一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台制造技术

本发明专利技术公开了一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，包括机架，力传感器上下滑动模组、力传感器安装基座、位移传感器上下滑块、位移传感器左右滑块、足限位挡板、力传感器、位移传感器和人机耦合绑带衬垫，机架上设有足限位挡板滑块导轨和传感器滑块导轨形成移动副，力传感器上下滑动模组和位移传感器上下滑块分别与传感器滑块导轨相连。位移传感器左右滑块安装在位移传感器上下滑块内，位移传感器安装在位移传感器左右滑块的端部，足限位挡板与足限位挡板滑块导轨相连。力传感器安装在力传感器安装基座上，力传感器安装基座与力传感器上下滑动模组滑动连接，力传感器的端部与人机耦合绑带衬垫相连。合绑带衬垫相连。合绑带衬垫相连。

An experimental platform simulating human-machine coupling of lower limb exoskeleton

【技术实现步骤摘要】
一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台


[0001]本专利技术属于下肢外骨骼机器人
，具体涉及一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台。

技术介绍

[0002]下肢外骨骼机器人的应用和研究已较为广泛，大多涉及医疗康复、战场助力等领域，穿戴者与外骨骼之间的耦合舒适性是评价一套外骨骼装置性能的重要指标，其可以通过人机耦合力来体现。但人机刚柔耦合具有非线性的特点：人体骨骼和机器人均有较高的刚度，而人的皮肤、肌肉、脂肪以及人机耦合的绑带等都有很明显的柔性特征，人腿和外骨骼之间的摩擦、冲击以及振动也均会消耗能量。当人机运动不协调时，外骨骼机器人的力就会经耦合绑带、皮肤、皮下组织和肌肉传递到人体骨骼，反之亦然。这个力的传导路径有着非常复杂的非线性关系，何况人体并不是一个均匀的有机体，当人群的性别、年龄、身高、体重以及体脂率等参数不同时，其质量分布、弹性模量等力学参数也会有或大或小的差异，此外，外骨骼与人体的耦合位置、松紧程度不同，也会对人机耦合力产生影响。
[0003]对于物理型人机交互方式而言，核心就是人与外骨骼机器人之间的耦合品质，高效、舒适的人机耦合是外骨骼机器人研究的终极目标。一方面人机耦合力不能过大，否则会使穿戴者感到不适，并且会降低外骨骼的工作能效；另一方面人机耦合时滞应被有效控制，否则穿戴者可能会降低穿戴者对外骨骼机器人的信任度。从评估角度来看，人机耦合力决定了人体与外骨骼机器人耦合位置的舒适度；从控制角度来看，人机时滞耦合应该由外骨骼机器人来承担。如果外骨骼机器人系统对人机耦合力进行预测和补偿，把人机耦合力控制在一个恰当的范围，那么穿戴者的舒适性、安全性都将得到大大提升，行动能耗也将大大降低。
[0004]目前，现有的相关设备缺少能有效测量人机运动的误差(人体软组织变形量)，而将人机耦合力与人机运动误差结合起来测量的设备则更为欠缺。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是解决上述问题，提供一种能够同时测量人机耦合力与人机运动误差，进而辨识出下肢外骨骼人机耦合参数的模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案是：一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，包括机架，力传感器上下滑动模组、力传感器安装基座、位移传感器上下滑块、位移传感器左右滑块、足限位挡板、力传感器、位移传感器和人机耦合绑带衬垫，机架上设有足限位挡板滑块导轨和传感器滑块导轨，力传感器上下滑动模组和位移传感器上下滑块分别与传感器滑块导轨相连；位移传感器左右滑块安装在位移传感器上下滑块内，位移传感器安装在位移传感器左右滑块的端部，足限位挡板与足限位挡板滑块导轨相连；力传感器安装在力传感器安装基座上，力传感器安装基座与力传感器上下滑动模组连接，力传感器的端部与人机耦合绑带衬垫相连；通过调节足限位挡板的位置来限制实验人员所耦合的下肢
足部运动，通过调节力传感器上下滑动模组和位移传感器上下滑块的上下高度，通过力传感器来测量实验人员所耦合腿部不同高度的人机运动误差。
[0007]优选地，所述机架呈“L”字型结构，足限位挡板滑块导轨的数量为二且平行的分布在机架的底部，传感器滑块导轨的数量为二且平行，传感器滑块导轨竖向的分布在机架内，足限位挡板滑块导轨上设有足限位挡板滑块导轨孔，传感器滑块导轨上设有传感器滑块导轨孔，螺栓分别穿过足限位挡板滑块导轨孔和传感器滑块导轨孔，将足限位挡板滑块导轨和传感器滑块导轨分别与机架固连。
[0008]优选地，所述力传感器上下滑动模组包括上下滑动模组块、上下滑动模组连杆和上下滑动模组旋转螺丝，上下滑动模组块的数量为二且分别位于上下滑动模组连杆的两端；上下滑动模组块为长方体结构，上下滑动模组块上设有上下滑动模组块凹槽，上下滑动模组块通过上下滑动模组块凹槽与传感器滑块导轨滑动连接，上下滑动模组旋转螺丝的端部穿过上下滑动模组块与传感器滑块导轨抵接，从而固定上下滑动模组块在传感器滑块导轨上的位置；上下滑动模组连杆上设有上下滑动模组连杆槽和上下滑动模组连杆通孔，力传感器安装基座通过上下滑动模组连杆槽和上下滑动模组连杆通孔与上下滑动模组连杆相连。
[0009]优选地，所述力传感器安装基座呈“几”字型结构，力传感器安装基座上分别设有力传感器安装基座孔、力传感器安装基座通槽和力传感器安装基座连接键，传感器安装基座孔呈圆形状阵列分布在力传感器安装基座的顶部，力传感器安装基座通槽的数量为四，两个力传感器安装基座通槽为一组位于力传感器安装基座的底部，力传感器安装基座连接键的数量为二且分布在力传感器安装基座的底部；力传感器安装基座安装在力传感器上下滑动模组上时，力传感器安装基座连接键与上下滑动模组连杆槽配合，螺栓依次穿过力传感器安装基座通槽和上下滑动模组连杆通孔将力传感器安装基座固定在上下滑动模组连杆上。
[0010]优选地，所述位移传感器上下滑块呈长方体结构，位移传感器上下滑块上设有位移传感器上下滑块凹槽、位移传感器上下滑块旋转螺丝和位移传感器连接块，位移传感器上下滑块凹槽和位移传感器连接块分别位于位移传感器上下滑块的两面；位移传感器上下滑块旋转螺丝穿过位移传感器上下滑块伸入位移传感器上下滑块凹槽内，传感器滑块导轨位于位移传感器上下滑块凹槽内，位移传感器连接块上设有位移传感器连接块凹槽和位移传感器连接块孔，位移传感器连接块凹槽的数量为二且平行布置，位移传感器左右滑块位于位移传感器连接块凹槽内，螺栓穿过位移传感器连接块孔将位移传感器连接块位移传感器上下滑块固连。
[0011]优选地，所述位移传感器左右滑块的端面向外凸出形成位移传感器左右滑块凸起，位移传感器左右滑块凸起的截面呈倒置的“凸”字型结构，位移传感器左右滑块上设有位移传感器左右滑块孔和位移传感器左右滑块定位孔，位移传感器通过位移传感器左右滑块孔安装在位移传感器左右滑块上，螺栓穿过位移传感器左右滑块定位孔与固定在位移传感器连接块抵接。
[0012]优选地，所述足限位挡板包括足限位挡板块、足限位挡板竖板和足限位挡板连接板，足限位挡板竖板的数量为二且分布在足限位挡板连接板的两端，足限位挡板块的端面与足限位挡板竖板相连，足限位挡板块上设有足限位挡板块凹槽和足限位挡板块螺丝，足
限位挡板滑块导轨位于足限位挡板块凹槽内，足限位挡板块螺丝穿过足限位挡板块后伸入足限位挡板块凹槽内部。
[0013]优选地，所述人机耦合绑带衬垫的截面呈圆弧状结构，人机耦合绑带衬垫的中部与力传感器相连。
[0014]本专利技术的有益效果是：
[0015]本专利技术所提供的一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，各滑动模组均可至少在一个方向上滑动，因此可以满足不同高矮胖瘦的实验人员的实验测量，并且通过一个力传感器和两个位移传感器以及它们之间特定的位置关系可以同时测量或者换算出人机耦合力和人机运动误差，进而可辨识出下肢外骨骼人机耦合参数。
附图说明
[0016]图1是本专利技术一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台的总装配爆炸示意图；
[0017]图2是本专利技术机架的结构示意图；
[0018]图3是本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，其特征在于：包括机架(1)，力传感器上下滑动模组(2)、力传感器安装基座(3)、位移传感器上下滑块(4)、位移传感器左右滑块(5)、足限位挡板(6)、力传感器(9)、位移传感器(10)和人机耦合绑带衬垫(11)，机架(1)上设有足限位挡板滑块导轨(7)和传感器滑块导轨(8)，力传感器上下滑动模组(2)和位移传感器上下滑块(4)分别与传感器滑块导轨(8)相连；位移传感器左右滑块(5)安装在位移传感器上下滑块(4)内，位移传感器(10)安装在位移传感器左右滑块(5)的端部，足限位挡板(6)与足限位挡板滑块导轨(7)相连；力传感器(9)安装在力传感器安装基座(3)上，力传感器安装基座(3)与力传感器上下滑动模组(2)连接，力传感器(9)的端部与人机耦合绑带衬垫(11)相连；通过调节足限位挡板(6)的位置来限制实验人员所耦合的下肢足部运动，通过调节力传感器上下滑动模组(2)和位移传感器上下滑块(4)的上下高度，通过力传感器(9)来测量实验人员所耦合腿部不同高度的人机运动误差。2.根据权利要求1所述的一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，其特征在于：所述机架(1)呈“L”字型结构，足限位挡板滑块导轨(7)的数量为二且平行的分布在机架(1)的底部，传感器滑块导轨(8)的数量为二且平行，传感器滑块导轨(8)竖向的分布在机架(1)内，足限位挡板滑块导轨(7)上设有足限位挡板滑块导轨孔，传感器滑块导轨(8)上设有传感器滑块导轨孔，螺栓分别穿过足限位挡板滑块导轨孔和传感器滑块导轨孔，将足限位挡板滑块导轨(7)和传感器滑块导轨(8)分别与机架(1)固连。3.根据权利要求1所述的一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，其特征在于：所述力传感器上下滑动模组(2)包括上下滑动模组块(21)、上下滑动模组连杆(22)和上下滑动模组旋转螺丝(23)，上下滑动模组块(21)的数量为二且分别位于上下滑动模组连杆(22)的两端；上下滑动模组块(21)为长方体结构，上下滑动模组块(21)上设有上下滑动模组块凹槽(24)，上下滑动模组块(21)通过上下滑动模组块凹槽(24)与传感器滑块导轨(8)滑动连接，上下滑动模组旋转螺丝(23)的端部穿过上下滑动模组块(21)与传感器滑块导轨(8)抵接，从而固定上下滑动模组块(21)在传感器滑块导轨(8)上的位置；上下滑动模组连杆(22)上设有上下滑动模组连杆槽(25)和上下滑动模组连杆通孔(26)，力传感器安装基座(3)通过上下滑动模组连杆槽(25)和上下滑动模组连杆通孔(26)与上下滑动模组连杆(22)相连。4.根据权利要求3所述的一种模拟下肢外骨骼人机耦合的实验平台，其特征在于：所述力传感器安装基座(3)呈“几”字型结构，力传感器安装基座(3)上分别设有力传感器安装基座孔(31)、力传感器安装基座通槽(32)和力传感器安装基座连接键(33)，传感器安装基座孔(31)呈圆...

【专利技术属性】
技术研发人员：严尧，弋攀，黄成，孙天逸，郭庆，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：