一种非手动人体动作指令发送装置的制作方法

本实用新型涉及一种非手动人体动作指令发送装置，特别是属于能在使用者在搬运重物弯腰与直腰时提供助力的助力器。

背景技术：

当人们控制装置时，可以用语音进行操作，但容易受外界噪音干扰，而且中文是一种较为复杂的语种，各地区的人们发音有所不同，导致设备容易识别错误，如果需要准确识别，则要使用体积较大的高精度设备，不便于穿戴。故人们通常用手进行操作。如果两个手被限制，或者是残疾人使用时，通常会利用语音指令、眼睛图像识别、肌肉电信号、脑电波信号进行操作，但是这些方法尽管不需要手操作，但是指令的提取非常困难，因为信号都非常微弱，信号的识别很容易受到干扰，产生误操作。因此所需的传感器要非常灵敏，信号处理技术也需要非常复杂，尽管如此还需要人的反复训练，识别准确度也非常低。为了解决这些问题，实用新型了一种简易的、低成本的，不用手就能发出动作指令的装置和方法，可以应用到各种康复设备等场景。

中国专利CN201610381553.5中提到的鼠标是通过头部的动作控制的，但是如果人们因长时间看电脑导致颈部酸痛以及僵硬的现象，因此会通过活动脖子来缓解该症状，但是此时光标就会移动，不利于长时间使用。

中国专利CN201620398921.2中提到的一种手套控制器是通过手指的弯曲程度和动作，并通过手势识别算法整合出控制信号。但是在使用过程中手要水平放置，以保证传感器将水平位置设置为基准位置，所以如果在使用的时候手没有水平放置，就会干扰识别。

综上所述，所有涉及到非手动控制的指令发送装置，必须要在所有细节设计方面考虑实际应用可能给使用者带来的阻碍和不便，并要对此尽量做出改进措施。而所有指令发送装置最需要解决的问题有两个，第一是选用适合的软性材料，保证使用者穿戴的舒适性；第二是选用一种不需要通过手来发送指令信号的控制方法并且此控制方法不会使用者正常活动的过程中产生影响或误操作。

技术实现要素：

本实用新型针对现有技术存在的缺陷，提出了一种非手动人体动作指令发送装置。该非手动人体动作指令发送装置可以通过使用者抬头和低头或耸肩进行控制信号的发送，无需额外的帮助或占用一只手发送控制信号，并且整个非手动人体动作指令发送装置结构简单，便于控制，在回复时也不会使使用者感受到过快的拉力；该非手动人体动作指令发送装置的设计遵循人的生理结构，动作控制模组的最大弯曲限度在使用者关节可活动范围内，采用柔性拉线驱动，与使用者接触的部分也采用柔性材料，因此与使用者接触的部分能保证其舒适性，且方便使用者行走和大范围活动，从而将双手完全解放出来，能够完成更多，更复杂的任务。

一种非手动人体动作指令发送装置，包括动作感测模组、安装支架、第一人体配戴适配器、第二人体配戴适配器；其特征在于，动作感测模组上设置有安装支架，安装支架通过第一人体配戴适配器固定于人体躯干部位；动作感测模组的自由端与第二人体配戴适配器相连接，第二人体配戴适配器固定于人体活动部位；通过第一人体配戴适配器、第二人体配戴适配器之间的相对运动，动作感测模组产生动作指令信号。

进一步地，动作感测模组包括弯曲传感器、拉线、梯形支块组、柔性连接带；柔性连接带上表面将多个梯形支块连接成一个可弯曲的长条形梯形支块组，柔性连接带的下表面利用粘接条形片状弯曲传感器；所述拉线一端与第二人体配戴适配器相连，另一端穿过多个梯形支块中间的穿孔，并固定于最末端梯形支块；弯曲传感器在拉线的牵动下随着梯形支块组均匀弯曲，产生控制信号。

进一步地，安装支架位于第一个梯形支块处，所述安装支架固定位置处于使用者后颈下部；第二人体配戴适配器为人体头部配戴适配器，通过拉线牵引感测使用者头部的低头或抬头活动。

进一步地，动作感测模组包括弯曲传感器、拉线、梯形支块组、柔性连接带；柔性连接带上表面将多个梯形支块连接成一个可弯曲的长条形梯形支块组，柔性连接带的下表面利用粘接条形片状弯曲传感器；所述拉线穿过多个梯形支块中间的穿孔，两端分别与第二人体配戴适配器相连；弯曲传感器在拉线的牵动下随着梯形支块组均匀弯曲，产生控制信号。

进一步地，安装支架位于中央梯形支块处，所述安装支架固定位置处于使用者后背上部；第二人体配戴适配器具有左右两个，为人体肩部配戴适配器，通过拉线牵引感测使用者肩部的耸肩活动。

进一步地，其中的拉绳采用弹性材料，施加一个预紧力，使整个动作感测模组在自由状态下处于均匀弯曲状态。

进一步地，人体头部配戴适配器采用头带或头盔。

进一步地，人体肩部配戴适配器采用左、右肩带。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点和效果：

该控制装置可以不需要用手控制，腾出双手可以进行其他工作。该控制装置结构简单，控制方法简单，易于操作。安装支架可以自行调整位置，可以根据使用者的需要进行调整。安装支架上的上部滑槽可以让使用者在两种模式的切换更加方便。本控制装置可通过自身重力与弹性绳的弹力作为回复力，无需其他装置进行复位。该控制装置小巧轻便，使用时不会影响使用者的正常活动。使弯曲传感器均匀弯曲，输出信号线性化程度高，便于识别和控制。

附图说明

图1是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的正常状态的示意图；

图2是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的弯曲状态的示意图；

图3是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的动作控制模组结构示意图；

图4是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的梯形支块的结构示意图；

图5是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的使用正常状态示意图；

图6是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的使用弯曲状态示意图；

图7是本实用新型中另一种非手动人体动作指令发送装置的安装示意图；

图8-A是本实用新型中另一种非手动人体动作指令发送装置的使用正常状态的正视图；

图8-B是本实用新型中另一种非手动人体动作指令发送装置的使用正常状态的俯视图；

图9是本实用新型中另一种非手动人体动作指令发送装置的使用弯曲状态示意图。

图10是本实用新型中一种非手动人体动作指令发送装置的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件：

1、动作控制模组，2、安装支架，3、肩带，101、弯曲传感器，102、拉线，103、头带，104、梯形支块组，105、柔性连接带，106、弹性绳，107、左拉紧绳，108、右拉紧绳，1041、穿孔，301、左肩带，302、右肩带，303、安装背带。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步的介绍。

图1为一种非手动人体动作指令发送装置的正常状态示意图，使用者可以通过低头拉动拉线102从而使梯形支块组104发生弯曲，从而使弯曲传感器101弯曲，其电阻发生变化，从而由电阻改变而发出信号，期间使用者不需出力完成该动作。该图是非手动人体动作指令发送装置的正常状态，不会影响使用者的基本运动，使用方便灵活。

图2为一种非手动人体动作指令发送装置的弯曲状态的示意图，图中的梯形支块组104的每一条腰的斜率是相等的，因为将弯曲传感器101过度弯曲的话可能会损坏弯曲传感器101，因此设计该梯形支块组104是为了保护弯曲传感器101不会被过度弯曲。

图3、图10所示为一种非手动人体动作指令发送装置的动作控制模组结构，其中，动作控制模组1包括弯曲传感器101，拉线102，头带103，梯形支块组104，柔性连接带105；

所述拉线102一端与头带103相连，另一端与梯形支块组104相连，用于将使用者头部的活动的状态放大化，使梯形支块组104可以发生更明显的变化，从而可以使弯曲传感器101的形变量更大，电阻阻值变化更大，柔性连接带105上端固定在梯形支块组104的下表面，将多个梯形支块组104连接成一个可以弯曲的长条，柔性连接带105的下表面利用柔性胶将弯曲传感器101粘牢，为了在不损坏弯曲传感器101的情况下将其安装到梯形支块组104上，使弯曲传感器101能够在拉线102的牵动下随着梯形支块组104均匀弯曲，产生控制信号，由于使用者的体型不同，头部弯曲的角度也会不同，为了使弯曲传感器101在不同的使用者在使用过程中都可以发生很大的弯曲形变，因此动作控制模组1中的拉线102的长度是可以调节的，通过调节拉线102的长度，使弯曲传感器101都能在低头角度不同的情况下有着相同的弯曲角度，保证控制信号可以成功生成并发送，同时，拉线102在外裸露的部分也会有一定的保护措施，因为拉线102在使用者低头的时候有可能会与人体接触，为了防止拉线102被拉动时可能会对人体造成伤害，因此会在拉线102上套一层摩擦系数较小的保护套。

图4为一种非手动人体动作指令发送装置的的梯形支块的结构示意图，其中，梯形支块组104的每一个梯形支块都有一个穿孔1041，拉线102可以穿过穿孔1041，从而带动梯形支块组104一起运动；

且所有的穿孔1041的位置都是相同的，因为要保证拉线102在运动时要避免与梯形支块组104产生不必要的摩擦而产生能量消耗，将穿孔1041的位置进行统一设计，可以从最大程度上减小能量损耗，同时穿孔1041统一位置，便于生产与更换。

图7是另一种非手动人体动作指令发送装置的安装示意图，其中，动作控制模组1另外一种安装方式，梯形支块组104的中部固定在安装支架2的上表面，梯形支块组104的两端分别通过左拉紧绳107和右拉紧绳108固定在肩部的肩带3的左肩带301和右肩带302上，当肩部耸动时，带动肩带3运动，左拉紧绳107和右拉紧绳108带动梯形支块组104运动，迫使动作控制模组1的弯曲传感器101恢复成平直状态，产生控制信号；

进一步地，将拉线102更换为弹性绳106，由于在该种安装方式中，梯形支块组104是直接受到使用者的力产生形变的，并且没有重力作为回复力，弹性绳106穿过梯形支块组104中间的孔，并固定在梯形支块组104的两端，形成一个预紧力，使整个动作控制模组1在自由状态下处于弯曲状态，因此将拉线102更换为弹性绳106，在动作控制模组1发出控制指令后，可以借由弹性绳106形变产生的弹力回复到初始状态，继续发送下一条指令；

进一步地，肩带3，包括左肩带301，右肩带302，安装背带303，因为该非手动人体动作指令发送装置在与头带103处于同一直线时，对弹性绳106的损害最小，因此设计左肩带301和右肩带302便于保持该非手动人体动作指令发送装置的平衡，设计安装背带303是为了能更好的固定安装支架2，由于安装支架2是连接该非手动人体动作指令发送装置与被控装置的重要组成部分，且为了保证非手动人体动作指令发送装置在正常状态下不会影响到被控装置的正常运行，因此为保证有足够的空间可以安装该非手动人体动作指令发送装置的安装支架2，设计了安装背带303固定安装支架2，并且只需要安装支架2上的螺孔202即可安装。

本实用新型非手动人体动作指令发送装置，通过上述结构在实际应用中根据动作控制模组1的安装方法不同而具有多种工作模式可以选择，主要包括：利用颈部安装的弯曲传感器101控制的模式，和利用肩部安装的弯曲传感器101控制的模式。

所述的一种非手动人体动作指令发送装置利用颈部安装的弯曲传感器101控制的模式的控制策略分为5个部分，实现步骤如下：

步骤A-1：检查弯曲传感器101能否正常工作，拉线102，梯形支块组104和柔性连接带105有无损坏，用手拉动拉线102，使梯形支块组104，柔性连接带105和弯曲传感器101发生弯曲形变，由于本非手动人体动作指令发送装置的信号发出装置即为弯曲传感器101，因此，弯曲传感器101能否正常工作决定非手动人体动作指令发送装置能否正常完成任务，而梯形支块组104和柔性连接带105有拉动弯曲传感器101以及保护弯曲传感器101的任务，因此若梯形支块组104和柔性连接带105出现损坏，可能会影响到弯曲传感器101不能正常工作，将非手动人体动作指令发送装置安装在人体背部，并将头带103带在头部，待检查无误后，穿戴该非手动人体动作指令发送装置，并确认各个部位以成功固定，该非手动人体动作指令发送装置与人体连接的部分是头带105，与被控装置连接的部分为安装支架2，要确保这两个部分安装牢固，任何一个部位没有安装牢固，都有可能使非手动人体动作指令发送装置无法发送信号或发送错误信号，因此一定要确认各个部位都以成功固定；

步骤A-2：，调整拉线102的长度以及安装支架2的位置，使动作控制模组1处于垂直自由悬挂状态，由于使用者的体型不同且不同的被控装置预留的空间也不相同，头部弯曲的角度也会不同，为了使弯曲传感器101在不同的使用者在使用过程中都可以发生很大的弯曲形变，因此动作控制模组1中的拉线102的长度是可以调节的，通过调节拉线102的长度配合安装支架2的位置，使弯曲传感器101都能在低头角度不同的情况下有着相同的弯曲角度，同时可以在使用者颈部处于竖直状态时，能让弯曲传感器101处于自然下垂的状态，保证控制信号可以成功生成并发送；

步骤A-3:使用者低下头，头带103牵动拉线102，使梯形支块组104发生均匀弯曲形变，从而使弯曲传感器101发生弯曲形变，弯曲传感器101的阻值改变，控制器检测到信号超过检测阈值产生控制信号，此时的控制信号有两种形式：

第一种形式是根据弯曲传感器101的弯曲程度的控制，由于弯曲传感器101随着弯曲的程度变大，电阻的变化也越大，因此可以通过根据低头的角度进行控制；

第二种形式是根据弯曲传感器101在一段时间内弯曲的次数进行控制，因为弯曲传感器101只要发生弯曲形变，其电阻就会发生变化，因此先设定其阈值，当弯曲传感器101的电阻低于该阈值时，记为弯曲1次，根据弯曲的次数可以对被控装置进行控制，因此可以通过低头与抬头完成指令控制，如图5所示；

步骤A-4:使用者抬起头，头带103释放拉线102，使梯形支块组104重新恢复到平直状态，弯曲传感器101的阻值改变，控制器检测到信号超过检测阈值产生恢复控制信号，此时的恢复信号有两种形式：

第一种形式是根据弯曲传感器101的弯曲程度的控制，当使用者抬起头时即弯曲传感器101处于正常状态时，弯曲传感器101的电阻阻值保持不变，发送恢复信号；

第二种形式是根据弯曲传感器101在一段时间内弯曲的次数进行控制，因为弯曲传感器101只要发生弯曲形变，其电阻就会发生变化，因此先设定其阈值，当弯曲传感器101的电阻低于该阈值时，记为弯曲1次，根据弯曲的次数可以对被控装置进行控制，当弯曲传感器101弯曲达到设定为停止信号规定的次数时，发送恢复信号，如图6所示；

步骤A-5:控制器根据弯曲传感器101信号的变化进行编码，利用编码产生不同的控制指令，控制其他设备，当使用完成后，卸下该非手动人体动作指令发送装置，将拉线102从梯形支块组104中取出，检查弯曲传感器101能否正常工作，拉线102和梯形支块组104有无损坏，保持弯曲传感器101处于正常状态，以及确保使用过程中没有磨损的部件产生的问题，分别保存。

利用肩部安装的弯曲传感器101控制策略分为4个部分，实现步骤如下：

步骤B-1：检查弯曲传感器101能否正常工作，弹性绳106，梯形支块组104，柔性连接带105，左拉紧绳107，右拉紧绳108有无损坏，用手拉动梯形支块组104，使弹性绳106，柔性连接带105和弯曲传感器101发生弯曲形变，由于本非手动人体动作指令发送装置的信号发出装置即为弯曲传感器101，因此，弯曲传感器101能否正常工作决定非手动人体动作指令发送装置能否正常完成任务，而梯形支块组104和柔性连接带105有拉动弯曲传感器101以及保护弯曲传感器101的任务，因此若梯形支块组104和柔性连接带105出现损坏，可能会影响到弯曲传感器101不能正常工作，待检查无误后，穿戴该非手动人体动作指令发送装置，将非手动人体动作指令发送装置安装在人体背部，并将左肩带301，右肩带302跨在人体的两肩上，将安装背带303穿过使用者腋下，将左拉紧绳107和右拉紧绳108分别固定到左肩带301和右肩带302上，该非手动人体动作指令发送装置与人体连接的部分是左肩带301，右肩带302和安装背带303，调整左肩带301，右肩带302的长度和安装背带303的松紧度，与被控装置连接的部分为安装支架2，调整安装支架2的位置，使动作控制模组1处于自然弯曲状态，要确保这两个部分安装牢固和正确，任何一个部位没有安装牢固或出现安装错误，都有可能使非手动人体动作指令发送装置无法发送信号或发送错误信号，因此一定要确认各个部位都以成功固定，调整弹性绳106的长度以及安装支架2的位置，由于使用者的肩宽各不相同，因此为保证弹性绳106可以提供足够的回复力，需要根据使用者的体型进行调整，如图8-A和图8-B所示；

步骤B-2:使用者向前耸肩，左肩带301，右肩带302拉动左拉紧绳107和右拉紧绳108，从而牵动动作控制模组1，使梯形支块组104逐渐变直，弯曲传感器101的阻值改变，根据弯曲传感器101在一段时间内弯曲的次数进行控制，因为弯曲传感器101只要发生弯曲形变，其电阻就会发生变化，因此先设定其阈值，当弯曲传感器101的电阻高于该阈值时，弯曲的角度可以对被控装置进行控制，如图9所示；

步骤B-3:使用者双肩自然恢复，左肩带301，右肩带302放松，左拉紧绳107和右拉紧绳108受到的拉力减小，释放弹性绳106，使梯形支块组104重新恢复到自然弯曲状态，弯曲传感器101电阻阻值恢复到初始状态，控制器检测到信号超过检测阈值产生恢复控制信号；

步骤B-4:控制器根据弯曲传感器101信号的变化进行编码，利用编码产生不同的控制指令，控制其他设备，当使用完成后，卸下该非手动人体动作指令发送装置，将梯形支块组104从安装支架2上取下，将弹性绳106从梯形支块组104中取出，并检查弯曲传感器101能否正常工作，弹性绳106和梯形支块组104有无损坏，并且需要检查弹性绳106是否有出现超过弹性形变的现象，如果有的话需要及时替换弹性绳106，保持弯曲传感器101处于正常状态，以及确保使用过程中没有磨损的部件产生的问题，分别保存。

凡是身体运动部分可以使本实用新型传感器产生弯曲或者形变，都可以作为控制指令的提取和控制方法。

对所公开的实施例的上述说明，仅用于本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现，因此本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和创新点相一致的最宽的范围。