一种动态悬吊式体重支持系统技术方案

本发明专利技术涉及康复医疗机器人技术领域，公开了一种动态悬吊式体重支持系统，包括电机驱动装置以及气动肌肉驱动装置；电机驱动装置和气动肌肉驱动装置分别安装于框架上，电机驱动装置设置于悬吊单元的一侧，并通过连接单元与悬吊单元连接，气动肌肉驱动装置设置于悬吊单元的另一侧，并通过连接单元与悬吊单元连接，悬吊单元用于连接使用者，电机检测装置与电机驱动装置连接，气动肌肉检测装置与气动肌肉驱动装置连接，电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置以及气动肌肉检测装置分别与控制器电连接。本发明专利技术具有能提供给人体恒定的减重力，驱动力具备柔性，驱动力控制简单的技术效果。

A dynamic suspended weight support system

The invention relates to the technical field of rehabilitation medical robot, and discloses a dynamic suspended weight support system, which includes a motor driving device and a pneumatic muscle driving device; the motor driving device and the pneumatic muscle driving device are respectively installed on the frame, the motor driving device is arranged on one side of the suspension unit, and is connected with the suspension unit through the connecting unit, and the pneumatic muscle driving device It is arranged on the other side of the suspension unit and connected with the suspension unit through the connection unit. The suspension unit is used to connect the user, the motor detection device is connected with the motor drive device, the pneumatic muscle detection device is connected with the pneumatic muscle drive device, the motor drive device, the pneumatic muscle drive device, the motor detection device and the pneumatic muscle detection device are respectively electrically connected with the controller Answer. The invention has the technical effect of providing constant gravity reduction for human body, flexible driving force and simple driving force control.

【技术实现步骤摘要】
一种动态悬吊式体重支持系统
本专利技术涉及康复医疗机器人
，具体涉及一种动态悬吊式体重支持系统。
技术介绍
目前我国人口老龄化问题日趋严重，残疾人的人口比重越来越大，亟需进行康复医疗的患者也在逐年增加。目前的康复训练主要由专业医师指导，且多在诸如医院等康复场所进行，康复训练过程耗费大量时间与人力，随着机器人技术的发展，越来越多的科研机构开始将机器人技术用于康复训练器材的设计与研发中，其中外骨骼正是一种典型的助力装置。协助外骨骼助力的动态悬吊装置，通过绳索连接使用者，具有动态减重甚至使人脱离地面的能力。目前的减重悬吊系统，一种是只采用单个驱动，或加入弹簧等弹性元件作为被动的减重方式，这样由于人体重心的不断变化，造成惯性力不断变化，致使减重力不断变化，无法在人体运动时提供近似恒定的拉力，不能给使用者舒适的体验。还有一种是双驱动悬吊系统，这种系统需要同时考虑位置反馈与力反馈，控制难度大大增加，并且系统容易出现不稳定的情况。而且电机系统的柔顺性差，一般需要弹性元件辅助，这又造成了控制上的难题。因此需要这样一种体重支持系统，能够精确控制提供给使用者的减重力，同时具有一定的柔顺性，不产生过度的拉拽力，同时降低对于减重力的控制难度，并且针对不同身高体重的使用者均能提供不同的助力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述技术不足，提供一种动态悬吊式体重支持系统，解决现有技术中悬吊系统减重力稳定性差、柔顺性差、控制难度大的技术问题。为达到上述技术目的，本专利技术的技术方案提供动态悬吊式体重支持系统，包括电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置、气动肌肉检测装置、控制器、悬吊单元、连接单元以及框架；所述电机驱动装置和气动肌肉驱动装置分别安装于所述框架上，所述电机驱动装置设置于所述悬吊单元的一侧，并通过所述连接单元与所述悬吊单元连接，所述气动肌肉驱动装置设置于所述悬吊单元的另一侧，并通过所述连接单元与所述悬吊单元连接，所述悬吊单元用于连接使用者，所述电机检测装置与所述电机驱动装置连接，所述气动肌肉检测装置与所述气动肌肉驱动装置连接，所述电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置以及气动肌肉检测装置分别与所述控制器电连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果包括：本专利技术使用气动肌肉驱动装置和电机驱动装置作为驱动，双驱动的设计能够提供给人体恒定的减重力，同时，气动肌肉提供的驱动力具备一定的柔性，无需再使用其他柔性元件，使得系统提供的减重力柔顺性更好，提高人体的舒适度和体验感。同时通过气动肌肉检测装置和电机检测装置分别对电机驱动装置和气动肌肉驱动装置进行检测，双驱动的分开检测，使得其检测更方便，控制上也更容易。附图说明图1是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统一实施方式的整理结构示意图；图2是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统的连接单元一实施方式的结构示意图；图3是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统的电机驱动装置图一实施方式的局部结构示意图；图4是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统的气动肌肉驱动装置图一实施方式的局部结构示意图；图5是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统一实施方式的物理结构框图；图6是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统一实施方式的数学模型示意图；图7是本专利技术提供的动态悬吊式体重支持系统一实施方式的阻抗控制流程图。附图标记：1、电机驱动装置，11、电机，12、减速器，13、联轴器，14、轴承，15、滚筒，16、安装架，17、铜柱，2、气动肌肉驱动装置，21、气动肌肉，22、连接头，3、电机检测装置，31、第一力传感器，4、气动肌肉检测装置，41、第二力传感器，42、位移传感器，43、连接板，44、固定座，5、悬吊单元，51、拉索，6、连接单元，61、第一滑轮，62、第二滑轮，63、第三滑轮，64、第四滑轮，65、第五滑轮，66、第六滑轮，67、绳索，7、框架，81、滑轨，82、滑块，10、使用者。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术的实施例1提供了动态悬吊式体重支持系统，以下简称本系统，包括电机驱动装置1、气动肌肉驱动装置2、电机检测装置3、气动肌肉检测装置4、控制器、悬吊单元5、连接单元6以及框架7；所述电机驱动装置1和气动肌肉驱动装置2分别安装于所述框架7上，所述电机驱动装置1设置于所述悬吊单元5的一侧，并通过所述连接单元6与所述悬吊单元5连接，所述气动肌肉驱动装置2设置于所述悬吊单元5的另一侧，并通过所述连接单元6与所述悬吊单元5连接，所述悬吊单元5用于连接使用者10，所述电机检测装置3与所述电机驱动装置1连接，所述气动肌肉检测装置4与所述气动肌肉驱动装置2连接，所述电机驱动装置1、气动肌肉驱动装置2、电机检测装置3以及气动肌肉检测装置4分别与所述控制器电连接。本专利技术实施例采用气动肌肉驱动装置2和电机驱动装置1提供双驱动力，电机驱动装置1作为主要的悬吊力输出器，柔性的气动肌肉驱动装置2作为调节器，适应人体运动时重心的摆动，主要用于康复训练中提供给人体恒定的支撑力。使用者10连接悬吊单元5，电机驱动装置1与气动肌肉驱动装置2均通过连接单元6连接于悬吊单元5，从而提供给使用者10一定的支撑力，人体进行康复运动时，控制器通过改变气动肌肉驱动装置2的伸缩长度，适应人体运动时的重心上下变化，保持连接单元6上的拉力，即提供给使用者10的支持力为恒定值。选用气动肌肉驱动装置2作为辅助驱动装置，由于气动肌肉驱动装置2提供的驱动力具备一定的柔性，不产生过度的拉拽力，因此无需再使用其他柔性元件，也使得本系统提供的减重力柔顺性更好，从而提高人体的舒适度和体验感。同时，气动肌肉驱动装置2的结构简单，控制容易。气动肌肉驱动装置2不工作时，还可当做静态的悬吊系统使用，可视为具有一定柔性的静态悬吊系统，即只具有将人体拉起的效果。电机检测装置3用于检测电机驱动装置1的力与位置，气动肌肉检测装置4用于检测气动肌肉驱动装置2的力与位置，电机驱动装置1与气动肌肉驱动装置2分别检测，使得检测更加方便，也使得控制更加简单。使用时，首先通过电机驱动装置1大范围调节悬吊单元5的高度，使得悬吊单元5降低，方便使用者10穿戴好连接装置，并与悬吊单元5连接到一起。之后电机驱动装置1调节到连接单元6拉紧，达到预紧的效果。控制器控制电机驱动装置1和气动肌肉驱动装置2同时协调运行，实现动态悬吊效果。本专利技术在采用电机驱动装置1作为大范围位置调节的基础上，使用气动肌肉驱动装置2作为第二个驱动解决了现有技术中柔顺性恒定力兼顾难以及控制难度高的问题，使用刚性驱动装置辅以柔性驱动装置，在人体运动时，提供给人体恒定的支持力以完成康复训练内容。同时，双驱动的分别检测，降低了检测和控制的难度。优选的，如图2、图3所示，所述连接单元6包括绳索67、第一滑轮组本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种动态悬吊式体重支持系统，其特征在于，包括电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置、气动肌肉检测装置、控制器、悬吊单元、连接单元以及框架；/n所述电机驱动装置和气动肌肉驱动装置分别安装于所述框架上，所述电机驱动装置设置于所述悬吊单元的一侧，并通过所述连接单元与所述悬吊单元连接，所述气动肌肉驱动装置设置于所述悬吊单元的另一侧，并通过所述连接单元与所述悬吊单元连接，所述悬吊单元用于连接使用者，所述电机检测装置与所述电机驱动装置连接，所述气动肌肉检测装置与所述气动肌肉驱动装置连接，所述电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置以及气动肌肉检测装置分别与所述控制器电连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种动态悬吊式体重支持系统，其特征在于，包括电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置、气动肌肉检测装置、控制器、悬吊单元、连接单元以及框架；
所述电机驱动装置和气动肌肉驱动装置分别安装于所述框架上，所述电机驱动装置设置于所述悬吊单元的一侧，并通过所述连接单元与所述悬吊单元连接，所述气动肌肉驱动装置设置于所述悬吊单元的另一侧，并通过所述连接单元与所述悬吊单元连接，所述悬吊单元用于连接使用者，所述电机检测装置与所述电机驱动装置连接，所述气动肌肉检测装置与所述气动肌肉驱动装置连接，所述电机驱动装置、气动肌肉驱动装置、电机检测装置以及气动肌肉检测装置分别与所述控制器电连接。


2.根据权利要求1所述的动态悬吊式体重支持系统，其特征在于，所述连接单元包括绳索、第一滑轮组以及第二滑轮组；
所述绳索的一端穿过所述悬吊单元，并绕过所述第一滑轮组后与所述电机驱动装置连接，所述绳索的另一端绕过所述第二滑轮组后与所述气动肌肉驱动装置连接。


3.根据权利要求2所述的动态悬吊式体重支持系统，其特征在于，所述电机检测装置包括第一力传感器以及编码器；
所述第一滑轮组包括承重滑轮，所述第一力传感器安装于所述框架上，所述承重滑轮压设于所述第一力传感器上，所述绳索绕设于所述承重滑轮上并朝所述第一力传感器施加压力；所述编码器安装于所述电机驱动装置上，所述第一力传感器以及编码器分别与所述控制器电连接。


4.根据权利要求2所述的动态悬吊式体重支持系统，其特征在于，所述气动肌肉检测装置包括第二力传感器以及位移传感器；
所述第二力传感器的一端固定于所述框架上，所述第二力传感器的另一端与所述气动肌肉驱动装置连接，所述位移传感器固定于所述框架上，所述位移传感器的移动端与所述气动肌肉驱动装置的移动端连接，并跟随所述气动肌肉驱动装置同步移动，所述第二力传感器以及位移传感器分别与所述控制器电连接。


5.根据权利要求4所述的动态悬吊式体重支持系统，其特征在于，所述位移传感器固定于所述框架上，所述框架上还安装有滑轨，所述位移传感器以及所述滑轨均沿所述气动肌肉驱动装置的伸...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑，霍军，涂细凯，茹宏格，
申请(专利权)人：华中科技大学鄂州工业技术研究院，华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42