腰背助力外骨骼系统及其助力方法技术方案

本发明专利技术提供一种腰背助力外骨骼系统，包括：背部穿戴装置、背部连接带、控制器、驱动装置、腰部穿戴装置、大腿连接带、大腿穿戴装置和检测装置；所述连接带至少部分为弹性区域，所述检测装置检测使用者身体状态或运动意图，所述控制器控制所述驱动装置收进或放出所述连接带。本发明专利技术还提供一种腰背助力方法。本发明专利技术提供的腰背助力外骨骼系统和助力方法能够对腰背部提供助力，刚性结构少，体积小，重量轻，便于穿戴和使用。

The lumbar and back assisted exoskeleton system and its assisting methods

The invention provides a back exoskeleton system, including: back, back, a wearable device connected with controller, driving device, wearable device, waist belt, thigh thigh connected wearable devices and detection devices; connected with at least part of the elastic region, the detecting device detects the user's body condition or movement intention the controller controls the drive into or out of the connecting belt. The invention also provides a method of supporting the back of the waist. The waist and back assisted exoskeleton system and assistance method provided by the invention can provide assistance to the waist and back, with less rigid structure, small volume and light weight, and is convenient for wearing and using.

【技术实现步骤摘要】
腰背助力外骨骼系统及其助力方法
本专利技术涉及医疗器械
，尤其涉及一种腰背助力外骨骼系统及其助力方法。
技术介绍
当前社会腰背部的疾病例如腰肌劳损、腰间盘突出等呈现出低龄化的趋势，尤其是需要长时间或者频繁弯腰的人群，需要一种减轻腰背部负担的装置降低患腰背部疾病的风险；例如中国专利公开号为CN106821682A的专利，提出了一种可穿戴式腰部助力装置，通过舵机和扭簧配合在髋关节处输出扭力，达到助力的目的；又如中国专利公开号为CN206416160U的专利，提出一种气动外骨骼助力装置，利用动力气缸对腰背部实施助力。现有技术中的腰部助力装置，实际上只在髋关节输出扭力，并没有对腰部和背部明显助力，且以刚性结构为主，重量大，仿生性差。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种腰背助力外骨骼系统及其助力方法，解决现有技术中腰部助力装置重量大、仿生性差的问题。本专利技术提供一种腰背助力外骨骼系统，包括：穿戴装置、控制器、编码器、驱动装置、连接带和检测装置；所述穿戴装置包括穿戴在使用者腰部的腰部穿戴装置和穿戴在使用者背部或大腿部的背部穿戴装置或大腿穿戴装置，所述控制器和所述驱动装置通过所述穿戴装置穿戴在使用者腰部，所述连接带的一端与所述背部或大腿穿戴装置连接，所述连接带的另一端和所述驱动装置固定连接；所述连接带至少部分为弹性区域，所述检测装置检测使用者身体状态或运动意图，所述编码器设置在所述驱动装置中，所述编码器检测所述驱动装置收进或放出所述连接带的长度，所述控制器控制所述驱动装置收进或放出所述连接带。本专利技术还提供一种所述腰背助力外骨骼系统的腰背助力方法，包括以下步骤：步骤1，将所述穿戴装置穿戴在使用者对应部位；步骤2，所述检测装置将检测到的数据作为反馈信号传输至所述控制器，所述控制器根据所述反馈信号判断使用者开始进入弯腰过程或起身过程；步骤3，所述控制器根据判断结果控制所述驱动装置收进或放出所述连接带；步骤4，所述编码器检测所述驱动装置收进或放出所述连接带的长度并发送至所述控制器；步骤5，当所述连接带的长度达到预设的固定值时，所述控制器控制所述驱动装置停止收进或放出所述连接带。本专利技术相较于现有技术的有益效果为：所述连接带的两端分别与所述背部或大腿穿戴装置和所述驱动装置固定连接，所述连接带至少部分为弹性区域，能够对腰背部提供助力，减少刚性结构，重量轻，穿戴和使用方便。进一步的，所述连接带至少部分区域为非弹性区域，所述非弹性区域与所述驱动装置连接，避免由于连接带在与所述驱动装置连接的位置被收进或放出所述驱动装置时产生弹性伸缩，影响所述编码器检测所述驱动装置收进或放出所述连接带长度的准确性。进一步的，所述检测装置包括负荷传感器，所述负荷传感器两端分别连接有弹性细线，所述弹性细线固定在所述弹性区域上，所述负荷传感器能够准确的检测出连接带中的力的大小，检测结果可作为反馈信号实现闭环控制，当所述连接带受力过大时可及时反馈，所述控制器可根据所述反馈信号判断使用者开始进入弯腰或起身过程，及时控制产生助力辅助使用者弯腰或起身。进一步的，所述检测装置包括负荷传感器，所述负荷传感器具有弹性，所述负荷传感器固定在所述弹性区域上，所述负荷传感器能够准确的检测出连接带中的力的大小，检测结果可作为反馈信号实现闭环控制，当所述连接带受力过大时可及时反馈，此外，所述控制器还可根据所述反馈信号判断使用者开始进入弯腰或起身过程，及时控制放出或收进所述连接带。进一步的，所述检测装置包括惯性传感器，所述惯性传感器设置于使用者上身部分，所述惯性传感器检测使用者上身加速度的方向，所述控制器根据所述惯性传感器检测的数据判断使用者开始进入弯腰或起身过程，所述控制器可精确判断使用者运动状态，及时控制产生助力辅助使用者弯腰或起身。进一步的，所述检测装置包括空气压力计，所述空气压力计具有气管，所述气管延伸至使用者口部，所述空气压力计检测使用者口中气压变化，所述控制器根据所述空气压力计检测的数据判断使用者开始进入弯腰或起身过程，由此使用者可以根据实际情况通过吸气或呼气自主和方便的控制所述腰背助力外骨骼系统产生助力。进一步的，所述检测装置包括压力传感器，所述压力传感器设置在使用者口中并检测受到的压力，所述控制器根据所述压力传感器检测的数据判断使用者是否开始进入起身过程，由此使用者可以根据实际情况通过做出咬合动作自主和方便的控制所述腰背助力外骨骼系统助力的产生。进一步的，所述驱动装置包括驱动电机和滚轮，所述驱动电机通过行星轮结构传递动力带动所述滚轮转动，所述连接带一端固定并缠绕在所述滚轮上，所述滚轮为中空结构，所述驱动电机设置于所述滚轮内部,节省空间，减小驱动装置的体积。进一步的，所述驱动装置还具有外板，所述外板上设置有传感器，所述传感器上设置有导向轮，所述连接带绕过所述导向轮，当所述驱动装置收进所述连接带时，所述连接带绷紧并与所述导向轮接触产生压力，所述传感器检测所述压力作为反馈信号发送至所述控制器，当所述力过大时可及时反馈，此外，所述控制器还可根据所述反馈信号判断使用者开始进入弯腰或起身过程，及时控制产生助力辅助使用者弯腰或起身。进一步的，所述传感器上设置有两个导向轮，所述连接带穿过所述两个导向轮中间，使所述连接带能够固定在所述导向轮上并与所述导向轮接触产生力，提高所述传感器检测所述压力的准确性。进一步的，所述大腿连接带呈倒Y型，所述大腿连接带下端分别与使用者两条大腿上的所述大腿穿戴装置固定连接，使所述驱动装置在两条大腿上同时产生驱动力，对腰部的助力效果更好。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为腰背助力外骨骼系统示意图；图2a为背部连接带第一面示意图；图2b为背部连接带第二面示意图；图2c为大腿连接带第一面示意图；图2d为大腿连接带第二面示意图；图3为带有弹性细线的负荷传感器示意图；图4为弹性负荷传感器示意图；图5为动力装置爆炸示意图；图6为主动轮和被动轮通过齿相互啮合连接示意图；图7为中空滚轮和行星轮结构示意图；图8a和图8b为多种滚轮结构示意图；图9为导向轮示意图；图10为腰背助力外骨骼系统控制流程图；图11为腰背助力外骨骼系统在使用者移动重物过程中的助力流程图。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术所述连接的方式包括固定连接、通过柔性或半柔性管或线连接、依靠摩擦力接触连接、插拔连接、无线连接或其它现有技术包含的连接方式，所述固定连接的方式包括铰接、缠绕连接、螺栓、销钉连接、弹性卡扣、魔术贴或其它现有技术包含的固定连接方式。本专利技术所述使用者身体包括助力关节、助力关节的固定端和助力关节的自由端，助力关节为使用者身体上至少部分借助外部能量完成屈曲或前伸的关节，所述助力关节屈曲或前伸时，所述助力关节本文档来自技高网...

【技术保护点】
腰背助力外骨骼系统，包括：穿戴装置、控制器、编码器、驱动装置、连接带和检测装置；所述穿戴装置包括穿戴在使用者腰部的腰部穿戴装置和穿戴在使用者背部或大腿部的背部穿戴装置或大腿穿戴装置，所述控制器和所述驱动装置通过所述穿戴装置穿戴在使用者腰部，所述连接带的一端与所述背部或大腿穿戴装置连接，所述连接带的另一端和所述驱动装置固定连接；其特征在于，所述连接带至少部分为弹性区域，所述检测装置检测使用者身体状态或运动意图，所述编码器设置在所述驱动装置中，所述编码器检测所述驱动装置收进或放出所述连接带的长度，所述控制器控制所述驱动装置收进或放出所述连接带。

【技术特征摘要】
1.腰背助力外骨骼系统，包括：穿戴装置、控制器、编码器、驱动装置、连接带和检测装置；所述穿戴装置包括穿戴在使用者腰部的腰部穿戴装置和穿戴在使用者背部或大腿部的背部穿戴装置或大腿穿戴装置，所述控制器和所述驱动装置通过所述穿戴装置穿戴在使用者腰部，所述连接带的一端与所述背部或大腿穿戴装置连接，所述连接带的另一端和所述驱动装置固定连接；其特征在于，所述连接带至少部分为弹性区域，所述检测装置检测使用者身体状态或运动意图，所述编码器设置在所述驱动装置中，所述编码器检测所述驱动装置收进或放出所述连接带的长度，所述控制器控制所述驱动装置收进或放出所述连接带。2.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述连接带至少部分区域为非弹性区域，所述非弹性区域与所述驱动装置连接。3.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述检测装置包括负荷传感器，所述负荷传感器两端分别连接有弹性细线，所述弹性细线固定在所述弹性区域上，所述负荷传感器检测所述弹性区域力的大小。4.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述检测装置包括负荷传感器，所述负荷传感器具有弹性，所述负荷传感器固定在所述弹性区域上，所述负荷传感器检测所述弹性区域力的大小。5.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述检测装置包括惯性传感器，所述惯性传感器设置在使用者上身部分，所述惯性传感器检测使用者上身加速度的方向。6.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述检测装置包括空气压力计，所述空气压力计具有气管，所述气管延伸至使用者口部，所述空气压力计检测使用者口中气压值。7.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述检测装置包括压力传感器，所述压力传感器设置于使用者口中，所述压力传感器检测受到的压力值。8.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述驱动装置包括驱动电机和滚轮，所述驱动电机通过行星轮结构传递动力带动所述滚轮转动，所述连接带一端固定并缠绕在所述滚轮上，所述滚轮为中空结构，所述驱动电机设置于所述滚轮内部。9.如权利要求1所述腰背助力外骨骼系统，其特征在于，所述驱动装置还具有外板，所述外板上设置有传感器，所述传感器上设置有导向轮，所述连接带绕过所述导向轮，当所述驱动装置收进所述连接带时，所述连接带绷紧并与所述导向轮接触产生压力，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹刚刚，王吴东，
申请(专利权)人：上海司羿智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31