一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖制造技术

本发明专利技术涉及一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，属于助行装置技术领域。本发明专利技术提供的智能拐杖包括拐杖本体和设置在拐杖本体上的小臂和手柄，手柄上内集成有控制模块，拐杖本体上设置有压力传感器模块。本发明专利技术解决了现有智能拐杖对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性存在局限性的问题。本发明专利技术综合压力传感器与陀螺仪两者反馈信息，可有效捕捉人体运动意图，提高了人体步态判定的准确性，为下肢外骨骼助力机器人辅助人体行走提供智能与安全的引导方式。

An intelligent walking stick that guides the walking of a lower extremities exoskeleton robot

The invention relates to an intelligent walking stick to guide the walking of a lower limb exoskeleton power assisted robot, which belongs to the technical field of the walking aid device. The intelligent crutch provided by the invention includes crutches body and small arms and handles arranged on the crutch body. A control module is integrated on the handle, and a pressure sensor module is arranged on the crutch body. The invention solves the problems of the existing intelligent guide control mode of the existing intelligent walking stick to the external skeleton and the limitation of the stability of walking. The invention integrates feedback information from pressure sensors and gyroscopes, which can effectively capture human motion intention, improve the accuracy of human gait determination, and provide intelligent and safe guidance for lower limb exoskeleton assisted robot assisted human walking.

【技术实现步骤摘要】
一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖
本专利技术属于助行装置
，更具体地涉及引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有技术。随着社会不断发展，老年人及下肢残障人士的生活质量越来越受到关注。可穿戴下肢外骨骼机器人作为一种智能装置可辅助人体行走，可改善上述人群的生活质量，是目前机器人研究的热点问题之一。本专利技术设计的智能拐杖，使得外骨骼的穿戴者可以通过双手控制拐杖来引导外骨骼辅助人体行走，将人的运动意图引入到下肢外骨骼助力机器人的控制中，既为外骨骼行走提供引导，同时提供安全防范控制的手段。提升了下肢外骨骼助力机器人行走的稳定性和安全性。在现有技术条件下，用于下肢外骨骼机器人的控制拐杖有其局限性。目前关于智能拐杖的专利有以下几项：申请号为201420297024.3的“能够自动发出摔倒报警信号的拐杖”，依据陀螺仪检测倾角判断是否发出摔倒报警信号的智能拐杖；申请号为201210098831.8的“一种辅助行走的智能拐杖系统”，根据各传感器信息反馈自动调整拐杖位姿的智能拐杖系统；申请号为201510206931.1的“一种外骨骼使用的控制拐杖”，通过压力传感器检测使用者重心位置，控制外骨骼防止使用者摔倒的智能拐杖。上述专利所述智能拐杖均采用各传感器检测使用者相关信息，从而实现辅助人体行走。但人体行走随意性较大，如何将下肢机能衰减或下肢残障人士的行走意图引入到外骨骼辅助行走的控制中难度较大。上述专利未将检测人体姿态与重心位置相结合，侧重于人体失稳检测，对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性，存在局限性。
技术实现思路
为解决现有智能拐杖对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性存在局限性的固有问题，提出一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖。本专利技术提供的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，包括拐杖本体和设置在拐杖本体上小臂和手柄，手柄内集成有控制模块，用于处理信息并判定人体运动意图，引导外骨骼助力机器人的行走轨迹；拐杖本体上还设置有压力传感器模块，用于采集人体重心区域及行走过程中的压力。优选地，上述拐杖本体由第一支撑杆，第二支撑杆和第三支撑杆组合而成；第一支撑杆和第二支撑杆之间通过锁紧套连接；压力传感器模块设置于第二支撑杆和第三支撑杆之间，用于检测人体行走过程中拐杖触地压力。优选地，上述控制模块上设有数据处理模块，用于预先处理拐杖倾角数据，减轻外骨骼主控板任务；控制模块还设有USB接口和电池充电/程序下载模块，为手柄内控制模块电池充电或下载调试程序。优选地，上述控制模块上还设置有陀螺仪模块，用于检测人体行走过程中手臂的摆动角度及智能拐杖的倾角。优选地，上述控制模块上还设置有无线发射模块，用于将数据处理模块的处理结果发送给外骨骼主控板。优选地，上述压力传感器模块包括传感器上固定架，压力传感器，导向柱和传感器下固定架；压力传感器设置于传感器上固定架和传感器下固定架之间；上述传感器上固定架与传感器下固定架通过导向柱连接。优选地，上述第一支撑杆为伸缩式支撑杆。优选地，上述小臂上设置有与小臂铰接的臂套。优选地，上述第第三支撑杆底部设置有脚垫。优选地，上述压力传感器上端与下端分别与传感器上固定架和传感器下固定架通过螺纹连接。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，通过采用压力传感器与陀螺仪来共同判定人体所处步态周期中的相位以及步行状态，用以引导外骨骼机器人完成适宜的助力动作，智能拐杖可提高了人体步态判定的准确性，为下肢外骨骼助力机器人辅助人体行走提供智能与安全的引导方式。2、本专利技术操作方便，实用性强，下肢外骨骼助力机器人的使用者通过智能拐杖，拐杖底部的压力传感器模块检测得出行走过程中的步态周期，用拐杖上的陀螺仪模块测试表达人体的姿态信息，通过实时检测行走时拐杖倾角及拐杖触地压力，获取人体主观上的行走意图，将人引入“控制环路”中，安全准确的引导外骨骼行走。附图说明通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本专利技术的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：图1是本专利技术的实施例的结构示意图。图2是本专利技术的实施例的手柄位置的剖面结构示意图。图3是本专利技术的实施例的压力传感器模块结构示意图。附图标记说明：拐杖本体1，手柄2，小臂3，压力传感器模块101，传感器上固定架1011，第二支撑杆安装孔10111，压力传感器1012，导向柱1013，传感器下固定架1014，第三支撑杆安装孔10141，第一支撑杆102，第二支撑杆103,锁紧套104,第三支撑杆105，脚垫106，控制模块201，数据处理模块2011，USB接口2012，电池充电/程序下载模块2013，陀螺仪模块2014，无线发射模块2015，小臂安装孔202，第一支撑杆安装孔203，臂套301。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本专利技术及其应用或用法的限制。参照图1所示，根据本专利技术的所示出的实施例，提供一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，包括拐杖本体1和设置在拐杖本体上的小臂3和手柄2，拐杖本体1由第一支撑杆102、第二支撑杆103、锁紧套104、压力传感器模块101、第三支撑杆105及脚垫106组成。小臂3上设置有与小臂3铰接的臂套301，手柄2上方设有一个小臂安装孔202，小臂3安装在手柄2上方该小臂安装孔202内，手柄2下方设有一个第一支撑杆安装孔203，第一支撑杆102安装在该第一支撑杆安装孔203内，第一支撑杆102与第二支撑杆103通过锁紧套104固定。第一支撑杆102与第二支撑杆103可根据不同穿戴者调节拐杖高度。传感器上固定架1011上方设有一个第二支撑杆安装孔10111，第二支撑杆102安装在该第二支撑杆安装孔10111内，传感器下固定架1014下方设有一个第三支撑杆安装孔10141，第三支撑杆105安装在该第三支撑杆安装孔10141内，第三支撑杆105下端安装有脚垫106。拐杖本体1内还设置有电源和电源开关，此块电源为智能拐杖电源，设置于手柄2内，电源开关则设置手柄2的外侧。参照图2所示，手柄2内部集成有控制模块201，控制模块201上设有数据处理模块2011，USB接口2012，电池充电/程序下载模块2013，陀螺仪模块2014，无线发射模块2015，其中USB接口安装在手柄端口；陀螺仪模块2014用于测量人体行走过程中拐杖倾角；数据处理模块2011用于预先处理拐杖倾角数据，减轻外骨骼主控板任务；无线发射模块2015用于将数据处理模块2011的处理结果发送给外骨骼主控板；电池充电/程序下载模块2013及USB接口2012为手柄2内控制模块201电池充电或下载调试程序。参照图3所示，压力传感器模块101包括：传感器上固定架1011、压力传感器1012、导向柱1013、传感器下固定架1014。传感器上固定架1011与第二支撑杆103采用螺纹连接，传感器下固定架1014与第三支撑杆105采用螺纹连接，压力传感器1012上端通过3个螺钉与传感器上固定架1011连接，压力传感器1012下端通过3个螺钉与传感器下固定架1014连接，传感器上固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，包括拐杖本体(1)和设置在拐杖本体(1)上小臂(3)和手柄(2)，其特征在于：所述手柄(2)内集成有控制模块(201)，用于处理信息并判定人体运动意图，引导外骨骼助力机器人的行走轨迹；所述拐杖本体(1)上还设置有压力传感器模块(101)，用于采集人体重心区域及行走过程中的压力。

【技术特征摘要】
1.一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，包括拐杖本体(1)和设置在拐杖本体(1)上小臂(3)和手柄(2)，其特征在于：所述手柄(2)内集成有控制模块(201)，用于处理信息并判定人体运动意图，引导外骨骼助力机器人的行走轨迹；所述拐杖本体(1)上还设置有压力传感器模块(101)，用于采集人体重心区域及行走过程中的压力。2.根据权利要求1所述的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，其特征在于：所述拐杖本体(1)由第一支撑杆(102)，第二支撑杆(103)和第三支撑杆(105)组合而成；所述第一支撑杆(102)和第二支撑杆(103)之间通过锁紧套(104)连接；所述压力传感器模块(101)设置于第二支撑杆(103)和第三支撑杆(105)之间，用于检测人体行走过程中拐杖触地压力。3.根据权利要求2所述的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，其特征在于：所述控制模块(201)上设有数据处理模块(2011)，用于预先处理拐杖倾角数据，减轻外骨骼主控板任务；所述控制模块(201)还设有USB接口(2012)和电池充电/程序下载模块(2013)，为手柄(2)内控制模块(201)电池充电或下载调试程序。4.根据权利要求3所述的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，其特征在于：所述控制模块(201)上还设置有陀螺仪模块(2014)，用于检测人体行走过程中手臂的摆动...

【专利技术属性】
技术研发人员：汪步云，许德章，汪志红，
申请(专利权)人：安徽工程大学，芜湖安普机器人产业技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34