一种人体下肢外骨骼机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种人体下肢外骨骼机器人；包括机械机构和控制系统，所述机械机构包括背板和固定架；所述背板靠近底部的一侧与所述固定架连接，所述固定架为一个四边形的框架，用于固定在人体的腰腹处；所述固定架的两侧对称设有大腿杆，所述大腿杆的下方连接有小腿杆；所述小腿杆底部连接测力鞋；通过弹性组件改变下蹲或者弹跳中的支撑力，运动恢复之后时增加助力，通过可变刚性支撑，增加使用舒适度，减小对穿戴者运动幅度的束缚，提升穿戴者恢复效率；通过对足底压力数据的分析处理，对足底压力角度进行纠正，对于压力值提取更加精确，减小行为误差。小行为误差。小行为误差。

【技术实现步骤摘要】
一种人体下肢外骨骼机器人


[0001]本专利技术属于外骨骼辅助设备领域，尤其涉及一种人体下肢外骨骼机器人。

技术介绍

[0002]外骨骼是指围绕在身体之外的谷歌且能够起到保护内部气管，或者辅助运动的作用，外骨骼机器人融合了传感技术、控制理论、信心传递、机电系统控制等，为穿戴者提供辅助的机械机构综合技术；下肢外骨骼机器人就是一种能够辅助人体行走的机器人，能够提供助行、减压、保护等功能；外骨骼机器人应用广泛，无论是在民用、商用还是军事应用都蕴含着无限的潜质。
[0003]现有的下肢外骨骼机器人设计成本高，并且不能完全模仿人的走路动作，尤其是对于通过采集运动信息来获取外骨骼机器人的运动信息过程，信息采集难度较大，采集数据准确性差，受人为影响比较大，造成信号采集误差较大；并且外骨骼机器人的结构设计不合理、驱动系统不适当，容易对穿戴者造成伤害；并且现有的大多数下肢外骨骼机器人为刚性结构，调节不便，影响穿戴舒适度，在一定程度上会限制穿戴者的运动；影响穿戴者使用。刚性外骨骼一定成度影响了穿戴者的恢复训练速度，恢复效率低，辅助效果较差。
[0004]中国专利申请号201920381024.4公开了一种外骨骼机器人，包括外骨骼机器人本体和传感器；外骨骼机器人本体包括上部支撑结构、髋部杆件、大腿杆件、小腿杆件、足部构件、髋关节、膝关节、踝关节；传感器包括检测足底压力的薄膜应变片传感器、检测关节角度的编码器、检测关节处力/力矩的力传感器、检测运动速度/加速度的姿态传感器、检测肌肉张力的电容式传感器，还设有连接绑带，连接绑带上固定与人体皮肤非接触的电容式传感器，电容式传感器包括至少一个电极贴片。上述技术方案采集数据准确性差，受人为影响比较大，造成信号采集误差较大。
[0005]中国专利申请号201710759274.2公开了一种外骨骼机器人，该外骨骼机器人包括髋关节部件、大腿支撑部件、膝关节部件、小腿支撑部件及脚部支撑部件。本专利技术通过采用外骨骼机器人的髋关节驱动组件包括髋关节摩擦轮以摩擦驱动髋关节传动组件，和/或膝关节驱动组件包括膝关节摩擦轮以摩擦驱动膝关节传动组件，进而带动关节运动的方式。上述技术方案，刚性结构，调节不便，影响穿戴舒适度，在一定程度上会限制穿戴者的运动；影响穿戴者使用。

技术实现思路

[0006]针对现有技术不足，本专利技术的目的在于提供了一种人体下肢外骨骼机器人，通过设置的大腿杆和小腿杆完成人体运动模拟方式，同时结合设置的弹性组件，两者共同作用，通过弹性组件改变下蹲或者弹跳中的支撑力，运动恢复之后时增加助力，通过可变刚性支撑，增加使用舒适度，减小对穿戴者运动幅度的束缚，提升穿戴者恢复效率；通过对足底压力数据的分析处理，对足底压力角度进行纠正，对于压力值提取更加精确，减小行为误差；对足底压力进行区域划分，增加足底压力变化采集数据的准确性；增加准确性减小数据采
集的误差，及时得到信息反馈，进一步提升外骨骼机器人对穿戴者的辅助监测的准确性。
[0007]本专利技术提供如下技术方案：一种人体下肢外骨骼机器人；包括机械机构和控制系统，所述机械机构包括背板和固定架；所述背板靠近底部的一侧与所述固定架连接，所述固定架为一个四边形的框架，用于固定在人体的腰腹处；所述固定架的两侧对称设有大腿杆，所述大腿杆的下方连接有小腿杆；所述小腿杆底部连接测力鞋；所述小腿杆的内侧设有弹性组件，所述弹性组件与所述测力鞋远离小腿杆的一侧连接，所述弹性组件的另一端连接有支座；所述大腿杆额小腿杆均设有固定带，通过固定带固定在使用者腿部；所述控制系统包括单片机、上位机、云端服务器、移动端、位移传感器、压力传感器；所述位移传感器和压力传感器设定在测力鞋底部，压力传感器获得行走时足部受力情况，传递给单片机的控制器，通过计算和调整外骨骼运动，使外骨骼与人体行走同步，同时位移传感器将位移数据传输至控制器，控制器通过人体移动的距离来判断运动情况，使外骨骼控制器及时得到运动的信息反馈，根据反馈信息及时作出调整，保证外骨骼与人体的运动同步性。
[0008]优选的，所述大腿杆连接在固定架的中心处，所述大腿杆通过销轴与固定架转动连接，固定架开设有多个通孔，大腿杆通过销轴设置在不同的通孔内进行调节；所述大腿杆靠近顶部五分之一处连接有第一电驱动缸的伸缩端，所述第一电驱动缸另一端与所述背板的底部连接；所述第一电驱动缸的神缩端通过销轴与大腿杆转动连接，所述大腿杆上竖向开设有多个销孔，通过销轴插入不同的销孔进行高度调节；所述大腿杆的下方通过销轴与所述小腿杆转动连接。
[0009]优选的，所述大腿杆与小腿杆之间设置有第二电驱动缸，所述第二电驱动缸设在大腿杆和小腿杆的前侧，通过第二电驱动缸辅助大腿杆与小腿杆之间的弯曲，第二电驱动缸的伸缩杆直线运动，使大腿杆和小腿杆之间相互转动。
[0010]优选的，所述所述大腿杆与小腿杆之间设置有气缸，所述气缸设置在远离第二电驱动缸的一侧，所述气缸对大腿杆和小腿杆的弯曲侧进行支撑，防止大腿杆和小腿杆旋转角过大损坏第二电驱动缸。
[0011]优选的，所述小腿杆的底部与所述测力鞋转动连接，小腿杆底部通过球铰与测力鞋连接，能够进行水平或者竖直平面内的转动；所述弹性组件的底部与测力鞋采用球铰的连接方式。
[0012]优选的，所述弹性组件包括第一弹簧，所述第一弹簧的的一端与所述支座连接，所述第一弹簧的另一端连接有连接块，第一弹簧通过连接块连接有第二弹簧，所述第二弹簧的另一端与测力鞋连接；所述第一弹簧的内部设有拉绳，所述拉绳的一端与支座连接，拉绳的另一端与连接块连接，所述拉绳预留2
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4cm的松弛预留量，限制第一弹簧的最大拉伸长度和回弹力。
[0013]优选的，所述控制系统中，得到足底压力信号数据，经过足底压力信号数据分析和处理，采用wifi模块发送至云服务器，云服务器通过TCP网络协议发送至移动端，通过移动端app及时了解自身恢复情况，以便进行自身调节训练、提高恢复效率。
[0014]优选的，足底压力信号数据分析过程采用一种提取压力散的方法进行提取，对足底压力角度进行纠正，对于压力值提取更加精确，减小行为误差。
[0015]优选的，所述提取压力散点的方法包括以下步骤，a,散点凸包选取；b，基于斜率的点集分区；c，基于斜率的凸点筛选；d，基于斜率的凸点排序；e，获得散点凸包。
[0016]优选的，所述弹性组件随着运动的状态发生形变，如下蹲或者迈步；人自然站立的情况下，弹性组件的弹性系数y=1/（1/y1+1/y2）；y1是第一弹簧的弹性系数，y2是第二弹簧的弹性系数；此时弹性组件的长度D1=D2+D3；弹簧的蓄能E为0；D2是第一弹簧的长度，D3是第二弹簧的长度；下蹲初期过程中弹簧受到拉力弯曲变长，此时弹簧组件长度为D11，D11= D21+D31；D21为形变之后第一弹簧的长度，D31为形变之后第二弹簧的长度；则此时弹簧的蓄能为2E1=y（D11
‑
D1）2；下蹲后期，由于第一弹簧内部设置的拉绳的限制，处于绷直状态，拉升限制第一弹簧的长度D11，则第一本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种人体下肢外骨骼机器人；包括机械机构和控制系统，所述机械机构包括背板（1）和固定架（2）；其特征在于，所述背板（1）靠近底部的一侧与所述固定架（2）连接，所述固定架（2）为一个四边形的框架，用于固定在人体的腰腹处；所述固定架（2）的两侧对称设有大腿杆（3），所述大腿杆（3）的下方连接有小腿杆（4）；所述小腿杆（4）底部连接测力鞋（5）；所述小腿杆（4）的内侧设有弹性组件（6），所述弹性组件（6）与所述测力鞋（5）远离小腿杆（4）的一侧连接，所述弹性组件（6）的另一端连接有支座（7）；所述大腿杆（3）额小腿杆（4）均设有固定带（10），通过固定带（10）固定在使用者腿部；所述控制系统包括单片机、上位机、云端服务器、移动端、位移传感器、压力传感器；所述位移传感器和压力传感器设定在测力鞋（5）底部，压力传感器获得行走时足部受力情况，传递给单片机的控制器，通过计算和调整外骨骼运动，使外骨骼与人体行走同步，同时位移传感器将位移数据传输至控制器，控制器通过人体移动的距离来判断运动情况，使外骨骼控制器及时得到运动的信息反馈，根据反馈信息及时作出调整，保证外骨骼与人体的运动同步性。2.根据权利要求1所述一种人体下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿杆（3）连接在固定架（2）的中心处，所述大腿杆（3）通过销轴与固定架（2）转动连接，固定架（2）开设有多个通孔，大腿杆（3）通过销轴设置在不同的通孔内进行调节；所述大腿杆（3）靠近顶部五分之一处连接有第一电驱动缸（8）的伸缩端，所述第一电驱动缸（8）另一端与所述背板（1）的底部连接；所述第一电驱动缸（8）的神缩端通过销轴与大腿杆（3）转动连接，所述大腿杆（3）上竖向开设有多个销孔，通过销轴插入不同的销孔进行高度调节；所述大腿杆（3）的下方通过销轴与所述小腿杆（4）转动连接。3.根据权利要求2所述一种人体下肢外骨骼机器人，其特征在于，所述大腿杆（3）与小腿杆（4）之间设置有第二电驱动缸（9），所述第二电驱动缸（9）设在大腿杆（3）和小腿杆（4）的前侧，通...

【专利技术属性】
技术研发人员：王康康，万里瑞，张巧利，王亚楠，马志广，慕利华，
申请(专利权)人：河南广播电视大学，
类型：发明
国别省市：