[发明专利]一种气动变刚度人体脊柱防护穿戴外骨骼

说明书

本发明涉及一种气动变刚度人体脊柱防护穿戴外骨骼，属于身体防护装置领域。外骨骼包括硬质防护单元、柔性防护单元、气动动力单元、检测单元及控制单元；硬质防护单元包括头盔；柔性防护单元包括气动变刚度脊柱、气动变刚度护颈与气动变刚度护身经络，用于与硬质防护单元连接成连帽式前开状马甲结构；气动动力单元受控制单元控制地对气动变刚度模块进行快速充气；检测单元用于检测外部环境变化；控制单元接收检测单元所输出的检测信号，在检测信号表征外部环境变化达到预设条件时，向气动动力单元输出启动快速充气的控制信号。该外骨骼不仅能减少对穿戴者的行动影响，且能保护脊柱等关键部位免受损害，可广泛应用于防护、医疗等领域中。

技术领域

本发明涉及身体防护装置领域，具体地说，涉及一种气动变刚度人体脊柱防护穿戴外骨骼。

背景技术

脊柱是人体的中轴，借韧带、关节及椎间盘连接而成。脊柱内部自上而下形成一条纵行的脊管，内有脊髓。脊柱具有支持躯干、保护内脏、保护脊髓和进行运动的功能。脊柱损伤常发生于工矿、交通事故，在战时和自然灾害时可成批发生。伤情严重复杂，多发伤、复合伤较多，并发症多，合并脊髓伤时预后差，甚至造成终生残废或危及生命。脊柱损伤的原因多为外伤暴力，骨质疏松也是脊柱损伤的重要因素之一。具体而言，脊柱损伤的原因包括：（1）交通事故外伤：机动车事故外伤为脊柱损伤的首要原因，占到所有脊柱损伤的三分之一；（2）高处坠落伤和摔伤：引起脊柱损伤的次要因素为高处坠落伤和摔伤，占到所有脊柱损伤的一半还多；（3）其他外伤因素：包括攻击伤害，烧伤、烫伤及军事训练、爆炸冲击等相关损伤。脊柱的损伤，要么影响人体的直立功能，要么压迫脊髓引起四肢瘫痪或下肢瘫痪，对于损伤者个人和家庭而言，都是灾难性的，并将永久改变他们的生活。

脊柱保护是降低脊柱损伤的唯一有效的策略，例如公告号为CN208114027U的专利文献中公开了一种防护背心，其包括穿戴结构及防护结构，穿戴结构为背心本体，防护结构为在背心本体的背心中线部上的叠层状甲片组，该叠层状甲片组中上片甲裙压在下片甲身上，以在受到打击、碰撞时，利用甲片组完全覆盖住穿着者的脊柱而承载大部分冲击力，以保护脊柱以免受伤害，虽然实现保护脊柱的目的，但是其会对穿戴者的行动产生极大的限制。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种气动变刚度人体脊柱防护穿戴外骨骼，不仅能减少人体脊柱遭受突发外力的损害，且能减少对穿戴者行动的影响。

为了实现上述主要目的，本发明提供的气动变刚度人体脊柱防护穿戴外骨骼包括硬质防护单元、柔性防护单元、气动动力单元、检测单元及控制单元；硬质防护单元包括头盔；柔性防护单元包括由气动变刚度元件所构建的气动变刚度脊柱、气动变刚度护颈与气动变刚度护身经络，用于与硬质防护单元连接成连帽式前开状马甲结构；气动动力单元受控制单元控制地对气动变刚度元件进行快速充气；检测单元用于检测外部环境变化；控制单元接收检测单元所输出的检测信号，在检测信号表征外部环境变化达到预设条件时，向气动动力单元输出启动快速充气的控制信号。

在未对气动变刚度模块，使整个马甲结构大致为柔性结构而不会对穿戴者的具体行动造成干涉及不便；当检测单元检测到外界的环境变化达到预设条件时，启动气动动力单元而对气动变刚度脊柱、气动变刚度护颈与气动变刚度护身经络进行充气而使原本为柔性的马甲结构变成刚性结构，而能承受外部压力等，尤其使能抵挡脊柱所受到的外部的损伤，有效地确保穿戴者的安全。

具体的方案为检测单元至少包括加速度传感器、温度传感器、气压传感器及冲击波压力传感器中的一者。以能适配常规使用场景中的使用。

另一个具体的方案为气动动力单元包括气体发生器；气体发生器的出气口通过依序布置的过滤器、单向阀而与气动变刚度元件的进气口连通，在单向阀与气动变刚度元件之间的管路上通过三通而旁接有溢流阀与手动卸荷阀。采用气体发生器进行充气，不仅快速，其体积与重量较小而便于携带。