穿戴式助力系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种穿戴式助力系统，包括穿着部、驱动部和供电单元，本实用新型专利技术的穿戴式助力系统与现有的助力装置相比，具有柔性可穿戴、驱动‑传感一体化的特点。特别是基于EAP软材料研制的驱动器，与传统的电磁式、压电式作动器相比，具有可控变形大、可变自由度多、响应速度快、质量轻、无需传动结构、无噪声、柔性可穿戴等优点。此外，结合EAP材料力电相互转化特性，可反向地将使用者的运动能量实时转化为电能。该系统不仅可以用于智能化单兵装备，还可广泛应用于旅游、消防、康复医疗等民用领域。

Wearable power assist system

The utility model relates to a wearable power assisting system, which comprises a wearing part, a driving part and a power supply unit. Compared with the existing power assisting devices, the wearable power assisting system of the utility model has the characteristics of flexible wearability, driving and sensing integration. Especially, compared with the traditional electromagnetic and piezoelectric actuators, the actuators based on EAP soft materials have the advantages of large controllable deformation, more variable degrees of freedom, fast response, light weight, no transmission structure, no noise, and flexible wearability. In addition, combined with the mechanical and electrical conversion characteristics of EAP materials, the user's kinetic energy can be converted into electrical energy in real time. The system can not only be used for intelligent individual equipment, but also be widely used in tourism, fire fighting, rehabilitation and other civil areas.

【技术实现步骤摘要】
穿戴式助力系统
本技术涉及关节辅助运动
，尤其涉及一种穿戴式助力系统。
技术介绍
进入21世纪以来，虽然世界大环境呈和平态势，但是恐怖主义、宗教叛乱等突发事件越发严重，局部地区战争或武装冲突时有发生，从新世纪初发生的阿富汗战争、科特迪瓦内战到当前的利比亚冲突等重大事件不难看出，现代军事科学与技术的快速发展已使当前武器装备得到了大幅度革新，进而决定性地影响了相关战争或冲突的最终发展态势。然而，由于作战形式与环境的日益复杂化，士兵需满足越来越高的作战要求，包括特殊地形攀爬、野外长距离行进等；另一方面，随着作战装备日趋智能化，士兵随身携带越来越多的电子设备，包括移动通讯终端、多功能侦查器、夜视仪等，这些设备不仅大大增加了单兵负重，而且对移动电源供给提出了更大的挑战。在现代战场上，随着未来单兵机动力、防护力、进攻力和信息力的发展，必然使得单兵负重进一步增加，能源需求进一步加大。因此，无论从全球军事格局还是未来战争形态来看，都对未来单兵装备提出了更高的要求，智能化、多功能性将是未来单兵装备发展的必然趋势，单兵助力设备与能源供给方式的科技创新必将成为单兵野外作战能力大幅度提升的核心推动力。为此，近些年西方国家投入了大量人力、物力与财力开展相关技术研究。例如俄罗斯开发的单兵助力外骨骼样机—“勇士-21”，法国于2011年MILIPOL(国际军警保安器材展)上展出了单兵外骨骼战斗服“大力神”等。各国科研团队研制的单兵助力系统主要以附着在人体四周的“外骨骼系统”为主，这些单兵装备起到了一定的助力作用，但却普遍存在以下致命性缺陷：(1)自由度低、运动匹配性差。绝大部分装备只能支持单一方向运动，而人体的活动是多自由度的，并具有一定的任意性。因此，这些装备严重制约了其助力效果，甚至发挥副作用；(2)系统重量大、能源消耗高。目前见诸报道的各种试验样机，轻者几十公斤，重者达上百公斤，穿戴极其不便，机动性较差，且普遍存在功率消耗大等问题，大大降低了其野外实用性；(3)结构复杂、功能单一。外骨骼系统包含复杂的驱动单元、传动机构、控制线路、电池模块等，大大增加了系统的可靠性风险。此外，该系统仅能提供简单的助力作用，这很难满足当前战局对单兵装备的多功能性、轻便性、可靠性等多要素一体化的要求。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本技术提供一种穿戴式助力系统，该穿戴式助力系统具有柔性可穿戴、驱动传感一体化、质量轻和结构简单等优点，可以有效地克服现有技术中存在的技术问题。本技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种穿戴式助力系统，包括穿着部、驱动部和供电单元，所述穿着部可穿着于使用者关节上下两侧，其包括穿着于关节上侧的第一穿着部和穿着于关节下侧的第二穿着部，所述驱动部的两端分别连接第一穿着部和第二穿着部，当所述供电单元向驱动部供电时，所述驱动部发生形变，并联动地改变第一穿着部和第二穿着部之间的距离，达到对肢体辅助作动的效果。该穿戴式助力系统与现有的助力装置相比，具有柔性可穿戴、驱动-传感一体化、质量轻等优点。进一步地，所述驱动部包括单个或多个柱形介电型EAP驱动器，所述柱形介电型EAP驱动器通电后可输出轴向位移。进一步地，所述柱形介电型EAP驱动器包括压缩弹簧，所述压缩弹簧两端分别安装有端盖，预拉伸的介电型EAP膜卷绕在预压缩状态下的压缩弹簧和端盖上，所述介电型EAP膜两侧覆有柔性电极。在上述方案的基础上，还包换能部、电控装置和储能单元，所述换能部可穿着于使用者的关节外侧，当关节运动时可使换能部发生形变进而产生电能，所述电控装置用于对换能部预先施加初始电压，并控制充电电路通断，最终将换能部产生的电能进行高低压转换后输送至储能单元进行储存。结合柔性可穿戴的换能部，可将使用者的运动能量实时转化为电能为穿戴式助力系统自身或其他随身电子设备正常运行提供能源保障。进一步地，所述换能部包括单个或多个介电型EAP发电单元及第三穿着部，所述介电型EAP发电单元固定在所述第三穿着部上，并通过所述第三穿着部穿着于使用者的关节外侧。进一步地，所述介电型EAP发电单元包括第二介电型EAP薄膜和安装在第二介电型EAP薄膜两侧的第二柔性电极，所述第二柔性电极连接电控装置。进一步地，所述第三穿着部位于所述第一穿着部和所述第二穿着部之间，并通过缝制方式分别连接所述第一穿着部和所述第二穿着部。进一步地，所述驱动部与供电单元之间、所述换能部与电控装置之间分别通过导线连接，所述导线部分包埋于所述第一穿着部或所述第二穿着部内，并从所述第一穿着部或所述第二穿着部集中引出。进一步地，所述柱形介电型EAP驱动器和/或所述介电型EAP发电单元外包覆有绝缘层。本技术的穿戴式助力系统与现有的助力装置相比，具有柔性可穿戴、驱动-传感一体化的特点。特别是基于EAP软材料研制的驱动器，与传统的电磁式、压电式作动器相比，具有可控变形大、可变自由度多、响应速度快、质量轻、无需传动结构、无噪声、柔性可穿戴等优点。结合EAP材料力电相互转化特性，可反向地将使用者的运动能量实时转化为电能，为穿戴式助力系统自身或其他随身电子设备正常运行提供能源保障。本技术的穿戴式助力系统不仅可以用于智能化单兵装备，而且在民用领域可广泛应用于登山、消防、等需要肢体作动的情况，通过辅助肢体作动，有效的降低机体消耗；还可以用于老年人、肢体运动障碍病人进行康复运动，具有很好的发展前景。附图说明图1本技术的穿戴式助力系统结构示意图；图2本技术的柱形介电型EAP驱动器分解结构示意图；图3本技术的介电型EAP发电单元拉伸时的结构示意图；图4本技术的介电型EAP发电单元收缩时的结构示意图；其中，图中的件号表示为：1、柱形介电型EAP驱动器；2、穿着部；3、换能部；4、储能单元；5、供电单元；6、电控装置；7、导线；11、压缩弹簧；12、端盖；13、介电型EAP膜；14、柔性电极；141、电极引线；21、第一穿着部；22、第二穿着部；31、第三穿着部；32、介电型EAP发电单元；321、第二介电型EAP薄膜；322、第二柔性电极；具体实施方式下面将参考附图并结合实施例来详细说明本技术。以下结合附图对本技术的原理和特征进行描述，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。所举实例只用于解释本技术，并非用于限定本技术的范围。如图1所示，穿戴式助力系统用于辅助关节的屈伸，特别是膝关节与肘关节的屈伸。穿戴式助力系统包括穿着部2、驱动部和供电单元5。穿着部2是穿戴式助力系统的承载机构，用于承载驱动部，使其可穿戴于人体上。穿戴部2可跨越地穿着于使用者关节的上下两侧，它包括穿着于关节上侧的第一穿着部21和穿着于关节下侧的第二穿着部22。具体地，第一穿着部21和第二穿着部22用柔性材质制成，为了不阻碍关节运动以及增加穿戴的舒适性，优选使用具有弹性布料制成；第一穿着部21和第二穿着部22可为图1所示的环状物，也可以设计为带状，当为带状时，需要增设有魔术贴或卡扣等连接件，以便于第一穿着部21和第二穿着部22固定于人体上。驱动部是穿戴式助力系统的动力输出机构，驱动部可将电能转换为辅助关节运动的机械能。驱动部的两端分别连接第一穿着部21和第二穿着部22。驱动部通电时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种穿戴式助力系统，其特征在于，包括穿着部(2)、驱动部和供电单元(5)，所述穿着部(2)可穿着于使用者关节上下两侧，其包括穿着于关节上侧的第一穿着部(21)和穿着于关节下侧的第二穿着部(22)，所述驱动部的两端分别连接第一穿着部(21)和第二穿着部(22)，当所述供电单元(5)向驱动部供电时，所述驱动部发生形变，并联动地改变第一穿着部(21)和第二穿着部(22)之间的距离，达到对肢体辅助作动的效果

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式助力系统，其特征在于，包括穿着部(2)、驱动部和供电单元(5)，所述穿着部(2)可穿着于使用者关节上下两侧，其包括穿着于关节上侧的第一穿着部(21)和穿着于关节下侧的第二穿着部(22)，所述驱动部的两端分别连接第一穿着部(21)和第二穿着部(22)，当所述供电单元(5)向驱动部供电时，所述驱动部发生形变，并联动地改变第一穿着部(21)和第二穿着部(22)之间的距离，达到对肢体辅助作动的效果2.根据权利要求1所述的穿戴式助力系统，其特征在于，所述驱动部包括单个或多个柱形介电型EAP驱动器(1)，所述柱形介电型EAP驱动器(1)通电后可输出轴向位移。3.根据权利要求2所述的穿戴式助力系统，其特征在于，所述柱形介电型EAP驱动器(1)包括压缩弹簧(11)，所述压缩弹簧(11)两端分别安装有端盖(12)，预拉伸的介电型EAP膜(13)卷绕在预压缩状态下的压缩弹簧(11)和端盖(12)上，所述介电型EAP膜(13)两侧覆有柔性电极(14)。4.根据权利要求1所述的穿戴式助力系统，其特征在于，还包括换能部(3)、电控装置(6)和储能单元(4)，所述换能部(3)可穿着于使用者的关节外侧，当关节运动时可使换能部(3)发生形变进而产生电能，所述电控装置(6)用于对换能部(3)预先施加初始电压，并控制充电电路通断，最终将换能部(3)产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏飞，李秉洋，张雁，曹莹泽，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：新型
国别省市：北京,11