一种实时调节贴合度的智能气囊头盔系统及其控制方法

本发明涉及一种头盔系统，具体涉及一种实时调节贴合度的智能气囊头盔系统及其控制方法。

背景技术：

1、人类的头部是及其重要且非常脆弱的部位，在发生剧烈撞击时，极容易造成头部脑震荡、骨折，甚至有可能伤害大脑，威胁生命安全。头盔是非常好的保护人类头部的护具，在发生剧烈撞击时，头盔可以吸收由撞击产生的能量，避免头部与硬物直接接触，大大降低了撞击对于头部产生的伤害。头盔已成为了我们日常生活中非常普遍且重要的护具，不管是我们在骑行、滑雪，或者警察和士兵在训练、执行任务时都需要头盔来保护头部，避免在活动的过程中收到伤害。

2、头盔能否充分发挥保护作用，除了头盔本身的强度外，头盔和穿戴者头部的贴合度也有着非常大的关系，头盔与穿戴者头部的贴合度越高，越能够起到保护作用。现有专利(公开号：cn216019380)公开了一种包裹性强的头顶护垫头盔，包括头盔主体、弧形护板、缓冲垫和固定装置。当穿戴者佩戴头盔时，固定装置可以提供弹力，将弧形护板顶在穿戴者的头顶，使得弧形护板与穿戴者的头部更加贴合，提高了贴合度，增强了包裹性，同时缓冲垫也能够提高头盔佩戴的舒适度。

3、然而现有装置通过弹力将弧形护板顶到穿戴者的头部，并不能做到与穿戴者头部的完全贴合，同时由于弧形护板形状是固定的，无法适应不同人的头型，而且在运动的过程中，由于晃动的产生，头盔与头部之间会有相对位移，造成头盔无法紧贴穿戴者的头部，在发生危险时不能够充分发挥出头盔的保护作用。另外，现有装置使用大量的填充物来提高头盔的包裹性和贴合度，填充物的过厚会影响头部的灵活性，造成活动不便。将弧形护板顶在穿戴者头部也会影响穿戴的舒适性。

4、为了克服现有装置的缺陷，需要设计一种新型的、动态调节的、舒适的、适用范围广的包裹装置来提高头盔的包裹性和贴合度，解决现有装置存在的技术缺陷。

技术实现思路

1、为了克服现有头盔与穿戴者头部贴合度不足的问题，本发明提供了一种实时调节贴合度的智能气囊头盔系统及其控制方法，解决了现有技术中无法做到的实时调节头盔的贴合度、能够适应不同人的头部、舒适安全外表美观等问题。

2、为了解决现有技术的不足，本发明提供了如下技术方案：

3、第一方面，本发明提供了一种实时调节贴合度的智能气囊头盔系统，包括头盔、气动装置、气压源、气管、气囊组件、气压控制模块、头盔状态信号采集模块。头盔状态信号采集模块通过传感器采集头盔状态信号，之后将信号传递至气压控制模块，气压控制模块的中央控制器对于信号进行处理，计算出当前状态下的理想气囊气压，之后气压控制模块控制气动装置，实现对于气囊组件的充气或放气，实时调节气囊的气压状况，最终实现调节贴合度。气压源起到提供高压气体的作用，气管为高压气体的输送管，电源模块为整个头盔系统提供电源。

4、进一步，气囊组件部分包括气囊基底内衬和气囊，气动部分包括气动装置、气压源和气管，传感控制模块包括传感器和中央控制器。气囊基底内衬粘贴固定在头盔的内部表面，气囊固定连接在气囊基底内衬内，气囊与传感控制模块电连接，与气动装置通过气管相连接，气动装置通过气管和气压源相连接，气动装置与传感控制模块电连接。

5、所述气囊组件部分的气囊基底内衬通过粘贴的方式贴附在头盔的内部表面，气囊通过缝线的方式固定在气囊基底内衬的内部。气囊基底内衬为柔性的织物材料，气囊基底内衬可以更好地贴合在头盔的内部表面，柔性材料可以提高穿戴时的舒适性。

6、更进一步，所述的气囊组件中的气囊总共有7个气囊，分别命名为气囊a～g。其中气囊a位于头盔内部的正前方，贴附于头盔内部，以头盔前部的弧面为形，与穿戴者的额头相接触。气囊b位于头盔内部的正后方，贴附于头盔内部，以头盔后部的弧面为形，与穿戴者的后脑枕骨处相接触。通过调整气囊a和气囊b可以调整头盔的前后贴合度和穿戴姿态。气囊c和气囊d位于头盔的左侧面，贴附于头盔内部，形状为正方形，与穿戴者的左耳上部相接触。气囊e和气囊f位于头盔的右侧面，贴附于头盔内部，形状为正方形，与穿戴者的右耳上部相接触。通过调整气囊c、气囊d和气囊e、气囊f可以调节头盔的左右贴合度和穿戴姿态。气囊g位于头盔内部的正上方，贴附于头盔内部，以头盔顶部的弧面为形，与穿戴者头顶相接触，通过调整气囊g可以调节头盔的向下贴合度和穿戴姿态。多个气囊的设置可以实现对头盔贴合度和穿戴姿态的精准控制，同时能够大大提高穿戴的舒适性。

7、优选地，所述的气动模块中的气管主要作用是连接部件和运送高压气体，气管连接气囊和气压源，连接气压源和气动装置。

8、优选地，所述的气动模块中的气压源的主要作用是为气囊提供高压气体。

9、优选地，所述的气动模块中的气动装置包括空气压缩机和电磁开关阀。空气压缩机的主要作用是将空气压缩成高压气体。电磁开关阀主要作用是通过开关控制气管的进气或泄气。

10、进一步，所述的传感控制模块中的传感器包括陀螺仪传感器、气压传感器、力传感器。其中陀螺仪传感器有2个，分别位于头盔的顶部和穿戴者头顶处，可以检测到头盔和穿戴者头部在空间内的偏转角度。气压传感器共有7个，分别位于各个气囊的内部，可以实时检测气囊内部的气压情况。力传感器有多个，均匀分布在头盔的内部表面，可以实时检测头盔内部各个测量点的力的大小。

11、进一步，所述的传感控制模块中的中央控制器，中央控制器的主要作用是接收各个传感器所采集的信号，之后对于信号进行分析处理，通过计算得出各个气囊的理想气压状况，之后中央控制器再对气动模块下达指令，最终由气动模块实现对于各个气囊的气压进行调节。

12、第二方面，本发明提供了一种实时调节贴合度的智能气囊头盔系统的控制方法

13、当穿戴者穿戴智能气囊头盔系统活动时，如果头盔与穿戴者的头部发生了相对位移，位于头盔内部的头盔状态信号采集模块会通过布置在头盔内部的各种传感器来采集头盔的状态信号，之后将采集的信号传递至气压控制模块，经过中央控制器对信号进行处理，输出控制指令至气动装置，再由气动装置控制各个气囊的气压状况，最终实现对于头盔贴合度的调节。

14、气囊头盔与穿戴者的头部可能会发生相对位移，即气囊头盔与穿戴者的头部出现间隙或者贴合度较低，气囊无法起到应有的作用，具体地可以将气囊头盔与穿戴者头部发生的相对位移分为头盔前倾、头盔后移、头盔左倾、头盔右倾、头盔过低。当头盔与穿戴者头部发生复杂的相对位移时，可以分解为上述情况的组合，依次进行调节。

15、当头盔状态信号采集模块检测到发生了头盔前倾时，将采集的头盔状态信号传递至气压控制模块的中央控制器进行处理，中央控制器通过控制气囊b的电磁开关阀实现对气囊b的充气，通过控制气囊a的电磁开关阀实现对气囊a的放气，使得头盔后移，最终实现调节气囊头盔前倾的情况。

16、当头盔状态信号采集模块检测到发生了头盔后仰时，将采集的头盔状态信号传递至气压控制模块的中央控制器进行处理，中央控制器通过控制气囊a的电磁开关阀实现对气囊a的充气，通过控制气囊b的电磁开关阀实现对气囊b的放气，使得头盔前移，最终实现调节气囊头盔后仰的情况。

17、当头盔状态信号采集模块检测到发生了头盔左倾时，将采集的头盔状态信号传递至气压控制模块的中央控制器进行处理，中央控制器通过控制气囊e、f的电磁开关阀实现对气囊e、f的充气，通过控制气囊c、d的电磁开关阀实现对气囊c、d的放气，使得头盔右移，最终实现调节气囊头盔左倾的情况。

18、当头盔状态信号采集模块检测到发生了头盔右倾时，将采集的头盔状态信号传递至气压控制模块的中央控制器进行处理，中央控制器通过控制气囊c、d的电磁开关阀实现对气囊c、d的充气，通过控制气囊e、f的电磁开关阀实现对气囊e、f的放气，使得头盔左移，最终实现调节气囊头盔右倾的情况。

19、当头盔状态信号采集模块检测到发生了头盔过低时，将采集的头盔状态信号传递至气压控制模块的中央控制器进行处理，中央控制器通过控制气囊g的电磁开关阀实现对气囊g的充气，通过控制气囊a、b、c、d、e、f的电磁开关阀实现对气囊a、b、c、d、e、f的放气，使得头盔上升，最终实现调节气囊头盔过低的情况。

20、头盔状态信号采集模块实时获取头盔检测点的力的信号和气囊里的气压信号，将得到的信号传递至中央控制器，中央控制器将所得的信号数据和预设值范围进行比较，得到当前气囊头盔的状态。当头盔后部力的数值大于阈值的上限，头盔前部力的数值小于阈值的下限，则头盔的状态为头盔前倾；当头盔前部力的数值大于阈值的上限，头盔后部力的数值小于阈值的下限，则头盔的状态为头盔后仰；当头盔左部力的数值大于阈值的上限，头盔右部力的数值小于阈值的下限，则头盔的状态为头盔右倾；当头盔右部力的数值大于阈值的上限，头盔左部力的数值小于阈值的下限，则头盔的状态为头盔左倾；当头盔顶部力的数值大于阈值上限，则头盔的状态为头盔过低。

21、该气囊头盔系统使用多个粘贴在头盔内部的气囊来调节头盔的贴合度，通过头盔状态信号采集模块获取的数据识别出当前的头盔穿戴状态，根据不同的头盔穿戴状态，通过调节气囊的气压状况来提高头盔的包裹性和贴合度。该头盔系统穿戴舒适，即使关闭系统也不会对穿戴者的活动产生影响，整个气囊头盔系统集成度高，方便携带。

22、与现有技术相比，本发明的有益效果为：

23、1、本发明在头盔内部使用的气囊基底内衬和气囊等柔性材料，在保证贴合度的同时提高穿戴头盔的舒适性。

24、2、本发明设计了传感器和中央控制器，可以实时检测头盔的穿戴状态，当头盔与穿戴者头部发生相对位移时进行调节，响应速度快。

25、3、由于气囊与穿戴者头部的贴合度较高，体积较小，穿戴者在穿戴头盔时不会因为头盔而影响头部的活动。