一种具有参数监测功能的下假肢的制作方法

本发明属于智能感知设备技术领域，特别涉及一种具有参数监测功能的下假肢。

背景技术：

随着现代科技的迅猛发展，尤其是机械电子科学、微电子科学、材料科学领域技术的不断突破和进步，假肢性能也得到不断的完善。传统上一直着重发展诸如膝关节、假脚、肘关节及假手的假肢“硬件”，而今愈来愈关注残肢与接受腔之间“界面”——内衬套产品的研究与开发。

假肢接受腔是假肢与残肢之间的一种连接装置，在假肢中处于至关重要的地位，它具有悬吊假肢、包容残肢、传递运动和力的作用。而这些功能作用的实现都要刺激到残肢皮肤以及肌肉组织，若处理不当则会造成截肢者的不适甚至肢体损伤。穿戴内衬套可以为截肢者提供舒适的感觉，同时可以有效地保护肌肉组织、皮肤表层和帮助悬吊接受腔。内衬套所包容的残肢，将受到压力、剪切、热，潮湿等综合作用，而且随着假肢日常使用时间增长，上述各种对残肢的作用程度会发生变化。当一种作用或多种程度变大，病人会感到不舒适，严重的还会导致水肿以致溃烂，但是目前还没有用于对假肢日常使用中残肢表面压力、剪切力、温度、湿度实时监测的测试装置。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种利用自供电模式，将下肢假肢脚抬起和落下的机械能转化为电能，可满足随时随地对残肢表面压力、剪切力、温度、湿度实时监测的电能需求，结构简单，设计新颖，使用方便的具有参数监测功能的下假肢。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种具有参数监测功能的下假肢，包括漏斗形的用于套接腿部残肢的下假肢接受腔和通过连接组件连接下假肢接受腔的下肢假肢脚；

所述下假肢接受腔内包覆一层内衬套，内衬套的内侧面上设有多个温度传感器和湿度传感器；内衬套的外侧面上设有多个力传感装置，所述力传感装置包括安装在内衬套外侧面上的剪切力传感器，剪切力传感器的外侧固定安装压力传感器；

所述下肢假肢脚的内部安装有电路模块，所述电路模块包括发电装置模块、信号调理模块、a/d转换模块、能量转换模块、电源模块、微控制器模块、报警模块、数据存储模块和蓝牙无线通信模块；

发电装置模块通过能量转换模块连接电源模块，电源模块用于为温度传感器、湿度传感器、压力传感器、剪切力传感器的、信号调理模块、a/d转换模块、微控制器模块、报警模块、数据存储模块和无线通信模块提供直流稳压电源；温度传感器、湿度传感器、压力传感器和剪切力传感器的输出依次通过信号调理模块和a/d转换模块后连接微控制器模块，微控制器模块分别与报警模块、数据存储模块和无线通信模块相连；无线通信模块通过无线网络连接外部智能设备。

进一步地，所述温度传感器和湿度传感器交错分布镶嵌于内衬套内侧表面，分别用于检测下假肢接受腔与残肢不同接触区域的温度和湿度。

进一步地，所述下肢假肢脚内部从下往上依次设置有四个电路层，所述第一电路层用于安装发电装置模块，第二电路层用于安装能量转换模块和电源模块，第三电路层用于安装信号调理模块和a/d转换模块，第四电路层用于安装微控制器模块、报警模块、数据存储模块和无线通信模块。

进一步地，所述温度传感器采用柔性高分子薄膜电阻型温度传感器；湿度传感器为柔性高分子薄膜电阻型湿度传感器；压力传感器为高分子薄膜电阻型压力传感器；剪切力传感器为柔性双轴电容型剪切力传感器，用以同时测量x/y轴方向剪切力。

进一步地，所述发电装置模块采用压电厚膜将下肢假肢脚抬起和落下的机械能转化为电能。所述信号调理模块包括依次连接的模拟信号转换电路、模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路，模拟信号转换电路分别与温度传感器、湿度传感器、压力传感器和剪切力传感器的输出端相连，模拟信号滤波电路的输出端与a/d转换模块连接。

进一步地，所述报警模块包括声音报警电路和灯光报警电路。

本发明的有益效果是：本发明将柔性温度传感器和柔性湿度传感器交错分布镶嵌于内衬套内侧表面，便于直接测量假肢内衬套内残肢不同接触区域的温度和湿度，并且不会对残肢表面带来任何不利影响；本发明采用的柔性双轴电容型剪切力传感器，可同时测量x/y轴方向剪切力，克服了剪切力方向难以确定的问题；本发明利用自供电模式，将下肢假肢脚抬起和落下的机械能转化为电能，可满足随时随地对残肢表面压力、剪切力、温度、湿度实时监测的电能需求；本发明通过微控制器模块管理控制，可及时高效的获取各传感器检测数据并根据数据对控制模块发出相应指令；本发明采用无线通信模块与手机、电脑连接，使用者可选择性随时随地的通过手机和电脑查阅残肢表面不同接触区域的压力值、剪切力值、温度值、湿度值；使用者根据测试结果对假肢及假肢的使用情况进行调整，提高患者日常使用假肢的舒适度；本发明结构简单，设计新颖，使用方便。

附图说明

图1为本发明的下假肢结构示意图一；

图2为本发明的内衬套结构示意图；

图3为本发明的力传感装置结构示意图；

图4为本发明的电路模块结构框图；

图5为本发明的下肢假肢脚内部结构示意图；

图6为本发明的本发明的微处理器信号处理流程图；

图7为本发明的下假肢结构示意图二；

附图标记说明：1-下假肢接受腔；

2-连接组件，21-固定栓，22-连接管，23-金属踝关节；

3-下肢假肢脚，31-第一电路层，32-第二电路层，33-第三电路层，34-第四电路层；

4-内衬套，5-温度传感器，6-湿度传感器；

7-力传感装置，71-剪切力传感器，72-压力传感器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例进一步说明本发明的技术方案。

如图1所示，一种具有参数监测功能的下假肢，包括漏斗形的用于套接腿部残肢的下假肢接受腔1和通过连接组件2连接下假肢接受腔1的下肢假肢脚3；

所述下假肢接受腔1内包覆一层内衬套4，如图2所示；内衬套4大大加强了对使用者残肢的缓冲和保护，提高了舒适度。内衬套4的内侧面上设有多个温度传感器5和湿度传感器6；内衬套4的外侧面上设有多个力传感装置7，如图3所示，所述力传感装置7包括安装在内衬套4外侧面上的剪切力传感器71，剪切力传感器71的外侧固定安装压力传感器72；

所述下肢假肢脚3的内部安装有电路模块，如图4所示，所述电路模块包括发电装置模块、信号调理模块、a/d转换模块、能量转换模块、电源模块、微控制器模块、报警模块、数据存储模块和蓝牙无线通信模块；

发电装置模块通过能量转换模块连接电源模块，电源模块用于为温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器72、剪切力传感器的71、信号调理模块、a/d转换模块、微控制器模块、报警模块、数据存储模块和无线通信模块提供直流稳压电源；温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器72和剪切力传感器71的输出依次通过信号调理模块和a/d转换模块后连接微控制器模块，微控制器模块分别与报警模块、数据存储模块和无线通信模块相连；无线通信模块通过无线网络连接手机或电脑等外部智能设备。

进一步地，所述温度传感器5和湿度传感器6交错分布镶嵌于内衬套4内侧表面，如图2所示，分别用于检测下假肢接受腔与残肢不同接触区域的温度和湿度。

进一步地，所述下肢假肢脚3内部从下往上依次设置有四个电路层，如图5所示，所述第一电路层31用于安装发电装置模块，第二电路层32用于安装能量转换模块和电源模块，第三电路层33用于安装信号调理模块和a/d转换模块，第四电路层34用于安装微控制器模块、报警模块、数据存储模块和无线通信模块。本发明将报警模块安装于下肢假肢脚3最上层，便于使用者及时发现报警信号并做出相应反应。

进一步地，所述温度传感器5采用柔性高分子薄膜电阻型温度传感器；湿度传感器6为柔性高分子薄膜电阻型湿度传感器；压力传感器72为高分子薄膜电阻型压力传感器；剪切力传感器71为柔性双轴电容型剪切力传感器，用以同时测量x/y轴方向剪切力。

进一步地，所述发电装置模块采用压电厚膜将下肢假肢脚抬起和落下的机械能转化为电能。所述信号调理模块包括依次连接的模拟信号转换电路、模拟信号放大电路和模拟信号滤波电路，模拟信号转换电路分别与温度传感器、湿度传感器、压力传感器和剪切力传感器的输出端相连，模拟信号滤波电路的输出端与a/d转换模块连接。a/d转换模块将信号调理电路传输的模拟信号转换为数字信号并传输至微控制器模块。

进一步地，所述报警模块包括声音报警电路和灯光报警电路，用以在残肢表面压力、剪切力、温度、湿度超过预设值时发出警报。

所述能量转换模块用于将发电装置模块产生的频率不同的电压转换为稳定的直流电压并将之升高到一定数值。

所述微控制器模块包括单片机和外围电路，上与a/d转换模块连接，下与报警模块、数据存储模块、无线通信模块连接，通过单片机内部系统程序处理a/d转换模块传输的数字信号和控制报警模块、数据存储模块、无线通信模块。数据存储模块用以存储各传感器实时监测的数据，便于使用者随时查阅和调取数据。无线通信模块用以与手机、电脑连接，使用者可选择性随时随地的通过手机和电脑查阅残肢表面不同接触区域的压力值、剪切力值、温度值、湿度值，无线通信模块一般采用蓝牙通信方式。

本发明的工作原理为：温度传感器5测量内衬套4内残肢不同接触区域的温度，湿度传感器6测量内衬套4内残肢不同接触区域的湿度，压力传感器72测量残肢与内衬套4不同接触区域的压力，剪切力传感器71测量残肢与内衬套4不同接触区域的剪切力。信号调理模块采集和预处理温度传感器5、湿度传感器6、压力传感器72和剪切力传感器71的模拟信号并传输至a/d转换模块；a/d转换模块将信号调理电路传输的模拟信号转换为数字信号并传输至微控制器模块。微控制器模块通过单片机内部系统程序处理a/d转换模块传输的数字信号和控制报警模块、数据存储模块、无线通信模块；无线通信模块通过无线网络传输微控制器模块处理过的数据到手机或电脑，以显示数据结果，手机和电脑可通过无线通信模块控制微控制器模块读取数据存储模块内存储过往数据。发电装置模块将下肢假肢脚抬起和落下的机械能转化为电能并传输到能量转换模块；能量转换模块将发电装置模块产生的频率不同的电压转换为稳定的直流电压并将之升高到一定数值并传输到电源模块。电源模块分别为各个传感器和其余电路模块供电。

如图6所示为本发明的微处理器信号处理示意图，微控制器模块开始运行，开启自检程序；初始化系统完成后，微控制器模块处理a/d转换模块传输的数据；调用数据存储子程序将处理后的数据存储在数据存储模块；对比处理后的数据值与报警上限值，如果处理后的数据值大于报警上限值，调用报警子程序开启报警模块的报警功能；检测是否与手机或电脑进行无线连接，如果连接则调用无线通信子程序，通过无线通信模块将处理后的数据实时传输至手机或电脑用以显示数据值，同时电脑和手机也可通过无线通信模块调用读取存储数据子程序用以读取数据存储模块过往存储数据。

本发明所述的下假肢接受腔1与下肢假肢脚3之间的连接组件采用现有下假肢常用的连接方式即可实现。图1和图7分别表示出了常用的两种连接方式。图1所示的连接组件2包括固定栓21、连接管22以及金属踝关节23；如图1所示，所述固定栓21的上端与下假肢接受腔1的底部固定连接；连接管22的上端设有枢接孔与固定栓21的下端通过连接栓转动连接，连接管22的下端连接所述金属踝关节23；金属踝关节23的下部可转动地限位在下肢假肢脚3内。采用图1这种连接方式制造的下假肢适用于大腿截肢的情况。图7所示的连接组件2包括连接管22的上端固定连接下假肢接受腔1，连接管22的下端连接金属踝关节23；金属踝关节23的下部可转动地限位在下肢假肢脚3内。采用图7这种连接方式制造的下假肢适用于小腿截肢的情况。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。