具有步态控制电路的外骨骼助力装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，包括小腿杆件、凸轮机构、锁定机构、大腿杆件和步态控制电路，还包括复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块。通过在大腿杆件和小腿杆件之间设置凸轮机构，使大腿杆件和小腿杆件实现更贴近人体实际的转动，采用被动式蓄能机构进行助力，根据人体运动信息检测探知人体运动信息意图和助力需求，并控制电液伺服驱动系统输出功率的分配，匹配人体助力需求功率。

Exoskeleton booster with gait control circuit

The utility model discloses an exoskeleton booster with a gait control circuit, which comprises a leg rod, a cam mechanism, a locking mechanism, a leg rod and a gait control circuit, and a resetting mechanism and a restriction structure for preventing the joint from reversing rotation. The gait control circuit comprises an upper computer and a gait information detection mode. Block, servo motor drive module, energy recovery control module, joint drive control module, displacement sensor detection module and pressure sensor detection module. The cam mechanism is set between the thigh bar and the shank bar to make the thigh bar and the shank bar rotate closer to the actual human body. The passive energy storage mechanism is used to assist the movement of the human body. The distribution matches the power of the human body to assist in demand.

【技术实现步骤摘要】
具有步态控制电路的外骨骼助力装置
本技术涉及外骨骼助力，尤其涉及具有步态控制电路的外骨骼助力装置。
技术介绍
外骨骼机器人是一种可穿戴在人体身体外部，并根据人体运动姿态或人脑意念，采用外部能源或便携式能源进行机械助力的主动式机械系统。这种装备在军事领域，可以使士兵携带更多的武器装备，增强士兵的运动能力，有效提高单兵的作战能力；在民用领域，可以广泛应用于登山、旅游、消防、救灾等需要背负沉重物资，而车辆又无法通行的情况；在医疗领域，外骨骼机器人还可以用于辅助残疾人、老年人行走，也可以帮助暂时丧失运动能力的患者进行机能恢复训练。因此，具有很广阔的应用前景。关于主动式外骨骼机器人，比较著名的包括美国洛克希德马丁公司的Hulc下肢外骨骼机器人和RaytheonSarcos公司的Xos2全身外骨骼机器人。当前下肢外骨骼助力机器人大多数采用半拟人化的结构设计，例如针对人体的膝关节运动采用简化的定轴转动副，实际上人体膝关节运动是胫骨和大腿骨在韧带和肌肉带动下，两者相对滑动与转动，因而是变轴转动的；另一方面，理想的外骨骼关节与人体关节两者的转动中心是对齐的，但由于个人关节尺寸存在差异，因而希望设计的外骨骼关节尺寸能够调整，传统的调整机构大多通过螺母锁定，属于有级可调，且需要工具，操作麻烦。另外，仅使用机械元件来实现骨骼助力，比较生硬，无法准确地感知人体的运动趋势，使用费力、不方便。
技术实现思路
为了解决现有技术的缺陷，本技术提供了一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，包括小腿杆件、凸轮机构、锁定机构、大腿杆件和步态控制电路，所述小腿杆件与凸轮机构的一端转动连接，所述锁定机构套设于大腿杆件上用于锁定凸轮机构和大腿杆件之间的相对位置，所述凸轮机构的另一端位于锁定机构与大腿杆件之间且与大腿杆件滑动连接，还包括设置在小腿杆件和大腿杆件之间的复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述复位机构在小腿杆件和大腿杆件接近直立状态时提供回复力；所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块，所述上位机的输出端分别与伺服电机驱动模块、能量回收控制模块及关节驱动控制模块的输入端相连，上位机的输入端分别与步态信息检测模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块输出端相连，所述步态控制电路还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述上位机连接。进一步地，所述复位机构由磁性吸附元件组成。进一步地，还包括设置在大腿杆件与小腿杆件之间的弹性蓄能机构，该弹性蓄能机构在大腿杆件和小腿杆件被动弯曲时蓄能，在大腿杆件和小腿杆件伸直的过程中释放弹力而助力。进一步地，所述弹性蓄能机构为扭簧，所述扭簧安装在关节上，扭簧一端抵在大腿杆件上，另一端抵在小腿杆件上。进一步地，所述弹性蓄能机构为拉簧、压簧或气推杆，所述弹性蓄能机构一端固定在大腿杆件上，另一端通过拉线与小腿杆件连接，所述拉线压在大腿杆件或小腿杆件的关节头上，当关节弯曲时，关节头转动并通过拉线使弹性蓄能机构受力而蓄能。进一步地，还包括调节弹性蓄能机构初始预紧力的调节装置；或所述拉簧、压簧为非线性弹簧；所述大腿杆件和小腿杆件之间设置有限制其转动角度的限位机构。进一步地，所述步态信息检测模块包括足底压力传感器、膝部陀螺仪、无线传输模块和两个分别连接在足底压力传感器与无线传输模块之间、膝部陀螺仪及无线传输模块之间的一号下位机、二号下位机，所述无线传输模块与上位机相连。进一步地，所述能量回收控制模块包括两个结构相同的子模块，两个子模块分别对应包括一号蓄能器和二号蓄能器，所述一号蓄能器连接有一号电磁换向阀和一号液控换向阀、所述二号蓄能器连接有二号电磁换向阀和二号液控换向阀，所述一号液控换向阀和二号液控换向阀均与上位机相连。进一步地，所述凸轮机构包括一体成型的凸轮本体、底座及固定板，所述固定板和凸轮本体位于底座两侧，所述固定板与大腿杆件滑动连接，所述凸轮本体转动中心处固定设有长杆二，所述长杆二的两端与小腿杆件转动连接，所述凸轮本体上位于长杆二外缘处还设有弧形通槽，所述弧形通槽内放置有长杆一，所述长杆一两端与小腿杆件固定连接。实施本技术，具有如下有益效果：(1)本技术提供的助力装置，通过在大腿杆件和小腿杆件之间设置凸轮机构，使大腿杆件和小腿杆件实现更贴近人体实际的转动。(2)该装置采用被动式蓄能机构进行助力，因此相对现有所有液压式、气压式助力技术而言，更简单可靠，并成本低廉，实现轻量化。该装置采用磁性机构实现关节的直立复位和自锁功能，还能采用弹簧或气推杆等蓄能机构，实现关节的被动式助力。(3)本技术具备对下肢外骨骼的力/位混合控制作用，能有效将电液伺服驱动系统的输出与人体行走助力所需的力、速度相匹配，以达到合适的助力效果。本技术能够根据人体运动信息检测探知人体运动信息意图和助力需求，并控制电液伺服驱动系统输出功率的分配，匹配人体助力需求功率。本技术控制电液伺服驱动系统能量回收控制模块的工作模式和工作状态，具备能量实时回收和快速释放的功能，可提高系统能量利用效率。附图说明为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，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它附图。图1是本技术提供的装置的结构示意图；图2是本技术提供的装置的凸轮部分的结构示意图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。实施例：本技术提供了一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，包括小腿杆件1、凸轮机构2、锁定机构3、大腿杆件4和步态控制电路，所述小腿杆件1与凸轮机构2的一端转动连接，所述锁定机构3套设于大腿杆件4上用于锁定凸轮机构2和大腿杆件4之间的相对位置，所述凸轮机构2的另一端位于锁定机构3与大腿杆件4之间且与大腿杆件4滑动连接，还包括设置在小腿杆件1和大腿杆件4之间的复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述复位机构在小腿杆件1和大腿杆件4接近直立状态时提供回复力；所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块，所述上位机的输出端分别与伺服电机驱动模块、能量回收控制模块及关节驱动控制模块的输入端相连，上位机的输入端分别与步态信息检测模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块输出端相连。所述步态控制电路还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述上位机连接。具体的，所述位移传感器检测模块设置在所述大腿杆件4于小腿杆件的连接处，用于感测膝关节的运动趋势，所述压力传感器检测模块设置在所述小腿杆件的底部，用于感测小腿的运动趋势。所述步态信息检测模块用于对所述位移传感器检测模块和压力传感器检测模块检测到的信息进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，其特征在于，包括小腿杆件(1)、凸轮机构(2)、锁定机构(3)、大腿杆件(4)和步态控制电路，所述小腿杆件(1)与凸轮机构(2)的一端转动连接，所述锁定机构(3)套设于大腿杆件(4)上用于锁定凸轮机构(2)和大腿杆件(4)之间的相对位置，所述凸轮机构(2)的另一端位于锁定机构(3)与大腿杆件(4)之间且与大腿杆件(4)滑动连接，还包括设置在小腿杆件(1)和大腿杆件(4)之间的复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述复位机构在小腿杆件(1)和大腿杆件(4)接近直立状态时提供回复力；所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块，所述上位机的输出端分别与伺服电机驱动模块、能量回收控制模块及关节驱动控制模块的输入端相连，上位机的输入端分别与步态信息检测模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块输出端相连，所述步态控制电路还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种具有步态控制电路的外骨骼助力装置，其特征在于，包括小腿杆件(1)、凸轮机构(2)、锁定机构(3)、大腿杆件(4)和步态控制电路，所述小腿杆件(1)与凸轮机构(2)的一端转动连接，所述锁定机构(3)套设于大腿杆件(4)上用于锁定凸轮机构(2)和大腿杆件(4)之间的相对位置，所述凸轮机构(2)的另一端位于锁定机构(3)与大腿杆件(4)之间且与大腿杆件(4)滑动连接，还包括设置在小腿杆件(1)和大腿杆件(4)之间的复位机构和防止关节反向转动的限位结构，所述复位机构在小腿杆件(1)和大腿杆件(4)接近直立状态时提供回复力；所述步态控制电路包括上位机、步态信息检测模块、伺服电机驱动模块、能量回收控制模块、关节驱动控制模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块，所述上位机的输出端分别与伺服电机驱动模块、能量回收控制模块及关节驱动控制模块的输入端相连，上位机的输入端分别与步态信息检测模块、位移传感器检测模块及压力传感器检测模块输出端相连，所述步态控制电路还包括语音控制模块，所述语音控制模块与所述上位机连接。2.根据权利要求1所述的具有步态控制电路的外骨骼助力装置，其特征在于，所述复位机构由磁性吸附元件组成。3.根据权利要求1所述的具有步态控制电路的外骨骼助力装置，其特征在于：还包括设置在大腿杆件(4)与小腿杆件(1)之间的弹性蓄能机构，该弹性蓄能机构在大腿杆件(4)和小腿杆件(1)被动弯曲时蓄能，在大腿杆件(4)和小腿杆件(1)伸直的过程中释放弹力而助力。4.根据权利要求3所述的具有步态控制电路的外骨骼助力装置，其特征在于：所述弹性蓄能机构为扭簧(5)，所述扭簧(5)安装在关节上，扭簧一端抵在大腿杆件上，另一端抵在小腿杆件上。5.根据权利要求3所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑荣才，冯义夫，马慧珍，何茹，孙倩，
申请(专利权)人：海南职业技术学院，
类型：新型
国别省市：海南,46