游泳教学辅助外骨骼装置

1.本发明涉及工作辅助设备技术领域，具体地，涉及一种游泳教学辅助外骨骼装置。


背景技术：

2.对当今的人们来说，游泳是一项老少兼宜，值得大力推广的热门运动，游泳能够强身健体，强壮呼吸系统，提高心血管机能，提高人体的体温调节能力，与此同时，游泳在面对危急情况时，还是一项非常重要的生存技能，尤其是近年来，中小学生游泳溺亡的事件频频引得社会关注，使得游泳的教学成为了一个更重要的议题，辅助外骨骼的使用能显著提升游泳教学的效率。
3.现有辅助游泳教学的产品极为有限，一些大型的器械可用于该领域，但其较大的体积与重量限制了其使用，而且该类器具往往是在陆上进行训练，与水中的环境具有较大区别，无法取得很好的效果，且增加了人机交互的危险性及不舒适度，而浮板等小型设备仅仅能够在水上提供助力，而无法对游泳的姿态进行感知与矫正，对游泳学习的帮助亦非常有限。
4.经现有技术检索发现，中国发明专利公告号为cn110624228b，公开了一种新型游泳训练机器人辅助系统,包括整体呈长方体形状的框架,框架顶部的中间位置沿左右水平方向设有一根横梁和一根转轴,横梁位于转轴前侧,转轴下部固定设有一块连接板,连接板前后两侧边到转轴的距离均大于转轴到横梁的距离,连接板的前侧上表面与横梁底部接触,连接板下表面沿垂直方向设有若干根伸缩杆,伸缩杆的下端连接有穿戴式人体外骨骼机构。该设备能够对人体的姿态进行矫正，但是是陆地上的设备，且体积较大，不利于推广使用。
5.因此，一款成本低廉且有效的游泳辅助设备将对游泳运动的普及提供极大的帮助。本发明用于穿戴便携式、自动化的游泳教学，可在水中实际游泳时使用,有利于提高动作的协调性与灵活性,同时标准化﹑规划化游泳姿势,提高游泳水平。


技术实现要素：

6.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种游泳教学辅助外骨骼装置。
7.根据本发明提供的一种游泳教学辅助外骨骼装置，包括防水外壳和结构件，所述防水外壳与所述结构件连接设置，所述防水外壳内设置有控制组件，所述结构件上设置有固定组件、驱动组件以及感应组件；
8.所述固定组件贴合设置在人体上，所述固定组件设置在所述驱动组件两侧，所述控制组件与所述驱动组件电连接，所述驱动组件执行控制命令并能够驱使外骨骼关节旋转，所述感应组件与所述控制组件电连接，所述感应组件通过腿部外骨骼内部的传感器实时收集人体运动状态并反馈至所述控制组件。
9.一些实施方式中，所述防水外壳包括第一容纳腔和第二容纳腔，所述第一容纳腔和第二容纳腔通过隔板并列设置，所述控制组件设置在所述第一容纳腔内，所述驱动组件
设置在所述第二容纳腔内。
10.一些实施方式中，所述结构件包括第一构件和第二构件，所述第一构件、所述第二构件分别固定在所述防水外壳的端面上，所述第二构件设置在所述第二构件的下方。
11.一些实施方式中，所述驱动组件包括第一关节和第二关节，所述第一关节设置在所述第二构件两端，所述第一关节通过大腿外骨骼与所述第二关节连接，所述第二关节另一侧连接设置有小腿外骨骼。
12.一些实施方式中，所述感应组件包括惯性传感器，所述惯性传感器设有两对，两对所述惯性传感器分别设置在所述大腿外骨骼与所述小腿外骨骼的内部，所述惯性传感器将采集到的运动数据存储至控制组件。
13.一些实施方式中，所述固定组件包括腰部魔术贴、大腿魔术贴以及小腿魔术贴，所述腰部魔术贴连接设置在所述第二构件两侧，所述大腿魔术贴设置在所述大腿外骨骼上，所述小腿魔术贴设置在所述小腿外骨骼上。
14.一些实施方式中，所述驱动组件还包括驱动器和电源，所述驱动器和所述电源分别设置在所述第二容纳腔内，所述驱动器与所述电源电连接。
15.一些实施方式中，所述驱动器采用马达气泵。
16.一些实施方式中，所述控制组件包括按键和微处理器，所述按键和所述微处理器分别设置在所述第一容纳腔内，且所述微处理器与所述按键连接设置。
17.一些实施方式中，所述驱动组件上连接设置有电机，所述电机设置在所述第二容纳腔内，所述驱动器上连接设有导线，所述导线的一端穿过所述隔板延伸至所述微处理器。
18.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
19.1、本发明通过设置感应组件，利用惯性传感器采集人体的运动数据，计算出关节运动特征，与已有的专业游泳运动员游泳时关节运动特征进行比对。设置一个阈值，当测得动作特征偏离专业运动员特征超出阈值时，驱动电机带动外骨骼对人体的泳姿进行矫正，具有低成本、操作方便、持久性好、质量小的优点；
20.2、本发明通过电机对外骨骼进行驱动，对游泳者的动作仅仅进行轻微的纠正，避免了机构之间过快的磨损，更加难以损害，使得其他辅助组件使用寿命更长；
21.3、本发明通过设置固定组件，设置腰部魔术贴、大腿魔术贴以及小腿魔术贴为固定组件，通过固定组件固定在人身上的位置，轻松实现对人体不同关节的助力，可配置性强；
22.4、本发明通过设置控制组件、固定组件、驱动组件以及感应组件，驱动电机来给游泳运动员的大腿和小腿助力，在水中对人体的不正确姿态进行实施矫正，也能够对人体的运动信息采集，提供给教练员，从而进行专业的指导，无论是游泳的初学者，还是具有一定水平的运动员，都能够提供一定的参考价值，适用范围广泛。
附图说明
23.通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
24.图1为本发明游泳教学辅助外骨骼装置的结构示意图；
25.图2为本发明游泳教学辅助外骨骼装置的侧视示意图；
26.图3为本发明防水外壳的内部结构图；
27.附图标记：
[0028][0029]
具体实施方式
[0030]
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
[0031]
如图1所示为游泳教学辅助外骨骼装置的结构示意图，如图2所示为游泳教学辅助外骨骼装置的侧视示意图，包括防水外壳1和结构件，防水外壳1与结构件连接设置，防水外壳1内设置有控制组件，结构件上设置有固定组件、驱动组件以及感应组件。
[0032]
固定组件贴合设置在人体上，固定组件设置在驱动组件两侧，控制组件与驱动组件电连接，驱动组件执行控制命令并能够驱使外骨骼关节旋转，感应组件与控制组件电连接，感应组件通过腿部外骨骼内部的传感器实时收集人体运动状态并反馈至控制组件。
[0033]
如图3所示为防水外壳1的内部结构图，防水外壳1包括第一容纳腔13和第二容纳腔14，第一容纳腔13和第二容纳腔14通过隔板并列设置，控制组件设置在第一容纳腔13内，驱动组件设置在第二容纳腔14内。
[0034]
结构件包括第一构件91和第二构件92，第一构件91、第二构件92分别固定在防水外壳1的端面上，第二构件92设置在第二构件92的下方。驱动组件包括第一关节3和第二关节6，第一关节3设置在第二构件92两端，第一关节3通过大腿外骨骼5与第二关节6连接，第二关节6另一侧连接设置有小腿外骨骼7。感应组件包括惯性传感器，惯性传感器设有两对，两对惯性传感器分别设置在大腿外骨骼5与小腿外骨骼7的内部，利用惯性传感器采集人体的运动数据，计算出关节运动特征，与已有的专业游泳运动员游泳时关节运动特征进行比对，设置一个阈值，当测得动作特征偏离专业运动员特征超出阈值时，驱动电机12带动外骨骼对人体的泳姿进行矫正。
[0035]
固定组件包括腰部魔术贴2、大腿魔术贴4以及小腿魔术贴8，腰部魔术贴2连接设置在第二构件92两侧，大腿魔术贴4设置在大腿外骨骼5上，小腿魔术贴8设置在小腿外骨骼
7上。通过腰部魔术贴2、大腿魔术贴4以及小腿魔术贴8将辅助外骨骼装置贴合设置在人体上，三对魔术贴共同受力，使外骨骼能够牢牢地固定在人体上，且匹配不同的人体辅助支撑需求。
[0036]
驱动组件还包括驱动器17和电源18，驱动器17和电源18分别设置在第二容纳腔14内，驱动器17与电源18电连接。在本实施例中，驱动器17采用马达气泵。
[0037]
控制组件包括按键16和微处理器10，按键16和微处理器10分别设置在第一容纳腔13内，且微处理器10与按键16连接设置。能够采用多种运动模式，来匹配不同教练员对运动员的的运指导需求，既能够采集运动数据生成运动模型，也能直接对运动员不正常的姿态进行纠正。驱动组件上连接设置有电机12，电机12设置在第二容纳腔14内，驱动器17上连接设有导线15，导线15的一端穿过隔板延伸至微处理器10。
[0038]
通过驱动器17驱动电机12，执行控制命令并能够驱使第一关节3进行旋转，通过第一关节3的旋转带动大腿外骨骼5进行运动，第二关节6进行旋转，旋转的第二关节6带动小腿外骨骼7进行转动，通过大腿外骨骼5与小腿外骨骼7内的惯性传感器以实时捕捉穿戴者的游泳姿态以及人体运动趋势，当游泳初学者穿戴该设备进行学习，用感应组件判断人体运动趋势，该设备可将穿戴者的运动数据导出，并提供给教练进行分析，且根据穿戴者泳姿不当之处，该设备可在游动时，通过驱动装置对穿戴者进行引导与矫正，驱动电机12来给游泳运动员的大腿和小腿助力，极大地提升学习效率。
[0039]
在本技术的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0040]
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。