自供电握力测量装置

本发明涉及握力测量装置，具体地，涉及一种自供电握力测量装置。

背景技术：

1、握力是与肌肉力量、一系列疾病、全因死亡率、术后康复程度、大脑健康相关的重要指标。医学研究表明，对于无症状的健康参与者以及有肌肉骨骼、神经、关节炎、儿科或全身疾病的患者，握力评估是一种可靠且有效的评估健康的程序。所以有必要通过快速、可靠、廉价、简单的握力评估方式来监测健康者或者部分患者的握力，以更好地监测潜在的病情及治疗和康复程度。

2、目前最广泛的握力测试方法是使用jamar液压测力仪，记录三次抓握过程中最大握力的平均值作为结果。jamar是mathiowetz等人对成人和儿童进行规范性握力研究中使用的工具，但其稳健性存疑、需要定期校准且分辨率和灵敏度较低，不适于测量虚弱的个体的握力，例如老人或者中风后或手术术后握力低于1公斤的患者。

3、为解决jamar测力仪的灵敏度和稳健性等问题，michael mace等人设计出一种基于称重传感器的新式握力测试计，具有很高的灵敏度(0.062±0.015kg)和鲁棒性(从1.5米的高度坠落30次，没有明显的性能下降)。为解决特殊人群个性化握力监测的需求，zhang等人提出了一种基于石墨烯压阻效应的智能球传感器，首次考虑了手和球之间的接触面积对握力的影响，具有价格低廉、便携且小型化的特点。但基于工作原理的局限性，以上两种测力仪都需要定期更换电池等外部电源，所以测力仪的持续可靠运行将受到限制。

技术实现思路

1、针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种自供电握力测量装置。

2、根据本发明提供的一种自供电握力测量装置，包括：机械测量单元、自供电传感单元和运算单元；

3、所述机械测量单元包括运动测量部，所述自供电传感单元包括压电传感装置，所述压电传感装置设置在所述运动测量部的运动区间；所述自供电传感单元与所述运算单元电连接。

4、优选地，所述运动测量部包括动夹具和定夹具，所述机械测量单元还包括固定底座、支撑件、滑轨、滑块；

5、所述定夹具的底部沿竖直方向固定安装所述固定底座上，所述支撑件沿竖直方向安装在所述固定底座上，所述滑轨的一端固定在所述支撑件上，另一端通过所述定夹具进行固定，所述滑块沿竖直方向滑动设置在所述滑轨上，所述动夹具安装在所述滑块上。

6、优选地，所述压电传感装置包括压电元件，所述自供电传感单元还包括力学超材料元件；

7、所述力学超材料元件为具有非线性力学响应的多孔阵列结构，所述压电元件嵌入所述力学超材料元件的孔结构中，所述力学超材料元件固定设置在所述定夹具和所述动夹具之间。

8、优选地，所述压电元件设置在所述力学超材料元件左侧或右侧中间的孔结构中。

9、优选地，所述定夹具和动夹具上均设置有人体工学手柄端。

10、优选地，所述运算单元包括学习处理单元和gui演示界面；

11、所述学习处理模块的训练数据集选用静力机在不同压缩量下以不同的速度对自供电传感单元进行加载和卸载得到的力学超材料元件所受的外力数据和压电元件输出的开路电压数据。

12、优选地，所述力学超材料元件的孔结构为圆孔。

13、优选地，所述动夹具、定夹具、支撑件采用铝合金材料制作，所述滑轨和滑块采用不锈钢材料制作。

14、优选地，所述力学超材料元件采用柔性材料聚二甲硅氧烷。

15、优选地，所述压电元件采用柔性压电材料聚偏氟乙烯。

16、与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

17、1、本发明利用压电传感装置的正压电效应，将握力信号转换为电信号，解决了现有基于压阻效应的电子握力器需要依赖外部电源进行持续运行等缺陷，所设计的装置可以利用自身俘获的电信号进行握力评估。

18、2、本发明基于力学超材料的复杂非线性力学响应进行设计，超材料易通过压电材料产生具有复杂特征的电信号，通过运算单元构建力信号和电信号的对应关系，可以测量最大握力且重构握力曲线，提供握力测量者握力的更多信息，解决现有液压式和机械弹簧式握力器功能单一等问题。

19、3、本发明利用柔性压电材料对应变率敏感的特点，可反映握力测量者抓握速度的快慢，为医生提供关节灵活性等重要的康复程度信息。

20、4、本发明结构紧凑，实用性强，且力学超材料的力学响应可以按需进行调节，相比常见的握力测量装置具有更多的握力评估功能。

21、本发明的其他有益效果，将在具体实施方式中通过具体技术特征和技术方案的介绍来阐述，本领域技术人员通过这些技术特征和技术方案的介绍，应能理解所述技术特征和技术方案带来的有益技术效果。

技术特征：

1.一种自供电握力测量装置，其特征在于，包括：机械测量单元(1)、自供电传感单元(2)和运算单元；

2.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述运动测量部包括动夹具(103)和定夹具(102)，所述机械测量单元(1)还包括固定底座(101)、支撑件(106)、滑轨(105)、滑块(104)；

3.根据权利要求2所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述压电传感装置包括压电元件(202)，所述自供电传感单元(2)还包括力学超材料元件(201)；

4.根据权利要求3所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述压电元件(202)设置在所述力学超材料元件(201)左侧或右侧中间的孔结构中。

5.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述定夹具(102)和动夹具(103)上均设置有人体工学手柄端。

6.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述运算单元包括学习处理单元和gui演示界面；

7.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述力学超材料元件(201)的孔结构为圆孔。

8.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述动夹具(103)、定夹具(102)、支撑件(106)采用铝合金材料制作，所述滑轨(105)和滑块(104)采用不锈钢材料制作。

9.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述力学超材料元件(201)采用柔性材料聚二甲硅氧烷。

10.根据权利要求1所述的自供电握力测量装置，其特征在于，所述压电元件(202)采用柔性压电材料聚偏氟乙烯。

技术总结
本发明提供了一种自供电握力测量装置，包括：机械测量单元、自供电传感单元和运算单元；所述机械测量单元包括运动测量部，所述自供电传感单元包括压电传感装置，所述压电传感装置设置在所述运动测量部的运动区间；所述自供电传感单元与所述运算单元电连接。本发明利用压电传感装置的正压电效应，将握力信号转换为电信号，解决了现有基于压阻效应的电子握力器需要依赖外部电源进行持续运行等缺陷，所设计的装置可以利用自身俘获的电信号进行握力评估。

技术研发人员：谭婷,陈莹花,李天润
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12