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一种空间站人体生理参数检测设备制作方法

  • 专利名称
    一种空间站人体生理参数检测设备制作方法
  • 发明者
    吴涓, 宋光明, 宋爱国, 崔建伟, 李会军, 谷士鹏, 马妍
  • 公开日
    2012年9月12日
  • 申请日期
    2011年12月20日
  • 优先权日
    2011年12月20日
  • 申请人
    东南大学
  • 文档编号
    A61B5/00GK202426514SQ201120537109
  • 关键字
  • 权利要求
    1.一种空间站人体生理参数检测设备,其特征在于包括机械臂,在机械臂的一端设置硬质平板(I),在硬质平板(I)上设置若干可以围成一定面积区域的压力传感器(2),硬质平板(I)上还设有用于固定受测者躯体的固定带(3),在压力传感器(2)上设置有支撑板(4),固定带(3)和支撑板(4)之间形成容纳受测者躯干的空间;压力传感器(2)通过信号调理模块(5)连接单片机模块¢),单片机模块(6)连接上位机(7)2.根据权利要求I所述的一种空间站人体生理参数检测设备,其特征在于所述机械臂上从固定端到活动端依次为第一转动副、第二转动副和第三转动副,第三转动副末端固定有硬质平板(I)3.根据权利要求I所述的一种空间站人体生理参数检测设备,其特征在于所述机械臂上从固定端到活动端依次为转动副、第一移动副和第二移动副,所述第二移动副末端固定有硬质平板(I)4.根据权利要求I至3项中任意一项所述的一种空间站人体生理参数检测设备,其特征在于所述压力传感器(2)的数目为四个,且四个压力传感器(2)在硬质平板(I)上呈矩形排布
  • 技术领域
    本实用新型涉及一种空间站失重环境下的人体生理参数检测设备
  • 背景技术
  • 专利摘要
    本实用新型公开了一种空间站人体生理参数检测设备,包括机械臂,在机械臂的一端设置硬质平板,在硬质平板上设置若干可以围成一定面积区域的压力传感器,硬质平板上还设有用于固定受测者躯体的固定带,在压力传感器上设置有支撑板,固定带和支撑板之间形成容纳受测者躯干的空间;压力传感器通过信号调理模块连接单片机模块,单片机模块连接上位机。本实用新型结构简单、成本低廉,使用方便,填补了宇航员的在失重环境下重心检测方面的空白,对于航天事业的发展具有重要意义。
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  • 权力要求
  • 说明书
  • 法律状态
专利名称:一种空间站人体生理参数检测设备的制作方法天宫一号的发射标志着我国已经拥有建立初步空间站的能力,国家规划在2020年左右建成载人空间站。当越来越多的宇航员与太空亲密接触,承载着人类神圣使命的时候,他们的太空失重会引起一系列的生理变化,甚至出现病理反应或疾病,对航天员的身心健康造成影响,因此宇航员健康检查是十分必要的。在航天失重环境中长时间停留可引起机体多个系统发生适应性改变和一些病理生理性质的变化,其中又以失重对心血管、肌肉、骨等系统的不良影响对宇航员健康和安全关系最大,故也最受重视。为了减少航天员由于失重而引起的生理变化,维持像在地球那样的健康状态,现已经出现了很多宇航员生理参数的检测系统,来检测在空间站中宇航员的参数,从而制定合适的训练计划。失重期间的血 液循环障碍与中医中的“血瘀症”相似,出现血液循环障碍后,宇航员的体重、呼吸等生理参数可能没有变化,只有重心位置发生了变化,而目前在宇航员的重心检测方面还是一个空白,还没有这样一种设备来检测宇航员的重心。发明内容发明目的本实用新型的目的是填补宇航员生理参数检测系统所存在的空间站失重环境下重心检测方面的空白,提供一种人体生理参数检测设备。为了解决上述技术问题,本实用新型采用了如下的技术方案一种空间站人体生理参数检测设备,包括机械臂,在机械臂的一端设置硬质平板,在硬质平板上设置若干可以围成一定面积区域的压力传感器,硬质平板上还设有用于固定受测者躯体的固定带,在压力传感器上设置有支撑板,固定带和支撑板之间形成容纳受测者躯干的空间;压力传感器通过信号调理模块连接单片机模块,单片机模块连接上位机。其中,所述机械臂上从固定端到活动端依次为第一转动副、第二转动副和第三转动副,第三转动副末端固定有硬质平板。其中,所述机械臂上从固定端到活动端依次为转动副、第一移动副和第二移动副,所述第二移动副末端固定有硬质平板。其中,所述压力传感器的数目为四个,且四个压力传感器在硬质平板上呈矩形排布。其中,所述固定带为两个,两个固定带之间相互平行或交叉设置。有益效果本实用新型采用安装在机械臂末端的硬质平板上的压力传感器来检测失重环境下人体重心的方法,实现了传统检测重心方法的创新。通过固定带将受测者固定在传感器附近,由单片机发出相应的电机驱动信号来驱动机械臂的运动,从而推动受测者进行运动;采集压力传感器的输出信号并提交单片机进行数据采集与传输处理,最后通过上位机的重心计算软件计算出受测者重心在硬质板上的投影点坐标。本实用新型具有结构简单、成本低廉以及使用方便的特点,填补了宇航员的在失重环境下重心检测方面的空白,对于航天事业的发展具有重要意义。图I为本实用新型空间站人体生理参数检测设备实施例一的示意图。图2为本实用新型测量方法的流程图。图3为本实用新型实施例一的硬质平板上的压力传感器分布示意图。图4为本实用新型实施例一的硬质平板的受力分析示意图。图5为本实用新型机械臂的实施例二的示意图。图6为本实用新型硬质平板上的压力传感器实施例二的分布示意图。 以下结合附图对本实用新型做更进一步的解释。实施例一如图1、2和3所示,本实用新型的空间站人体生理参数检测设备包括一端固定的机械臂,在机械臂的另一活动端固定有方形的硬质平板1,在硬质平板I上设置四个压力传感器2与两个相互交叉的固定带3,压力传感器2在硬质平板I上呈矩形排布,即以每个压力传感器2为顶点,连线所围成的几何图形是矩形。所述的压力传感器2至少是三个,因为在检测的时候,硬质平板I大概位于受测者腰部,腰部是人在正常状态下的重心所在,但是在失重状态下,人体重心会有改变,但是还在腰部附近位置,为了找到重心位置,必须有三个压力传感器2才能组成面积,重心就位于该面积之内。本实用新型最佳选用四个组成矩形的压力传感器2,也可以采用可组成规则形状的六个、八个压力传感器,组成正六角形或矩形,如图6所示。在每个压力传感器2上设置一个支撑板4,固定带3和支撑板4之间形成容纳受测者躯干的空间。每个压力传感器2均通过信号调理模块5连接单片机模块6,单片机模块6连接上位机7。机械臂主要是为受测者提供稳定的加速度,推动受测者运动,进而获得受测者施加给压力传感器2的反作用力。所以,只要是能为受测者提供空间任一角度的恒定加速度的机械臂结构都可以。图I所述实施例的机械臂可以在空间站内提供三个自由度,包括两个转动自由度和一个平移自由度。机械臂包括固定在水平面上的支承座8,在支承座8上设置回转臂9,回转臂9可以围绕支承座8沿水平方向360°自由旋转,构成第一转动副,第一转动副的轴线与水平面垂直;回转臂9的末端与大俯仰臂10的一端铰接,构成第二转动副,第二转动副的轴线与第一转动副的轴线垂直;大俯仰臂10的另一端与小俯仰臂11的一端铰接,构成第三转动副,第三转动副的轴线与第二转动副的轴线垂平行;硬质平板I设置在小俯仰臂11的另一端,小俯仰臂11的轴线与硬质平板I的平面垂直。本实施例中,在回转臂9和大俯仰臂10的铰接处设置第一驱动电机12,在大俯仰臂10和小俯仰臂11的铰接处设置第二驱动电机13 ;第一驱动电机12可以驱动大俯仰臂10围绕其与回转臂9的铰接端自由转动,第二驱动电机13可以驱动小俯仰臂11围绕其与大俯仰臂10的铰接端自由转动。第一驱动电机12和第二驱动电机13分别通过单片机模块6连接上位机7,由上位机7进行统一控制。如图4所示,利用实施例一所述的空间站人体生理参数检测设备来测量人体重心的方法如下(I)受测者躯干进入到固定带3和支撑板4之间,并和支撑板4保持一定间隙。(2)通过上位机7发送给单片机模块6指令,然后单片机模块6发送驱动信号来驱动第一驱动电机12和第二驱动电机13的转动,从而带动硬质平板I以恒定的加速度来推动受测者运动;受测者在运动过程中会施加给压力传感器2反作用力,各个压力传感器2输出与压力信号成线性关系的电压信号,这些电压信号通过信号调理模块5进行滤波、放大,然后送入单片机模块6 ;单片机模块6将调理过的电压信号进行AD转换,最后传输给上位机7进行重心位置计算。由机械臂对受测者施加的力是恒定的,所以无论检测过程时间长短,每个传感器传输过来的压力大小始终恒定不变。(3)受测者重心位置的计算原理是以硬质平板I的中心为坐标原点,四个压力传感器2在硬质平板I上的坐标分别为(Xp Y1)、(X2, Y2)、(C3、Y3)和(X4、Y4),受测者的重心在硬质平板上I的投影坐标为(X、Y);根据硬质平板I的平衡条件,可以得出硬质平板I所受力之和为0,即E F = 0,即 F+f^+f^+f^+f^ = 0(I)其中,F表示受测者在运动过程中对硬质平板的反作用力;根据力矩平衡原理,可以得出硬质平板I上的X轴方向力矩之和、Y轴方向的力矩之和均为0,即E Mx = 0,即 FX+fiXi+fy^+fy^+f^X* = 0(2)E My = 0,即= 0(3);将(I)式分别代入(2)式和(3)式,可以得出受测者的重心在硬质平板上的投影坐标为



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