本发明涉及穿戴机器人技术领域,特别是涉及一种吸气辅助装置。
背景技术:
辅助吸气设备现主要用于呼吸肌萎缩等原因导致的呼吸微弱的病人,例如sci患者。现有的辅助吸气的装置主要分为侵入式和非侵入式,对应了两种典型的吸气辅助装置:呼吸机、“铁肺”,其中呼吸机是通过软管与患者的气管连接进行通气使肺部扩张来辅助吸气的,需要切开病人的气管才能往里通气,会对患者造成创伤;而现有的“铁肺”应用的技术是在人体胸腹部位放置一个刚性外壳,将外壳抽真空与人体内形成负压差辅助肺部扩张吸气,虽然不会对患者造成创伤,但刚性外壳比较重、硬,不方便携带,与人体皮肤贴合时也会造成不适。
技术实现要素:
本发明的目的是提供一种吸气辅助装置,通过改变密封结构内的气压来改变外壳的软硬程度,从而提高了在非咳痰时段穿戴吸气辅助装置时的舒适性。
为实现上述目的,本发明提供了如下方案:
一种吸气辅助装置,设置在人体的胸部,所述吸气辅助装置包括密封腔体结构;
所述密封腔体结构应用了层阻塞变刚度材料;
当所述密封腔体结构与人体胸部之间处于真空状态时,所述密封腔体结构与人体形成负压差,从而辅助人体肺部扩张吸气。
优选地,所述密封腔体结构为圆拱形结构。
优选地,所述密封腔体结构包括支撑结构和拱形面结构;所述支撑结构与所述拱形面结构的端部连接形成密封拱形腔。
优选地,所述拱形面结构的圆心角为60°~150°。
优选地,所述拱形面结构的拱高为49mm。
优选地,还包括硅胶;
所述密封腔体结构扣设于所述硅胶上;所述硅胶的一侧与人体的皮肤接触设置;所述硅胶的另一侧与所述密封腔体结构连接。
优选地,所述层阻塞变刚度材料为砂纸材料;所述密封腔体结构的外壁为磨粒面。
优选地,所述砂纸材料为多层砂纸,多层所述砂纸同向堆叠设置。
优选地,多层所述砂纸通过塑料薄膜塑封。
优选地,还包括气管;
所述密封腔体结构通过所述气管与外界连通,所述气管与气泵连接。
根据本发明提供的具体实施例,本发明公开了以下技术效果:
本发明提供一种吸气辅助装置,设置在人体的胸部,所述吸气辅助装置包括密封腔体结构;所述密封腔体结构应用了层阻塞变刚度材料;当所述密封腔体结构处于真空状态时,所述密封腔体结构与人体形成负压差,从而辅助人体肺部扩张吸气。本发明应用了层阻塞变刚度材料,灵活地控制和改变外壳的软硬程度,从而提高了穿戴吸气辅助装置时的舒适性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明一种吸气辅助装置的结构示意图;
图2为本发明提供的实施例中密封腔体结构参数设计图。
符号说明:
1-拱形面结构,2-支撑结构,3-硅胶,4-第一气管,5-第二气管。
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。
本发明的目的是提供一种吸气辅助装置,能够通过改变密封结构内的气压来改变外壳的软硬程度,从而提高了穿戴吸气辅助装置时的舒适性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明一种吸气辅助装置的结构示意图,如图1所示,本发明一种吸气辅助装置,设置在人体的胸部,所述吸气辅助装置包括密封腔体结构、硅胶3和气管。
所述密封腔体结构应用了层阻塞变刚度材料;当所述密封腔体结构与人体胸部之间处于真空状态时,所述密封腔体结构与人体形成负压差,从而辅助人体肺部扩张吸气。
所述密封腔体结构扣设于所述硅胶3上;所述硅胶3的一侧与人体的皮肤接触设置;所述硅胶3的另一侧与所述密封腔体结构连接。
所述密封腔体结构通过所述气管与外界连通,所述气管与气泵连接。
具体的,所述气管包括第一气管4和第二气管5;所述第一气管4伸入密封腔体结构的空腔;所述第二气管5伸入密封腔体结构的气管。气泵通过所述第二气管5抽气,密封腔体结构会变硬,所述第一气管4是从密封结构与胸部形成的腔体里伸出,气泵抽气时会产生负压差。
优选地,所述密封腔体结构为圆拱形结构。
优选地,所述密封腔体结构包括支撑结构2和拱形面结构1;所述支撑结构2与所述拱形面结构1的端部连接形成密封拱形腔。
在本实施例中,所述支撑结构2为两个,所述支撑结构2设置在拱形面结构1的两侧,所述拱形面结构1与两个所述支撑结构2通过硅胶粘接剂粘接。
具体的,所述硅胶3与密封腔体结构的底部用硅胶粘接剂粘接,再用剪刀剪去密封腔体结构所包覆的硅胶部分;最后从侧面的支撑结构2伸入气管,用硅胶粘接剂密封。
可选地,所述支撑结构2的面积可以根据实际情况减小或者扩大。
具体的,本发明还可以选用医用压敏胶带进行密封,也可采用别的吸附方式如章鱼触手启发的负压吸附、壁虎触手启发的吸附方式或印鱼启发的吸附方式等进行密封。
本发明在底部采用硅胶3的原因是硅胶软柔,贴合人体皮肤,能够提升了穿戴时的密封性。
优选地,所述层阻塞变刚度材料为砂纸材料;所述密封腔体结构的外壁为磨粒面。
在本实施例中选用的材料的基体为砂纸材料,还可以选用其他能实现层阻塞变刚度原理的材料,如布料、3d打印材料、复合材料等。
优选地,所述砂纸材料为多层砂纸,多层所述砂纸同向堆叠设置。
优选地,多层所述砂纸材料通过塑料薄膜塑封。
为了能够灵活的改变外壳的软硬程度,本发明采用砂纸材料当做jamming材料,砂纸材料有磨粒面和无磨粒面的粗糙程度都很大,且砂纸朝向无磨粒面的方向弯曲时很轻松(这是因为有较小的弹性模量且没有磨粒间的挤压)。
具体的,还可以选用颗粒物阻塞变刚度的原理,或者磁流变液,或者是智能材料(如温控可变刚度水凝胶、记忆高聚物等),同样实现变刚度的效果。
为了避免同层砂纸颗粒挤压导致外壳自由空间时弯曲刚度很大,本发明采用两层砂纸堆叠的结构,采取颗粒均朝向外壳外侧的方式堆叠并塑封到一个非弹性的塑料外壳中。
优选地,所述拱形面结构1的圆心角为60°~150°。
优选地,所述拱形面结构1的拱高为49mm。
依据一般人体胸腔的宽度拱的跨度设计为l=200mm,依据一般人体胸腔的高度拱的宽度设计为b=200mm,考虑到身体侧面是曲面,拱两端与身体侧面相切能增大穿戴舒适性和密封性,此时拱的圆心角在60°~150是相对合适的,圆拱形变刚度密封结构可抽象成两铰拱模型,由以下两铰拱承受径向均布载荷的公式推导可知:
其中e为弹性模量,r为圆拱的半径,α为圆拱的圆心角,l为圆拱跨度。
在径向均布荷载q作用下,圆心角α在60°-104°时临界载荷qmin单调递增,圆心角α在104°-150°时临界载荷qmin单调递减,于是圆心角α在104°处qmin取到最大值,由圆心角α和跨度l可算得拱高:
经过实验发现单靠圆拱形变刚度密封结构还不足以承载较大的压差,所以在其侧面粘上两块侧面支撑变刚度密封结构以此增大其承载能力,加上侧面后考虑到外壳穿戴在身上的舒适性,侧面变刚度密封结构保持设计参数l、h、α,而圆拱形变刚度密封结构圆心角增大适当延长以更好地贴合身体,圆拱形、侧面变刚度密封结构的参数设计如图2所示。
本发明利用层阻塞的原理可以让外壳变刚度,不使用时外壳会很软,很好地贴合人体皮肤,使用时会变硬,足以承受压差而不凹陷。
本发明的有益效果如下:
(1)本发明采用层阻塞原理(layerjamming),实现可变刚度以使吸气辅助装置自由状态时足够软方便穿戴贴合皮肤,约束状态时足够硬能承受较大的负压差。
(2)本发明采用拱形结构来承受均布径向载荷(负压差),使得外壳受力均匀,提高外壳的稳定性。
(3)本发明具有非侵入式、无创、便携、低成本且可居家使用的优点。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述,每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处,各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想;同时,对于本领域的一般技术人员,依据本发明的思想,在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述,本说明书内容不应理解为对本发明的限制。