一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置及方法，包括固定于减重车车体的腰撑组件；所述的腰撑组件与下肢外骨骼机器人上端连接；当下肢外骨骼机器人处于单支撑相且准备迈步、足部未落地时，加速的减重车向腰撑组件与下肢外骨骼机器人的连接处施加向前的加速度推力，使得下肢外骨骼机器人重心提高、位置前移。本发明专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1：利用减重车加速运动，产生的推力使机器人重心转移。2：使用推力的方法来完成模仿人体膝关节屈曲到直立的过程。3：利用机械结构刚性来模仿人体膝关节和肌肉协同作用下完成的迈步动作。

A device and method of weight reducing vehicle assisted gravity transfer of lower limb robot

【技术实现步骤摘要】
一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置及方法
本专利技术涉及一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置及方法。
技术介绍
在临床上出现了各种的患者(比如脑卒中、脊髓损伤、骨折术后等引起的下肢运动功能障碍的恢复期患者)，目前在临床上没有太多的训练设备，而且康复需求不断扩大，然而专业康复人员缺乏；一对一模式人力资本高且耗时费力。人在行走的过程中，重心呈现一种动态变化的状态，在不同的步态下，人的重心会发生转移。目前产品还没有一种合适的方式去度过重心转移过程(尤其是足部压力最大点时刻)。
技术实现思路
针对现有技术存在的不足，本专利技术提供一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置及方法，使用推力的方法来完成模仿人体膝关节屈曲到直立的过程。为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案包括：一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，其特征在于，包括控制器、固定于减重车车体的腰撑组件、与腰撑组件连接的下肢外骨骼机器人；所述的控制器包括速度控制模块、电机驱动模块；所述的速度控制模块，用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻突然加速的信号；减重车的加速度形成向前的推力作用于腰撑组件与下肢外骨骼机器人的连接处，辅助下肢机器人重心转移。优选的，所述的下肢外骨骼机器人具有膝关节屈伸自由度和髋关节屈伸自由度。进一步地，所述的速度控制模块用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻开始加速，加减速的时间为(8％-12％)T，加减速过程中加速至减重车正常速度的1.5-2.5倍，加减速过程中加速时间和减速时间基本相同。进一步地，所述的控制器还包括步态信息采集模块；所述的步态信息采集模块，用于实时接收下肢机器人发出的步态信息，得出当前下肢机器人是否起步、步长以及步态周期；所述速度控制模块，在下肢机器人起步时，根据下肢机器人发来的步态信息计算出减重车的正常速度并将正常速度信息发送至电机驱动模块，电机驱动模块驱动电机使减重车以正常速度行驶；速度控制模块还通过电机驱动模块使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻开始加速，加减速的时间为(8％-12％)T，加减速过程中加速至减重车正常速度的1.5-2.5倍，加减速过程中加速时间和减速时间基本相同，在加减速过程中电机驱动模块驱动电机使减重车加减速。减重车始终跟随下肢机器人，即下肢机器人不动，减重车也不动；当下肢机器人开始行走，则减重车从停车状态变成以一定的速度行驶。优选的，所述的腰撑组件还连接主动辅助重心转移机构。更优选的，速度控制模块通过电机驱动模块、电机使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻开始加速，加减速的时间为10％T，加减速过程中加速至减重车正常速度的2倍，加减速过程中加速时间和减速时间相同。优选的，所述的腰撑组件通过机器人安装板与下肢外骨骼机器人的髋关节上方连接。本专利技术还提供一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的方法，包括如下步骤：控制器通过驱动减重车驱动装置(例如，减重车驱动装置包括电机，电机驱动减重车的驱动轮转动而直线行驶)连接使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻突然加速，减重车的加速度形成向前的推力作用于腰撑组件与下肢外骨骼机器人的连接处，辅助下肢机器人重心转移。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：1：利用减重车加速运动，产生的推力使机器人重心转移。2：使用推力的方法来完成模仿人体膝关节屈曲到直立的过程。3：利用机械结构刚性来模仿人体膝关节和肌肉协同作用下完成的迈步动作。本专利技术使用简捷方便不需要大量使用传感器；方法易于操作，可实现性较强；不需要额外使用多余的机械结构，节省物料；与减重车协同完成，成为独立的系统。附图说明图1膝关节受到最大承载力，自然弯曲完成迈步的时刻示意图；图2减重车助力辅助下肢机器人重心转移的原理图；图3-4下肢机器人与腰撑组件连接示意图；图5腰撑组件结构图；图6被动减重机构示意图；图7主动辅助重心转移机构正视图；图8主动辅助重心转移机构后侧视图；图9-10为底盘驱动装置示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本专利技术，应理解这些实施方式仅用于说明本专利技术而不用于限制本专利技术的范围，在阅读了本专利技术之后，本领域技术人员对本专利技术的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，包括控制器、固定于减重车车体的腰撑组件、与腰撑组件连接的下肢外骨骼机器人；所述的控制器包括速度控制模块、电机驱动模块；所述的速度控制模块，用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻突然加速的信号；减重车的加速度形成向前的推力作用于腰撑组件与下肢外骨骼机器人的连接处，辅助下肢机器人重心转移。优选的，所述的下肢外骨骼机器人具有膝关节屈伸自由度和髋关节屈伸自由度。优选的，所述的速度控制模块用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的(1±10％)*40％T时刻从正常速度(即初速度V0)开始加速，加减速的时间为(8％-12％)T，加减速过程中加速至减重车正常速度的1.5-2.5倍后减速，加减速过程中加速时间和减速时间基本相同。此为第一次加减速过程，公式为如下：其中h为第一次加减速过程的减重车位移，初速度V0，最大速度Vf(即减重车正常速度的1.5-2.5倍)、末速度V1以及加速度aa、减速度ad。V0＝V1。此外，由于加减速，减重车位移距离大于机器人位移距离因此在减重车完成第一个加速减速过程后再加入一个先减速再加速至原速度的过程(位移公式原理同上述的公式)，并在此过程中弥补位移的差值。先减速再加速至原速度的过程紧随第一个加速减速过程之后，原速度指初速度V0，先减速(逐渐减速至最小速度，最小速度根据需弥补位移差值、减速时间、减速度等得到)再加速至原速度的过程在本步态周期的剩余时间(约为50％T)内完成，先减速再加速至原速度的过程的持续时间为：小于或等于本步态周期的剩余时间。先减速再加速至原速度的过程也由速度控制模块计算并将此信号发送至电机驱动模块，由电机驱动模块驱动电机。先减速再加速至原速度的过程完成后，减重车在本步态周期的其余剩余时间内仍以V0速度行驶。此外，申请人声明弥补位移的差值的技术方案不是实现减重车助力辅助下肢机器人重心转移的目的所必须的技术特征。弥补位移的差值的技术方案还可以替换为：在第一个加减速过程完成后通过检测下肢机器人与减重车之间的位移变化以调整减重车行驶速度的方式。需注意以上控制均是针对单个步态周期，其它步态周期的控制均需重复以上操作。在优选实施例中，机器人在一次步行中为匀速运动，此时其它步态周期无需再计算减重车正常速度，而只需使减本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，其特征在于，包括控制器、固定于减重车车体的腰撑组件、与腰撑组件连接的下肢外骨骼机器人；所述的控制器包括速度控制模块、电机驱动模块；/n所述的速度控制模块，用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的（1±10%）*40%T时刻突然加速的信号；/n减重车的加速度形成向前的推力作用于腰撑组件与下肢外骨骼机器人的连接处，辅助下肢机器人重心转移。/n

【技术特征摘要】
1.一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，其特征在于，包括控制器、固定于减重车车体的腰撑组件、与腰撑组件连接的下肢外骨骼机器人；所述的控制器包括速度控制模块、电机驱动模块；
所述的速度控制模块，用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的（1±10%）*40%T时刻突然加速的信号；
减重车的加速度形成向前的推力作用于腰撑组件与下肢外骨骼机器人的连接处，辅助下肢机器人重心转移。


2.根据权利要求1所述的一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，其特征在于，所述的下肢外骨骼机器人具有膝关节屈伸自由度和髋关节屈伸自由度。


3.根据权利要求1或2所述的一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，其特征在于，所述的速度控制模块用于向电机驱动模块发送加速信号，加速信号是指：使减重车在每个步态周期的（1±10%）*40%T时刻开始加速，加减速的时间为（8%-12%）T，加减速过程中加速至减重车正常速度的1.5-2.5倍，加减速过程中加速时间和减速时间基本相同。


4.根据权利要求1或2所述的一种减重车助力辅助下肢机器人重心转移的装置，其特征在于，所述的控制器还包括步态信息采集模块；
所述的步态信息采集模块，用于实时接收下肢机器人发出的步态信息，得出当前下肢机器人是否起步、步长以及步态周期；
所述速度控制模块，在下肢机器人起步时，根据下肢机器人发来的步态信息计算出减重车的正常速度并将正常速度信息发送至电机驱动模块，电机驱动模块驱动电机使减重车以正常速度行驶；速度控制模块还通过电机驱动模块使减重车在每个步态周期的（1±10%）*40%T时刻开始加速，加减速的时间为（8...

【专利技术属性】
技术研发人员：盛一宣，黄河，冯雷，陈赞，钱忆，
申请(专利权)人：南京伟思医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32