一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置及评价方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置及评价方法，属于穿戴设备舒适度评价领域，解决了外骨骼舒适度评价无定性，无定量的问题，为日后的快速标准高效的外骨骼舒适性设计提供了科学依据。一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，包括电脑、蓝牙组件、绑带、压力传感器和肌电传感器；绑带用于模拟穿戴设备；压力传感器采集绑带对人体的压力和足底的压力；肌电传感器与人体直接接触，用于采集肌电信号；压力传感器和肌电传感器采集的数据通过蓝牙组件传输到电脑中。基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置的评价方法，通过对穿戴舒适性、运动平衡性、肌肉疲劳度的综合分析，定性定量的评价外骨骼的舒适度。

An Exoskeleton Comfort Evaluation Device and Method Based on Multi-sensor

The invention discloses an exoskeleton comfort evaluation device and evaluation method based on multi-sensor, which belongs to the comfort evaluation field of wearing equipment, solves the problem of indeterminacy and non-quantification of exoskeleton comfort evaluation, and provides a scientific basis for fast, standard and efficient exoskeleton comfort design in the future. An exoskeleton comfort evaluation device based on multi-sensor includes computer, Bluetooth module, bandage, pressure sensor and EMG sensor; bandage is used to simulate wearing equipment; pressure sensor collects the pressure of bandage on human body and plantar pressure; EMG sensor contacts directly with human body to collect EMG signal; data collected by pressure sensor and EMG sensor It is transmitted to the computer through Bluetooth components. Based on the evaluation method of multi-sensor exoskeleton comfort evaluation device, the exoskeleton comfort was qualitatively and quantitatively evaluated by comprehensive analysis of wearing comfort, sports balance and muscle fatigue.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置及评价方法
本专利技术属于穿戴设备舒适度评价
，特别涉及一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置及评价方法。
技术介绍
近年来穿戴式设备得到了科技和产业界的广泛关注。从GoogleGlass到Jowbone手环再到国内的各种软硬件结合的智能硬件，穿戴式设备己开始走出实验室，成为人们日常生活中不可或缺的一个科技类电子产品。可穿戴式外骨骼装备是同时结合了机器的体力和人的智力，并可让人穿戴的人机一体化机械装备，接收指令完成远超个人能力所及的任务。从概念的提出到如今的市场份额与日俱增，外骨骼穿戴设备已经在科技、军事、医疗、增能等领域发挥了巨大的作用。外骨骼装备始终以人为中心的，在这套系统里，机器和人是一种共生的关系。人和无时无刻不在和机器进行着交互，在该个过程中，人需要与机器和谐地安全地舒适地共生，以达到穿戴该设备的工作目的。如何让使用者在穿戴该装备的时候，在生理上有着良好的使用体验，是外骨骼装备设计和使用的一个关键问题。在这里我们提出舒适度的概念来表达这种生理上的良好体验。也就意味着我们要通过客观舒适度评价来衡量舒适度这一概念。面对着越来越智能和复杂的设计需求，以及更多样化的市场需求，亟需一个可参考的舒适度评价标准，来帮助设计者更高效合理地设计产品。与此同时，该舒适度评价体系也可帮助使用者更准确更人性化地提出需求来得到适配他个人的穿戴式装备。
技术实现思路
鉴于以上分析，本专利技术旨在提供一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置及评价方法，解决了外骨骼舒适度评价无定性，无定量的问题，为日后的快速标准高效的外骨骼舒适性设计提供了科学依据。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，包括电脑、蓝牙组件、绑带、压力传感器和肌电传感器；绑带包括外骨骼大腿杆绑带、外骨骼小腿杆绑带和外骨骼腰部绑带，用于模拟穿戴设备；压力传感器包括大腿压力传感器、小腿压力传感器、腰部压力传感器和足底压力传感器，大腿压力传感器、小腿压力传感器和腰部压力传感器用于采集绑带对人体的压力，足底压力传感器用于采集足底的压力；肌电传感器与人体直接接触，用于采集肌电信号；压力传感器和肌电传感器采集的数据通过蓝牙组件传输到电脑中。进一步的，大腿压力传感器、小腿压力传感器和腰部压力传感器通过缝合的方式固定在对应的外骨骼大腿杆绑带、外骨骼小腿杆绑带和外骨骼腰部绑带靠近人体的一侧。进一步的，肌电传感器设有八个，分别分布在左肱二头肌、右肱二头肌、左肱三头肌、右肱三头肌、左臀大肌、右臀大肌、左腓肠肌和右腓肠肌区域。进一步的，足底压力传感器设有三个，分别分布在足趾、前足和足跟区域。一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对大腿压力传感器、小腿压力传感器、腰部压力传感器的数据进行采集、处理，得到穿戴舒适度指标P1；S2.对足底压力传感器的数据进行采集、处理，得到穿戴舒适度指标P2；S3.对肌电传感器的数据进行采集、处理，得到穿戴适度指标P3；S4.取P1、P2、P3的平均值得出穿戴设备综合定量的舒适度。进一步的，舒适度指标P1由下式获得，其中，F为绑带固定在人体上时，绑带对人体产生的压力，由压力传感器采集数据。进一步的，舒适度指标P2由下式获得，P2＝0.5*100*Ssingle_stance+0.5*100*(1-ASI)式中，Ssingle_stance为左、右侧单腿支撑时间的比值，ASI为左、右侧绝对对称性指标。进一步的，Ssingle_stance越接近于1，双腿行走步态相似性越高，步态平衡性越好；Ssingle_stance由下式获得，式中，Tsingle_stance_right为右腿单腿支撑时间，Tsingle_stance_left为左腿单腿支撑时间。进一步的，ASI值越小，双腿行走步态相似，步态平衡性越好；ASI由下式获得，式中，Tsingle_stance_right为右腿单腿支撑时间，Tsingle_stance_left为左腿单腿支撑时间。进一步的，舒适度指标P3由下式获得，式中，RMDF为肌电信号中的中值频率斜率值，RMNF为肌电信号中的平均频率斜率值。与现有技术相比，本专利技术有益效果如下：1)本专利技术的基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，通过该装置能够定性、定量的给出外骨骼机器人的舒适性指标，建立一套规范的舒适度评价体系，填补了外骨骼舒适性评价系统的空白；可以在设计和制作外骨骼批量生产之前，就能够对其样品做舒适性的全面预测，从而指导生产设计与改进。2)通过绑带与压力传感器的配合，对数据进行采集、处理，可得到定量的通过绑带固定的穿戴设备舒适度指标；对足底压力传感器的数据进行采集、处理，可得到定量的脚部穿戴设备舒适度指标；对肌电传感器的数据进行采集、处理，可得到定量的人体肌肉舒适度指标；取P1、P2、P3的平均值得出穿戴设备综合定量的舒适度。本专利技术通过对外骨骼穿戴设备进行穿戴舒适性、运动平衡性、肌肉疲劳度的综合分析，对外骨骼的舒适度进行了准确的综合评价。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及权利要求书中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的附图标记表示相同的部件。图1外骨骼舒适度评价装置示意图；图2外骨骼舒适度评价指标量化流程图；图3行走过程中的足趾、前足和足跟区的压力值曲线；图4肌电信号预处理流程；图5实施例1左脚压力图；图6实施例1右脚压力图。附图标记：1-电脑；2-蓝牙组件；3-外骨骼大腿杆绑带；4-外骨骼小腿杆绑带；5-外骨骼腰部绑带；6-大腿压力传感器；7-小腿压力传感器；8-腰部压力传感器；9-足底压力传感器；10-肌电传感器；11-足跟；12-前足；13-足趾。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，如图1所示，包括电脑1、蓝牙组件2、外骨骼大腿杆绑带3、外骨骼小腿杆绑带4、外骨骼腰部绑带5、大腿压力传感器6、小腿压力传感器7、腰部压力传感器8、足底压力传感器9和肌电传感器10。大腿压力传感器6、小腿压力传感器7和腰部压力传感器8通过缝合的方式固定在对应的外骨骼大腿杆绑带3、外骨骼小腿杆绑带4和外骨骼腰部绑带5靠近人体的一侧；足底压力传感器制作成鞋垫软板样式，置于鞋内，足底压力传感器设有三个，分别分布在足趾13、前足12和足跟11区域；肌电传感器设有八个，分别分布在左肱二头肌、右肱二头肌、左肱三头肌、右肱三头肌、左臀大肌、右臀大肌、左腓肠肌和右腓肠肌区域。大腿压力传感器、小腿压力传感器和腰部压力传感器用于采集绑带对人体的压力，足底压力传感器用于采集足底的压力；肌电传感器与人体直接接触，采集肌电信号；传感器6、7、8、9、10采集的数据通过蓝牙组件传输到电脑中。一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置的评价方法，如图2所示。S1.对大腿压力传感器、小腿压力传感器、腰部压力传本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，其特征在于，包括电脑、蓝牙组件、绑带、压力传感器和肌电传感器；所述绑带包括外骨骼大腿杆绑带、外骨骼小腿杆绑带和外骨骼腰部绑带，用于模拟穿戴设备；所述压力传感器包括大腿压力传感器、小腿压力传感器、腰部压力传感器和足底压力传感器，所述大腿压力传感器、小腿压力传感器和腰部压力传感器用于采集绑带对人体的压力，所述足底压力传感器用于采集足底的压力；所述肌电传感器与人体直接接触，用于采集肌电信号；所述压力传感器和肌电传感器采集的数据通过蓝牙组件传输到电脑中。

【技术特征摘要】
1.一种基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，其特征在于，包括电脑、蓝牙组件、绑带、压力传感器和肌电传感器；所述绑带包括外骨骼大腿杆绑带、外骨骼小腿杆绑带和外骨骼腰部绑带，用于模拟穿戴设备；所述压力传感器包括大腿压力传感器、小腿压力传感器、腰部压力传感器和足底压力传感器，所述大腿压力传感器、小腿压力传感器和腰部压力传感器用于采集绑带对人体的压力，所述足底压力传感器用于采集足底的压力；所述肌电传感器与人体直接接触，用于采集肌电信号；所述压力传感器和肌电传感器采集的数据通过蓝牙组件传输到电脑中。2.根据权利要求1所述的基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，其特征在于，所述大腿压力传感器、小腿压力传感器和腰部压力传感器通过缝合的方式固定在对应的外骨骼大腿杆绑带、外骨骼小腿杆绑带和外骨骼腰部绑带靠近人体的一侧。3.根据权利要求1所述的基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，其特征在于，所述肌电传感器设有八个，分别分布在左肱二头肌、右肱二头肌、左肱三头肌、右肱三头肌、左臀大肌、右臀大肌、左腓肠肌和右腓肠肌区域。4.根据权利要求1-3任一项所述的基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置，其特征在于，所述足底压力传感器设有三个，分别分布在足趾、前足和足跟区域。5.根据权利要求1-4任一项所述的基于多传感器的外骨骼舒适度评价装置的评价方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.对大腿压力传感器、小腿压力传感器、腰部压力传感器的数据进行采集、处理，得到穿戴舒适度指标P1；S2.对足底压力传感器的数据进行采集、处理，得到穿戴舒适度指标P2；S3.对肌电传感器的数据进行采集、处理，得到穿...

【专利技术属性】
技术研发人员：李候，刘昊，吕鑫，李冠呈，王道臣，常远，
申请(专利权)人：北京机械设备研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11