微型气瓶的自动快速放气装置的制作方法

本发明涉及人体安全气囊、救生衣等快速充气系统技术领域，尤其是涉及一种微型气瓶的自动快速放气装置。

背景技术：

随着年龄的增长和机体的衰老，跌倒往往会对老年人的身体带来巨大的损害，有时造成的后果甚至是致命的。跌倒是指突发、不自主、非故意的体位改变，倒在地面或比初始位置更低的平面上。跌倒在老年人群中非常普遍，严重影响了老年人的身体健康和独立生活能力，并造成了老年人心理上的压力和恐惧。在跌倒防护的研究和产品的开发也吸引了大批科技工作者。目前日本千叶大学的田村等(Tamura T,Yoshimura T,Sekine m,Uchida M,Tamura O.A wearable airbag to prevent fall injuries.In:IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine,2009,13:910–914)和在香港中文大学(Shi Guangyi,Cheung Shing Chan,Zhang Guanglie,et al.,Towards a mobile airbag system using MEMS sensor and embedded intelligence.In:International Conference on Robotics and omimetics.2007:634-639)都研究了人体保护气囊系统，但由于技术上等原因都未能推广应用。人体气囊要解决的一个主要技术问题就是快速充气问题，一般研究认为充气系统必须在约500ms以内完成充气，才能达到保护人体的目的。汽车安全气囊技术虽然比较成熟，由于它是靠化学反应产生气体，虽然响应速度很快，但是放气时会放出大量的热和噪音，同时它的气体发生装置体积、重量也较大，不适合应用在人体上。水上救生衣的充气技术也比较成熟，但它们大都是手动控制或用水溶材料自动控制，也不适合用在人体防护气囊上。

充气救生衣广泛适用于客货轮、游艇、军用、水警、水上缉私艇、水上施工作业、海上钻井平台、抗洪救灾、打捞防汛、领航、水文、水利等领域应用。目前充气式救生衣因为携带方便等优点得到广泛应用，但是其充气方式一般都是用力拉动充气装置上的拉绳实现手动控制或水溶性材料自动控制CO2气体充入气囊而产生浮力，这种采用水溶材料的物理状态改变来实现工作的，不可避免地存在以下的缺陷：1、在高温高湿条件下受潮会有失效的风险；2、在-30的温度遇水后由于挡块遇水结冰造成弹簧缓慢释放，使钢瓶不能击穿或击穿不充分；3、水溶性材料为一次使用期限在2～3年，造成充气救生衣的定期检修成本较高。这种充气救生衣很少有电动自动控制的产品，所以其智能程度不高，不能充分享有微电子技术、计算机技术等发展的成果，对产品的可靠性也产生一定的影响。

目前市场上还没有出现专门针对人体安全气囊的放气装置，严重影响了人体防护气囊产品的开发和推广。

技术实现要素：

有鉴如此，有必要针对现有技术中存在的缺陷，提供一种体积小、重量轻、充气速度快及使用不受空间限制的微型气瓶的自动快速放气装置。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种微型气瓶的自动快速放气装置，包括：控制电路、电性连接于所述控制电路的电动舵机、电性连接于所述电动舵机的端面凸轮、连接于所述端面凸轮的刺针、套设于所述刺针上的复位弹簧、接头及气瓶，所述接头相同端面上间隔开设有第一小孔及与所述第一小孔相贯通的第二小孔，所述气瓶通过所述第一小孔固定连接于所述接头上，所述接头上与所述第一小孔相对的端面上还开设有第三小孔，所述刺针设置于所述第三小孔内，且所述第三小孔通过圆柱空腔与所述第一小孔形成通道，且所述第一小孔、第三小孔及所述圆柱空腔所在的圆心在同一水平面；其中：

所述控制电路控制所述电动舵机旋转，所述电动舵机驱动所述端面凸轮转动，所述端面凸轮带动所述刺针压缩所述复位弹簧沿所述圆柱空腔做直线运动，并刺破所述气瓶的瓶口；当所述电动舵机越过所述端面凸轮的最高点后，所述刺针在所述复位弹簧的作用力下返回，所述气瓶内的气体从所述气瓶的瓶口快速放出，实现快速自动放气。

在一些实施例中，还包括连接件，所述连接件与所述电动舵机及所述接头均固定连接。

在一些实施例中，所述控制电路包括升压电路及驱动电路，所述升压电路电性连接于外接电池，所述升压电路用于把所述电池的低电压变换成所述电动舵机需要的电压，所述驱动电路电性连接于微处理器，所述驱动电路用于把所述微处理器的输出信号转化成驱动所述电动舵机的电信号。

在一些实施例中，所述端面凸轮包括一平整的端面及具有光滑曲面的凸面，在所述端面及凸面之间开有带有齿槽的通孔，所述通孔与所述电动舵机轴的齿相配合，当所述电动舵机带动所述端面凸轮转动时，所述刺针的一端沿所述端面凸轮的凸面滑动，从而推动所述刺针沿直线移动。

在一些实施例中，所述端面凸轮的凸面有两个或多个凸起。

在一些实施例中，所述刺针包括两段同心但直径不同的圆柱，其中，直径小的圆柱的顶端呈斜面，直径大的圆柱的顶端呈球面。

在一些实施例中，所述直径大的圆柱的顶端还安装有钢珠。

在一些实施例中，所述直径小的圆柱还开设有从顶端贯穿到侧面的通孔。

在一些实施例中，所述刺针的材料为合金钢。

在一些实施例中，所述气瓶内存储有压缩的液态CO₂。

本发明采用上述技术方案的优点是：

本发明提供的微型气瓶的自动快速放气装置包括控制电路、、电动舵机、、端面凸轮、刺针、复位弹簧、接头及气瓶，所述控制电路控制所述电动舵机旋转，所述电动舵机驱动所述端面凸轮转动，所述端面凸轮带动所述刺针压缩所述复位弹簧沿所述圆柱空腔做直线运动，并刺破所述气瓶的瓶口；当所述电动舵机越过所述端面凸轮的最高点后，所述刺针在所述复位弹簧的作用力下返回，所述气瓶内的气体从所述气瓶的瓶口快速放出，实现快速自动放气，本申请提供的自动快速放气装置体积小、重量轻、充气速度快及使用不受空间限制，适合范围广。

附图说明

图1为本发明实施例提供的微型气瓶的自动快速放气装置结构示意图。

图2为本发明实施例提供的微型气瓶的自动快速放气装置的局部结构示意图。

图3为本发明实施例提供的微型气瓶的自动快速放气装置的接头的结构示意图。

图4为本发明实施例提供的微型气瓶的自动快速放气装置的端面凸轮的结构示意图。

图5为本发明实施例提供的微型气瓶的自动快速放气装置的刺针的结构示意图。

具体实施方式

请参考图1至图5，为本发明实施例提供的一种微型气瓶的自动快速放气装置，包括控制电路110、电性连接于所述控制电路110的电动舵机120、电性连接于所述电动舵机120的端面凸轮130、连接于所述端面凸轮130的刺针140、套设于所述刺针140上的复位弹簧150、接头160及气瓶170。其中：

所述控制电路110包括升压电路111及驱动电路112，所述升压电路111电性连接于外接电池113，所述升压电路111用于把所述电池113的低电压变换成驱动所述电动舵机120需要的电压，所述驱动电路112电性连接于微处理器114，所述驱动电路112用于把所述微处理器114的输出信号转化成驱动所述电动舵机120的电信号。可以理解，由于电动舵机120能够以较小的体积和电压，输出较大的转矩，而且响应非常快，这样为电动舵机120设计了升压电路和驱动电路，解决了电动舵机与电源电压匹配以及电动舵机与微处理器驱动信号的匹配问题，方便了该装置与各种应用系统的连接，可以简化系统设计。

端面凸轮130包括一平整的端面131及具有光滑曲面的凸面132，在所述端面131及凸面132之间开有带有齿槽的通孔133，所述通孔133与所述电动舵机120的轴齿相配合，当所述电动舵机120带动所述端面凸轮130转动时，所述刺针140的一端沿所述端面凸轮130的凸面132滑动，从而推动所述刺针沿直线移动，有效地提高端面凸轮130推动刺针140刺破气瓶170的稳定性。

优选地，所述端面凸轮130的凸面有两个或多个凸起。可以理解，端面凸轮130的凸面132可以有两个或多个凸起，形成多推程，也就是在端面凸轮130旋转一周过程中能推动刺针多次刺破气瓶170，这样能够保证气瓶被完全刺破，提高气体快速放出的可靠度。

所述刺针140包括两段同心但直径不同的圆柱，其中，直径小的圆柱141的顶端呈斜面，直径大的圆柱142的顶端呈球面，且所述刺针140的材料为合金钢。可以理解，在推力一定时，直径小的圆柱141的顶端呈斜面，压强更大，更容易刺破气瓶瓶口的薄膜，而直径大的圆柱142的顶端呈球面，有利于降低与盘形凸轮之间摩擦，减少磨损。

优选地，所述直径大的圆柱142的顶端还安装有钢珠。可以理解，由于所述直径大的圆柱142的顶端还安装有钢珠，这样刺针140和端面凸轮130形成滚动摩擦，能大大减小径向力和磨损，提高机构运行的稳定性。

优选地，所述直径小的圆柱141还开设有从顶端贯穿到侧面的通孔。可以理解，由于刺针140直径小的圆柱141的端面中心开一个孔贯穿到圆柱的侧面，以防止刺针刺破气瓶后卡住而不能顺利放气的问题，当刺针140卡住时，气瓶中的气体就可以从刺针端面孔放出，然后从出气孔放出气体。

所述接头160相同端面上间隔开设有第一小孔161及与所述第一小孔161相贯通的第二小孔162。

其中，所述气瓶170通过所述第一小孔161固定连接于所述接头160上。优选地，所述第一小孔161设置有旋转螺纹，通过旋转螺纹可以实现气瓶170的瓶口和所述第一小孔161的固定连接。

所述接头160上与所述第一小孔161相对的端面上还开设有第三小孔163，所述刺针140设置于所述第三小孔163内，且所述第三小孔163通过圆柱空腔164与所述第一小孔161形成通道，且所述第一小孔161、第三小孔163及所述圆柱空腔164所在的圆心在同一水平面。

优选地，所述第三小孔161的直径大于所述圆柱空腔164的直径但小于所述第一小孔161的直径，这样可以提高整个空间的压强，利于气体快速放出。

可以理解，当所述控制电路110控制所述电动舵机120旋转，所述电动舵机120驱动所述端面凸轮130转动，所述端面凸轮130带动所述刺针140压缩所述复位弹簧150沿所述圆柱空腔164做直线运动，并刺破所述气瓶170的瓶口；当所述电动舵机120越过所述端面凸轮130的最高点后，所述刺针140在所述复位弹簧150的作用力下返回，所述气瓶170内的气体从所述气瓶170的瓶口快速通过所述第二小孔162放出，实现快速自动放气。

优选地，气瓶170主要作用是储存压缩气体。气瓶170里装的是压缩的液态CO₂。可以理解，二氧化碳是一种惰性气体，不可燃、不易爆，相对而言比氢气、氧气稳定，也比较安全，并且其临界温度也明显高于其他压缩气体，故选用压缩的二氧化碳气体作为气源。同时其成本低廉并在市场上非常容易获得，并且有8g、12g、16g、22g等不同的规格，可以满足不同充气要求的场合。

优选地，还包括连接件180，所述连接件180与所述电动舵机120及所述接头160均固定连接。可以理解，由于端面凸轮130带动刺针140刺破气瓶170需要较大的力，自然对电动舵机120的反力也比较大，可以在连接件180上开内螺纹孔来锁紧电动舵机120和接头160的连接，能有效防止松动影响机构的执行。

本发明提供的微型气瓶的自动快速放气装置包括控制电路110、电动舵机120、端面凸轮130、刺针140、复位弹簧150、接头160及气瓶170，所述控制电路110控制所述电动舵机120旋转，所述电动舵机120驱动所述端面凸轮130转动，所述端面凸轮130带动所述刺针140压缩所述复位弹簧150沿所述圆柱空腔164做直线运动，并刺破所述气瓶170的瓶口；当所述电动舵机120越过所述端面凸轮130的最高点后，所述刺针140在所述复位弹簧150的作用力下返回，所述气瓶170内的气体从所述气瓶的瓶口快速放出，实现快速自动放气，本申请提供的自动快速放气装置体积小、重量轻、充气速度快及使用不受空间限制，适合范围广。

此外，本发明使用电动舵机产生动作，实现了放气的电动自动控制，同时设计的控制电路，可以方便与各种微处理器系统的电流、电压、和驱动负载匹配，易实现智能自动控制。

由于，本发明采用电动控制，可以在空中、陆地中使用，当密封较好时还可以在水中使用，使用场合不受限制，适合范围广泛。

另外，本发明使用的零件较少，体积质量都小，不光可以用在设备上，也可以使用在人体使用的便携设备上。

同时，电动舵机因为是经过特殊设计的执行机构，不但转矩大，而且响应非常快。本发明采用电动舵机作为执行部件，在结合发明中设计的其他机构，使上述自动快速放气装置响应速度极快，可以在300ms内放完气体。

当然本发明的微型气瓶的自动快速放气装置还可具有多种变换及改型，并不局限于上述实施方式的具体结构。总之，本发明的保护范围应包括那些对于本领域普通技术人员来说显而易见的变换或替代以及改型。