料，如此便能打印出某个表面具有黏性的内衬垫110，而具有黏性层113的内衬垫110就能通过黏性层113直接黏附于护具上。

续请参阅图2及图3，图2为本发明的防护装置的一个结构示意图；图3为本发明的防护装置的示意图。如图2和图3所示，本发明的防护装置100包含防护装置本体130、内衬垫110、传感器120及处理模块140，也就是说，本发明的防护装置100是将上述的感测式护具内衬10设于防护装置本体130。而下述将以头盔做为防护装置本体130的示例，但并不以此为限。

内衬垫110的结构及其制成方式已如上所述，在此便不再赘述。内衬垫110设于防护装置本体130的内侧表面上，也就是设于头盔的内侧，通过内衬垫110的拉胀结构做为用户头部与头盔之间的缓冲，同时也因拉胀结构有自适应的特性，让使用者在各种情况下皆能舒适地穿戴设有此内衬垫110的头盔。且因内衬垫110的拉胀结构中的孔洞112，使本发明之防护装置100相较于一般头盔有更好的通风效果，穿戴时更为舒适而不闷热。

而如上述所描述的内衬垫110上的凹槽111，位于内衬垫110相对于防护装置本体130的一侧，也就是说，凹槽111位于内衬垫110与使用者头部接触的一侧，使设于其中的传感器120可与人体头部接触，如此，当使用者穿戴头盔时，传感器120便可感测头盔内部的状况并产生相对应的信号，以供不同的分析需求使用。同样地，传感器120的制成方式、设置位置及感测种类已如上所述，在此便不再赘述。

进一步地，防护装置100可包含复数个内衬垫110，分别具有不同的拉胀结构，且设于防护装置本体130的不同位置。也就是说，可有复数个内衬垫110设头盔中，并位于不同位置，例如头顶、前额、后脑及两侧等位置。且位于不同位置的内衬垫110，可对应不同位置的需求，而设计不同的结构形状、大小及材质等，使本发明的防护装置100具有更好的穿戴效果。举例来说，内衬垫110结构可用多种材料印制成不同形状，例如，半圆形，其材质会较柔软，适合放在前额处可吸收额外的重量，当像是需增加夜视镜或是护目镜在头盔前额处时，便可以半圆形的结构来吸收所增加的额外重量；又例如，矩形，其吸震程度较好，适合摆放于后脑处，减少后脑所受到的冲击以保护脑干，像是可吸收子弹碎片或异物的冲击。

同样地，如上所述的复数个内衬垫110同样也可分别具有复数个凹槽111，其中各个不 同的内衬垫110可分别在其各自的凹槽111中设置有不同的传感器120，以对不同位置感测不同的信息。

更进一步地，在同一内衬垫110上的不同凹槽111中，也可具有不同种类的传感器120，也就是说，对应不同的需求，同一内衬垫110上可同时具有压力传感器、湿度传感器或温度传感器，分布在同一内衬垫110上的不同位置。

同时，因内衬垫110及传感器120皆是以3d打印方式制成，在内衬垫110的结构、形状、设置位置，以及传感器120的种类及设置位置等设计，皆可对应各种不同需求而改变，而传感器120的数量及位置也可根据需要进行设计，且每个内衬垫110中心皆可摆放至少一个传感器120，以便反应整体头部环境。而以3d打印方式制成除了可进行定制化的设计外，也可快速地取得成品，以降低成本。

接着，防护装置100可更包含储存单元150，储存单元150连接处理模块140，处理模块140可将其所接收的压力信号、湿度信号或温度信号传至储存单元150，而储存单元150可将所接收的压力信号、湿度信号或温度信号储存，以提供后续不同的需求使用。

再者，防护装置100可更包含传输单元160，传输单元160连接处理模块140，处理模块140可将其所接收的压力信号、湿度信号或温度信号传至传输单元160，而传输单元160可将所接收的压力信号、湿度信号或温度信号传至外部装置。传输单元160可以以无线传输的方式与外部装置连接，以使他处的人可实时掌握穿戴本发明的防护装置100的用户的状况。

上述储存单元150及传输单元160可记录不同种类的传感器120感测到的信息，用户便能根据这些信息进行各种评估判断。例如，当头盔受到冲击时，压力传感器便能感测使用者头部所受到的压力，之后便能以此判断该冲击对使用者的影响；或是温度传感器及湿度传感器可对应感测头盔内的温度及湿度，从而掌握使用者的使用状况，作为判断使用者身体健康的依据。同时，也可依据传感器120感测到的信息判断头盔使用的状况，以作为更换头盔的参考。

同样地，内衬垫110可在设计时，设计其某一表面上具有黏性层113，再在3d打印机中加入对应所需的材料，如此便能打印出某一表面具有黏性的内衬垫110，而具有黏性层113的内衬垫110便能通过黏性层113而直接黏附于防护装置本体130的内侧表面上。

继续请参阅图4，其为本发明的防护装置的另一个结构示意图。如图4所示，其提供一种传感器120与处理模块140的连接方式。其中，传感器120与处理模块140的连接方式是以信号线141连接，因此，在内衬垫110中会有对应信号线141的通道114，通道114 可在设计内衬垫110时预先设计，如此以3d打印机列印制成的内衬垫110便会具有让信号线141通过的通道114。

而防护装置本体130对应通道114具有沟槽131，也就是头盔具有可令信号线141通过的沟槽131，并且内衬垫110的通道114与头盔的沟槽131会彼此连通，因此信号线141便可设于沟槽131及通道114中，如此，设于内衬垫110的传感器120便可通过信号线141通过内衬垫110及头盔，而与处理模块140相连接。

继续请参阅图5，其为本发明的防护装置的再一个结构示意图。如图5所示，其提供另一种传感器120与处理模块140的连接方式。在图5中，防护装置本体130具有的沟槽131可设置在其中，也就是在头盔内，并且可在制作头盔时，就将头盔中的信号线141一并制作，如此，当内衬垫110需更换时，因头盔的沟槽131中的信号线141与内衬垫110的通道114中的信号线141并非为一体，便不需将头盔中的信号线141更换，仅需换掉内衬垫110。而在头盔上与内衬垫110的信号线141相接处，可设有较大面积的导电区域132，令其可稳定地连续传输信号。

承上所述，本发明的感测式护具内衬10及防护装置100在防护装置本体130中设置具有拉胀结构的内衬垫110，通过拉胀结构的自适应特性，以令防护装置100可适应各种不同的使用状况，并在且内衬垫110上设置传感器120，以掌握用户穿戴防护装置100时的状况。

以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明之精神与范畴，而对其进行之等效修改或变更，均应包含于后附之申请专利范围中。