一种人体下肢运动助力装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种人体下肢运动助力装置，包括助力支架和摆动装置，摆动装置与助力支架铰接；摆动装置上设置有摆动装置角速度传感器和/或摆动装置加速度传感器；摆动装置角速度传感器和/或摆动装置加速度传感器连接控制系统，控制系统可控制动力系统驱动助力支架伸展或弯曲。控制系统判断人体的运动意图和运动趋势、进而驱动助力支架伸展或弯曲；传感器较灵敏，可以加快动力系统的相应速度，避免了刚性的助力支架阻碍人体运动意图，提高其与人体运动协调性，有效地解决了运动时各种力对人体传达运动意图的干扰。

Human lower limb movement assisting device

The invention relates to a lower limb movement assist device, which comprises a booster bracket and a swing device, the swing device is hinged with the power device is arranged on the bracket; the swing swing angular velocity sensor and / or swing device acceleration sensor; swing angular velocity sensor and / or swing device acceleration sensor is connected with the control system, the control system can be extended or bending power drive control power system support. The control system to judge the human motion intention and movement trend, thus driving the stretching or bending power support; sensitive sensor, can speed up the corresponding speed of power system, power to avoid the rigid stent hinder human motion intention, and improve the human motion coordination, effectively solve the movement of forces on the human motion intention to convey the.

【技术实现步骤摘要】
一种人体下肢运动助力装置
本专利技术涉及运动助力装置，尤其是一种人体下肢运动助力装置。
技术介绍
可穿戴式外骨骼装置中需要准确实时测量穿戴者下肢运动状况，以感知穿戴者当前运动意图，从而实施相关驱动控制，以实现良好的人机协调及为穿戴者提供运动助力功能。现有技术中，有许多采用足底压力传感器、多个倾角传感器或腰部背部压力传感共同判断穿戴者下肢运动意图，如专利CN200680006514.1、CN201310711420.6、CN201410491075.4等，在穿戴者运动时人机相互作用状况异常复杂，倾角变化难以准确有效反映穿戴者运动姿态，控制系统难以有效实施控制。另一些技术提到采用角度传感器辅助实施控制，如哈尔滨工业大学2011年硕士论文《外骨骼下肢助力机器人技术研究》中提到通过采用航姿传感器测量穿戴者大小腿之间倾角差来计算穿戴者膝关节角度，该方法没有提及测量角速度，也没有提及测量人体下肢角度与外骨骼腿部相对偏差，其结论是穿戴者感觉不适，距离运动助力尚有距离；专利201410491096.6中提到采用角度传感器，安装在足部用来计算小腿杆受力情况，其控制系统获取穿戴者运动意图基于足部、腰部及背部压力传感，该方案控制系统复杂，灵敏度不高，难以达到较好效果；专利CN201180061461.4和US007153242B2中提到每个关节配备有角度传感器，用来测量各个关节的角度，其系统获取穿戴者下肢运动意图则是基于穿戴者操作拐杖的动作，该方法不适合本专利技术所涉及的穿戴者不需要使用拐杖情形。还有一些技术采用角速度传感器探测外骨骼装置腿部运动并实施控制，专利CN201380058337.1提到在外骨骼的腿部安装传感器测量其夹角、夹角变化速度以及相对于重力线的绝对角度。该技术探测的是外骨骼装置的腿部伸展及弯曲变化及变化趋势，并不能探测穿戴者人体运动变化状况，从而也无从得知穿戴者运动意图，该装置难以达到较好的穿戴体验。专利CN201310384919.0提到在外骨骼大腿和小腿处设置角速度陀螺仪，用来测量膝关节弯曲角速度，该方法探测的也是外骨骼装置的膝关节弯曲角速度，无法获知穿戴者运动意图。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种可以及时准确地检测人体腿部相对于助力装置的运动趋势，能够消除人体运动时助力装置与人体之间的相互作用力影响的运动助力装置。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种人体下肢运动助力装置，包括助力支架和摆动装置，所述摆动装置与所述助力支架铰接；所述摆动装置上设置有摆动装置角速度传感器和/或摆动装置加速度传感器；所述摆动装置角速度传感器和/或所述摆动装置加速度传感器连接控制系统，所述控制系统连接动力系统，所述控制系统控制所述动力系统驱动所述助力支架伸展或弯曲。本专利技术的有益效果是：摆动装置上设置有用于将摆动装置固定与人体腿部上的固定装置，使用时,摆动装置通过固定装置与人体的腿部固定连接，因此摆动装置角速度传感器测得的摆动装置的摆动角速度也就是人体的腿部摆动角速度，摆动装置加速度传感器测得的摆动装置的加速度也就是人体的腿部摆动加速度；并将测得的角速度和\或加速度传输给控制系统，控制系统判断人体的运动意图和运动趋势、进而驱动助力支架伸展或弯曲；传感器较灵敏，可以加快动力系统的相应速度，避免了刚性的助力支架阻碍人体运动意图，提高其与人体运动协调性，有效地解决了运动时各种力对人体传达运动意图的干扰。在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。进一步，所述助力支架包括腰部结构、大腿杆、小腿杆和足部结构，所述腰部结构与所述大腿杆的顶端通过髋关节轴连接，所述大腿杆的底端与所述小腿杆的顶端通过膝关节轴连接，所述小腿杆的底部与所述足部结构通过踝关节轴连接；所述动力系统能够在所述控制系统的控制下驱动所述大腿杆和小腿杆的转动；所述摆动装置包括大腿摆杆和/或小腿摆杆，所述摆动装置角速度传感器包括用于测量所述大腿摆杆摆动角速度的大腿摆杆角速度传感器和/或用于测量所述小腿摆杆摆动角速度的小腿摆杆角速度传感器；所述摆动装置加速度传感器包括用于测量所述大腿摆杆摆动加速度的大腿摆杆加速度传感器和/或用于测量所述小腿摆杆摆动加速度的小腿摆杆加速度传感器；所述大腿摆杆的顶部通过所述髋关节轴与所述腰部结构连接；所述小腿摆杆的底部通过所述踝关节轴与所述足部结构连接；所述大腿摆杆角速度传感器安装在所述大腿摆杆上和/或所述小腿摆杆角速度传感器安装在所述小腿摆杆上；所述大腿摆杆加速度传感器安装在所述大腿摆杆上和/或所述小腿摆杆加速度传感器安装在所述小腿摆杆上。采用上述进一步方案的有益效果是：使用时,腰部结构与人体的腰部固定连接，足部结构与人体的脚部固定连接；控制系统通过大腿摆杆角速度传感器和\或小腿摆杆角速度传感器测得的角速度值判断人体的运动意图和运动趋势。进一步，所述摆动装置加速度传感器包括用于测量所述大腿摆杆摆动加速度的大腿摆杆加速度传感器和/或用于测量所述小腿摆杆摆动加速度的小腿摆杆加速度传感器；所述大腿摆杆加速度传感器安装在所述大腿摆杆上；所述小腿摆杆加速度传感器安装在所述小腿摆杆上。采用上述进一步方案的有益效果是：使用时,腰部结构与人体的腰部固定连接，足部结构与人体的脚部固定连接；控制系统通过大腿摆杆加速度传感器和\或小腿摆杆加速度传感器测得的加速度值判断人体的运动意图和运动趋势。进一步，还包括用于测量所述大腿杆与所述大腿摆杆之间相对角度的髋关节轴角度传感器，所述髋关节轴角度传感器安装在所述髋关节轴上；所述髋关节轴角度传感器连接所述控制系统。采用上述进一步方案的有益效果是，髋关节轴角度传感器可以测出大腿杆与大腿摆杆之间的相对角度，也就是人体的大腿与大腿杆之间的相对角度，相对角度的大小能够反映出静止或较慢运动状况下人体腿部于大腿杆协调状况，相对角度大则反映出人体与助力支架协调性不好，控制系统控制驱动系统驱动助力支架伸展或弯曲，尽快调整并减小相对角度；有效的提高了人体与助力支架协调性。进一步，还包括用于测量所述小腿杆与所述小腿摆杆之间夹角的踝关节轴角度传感器，所述踝关节轴角度传感器安装在所述踝关节轴上；所述踝关节轴角度传感器连接所述控制系统。采用上述进一步方案的有益效果是，踝关节轴角度传感器可以测出小腿杆与小腿摆杆之间的相对角度，也就是人体的小腿与小腿杆之间的相对角度，相对角度的大小能够反映出静止或较慢运动状况下人体腿部于小腿杆协调状况，相对角度大则反映出人体与助力支架调性不好，控制系统控制驱动系统驱动助力支架伸展或弯曲，尽快调整并减小相对角度；有效的提高了人体与助力支架协调性。进一步，还包括用于测量所述大腿杆摆动角速度的大腿杆角速度传感器和/或用于测量所述小腿杆摆动角速度的小腿杆角速度传感器，所述大腿杆角速度传感器安装在所述大腿杆上，所述大腿杆角速度传感器连接所述控制系统；所述小腿杆角速度传感器安装在所述小腿杆上，所述小腿杆角速度传感器连接所述控制系统。采用上述进一步方案的有益效果是，大腿杆角速度传感器将测得的大腿杆摆动角速度传输给控制系统，同时，大腿摆杆上的角速度传感器将测得的大腿摆杆摆动角速度传输给控制系统，控制系统通过计算得出大腿杆与大腿摆杆之间的相对角速度；小腿杆角速度传感器将测得的小腿杆摆本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种人体下肢运动助力装置，其特征在于，包括助力支架和摆动装置，所述摆动装置与所述助力支架铰接；所述摆动装置上设置有摆动装置角速度传感器和/或摆动装置加速度传感器；所述摆动装置加速度传感器和所述摆动装置角速度传感器连接控制系统(23)，所述控制系统(23)连接动力系统，所述控制系统(23)控制所述动力系统驱动所述助力支架伸展或弯曲。

【技术特征摘要】
1.一种人体下肢运动助力装置，其特征在于，包括助力支架和摆动装置，所述摆动装置与所述助力支架铰接；所述摆动装置上设置有摆动装置角速度传感器和/或摆动装置加速度传感器；所述摆动装置加速度传感器和所述摆动装置角速度传感器连接控制系统(23)，所述控制系统(23)连接动力系统，所述控制系统(23)控制所述动力系统驱动所述助力支架伸展或弯曲。2.根据权利要求1所述一种人体下肢运动助力装置，其特征在于，所述助力支架包括腰部结构(1)、大腿杆(3)、小腿杆(5)和足部结构(7)，所述腰部结构(1)与所述大腿杆(3)的顶端通过髋关节轴(2)连接，所述大腿杆(3)的底端与所述小腿杆(5)的顶端通过膝关节轴(4)连接，所述小腿杆(5)的底部与所述足部结构(7)通过踝关节轴(6)连接；所述动力系统能够在所述控制系统(23)的控制下驱动所述大腿杆(3)和小腿杆(5)的转动；所述摆动装置包括大腿摆杆(8)和/或小腿摆杆(9)，所述摆动装置角速度传感器包括用于测量所述大腿摆杆摆动角速度的大腿摆杆角速度传感器(10)和/或用于测量所述小腿摆杆摆动角速度的小腿摆杆角速度传感器(11)；所述摆动装置加速度传感器包括用于测量所述大腿摆杆摆动加速度的大腿摆杆加速度传感器(12)和/或用于测量所述小腿摆杆摆动加速度的小腿摆杆加速度传感器(13)；所述大腿摆杆(8)的顶部通过所述髋关节轴(2)与所述腰部结构(1)连接；所述小腿摆杆(9)的底部通过所述踝关节轴(6)与所述足部结构(7)连接；所述大腿摆杆角速度传感器(10)安装在所述大腿摆杆(8)上和/或所述小腿摆杆角速度传感器(11)安装在所述小腿摆杆(9)上；所述大腿摆杆加速度传感器(12)安装在所述大腿摆杆(8)上和/或所述小腿摆杆加速度传感器(13)安装在所述小腿摆杆(9)上。3.根据权利要求2所述一种人体下肢运动助力装置，其特征在于，还包括用于测量所述大腿杆(3)与所述大腿摆杆(8)之间相对角度的髋关节轴角度传感器，所述髋关节轴角度传感器安装在所述髋关节轴(2)上；所述髋关节轴角度传感器连接所述控制系统(23)。4.根据权利要求2所述一种人体下肢运动助力装置，其特征在于，还包括用于测量所述小腿杆(5)与所述小腿摆杆(9)之间夹角的踝关节轴角度传感器，所述踝关节轴角度传感器安装在所述踝关节轴(6)上；所述踝关节轴角度传感器连接所述控制系统(23)。5.根据权利要求2所述一种人体下肢运动助力装置，其特征在于，还包括用于测量所述大腿杆(3)摆动角速度的大腿杆角速度传感器和/或用于测量所述小腿杆(5)摆动角速度的小腿杆角速度传感器，所述大腿杆角速度传感器安装在所述大腿杆(3)上，所述大腿杆...

【专利技术属性】
技术研发人员：余运波，
申请(专利权)人：深圳市肯綮科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东,44