感測式護具內襯及防護裝置的製作方法

2023-10-05 14:37:04

本發明涉及一種護具內襯，特別是涉及一種具有拉脹結構以具有自我調整的特性，並設有傳感器以感測穿戴狀況的感測式護具內襯及防護裝置。

背景技術：

當在容易受傷的狀況下，例如激烈運動、工地工作或戰場上等，人們通常會穿戴可保護身體的護具以策安全，例如，因為頭部包含了人類重要的器官大腦，故通常會穿戴頭盔以避免頭部受到傷害。但為了保護身體，護具通常較厚重且不通風，在活動時容易造成身體的不適及活動的困難，並且，每個人的身形因人而異，常會有尺寸無法完全合身的狀況，造成諸多不便。

再者，在需穿戴護具的狀況下，身體可能會受到各種不同外在衝擊的影響，而護具本身也可能因此受到損傷，因此，若能有一種可對應人體身形及活動狀況自我調整，且具有感測穿戴狀況的護具內襯，應能令使用者穿戴時更為舒適，並可通過感測到的數據判斷人體及護具的狀況。

技術實現要素：

有鑑於上述習知的問題，本發明的目的在於提供一種具有拉脹結構且設有傳感器的感測式護具內襯及防護裝置，以使穿戴時更舒適，並感測穿戴時的狀況。

根據上述目的，本發明提供一種感測式護具內襯，包含內襯墊及傳感器。內襯墊為以3d列印方式製成的拉脹結構，內襯墊的一側具有凹槽。傳感器以3d列印方式製成，並設於凹槽內，傳感器為壓力傳感器、溼度傳感器或溫度傳感器，壓力傳感器感測所受到的壓力並產生壓力信號，溼度傳感器感測溼度並產生溼度信號，溫度傳感器感測溫度並產生溫度信號。

較佳地，感測式護具內襯可進一步包含複數個內襯墊，分別具有不同的拉脹結構，且設於護具的不同位置。

較佳地，各不同的內襯墊設置有不同的傳感器。

較佳地，內襯墊的一側表面上可具有黏性層，內襯墊通過黏性層黏附於護具。

根據上述目的，本發明再提出一種防護裝置，包含防護裝置本體、內襯墊、傳感器及處理模塊。內襯墊為以3d列印方式製成的拉脹結構，內襯墊設於防護裝置本體的內側表面上，且相對於防護裝置本體的一側具有凹槽。傳感器以3d列印方式製成，並設於凹槽內，傳感器為壓力傳感器、溼度傳感器或溫度傳感器，壓力傳感器感測所受到的壓力並產生壓力信號，溼度傳感器感測溼度並產生溼度信號，溫度傳感器感測溫度並產生溫度信號。處理模塊連接傳感器並接收壓力信號、溼度信號或溫度信號。其中，傳感器與處理模塊以信號線連接，內襯墊中對應信號線具有通道，防護裝置本體對應通道具有溝槽，通道與溝槽連通，信號線設於溝槽及通道中。

較佳地，防護裝置可進一步包含複數個內襯墊，分別具有不同的拉脹結構，且設於防護裝置本體的不同位置。

較佳地，各不同的內襯墊設置有不同的傳感器。

較佳地，防護裝置可包含儲存單元，連接處理模塊，處理模塊傳送所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號至儲存單元，儲存單元儲存所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號。

較佳地，防護裝置可包含傳輸單元，連接處理模塊，處理模塊傳送所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號至傳輸單元，傳輸單元將所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號傳至外部裝置。

較佳地，內襯墊的一側表面上可具有黏性層，內襯墊通過黏性層黏附於防護裝置本體。

承上所述，本發明的感測式護具內襯及防護裝置通過設置具拉脹結構的內襯墊，以使內襯具有自我調整特性，令使用者穿戴時更舒適並增加保護效果，並且將傳感器設於內襯墊上，使本發明的感測式護具內襯及防護裝置具有感測功能，提供用戶穿戴時的狀況數據。

附圖說明

圖1為本發明的感測式護具內襯的示意圖；

圖2為本發明的防護裝置的一個結構示意圖；

圖3為本發明的防護裝置的示意圖；

圖4為本發明的防護裝置的另一個結構示意圖；

圖5為本發明的防護裝置的再一個結構示意圖。

附圖標記：

10：感測式護具內襯；100：防護裝置；

110：內襯墊；111：凹槽；112：孔洞；113：黏性層；114：通道；

120：傳感器；

130：防護裝置本體；131：溝槽；132：導電區域；133：支撐點；134：節點；

140：處理模塊；141：信號線；

150：儲存單元；160：傳輸單元。

具體實施方式

請參閱圖1，圖1為本發明的感測式護具內襯的示意圖。如圖1所示，本發明的感測式護具內襯10包含內襯墊110及傳感器120(即感測器)。內襯墊110是以3d列印方式製成的拉脹結構(auxeticstructure)，內襯墊110的一側具有凹槽111。

更詳地來說，整個內襯墊110是以拉脹結構為主體，拉脹結構為一種具有負泊松比(negativepoisson'sratio)的結構，其在一個方向受力而被壓縮時，在垂直於受力方向的結構會產生收縮，相對地，在受到拉力而延展時，在垂直於受力方向的結構也會一同延展而膨脹。

也就是說，當拉脹結構兩側被拉伸時，拉脹結構的中央結構會膨脹而使體積增加，拉脹結構體積增加程度最大可增加30％。而在拉脹結構中心受到壓力時，拉脹結構會收縮而變得緊密。因此，將具有拉脹結構的內襯墊110設於護具中時，內襯墊110便會依據穿戴護具的使用者的運動而改變形狀，達到緩衝的功效，同時，也因拉脹結構的自適應性，使護具對使用者更合身。

另外，具有負泊松比的拉脹結構中會具有孔洞112，因此，當具有拉脹結構的內襯墊110設於護具中時，也會提供通風的功能，令用戶在穿戴護具時更為舒適。

再者，上述具有拉脹結構的內襯墊110的結構形狀、大小及材質等特性，可在計算機上進行設計，並針對不同的需求設計不同的內襯墊110，例如，可以調整內襯墊110構成的材質的比例，以符合不同的設計需求。例如，支撐點133的材質可為stratasys公司的verowhiteplustm白色剛性材料，拉伸強度約為50-65百萬帕(mpa)，彈性模量約為2000-3000百萬帕(mpa)。而節點134處材質為tangoblackplustm，為黑色橡膠狀材料，其拉伸強度約為0.8-1.2百萬帕(mpa)、蕭氏硬度為scalea26-28。

其中支撐點133與節點134的材料體積比可根據設計的要求進行調整，提高支撐點133(剛性材料)的比例有利於增強結構在受力狀態下維持形狀的能力。提高節點134(彈性材料)的比例則有利於增加結構因受力而變形的靈敏度。支撐點133與節點134兩者的比值與 內襯墊110結構的粗細共同決定結構的整體剛度。

同時，調整支撐點133的夾角可以改變結構的體積變化極限值。支撐點133在夾角為60度時，該機構體積變化為-49.7％(結構壓縮)到74.9％(結構拉伸)，結構的材質比例參數和幾何結構參數均可在設計時予以調節，以適應不同的產品需求，另外也可調整內襯墊110的拉脹結構的結構單元的密度，使其具有不同程度的拉脹特性。

接著，將設計好的設計圖輸入到3d印表機(3dprinter)中，以3d列印的方式印出內襯墊110。而因內襯墊110以3d列印方式製成，所以不僅能有效降低成本，也可減少製造的時間，並且能快速地對內襯墊110的設計進行修改，甚至是進行定製化的設計，使本發明的感測式護具內襯10能有更廣泛的使用。

同時，在設計內襯墊110時，可在其一側上對應欲設置的傳感器120的大小形狀以及位置來設計凹槽111，預留傳感器120設置的位置，以使設有傳感器120的內襯墊110的表面平整，不會因設置有傳感器120而使整體表面有凸起。

傳感器120同樣是以3d列印方式製成，其可以3d電子印表機(3delectronicsprinter)印製而成，可印製溫度傳感器、溼度傳感器、壓力傳感器、應變規等，並設於內襯墊110上對應的凹槽111內。而傳感器120的厚度可控制在0.2mm-1mm的範圍內，且不同傳感器120的厚度會有所不同，將此厚度範圍內的傳感器120裝在內襯墊110的凹槽111內，使用者會幾乎感覺不到傳感器120的存在，不會產生異物感。

再者，傳感器120在設計時可設計為壓力傳感器、溼度傳感器或溫度傳感器中的任一種。壓力傳感器可感測其所受到的壓力，也就是說，當壓力傳感器裝在設於護具內的內襯墊110上時，壓力傳感器便可感測使用者身體與內襯墊110之間的壓力，並以此產生壓力信號。溼度傳感器可感測溼度，也就是說，當溼度傳感器裝在設於護具內的內襯墊110上時，溼度傳感器便可感測護具內的溼度，並以此產生溼度信號。溫度傳感器可感測溫度，也就是說，當溫度傳感器裝在設於護具內的內襯墊110上時，溫度傳感器便可感測護具內的溫度，並以此產生溫度信號。

本發明的感測式護具內襯10可進一步包含複數個內襯墊110，分別具有不同之拉脹結構，且設於護具的不同位置。也就是說，因為只要具有負泊松比結構就視為拉脹結構，因此，拉脹結構可有不同的結構形式，其拉脹特性也不盡相同，如此，便可針對護具中不同位置的不同需求，將複數個分別具有不同拉脹結構的內襯墊110設於護具中的不同位置，以使具有拉脹結構的內襯墊110發揮更好的效果。

再者，如上所述的複數個內襯墊110同樣也可分別具有複數個凹槽111，其中各個不同 之內襯墊110可分別在其各自的凹槽111中設置有不同的傳感器120，以對不同位置感測不同的信息。

另外，內襯墊110可在設計時，設計內襯墊110的某個表面上具有黏性層113，再在3d印表機中加入對應所需的材料，如此便能列印出某個表面具有黏性的內襯墊110，而具有黏性層113的內襯墊110就能通過黏性層113直接黏附於護具上。

續請參閱圖2及圖3，圖2為本發明的防護裝置的一個結構示意圖；圖3為本發明的防護裝置的示意圖。如圖2和圖3所示，本發明的防護裝置100包含防護裝置本體130、內襯墊110、傳感器120及處理模塊140，也就是說，本發明的防護裝置100是將上述的感測式護具內襯10設於防護裝置本體130。而下述將以頭盔做為防護裝置本體130的示例，但並不以此為限。

內襯墊110的結構及其製成方式已如上所述，在此便不再贅述。內襯墊110設於防護裝置本體130的內側表面上，也就是設於頭盔的內側，通過內襯墊110的拉脹結構做為用戶頭部與頭盔之間的緩衝，同時也因拉脹結構有自適應的特性，讓使用者在各種情況下皆能舒適地穿戴設有此內襯墊110的頭盔。且因內襯墊110的拉脹結構中的孔洞112，使本發明之防護裝置100相較於一般頭盔有更好的通風效果，穿戴時更為舒適而不悶熱。

而如上述所描述的內襯墊110上的凹槽111，位於內襯墊110相對於防護裝置本體130的一側，也就是說，凹槽111位於內襯墊110與使用者頭部接觸的一側，使設於其中的傳感器120可與人體頭部接觸，如此，當使用者穿戴頭盔時，傳感器120便可感測頭盔內部的狀況並產生相對應的信號，以供不同的分析需求使用。同樣地，傳感器120的製成方式、設置位置及感測種類已如上所述，在此便不再贅述。

進一步地，防護裝置100可包含複數個內襯墊110，分別具有不同的拉脹結構，且設於防護裝置本體130的不同位置。也就是說，可有複數個內襯墊110設頭盔中，並位於不同位置，例如頭頂、前額、後腦及兩側等位置。且位於不同位置的內襯墊110，可對應不同位置的需求，而設計不同的結構形狀、大小及材質等，使本發明的防護裝置100具有更好的穿戴效果。舉例來說，內襯墊110結構可用多種材料印製成不同形狀，例如，半圓形，其材質會較柔軟，適合放在前額處可吸收額外的重量，當像是需增加夜視鏡或是護目鏡在頭盔前額處時，便可以半圓形的結構來吸收所增加的額外重量；又例如，矩形，其吸震程度較好，適合擺放於後腦處，減少後腦所受到的衝擊以保護腦幹，像是可吸收子彈碎片或異物的衝擊。

同樣地，如上所述的複數個內襯墊110同樣也可分別具有複數個凹槽111，其中各個不 同的內襯墊110可分別在其各自的凹槽111中設置有不同的傳感器120，以對不同位置感測不同的信息。

更進一步地，在同一內襯墊110上的不同凹槽111中，也可具有不同種類的傳感器120，也就是說，對應不同的需求，同一內襯墊110上可同時具有壓力傳感器、溼度傳感器或溫度傳感器，分布在同一內襯墊110上的不同位置。

同時，因內襯墊110及傳感器120皆是以3d列印方式製成，在內襯墊110的結構、形狀、設置位置，以及傳感器120的種類及設置位置等設計，皆可對應各種不同需求而改變，而傳感器120的數量及位置也可根據需要進行設計，且每個內襯墊110中心皆可擺放至少一個傳感器120，以便反應整體頭部環境。而以3d列印方式製成除了可進行定製化的設計外，也可快速地取得成品，以降低成本。

接著，防護裝置100可更包含儲存單元150，儲存單元150連接處理模塊140，處理模塊140可將其所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號傳至儲存單元150，而儲存單元150可將所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號儲存，以提供後續不同的需求使用。

再者，防護裝置100可更包含傳輸單元160，傳輸單元160連接處理模塊140，處理模塊140可將其所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號傳至傳輸單元160，而傳輸單元160可將所接收的壓力信號、溼度信號或溫度信號傳至外部裝置。傳輸單元160可以以無線傳輸的方式與外部裝置連接，以使他處的人可實時掌握穿戴本發明的防護裝置100的用戶的狀況。

上述儲存單元150及傳輸單元160可記錄不同種類的傳感器120感測到的信息，用戶便能根據這些信息進行各種評估判斷。例如，當頭盔受到衝擊時，壓力傳感器便能感測使用者頭部所受到的壓力，之後便能以此判斷該衝擊對使用者的影響；或是溫度傳感器及溼度傳感器可對應感測頭盔內的溫度及溼度，從而掌握使用者的使用狀況，作為判斷使用者身體健康的依據。同時，也可依據傳感器120感測到的信息判斷頭盔使用的狀況，以作為更換頭盔的參考。

同樣地，內襯墊110可在設計時，設計其某一表面上具有黏性層113，再在3d印表機中加入對應所需的材料，如此便能列印出某一表面具有黏性的內襯墊110，而具有黏性層113的內襯墊110便能通過黏性層113而直接黏附於防護裝置本體130的內側表面上。

繼續請參閱圖4，其為本發明的防護裝置的另一個結構示意圖。如圖4所示，其提供一種傳感器120與處理模塊140的連接方式。其中，傳感器120與處理模塊140的連接方式是以信號線141連接，因此，在內襯墊110中會有對應信號線141的通道114，通道114 可在設計內襯墊110時預先設計，如此以3d印表機列印製成的內襯墊110便會具有讓信號線141通過的通道114。

而防護裝置本體130對應通道114具有溝槽131，也就是頭盔具有可令信號線141通過的溝槽131，並且內襯墊110的通道114與頭盔的溝槽131會彼此連通，因此信號線141便可設於溝槽131及通道114中，如此，設於內襯墊110的傳感器120便可通過信號線141通過內襯墊110及頭盔，而與處理模塊140相連接。

繼續請參閱圖5，其為本發明的防護裝置的再一個結構示意圖。如圖5所示，其提供另一種傳感器120與處理模塊140的連接方式。在圖5中，防護裝置本體130具有的溝槽131可設置在其中，也就是在頭盔內，並且可在製作頭盔時，就將頭盔中的信號線141一併製作，如此，當內襯墊110需更換時，因頭盔的溝槽131中的信號線141與內襯墊110的通道114中的信號線141並非為一體，便不需將頭盔中的信號線141更換，僅需換掉內襯墊110。而在頭盔上與內襯墊110的信號線141相接處，可設有較大面積的導電區域132，令其可穩定地連續傳輸信號。

承上所述，本發明的感測式護具內襯10及防護裝置100在防護裝置本體130中設置具有拉脹結構的內襯墊110，通過拉脹結構的自適應特性，以令防護裝置100可適應各種不同的使用狀況，並在且內襯墊110上設置傳感器120，以掌握用戶穿戴防護裝置100時的狀況。

以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。