一种帮助膝盖保持平衡的装置

本发明涉及膝盖支撑装置，尤其是涉及一种帮助膝盖保持平衡的装置。

背景技术：

老人和腿脚不方便的人士上下楼梯较为困难，现有技术中有折叠式座椅辅助上下楼装置、墙面防摔装置、上下楼手扶电梯装置、液压千斤顶上下楼装置等辅助装置，但是以上装置质量体积较大，不使用时无法携带，而且装置成本高，投入资金大，而且还需要对墙面进行整体改造，改变了楼梯间的布局。这些不利因素限制了上述装置的应用。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种帮助膝盖保持平衡的装置。能够在不影响双手的情况下，有效辅助使用者上楼梯和/或下楼梯。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种帮助膝盖保持平衡的装置，包括：

伸缩支腿，其底端设有底座，用于固定在使用者的一条腿上，并可向下伸出底座，

伸缩驱动单元，包括驱动电机和传动组件，用于控制伸缩支腿的伸缩，

肌电信号感应单元，包括电性连接的ad转换器和感应电极，所述的感应电极用于获取股内侧肌的生物电信号，并传输至ad转换器，所述的ad转换器用于将生物电信号转换为数字信号，

测距仪，固定于伸缩支腿的顶部，用于测量其所在位置处距离地面的距离，

控制器，用于接收ad转换器和测距仪的信号，并控制驱动电机动作。

优选地，所述的伸缩支腿包括下支腿以及套设于下支腿外并与下支腿可滑动连接的上支腿，所述的底座设置于下支腿的底端。

优选地，所述的传动组件包括齿轮组和丝杆，所述的丝杆可转动地设置于上支腿内，且丝杆下部伸入下支腿中与下支腿构成丝杠机构，所述的齿轮组包括设置于丝杆顶端的从动齿轮、设置于驱动电机输出轴上的主动齿轮以及设置于从动齿轮与主动齿轮之间的变速齿轮。

优选地，所述的伸缩驱动单元还包括设置于上支腿并作用于丝杆的离合制动器。

优选地，所述的丝杆的上部为光杆段，所述的离合制动器作用于光杆段上。

优选地，所述的伸缩支腿采用铝合金材质。

优选地，所述的肌电信号感应单元还包括与ad转换器电性连接的接地电极。

优选地，该装置还包括连接于伸缩支腿上的绑带，所述的感应电极设置于绑带上。

优选地，所述的底座与伸缩支腿底端之间设有力觉传感器。

优选地，所述的控制器为arduino板。

本发明帮助膝盖保持平衡的装置的工作原理：

本发明的装置用于替换手拄拐杖，使用时将其附在使用者的一条腿上，使用者上楼梯时，当另一条腿抬起向上一级台阶跨时，附有装置的腿作为支撑腿，开始发力，肌电信号感应单元的感应电极接触人体皮肤，检测到股内侧肌发力，传递生物电信号给ad转换器转换为数字信号，再通过控制器，启动驱动电机，通过传动组件带动伸缩支腿伸出，优选的传动方式是通过齿轮组驱动丝杆带动下支腿向下伸出，使底座支撑于地面(台阶面)上。该过程中，测距仪获取其所在位置距离地面(台阶面)的高度，进而可以根据高度落差计算出下支腿需要伸出的长度，控制器可以根据该数据控制驱动电机带动丝杆转动驱动下支腿快速伸出。更进一步地，本发明中，还可以进一步通过力觉传感器检测地面支撑点的支持力与人体施加的重力，在二者相等时驱动电机停止工作，从而起到支撑腿的作用，辅助上楼梯。当另一条腿跨上台阶后，附有装置的腿抬起，此时，肌电信号感应单元的感应电极检测不到股内侧肌发力，驱动电机带动下支腿缩回，从而使这条腿可以抬起。更进一步地，本发明中，还采用离合制动器，在下支腿伸缩到位时(尤其是伸出到位时)迅速锁止，一来提升了装置的精确性，二来也多了一重安装保障。下楼梯时原理相当。可进一步开发手机app，利用app功能手动可调节，或者使用按钮手动调节伸缩杆多功能方便使用。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、辅助腿脚不便者上楼梯和/或下楼梯。

2、不必像拐杖等支撑物需要手施力，减轻手部压力，进一步解放双手搬运或处理事务。

3、使用智能测距功能便利使用。

4、可以携带电池进行供电，电池可进一步使用太阳能充电，更环保、节能的功效。

5、采用多重安全保障，确保人生安全。

附图说明

图1为本发明的主视结构示意图。

图2为本发明的侧视结构示意图。

图3为本发明的俯视结构示意图。

图4为本发明的动作原理示意图。

图中，1为伸缩支腿，11为下支腿，12为上支腿，2为伸缩驱动单元，21为驱动电机，22为传动组件，221为齿轮组，2211为主动齿轮，2212为变速齿轮，2213为从动齿轮，23为离合制动器，31为ad转换器，32为感应电极，4为测距仪，5为底座，6为力觉传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

一种帮助膝盖保持平衡的装置，如图1～4所示，包括伸缩支腿1、伸缩驱动单元2、肌电信号感应单元、测距仪4和控制器图中未示出，其中：

伸缩支腿1的底端设有底座5，用于固定在使用者的一条腿上，并可向下伸出底座5；伸缩驱动单元2包括驱动电机21和传动组件22，用于控制伸缩支腿1的伸缩；肌电信号感应单元包括电性连接的ad转换器31和感应电极32，感应电极32用于获取股内侧肌的生物电信号，并传输至ad转换器31，ad转换器31用于将生物电信号转换为数字信号；测距仪4(可以是激光测距仪、红外线测距仪等现有技术的产品)固定于伸缩支腿1的顶部，用于测量其所在位置处距离地面的距离(为了实现定位精确性可以用多个测距仪取平均值减小误差)；控制器用于接收ad转换器31和测距仪4的信号，并控制驱动电机21动作。

更具体地，本实施例中：

伸缩支腿1包括下支腿11以及套设于下支腿11外并与下支腿11可滑动连接的上支腿12，底座5设置于下支腿11的底端。伸缩支腿1可以采用铝合金材质，以降低整体质量，底座可以采用两点式支撑，底座的底部还可以设置带有防滑纹的橡胶垫，以降低噪音，提高摩擦，避免打滑。上下支腿可以通过滑槽和筋条滑动连接，也可以采用其他现有技术中的滑动连接方式。

如图4所示，优选传动组件22包括齿轮组221和丝杆222，丝杆222可转动地设置于上支腿12内，且丝杆222下部伸入下支腿11中与下支腿11构成丝杠机构，齿轮组221包括设置于丝杆222顶端的从动齿轮2213、设置于驱动电机21输出轴上的主动齿轮2211以及设置于从动齿轮2213与主动齿轮2211之间的变速齿轮2212。变速齿轮2212是一组相啮合的齿轮组，用以传动转动以及放大扭矩。进一步地，伸缩驱动单元2还可以包括设置于上支腿12并作用于丝杆222的离合制动器23。在下支腿伸缩到位时(尤其是伸出到位时)迅速锁止丝杆，一来通过刹车提升了装置的精确性，二来也多了一重安装保障，避免通过仅电机启动和停止来控制丝杠安全性存在不足的缺陷。丝杆222的上部为光杆段(这一段不用伸入到下支腿11中)，离合制动器23作用于光杆段上。离合制动器可以采用现有技术中的抱合式、弹簧式等多种方式的制动器，也可以采用其他现有技术中制动器，只要能起到对丝杆的制动作用即可。

本实例中肌电信号感应单元还包括与ad转换器31电性连接的接地电极。本实施例利用肌电信号感应单元接收来自人体的肌电信号；其中，感应电极感应来自人体的肌电信号，并产生模拟电子信号，两端两个电极接地，对模拟电子信号进行放大和滤波；对所述模拟电子信号进行采样转换为数字信号，并对所得数字信号进行处理变成输入端口。该装置还包括连接于伸缩支腿1上的绑带，绑带优选采用魔术贴式的方式，伸缩支腿可以利用绑带或者采用其他方式穿戴在使用者身上。感应电极32设置于绑带上，方便电极片的使用。

本实施例中，底座5与伸缩支腿1底端之间还可以设置力觉传感器6。通过力觉传感器检测地面支撑点的支持力与人体施加的重力，在二者相等时驱动电机停止工作，从而起到支撑腿的作用，辅助上楼梯

本实施例中，控制器可以为arduino板，也可以采用其他控制器形式。arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台。包含硬件(各种型号的arduino板)和软件(arduinoide)。arduino能通过各种各样的传感器来感知环境，通过控制灯光、马达和其他的装置来反馈、影响环境。板子上的微控制器可以通过arduino的编程语言来编写程序，编译成二进制文件，烧录进微控制器。对arduino的编程是通过arduino编程语言(基于wiring)和arduino开发环境(基于processing)来实现的。基于arduino的项目，可以只包含arduino，也可以包含arduino和其他一些在pc上运行的软件，它们之间进行通信(比如flash,processing,maxmsp)来实现。arduino的硬件原理图、电路图、ide软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内里可以任意修改原始设计及相应代码。因此，arduin板是一种优选的控制器。

本实施例中，ad转换器31、测距仪4和力觉传感器6均可以采用现有技术的市售产品。例如ti、soway等品牌的产品，或者其他厂家的合适产品。

本实施例的装置用于替换手拄拐杖，使用时将其附在使用者的一条腿上，使用者上楼梯时，当另一条腿抬起向上一级台阶跨时，附有装置的腿作为支撑腿，开始发力，肌电信号感应单元的感应电极接触人体皮肤，检测到股内侧肌发力，传递生物电信号给ad转换器转换为数字信号，再通过控制器，启动驱动电机，通过传动组件带动伸缩支腿伸出，优选的传动方式是通过齿轮组驱动丝杆带动下支腿向下伸出，使底座支撑于地面(台阶面)上。该过程中，测距仪获取其所在位置距离地面(台阶面)的高度，进而可以根据高度落差计算出下支腿需要伸出的长度，控制器可以根据该数据控制驱动电机带动丝杆转动驱动下支腿快速伸出。更进一步地，本发明中，还可以进一步通过力觉传感器检测地面支撑点的支持力与人体施加的重力，在二者相等时驱动电机停止工作，从而起到支撑腿的作用，辅助上楼梯。当另一条腿跨上台阶后，附有装置的腿抬起，此时，肌电信号感应单元的感应电极检测不到股内侧肌发力，驱动电机带动下支腿缩回，从而使这条腿可以抬起。更进一步地，本发明中，还采用离合制动器，在下支腿伸缩到位时(尤其是伸出到位时)迅速锁止，一来提升了装置的精确性，二来也多了一重安装保障。下楼梯时原理相当。可进一步开发手机app，利用app功能手动可调节，或者使用按钮手动调节伸缩杆多功能方便使用。

上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。