具有弹性稳定单元和掌宽调节功能的握力计及其使用方法与流程

本发明涉及握力计领域，尤其涉及具有弹性稳定单元和掌宽调节功能的握力计及其使用方法。

背景技术：

握力具有易于测量和性能稳定的特点，因此常用来评估肌肉的相关功能。目前，传统的握力测量工具有液压、气动、机械这几种类型。然而，传统的测量方法普遍存在以下几种缺点：测量结果准确性低、测量仪器体积大、自主性差等。比如，液压式握力计存在滞后现象；气动式握力计会由于不同使用者手部的表面积不同，得出有较大差异的测量结果；机械式握力测量方式因测量的位置不同导致结果不一致，因此该方式的再现性受到了限制。此外，这些握力计中不具有用户界面、云数据管理等功能，限制了握力评估的使用场合。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种便携、精度高、使用方便的具有弹性稳定单元和掌宽调节功能的握力计及其使用方方法，其同时能够方便用户在家庭中做自主评估，以及对测量数据有效的管理和及时的反馈。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

具有弹性稳定单元和掌宽调节功能的握力计，其包括握把、连接板、基板、压力传感器、集成电路板和电池；

所述连接板的两侧分别通过掌宽调节机构与握把连接，掌宽调节机构用于调节握把与连接板之间的间隔大小；

所述压力传感器置于连接板和基板的中部，压力传感器的底部固定在基板的内侧面上，压力传感器的检测头顶靠于连接板的内表面上；

所述连接板和基板直接连接有两组对称设置在压力传感器两侧的弹性稳定组件，各弹性稳定组件均包括三个呈三角形排布的稳定单元组成，各稳定单元包括相互滑动套接在一起的大柱和小柱，大柱和小柱上套设有连接于连接板和基板之间的减震弹簧；

所述集成电路板镶嵌固定在基板上，压力传感器的输出端电连接至集成电路板；

所述基板上设有电池槽，电池连接于电池槽内以用于给集成电路板供电。

所述掌宽调节机构包括连接柱和定位件，所述连接柱的底部固定在连接板上，连接柱的顶部套接于定位件内，所述定位件固定在握把的侧部，定位件内部两侧对称间隔设有多个定位槽，所述连接柱的顶部上滑动连接有两个插销，连接柱的另一端中部上螺纹连接有调节螺柱，调节螺柱的底部具有圆锥面与两个插销对应的斜面配合，所述连接柱顶部的两端内分别设有使插销收缩复位的压缩弹簧，通过调节调节螺柱带动插销伸缩。

所述握把的外表面上设置有符合人体工学设计的手指放置弧度，便于使用者抓握。

所述基板内侧面上固定有隔离层，压力传感器底部固定于隔离层上。

所述集成电路板上具有微控制器、仪表放大器和蓝牙模块，所述压力传感器的输出端通过仪表放大器连接至微控制器，蓝牙模块连接至微控制器。

所述电池通过功率变换器与集成电路板电连接。

所述集成电路板上还设有多个与微控制器电连接的led指示灯，各led指示灯用于表示系统不同的工作状态。

采用本发明握力计的使用方法，包括以下步骤：

1）用户握紧握力计，压力传感器检测到握力信号，并将握力信号传送给集成电路板；

2）集成电路板将握力信号处理后形成用户握力数据，然后通过蓝牙模块将用户握力数据传送给智能终端；

3）智能终端通过公共网络将用户握力数据保存至云服务器上；

4）医生通过公共网络在线访问用户握力数据并进行诊断并形成诊断结果；

5）用户通过公共网络在线查看诊断结果。

本发明采用以上技术，具有以下有益效果：

与现有的普遍具有误差的握力测量方法相比，本发明提出的握力计设计了一种新型的弹性稳定组件，通过弹性稳定组件采用三角形稳定布局的设计，当力施加到稳定单元两端时，稳定单元本体以及各个稳定单元之间不发生晃动，不会对握力测量过程产生不好的影响，且传感器受力与握力计中心线一致。同时，稳定单元上下两端镶嵌至握力计两侧，中心与握力计本体相连，柱体外是减震弹簧，这样的结构设计保证了传感器受力方向与使用者握力方向的一致性，减少了由于传感器受力不均造成数据采集不准确这类情况的发生。本发明还设置有掌宽调节机构，能够在测试时通过调节部件的结构适应不同使用者的掌宽大小，方便使用者对握力计的抓握，避免出现测量时握力计从手中脱落，握力计握把大小不适宜影响使用者施力等情况，保证测量过程稳定进行，测量结果更加准确。

与现有的握力测量方法相比，本发明提出的握力计体积小，便于携带和抓握。内嵌高精度传感器，高性能微控制器和蓝牙通信模块，同时具有电压-力转换模型。使用者使用握力计时所采集的数据，经过预处理后，数据通过蓝牙发送到智能终端，智能终端通过公共网络保存在云服务器上，医生可以通过这些数据进行在线诊断，同时，用户可以通过电脑或手机软件在线查看诊断结果，从而实现测量结果的云管理，方便使用者在家中进行自我评估。本发明选用的传感器集成度高、体积小、灵敏度高，所以电压与握力数值之间具有相关性高，测量误差小的特点。本发明减少了由于传感器受力不均造成数据采集不准确这类情况的发生。因此，使用者可以正常使用本发明提出的握力计设备进行有效的预防和康复训练。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明；

图1为本发明的示意图；

图2为弹性稳定组件的示意图；

图3为掌宽调节机构的示意图；

图4为连接柱顶部的剖视图；

图5为集成电路板的结构框图；

图6为通过蓝牙的数据传输流程图；

图7为网络服务框架图；

图8为网页设计思维导图；

图9为数据库上传/更新流程图。

具体实施方式

如图1-4所示，本发明具有弹性稳定单元和掌宽调节功能的握力计，其包括握把1、连接板2、基板3、压力传感器4、集成电路板5和电池6；

所述连接板2的两侧分别通过掌宽调节机构7与握把1连接，掌宽调节机构7用于调节握把1与连接板2之间的间隔大小；

所述压力传感器4置于连接板2和基板3的中部，压力传感器4的底部固定在基板3的内侧面上，压力传感器4的检测头顶靠于连接板2的内表面上；

所述连接板2和基板3直接连接有两组对称设置在压力传感器4两侧的弹性稳定组件，如图2所示，各弹性稳定组件均包括三个呈三角形排布的稳定单元8组成，各稳定单元8包括相互滑动套接在一起的大柱81和小柱82，大柱81和小柱82上套设有连接于连接板2和基板3之间的减震弹簧83；在握力计的两端，每三个稳定单元8的位置构成一个三角形，三角设计的目的是为了避免测量过程中柱面之间出现摇晃。稳定单元8的布局设计采用了三角形稳定性原理，当三角形三条边的长度均确定时，三角形的形状完全被确定，不再发生改变。运用这一原理，当力施加到稳定单元8两端时，稳定单元8本体以及各个柱面之间不发生晃动，不会对握力测量过程产生不好的影响，且压力传感器4受力与握力计中心线一致，使得整个测量过程稳定进行，测量结果更加准确。

本实施例中，稳定单元8的高度仅为18.5mm，稳定单元8的上下两端采用平板设计，可镶嵌至装置的两侧，稳定单元8中心是与握力计本体相连的柱体，柱体采用大柱81套着小柱82的设计，大柱81的长度仅为5.5mm，小柱82的长度为11mm，柱体外是减震弹簧83，向压力传感器4传递握力的同时减少反作用力对使用者的冲击。更重要的是能确保弹性稳定单元8在使用过程中，所受的力仅在一个方向上，不发生左右倾斜摇晃的情况。避免由于传感器受力与中心线之间存在角度，测量结果与真实数据产生差异的影响。

所述集成电路板5镶嵌固定在基板3上，压力传感器4的输出端电连接至集成电路板5。

所述基板3上设有电池6槽，电池6连接于电池6槽内以用于给集成电路板5供电。电池6型号选用生活中常用的电池6型号，不选用内置锂电池6是出于方便使用者自行更换电池6的考虑。

掌宽调节机构7包括连接柱71和定位件72，所述连接柱71的底部固定在连接板2上，连接柱71的顶部套接于定位件72内，所述定位件72固定在握把1的侧部，定位件72内部两侧对称间隔设有多个定位槽721，所述连接柱71的顶部上滑动连接有两个插销73，连接柱71的另一端中部上螺纹连接有调节螺柱74，调节螺柱74的底部具有圆锥面与两个插销73对应的斜面配合，所述连接柱71顶部的两端内分别设有使插销73收缩复位的压缩弹簧75，通过调节调节螺柱74带动插销73伸缩。要调节掌宽调节机构时，只要向外旋出调节螺柱74，插销73从插槽中拔出，然后移动握把，握把到达合适位置后，再向内旋入调节螺柱74，插销73插入对应的擦槽中。

为了便于使用者抓握，握把1的外表面上设置有符合人体工学设计的手指放置弧度。

所述基板3内侧面上固定有隔离层9，压力传感器4底部固定于隔离层9上。通过设置隔离层9，目的是将压力传感器4与其它设备隔离开，保证压力传感器4的测量精度。

如图5所示，集成电路板上具有微控制器、仪表放大器和蓝牙模块，所述压力传感器的输出端通过仪表放大器连接至微控制器，蓝牙模块连接至微控制器。所述电池通过功率变换器与集成电路板电连接。其中，压力传感器为znhm-iii传感器，微控制器的型号为stm32f103c8，功率变换器的型号icl7660。

icl7660是一种低功率极性反转的功率变换器，它可以与两节电池一起工作，为系统提供±5v的电压。znhm-iii传感器用于采集握力信号。stm32f103c8是32位arm核心微控制器，它的优点包括高性能、低功耗、低成本和丰富的外围设备。微控制器的主要任务是模拟数字转换(adc)、实际握力值计算和数据传输控制。在模拟数字转换后，根据电压-力转换模型计算电压值来获得用户握力数据。蓝牙模块用于将数据传输到智能终端（可以是手机或平板电脑）上，便于与其他设备连接，比如笔记本电脑。此外，集成电路板上还设有多个与微控制器电连接的led指示灯，各led指示灯用于表示系统不同的工作状态。

采用本发明握力计的使用方法，包括以下步骤：

1）用户握紧握力计，压力传感器检测到握力信号，并将握力信号传送给集成电路板；

2）集成电路板将握力信号处理后形成用户握力数据，然后通过蓝牙模块将用户握力数据传送给智能终端；

3）智能终端通过公共网络将用户握力数据保存至云服务器上；

4）医生通过公共网络在线访问用户握力数据并进行诊断并形成诊断结果；

5）用户通过公共网络在线查看诊断结果。

为了实现握力计数据的互联网功能，本实施例设计了一个java应用程序来获取握力数据。通过蓝牙的数据传输流程图如图6所示。为了确定设备是否支持蓝牙，添加一个检测语句“蓝牙适配器”以确保程序能正常工作。如果设备不支持蓝牙，软件就会关闭。如果设备通过了“蓝牙适配器”的检测，触发程序设置的蓝牙开关，就会发送请求到系统界面并弹出“蓝牙开放请求”对话框。如果数据没有得到正确接收，系统界面上会显示“错误”。在程序完成握力数据接收后，它会建立一个名为“getinputstream”的过程存储用户握力数据。

网络服务框架如图7所示。网络服务主要由mysql和阿里巴巴云服务器组成。mysql将蓝牙接收的握力数据传送到数据库。该数据库通过已连接公共网络的智能终端，将数据发送和保存在云服务器上。通过阿里巴巴云服务器，医生可以在线访问数据库并进行诊断。而使用者可以登录自己的账户查看诊断结果。通过网络服务框架，使用者能够在家中得到评估，免去了去医院的烦恼。

另外，设计一网页为方便进行在线诊断，网页设计思维导图如图8所示。为了确保数据安全，首先要进行用户管理，即建立帐户和设定密码。每个使用者都有自己的账号，他们只能在登录后上传数据。接下来，创建一个数据库存储握力数据。这个数据库需要存储的数据包括时间、用户和握力值。医生登录账号，在页面的左侧查看使用者的信息，并在右上角输入诊断结果。

数据库上传/更新流程图如图9所示。首先，加载数据库驱动程序以正确连接，然后使用特定的帐户和密码访问数据库。确定连接是否超时，如果超时，直接关闭数据库。成功地连接到数据库后，访问蓝牙与软件，然后将握力数据记录上传/更新到数据库中进行显示，最后关闭数据库。

上面结合附图对本发明的实施加以描述，但是本发明不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式是示意性而不是加以局限本发明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。