一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构制造技术

一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，包括：多层复合底板，多层复合底板具有弹性、且用于安装在使用者脚底部；第一连接件，第一连接件一端与多层复合底板侧面固定连接；第二连接件，第二连接件设在第一连接件远离多层复合底板的一端；鱼眼轴承，鱼眼轴承设置在第一连接件和第二连接件之间，鱼眼轴承的固定端与第一连接件固定连接，旋转端与所述第二连接件可旋转连接；弹性件，弹性件设在第一连接件和第二连接件之间且两端分别与第一连接件和第二连接件固定连接。本申请提供的一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构具有多自由度，穿戴舒适且灵活度高，能储存使用者行走时的能量，并通过储存的能量助力行走的优点。助力行走的优点。助力行走的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构


[0001]本公开一般涉及可穿戴外骨骼领域，具体涉及一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构。

技术介绍

[0002]近年来，我国逐步进入老龄化社会，人口老龄化问题不断激增，与此同时，外骨骼的需求不断增加，在推动我国制造业转型升级、高速发展进程中发挥着重要作用。传统的足部结构连接处多采用单自由度转动副，其在行走时自由度限制大，使用者只能在一个方向上运动，运动单一。同时，单自由度踝关节自由度与人体关节自由度不匹配也影响穿戴者的使用体验，会使穿戴者产生笨重，行走不便等问题。单一自由度无法满足复杂多变的环境下外骨骼的运动。此外，传统足部装置没有能量回收装置，不能够提供辅助力矩，使用者行走时产生能量浪费，使能量无法得到有效利用。同时，传统的踝关节足底缺乏传感装置或传感器单一、数量少，无法精确感知脚底的压力变化，使操作者在行走时与装置的配合度不高，行动起来僵硬。
[0003]因此，更与人体自由度兼容，精确感知脚底的压力变化的行走助力足部机构已成为可穿戴外骨骼研究领域的热点。
[0004]现有的足部机构虽能初步实现外骨骼的运动需求，但普遍存在人机异构运动不兼容，缺乏能量回收装置，不能够提供辅助力矩，无法精确测量使用者脚底压力变化等突出问题。

技术实现思路

[0005]鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种具有多自由度，穿戴舒适且灵活度高，能储存使用者行走时的能量，并通过储存的能量助力行走的融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构。
[0006]本申请第一方面提供一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，包括：
[0007]多层复合底板，所述多层复合底板用于安装在使用者脚底部；
[0008]第一连接件，所述第一连接件一端与所述多层复合底板侧面固定连接；
[0009]第二连接件，所述第二连接件设在所述第一连接件远离所述多层复合底板的一端；
[0010]鱼眼轴承，所述鱼眼轴承设置在所述第一连接件和第二连接件之间，所述鱼眼轴承的固定端与所述第一连接件固定连接，旋转端与所述第二连接件可旋转连接；
[0011]弹性件，所述弹性件设在所述第一连接件和第二连接件之间且两端分别与所述第一连接件和第二连接件固定连接。
[0012]根据本申请第一实施例提供的技术方案，所述多层复合底板内位于前脚掌和脚跟处嵌入有若干压力传感器，用于测量使用者行走时前脚掌处的第一压力值和后脚跟处的第
二压力值。
[0013]根据本申请第一实施例提供的技术方案，还包括控制单元，所述控制单元的输入端与所述压力传感器的输出端连接，配置用于：
[0014]接收第一压力值并计算同一时刻的第一压力值的第一均值；接收第二压力值并计算同一时刻的第二压力值的第二均值；
[0015]判断当前时刻的第一均值大于前一时刻的第一均值，且当前时刻的第二均值小于前一时刻的第二均值，所述控制单元输出第一指令；
[0016]判断当前时刻的第一均值和第二均值均为零时，所述控制单元输出第二指令。
[0017]根据本申请第一实施例提供的技术方案，所述多层复合底板与使用者接触的一面设有薄膜传感器组，用于测量使用者行走时脚底压力值。
[0018]根据本申请第一实施例提供的技术方案，所述薄膜传感器组上设有若干第一薄膜传感器、第二薄膜传感器和第三薄膜传感器；所述薄膜传感器组的前脚掌和大脚趾交汇处为第一传感区，若干所述第一薄膜传感器分布在所述第一传感区上，用于在第一传感区上测得第三压力值；所述薄膜传感器组后脚跟处为第二传感区，若干所述第二薄膜传感器分布在所述第二传感区上，用于在第二传感区上测得第四压力值；所述薄膜传感器组脚底中部为第三传感区，若干所述第三薄膜传感器分布在所述第三传感区上，用于在第三传感区上测得第五压力值。
[0019]根据本申请第一实施例提供的技术方案，所述控制单元的输入端还与所述薄膜传感器组的输出端连接，配置用于：
[0020]接收所述第三压力值并计算第三压力值的第三均值；接收所述第四压力值并计算第四压力值的第四均值；接收所述第五压力值并计算第五压力值的第五均值；
[0021]判断当前时刻的第三均值大于上一时刻的第三均值、当前时刻的第四均值小于上一时刻的第四均值、当前时刻的第五均值小于上一时刻的第五均值，且当前时刻的第一均值大于前一时刻的第一均值、当前时刻的第二均值小于前一时刻的第二均值，所述控制单元输出第一指令；
[0022]判断当前时刻的第三均值、第四均值、第五均值以及当前时刻的第一均值、第二均值均为零时，所述控制单元输出第二指令。
[0023]根据本申请第一实施例提供的技术方案，所述多层复合底板具体包括：
[0024]下底板和上底板，所述下底板和所述上底板固定连接、且所述上底板上设有用于嵌入所述压力传感器的放置孔；
[0025]弹性板，所述弹性板固定连接在所述下底板和上底板之间、且位于前脚掌的位置；
[0026]脚跟连接件，所述脚跟连接件固定连接在所述下底板和所述上底板之间、且位于脚跟的位置，所述脚跟连接件与所述弹性板固定连接。
[0027]根据本申请第一实施例提供的技术方案，所述第二连接件上设有连接轴，所述鱼眼轴承内圈套设在所述连接轴上，所述鱼眼轴承靠近所述第一连接件的一端具有用于所述第一连接件螺纹连接的外螺纹。
[0028]本申请第二方面提供一种肢体外骨骼，包括膝关节组件和如上所述的一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力结构，所述膝关节组件包括大腿支架和小腿支架，所述大腿支架和所述小腿支架相互靠近的一端可转动连接，所述小腿支架远离所述大腿支
架的一端与所述第二连接件固定连接；
[0029]第一驱动单元，所述第一驱动单元具有第一状态和第二状态，处于所述第一状态时，所述第一驱动单元驱动所述大腿支架和所述小腿支架转动至弯曲状态；处于所述第二状态时，所述第一驱动单元驱动所述大腿支架和所述小腿支架转动至伸直状态。
[0030]根据本申请第二实施例提供的技术方案，还包括如上所述的控制单元，所述控制单元的输出端与所述第一驱动单元的输入端连接，当所述第一驱动单元接收到所述第一指令时，所述第一驱动单元转换为第一状态；当所述第一驱动单元接收到所述第二指令时，所述第一驱动单元转换为第二状态。
[0031]本申请的有益效果在于：通过设置所述多层复合底板，所述弹性件的两端固定在所述第一连接件和第二连接件上，第一连接件与所述多层复合底板固定连接，使得当使用者行走时，小腿发力，后脚跟离地，在此过程中，压缩所述弹性件一侧，同时所述多层复合底板发生弹性弯曲，所述弹性件和所述多层复合地板配合储蓄能量，当前脚掌离地时所述弹性件和所述多层复合底板释放能量，起到行走助力效果；通过设置所述鱼眼轴承，所述鱼眼轴承的旋转端与所述第二连接件可旋转连接，固定端与所述第一连接件固定连接，使得所述第一连接件可以相对所述第二连接件之间可以多自由度运动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，其特征在于，包括：多层复合底板，所述多层复合底板用于安装在使用者脚底部；第一连接件(1)，所述第一连接件(1)一端与所述多层复合底板侧面固定连接；第二连接件(2)，所述第二连接件(2)设在所述第一连接件(1)远离所述多层复合底板的一端；鱼眼轴承(3)，所述鱼眼轴承(3)设置在所述第一连接件(1)和第二连接件(2)之间，所述鱼眼轴承(3)的固定端与所述第一连接件(1)固定连接，旋转端与所述第二连接件(2)可旋转连接；弹性件(4)，所述弹性件(4)设在所述第一连接件(1)和第二连接件(2)之间且两端分别与所述第一连接件(1)和第二连接件(2)固定连接。2.根据权利要求1所述的一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，其特征在于，所述多层复合底板内位于前脚掌和脚跟处嵌入有若干压力传感器(5)，用于测量使用者行走时前脚掌处的第一压力值和后脚跟处的第二压力值。3.根据权利要求2所述的一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元的输入端与所述压力传感器(5)的输出端连接，配置用于：接收第一压力值并计算同一时刻的第一压力值的第一均值；接收第二压力值并计算同一时刻的第二压力值的第二均值；判断当前时刻的第一均值大于前一时刻的第一均值，且当前时刻的第二均值小于前一时刻的第二均值，所述控制单元输出第一指令；判断当前时刻的第一均值和第二均值均为零时，所述控制单元输出第二指令。4.根据权利要求3所述的一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，其特征在于，所述多层复合底板与使用者接触的一面设有薄膜传感器组(6)，用于测量使用者行走时脚底压力值。5.根据权利要求4所述的一种融合双传感器与异质弹性元件的被动足部助力机构，其特征在于，所述薄膜传感器组(6)上设有若干第一薄膜传感器(6
‑
1)、第二薄膜传感器(6
‑
2)和第三薄膜传感器；所述薄膜传感器组(6)的前脚掌和大脚趾交汇处为第一传感区，若干所述第一薄膜传感器(6
‑
1)分布在所述第一传感区上，用于在第一传感区上测得第三压力值；所述薄膜传感器组(6)后脚跟处为第二传感区，若干所述第二薄膜传感器(6
‑
2)分布在所述第二传感区上，用于在第二传感区上测得第四压力值；所述薄膜传感器组(6)脚底中部为第三传感区，若干所述第三薄膜传感器(6
‑
3)分布在所述第三传感区上，用于在第三传感区上测得第五压力值。6.根据权利要求5所述的一种融合双传感器与异质...

【专利技术属性】
技术研发人员：张建华，强佳璇，王唱，王俊晖，曹鉴，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：