本发明专利技术公开了一种可行走的主动式机械装置，具有可穿戴结构以穿戴在操作者的全身，操作者在佩戴可行走的主动式机械装置时，可提升和搬运重物同时进行行走操作；所述可行走的主动式机械装置包括可穿戴部、控制器、传感器组件和动力源；传感器组件包括肌电图传感器，所述肌电图传感器附接到操作者的皮肤并且用于测量肌电图信号，所述肌电图信号是通过使用电极感测肌肉收缩时肌肉纤维中出现的微小电位差而获得的信号；所述肌电图传感器附接到操作者的位置基于操作者的步态周期来确定。该可行走的主动式机械装置，可以穿戴在操作者全身，且设置相应的传感器和控制器，可实现重物的搬运和操作者行走的精确控制。运和操作者行走的精确控制。运和操作者行走的精确控制。
【技术实现步骤摘要】
可行走的主动式机械装置
[0001]本专利技术属于可穿戴机械人领域，涉及一种可行走的主动式机械装置。
技术介绍
[0002]为了帮助人们承受负载或搬运相当重的重物，已知使用必须将重物的重量转移到身体的装置。人们通过减轻操作员的手臂所支撑的力来尽可能多地处理重物，从而避免使得手臂受力过大。为此已经开发了许多可穿戴设备辅助搬运重物并将由重物产生的力传递到人的上半身。
[0003]公开号CN111300377A的中国专利申请公开了一种基于钢丝驱动下肢穿戴增强型外骨骼机器人，包括背板基座、电池、髋关节驱动器和膝关节驱动器，所述背板基座一侧设置有电池。其通过钢丝传动技术将整个动力机构缩小并集成到使用者的背部，缩小了关节处的结构，减小腿部机构的整体厚度，减小运动偏转惯量，同时取消了传统外骨骼设备在关节处安装的电机和减速单元，所有的动力通过钢丝传动技术到达各个驱动关节，从而使得设备小型化，轻量化。
[0004]公开号CN110883762 A的中国专利申请公开了一种腰部髋关节驱动增强型外骨骼，包括腰托、背部集成单元和背部挡板，所述腰托一侧壁中部通过螺钉连接有所述背部集成单元。有益效果在于：本专利技术结合齿轮减速机和同步轮减速带的混合传动链技术并结合实时的力反馈技术，将整个动力机构和伺服驱动器分散到人体各处，缩小了关节处的结构，减小腿部机构的整体厚度，减小运动偏转惯量，取消了传统外骨骼设备在关节处直接安装的电机和减速单元，从而使得设备小型化，轻量化。
[0005]上述外骨骼均存在如下的缺陷，可穿戴结构仅设置在上半身，在减轻上肢受力的同时，其结构重量和搬运重物的重量传递到操作者身上，导致操作者身体承受的负载没有减轻，限制了操作者搬运重物的重量；另外，可穿戴结构不带有行走装置，不能增强操作者腿部肌肉力量，也降低了操作者搬运重物的持久性。
技术实现思路
[0006]本专利技术为克服上述缺陷，本专利技术提供了一种可行走的可行走的主动式机械装置，具有可穿戴结构以穿戴在操作者的全身，包括腿部、腰腹部、背部和肩部；操作者在佩戴可行走的主动式机械装置时，可提升和搬运重物同时进行身体的伸展、屈曲、内收、外展等行走操作。
[0007]本专利技术采用的技术方案如下：
[0008]可行走的主动式机械装置，包括可穿戴部、控制器、传感器组件和动力源，所述的可穿戴部是辅助操作者搬运重物和行走的部件，其包括上穿戴支撑部、腰带、腿部支撑和底鞋；所述上穿戴支撑部佩戴在操作者的肩部和背部，与腰带固定连接，并起提升和搬运重物的作用，所述腰带是佩戴在操作者腰部的部分，支撑关节部件和支撑臂，且所述动力源和控制器均固定连接在腰带上；所述腿部支撑用于支撑操作者的腿，所述腿部支撑设置在操作
者的左腿和右腿中的每一个的外侧上，且左腿和右腿上的腿部支撑结构相同；腿部支撑设有膝关节，腿部支撑通过踝关节与底鞋相连，腿部支撑通过髋关节与腰带相连；所述传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器和肌电图传感器；所述超声波传感器设置在支撑臂上，用于测量重物的位置；陀螺仪传感器测量操作者上身的倾斜度；肌电图传感器可以附接到操作者的皮肤并且可以测量肌电图信号；传感器组件与控制器相连。
[0009]作为进一步的技术方案，所述的腰带包括支撑操作者腰部的柔性支撑垫和连接到支撑垫以围绕操作者胃部的腰带固定部分。
[0010]作为进一步的技术方案，所述上穿戴支撑部包括靠背、肩带、支撑臂，所述靠背、肩带、支撑臂均与腰带连接，所述靠背和肩带分别固定在操作者身体相应的肩部、背部，所述支撑臂高于操作者的头部，且向头部的前方位置伸出，所述支撑臂用于提升和搬运重物，所述肩带一端与腰带连接，另一端与靠背可调节连接。
[0011]作为进一步的技术方案，所述支撑臂内设置支撑臂驱动电机、卷筒和钢丝绳，所述钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端穿过支撑臂内部和设置在支撑臂末端的滑轮后，通过连接装置连接重物，所述的支撑臂驱动电机根据控制器提供的控制信号向卷筒提供动力。
[0012]作为进一步的技术方案，所述的腿部支撑包括结构相同的左腿支撑和右腿支撑，各自包括通过膝关节相连的第一支撑部和第二支撑部；所述第一支撑部支撑操作者的大腿，所述第一支撑部连接到腰带；所述第二支撑部支撑操作者的小腿；所述二支撑部连接底鞋。
[0013]作为进一步的技术方案，所述陀螺仪传感器安装在腰带的对应于操作者上身的位置处。
[0014]作为进一步的技术方案，所述的加速度传感器可测量正在行走的操作者的加速度，或者操作者受到的冲击，加速度传感器安装在腰带的对应于操作者的上身或骨盆的位置处。
[0015]作为进一步的技术方案，所述的肌电图传感器包括第一肌电图传感器和第二肌电图传感器，第一肌电图传感器和第二肌电图传感器附接到操作者左腿或者右腿的小腿上，第一和第二肌电图传感器附接到操作者的位置基于操作者的步态周期来确定。
[0016]作为进一步的技术方案，所述的控制器包括接收器、边界值处理器、开始/偏移检测器、行走辅助起点检测器和扭矩计算器；接收器接收由超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、第一肌电图传感器和第二肌电图传感器检测到的信号；边界值处理器对第一和第二肌电图信号中的每一个执行边界值处理；起始/偏移检测器从对其执行边界值处理的第一肌电图信号检测起始点和偏移点；行走辅助起始点检测器基于从第一肌电图信号检测到的起始点和偏移点以及从第二肌电图信号检测到的起始点和偏移点来检测行走辅助起始点；扭矩计算器基于行走辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机以在行走辅助时间辅助操作者的肌肉力量。
[0017]作为进一步的技术方案，所述的控制器基于从超声波传感器发送的信号中确定重物的位置从而产生控制信号以控制支撑臂驱动电机动作；控制器基于从陀螺仪传感器和加速度传感器发送的信号中的至少一个产生控制信号以控制相应的关节驱动电机辅助操作者的行走。
[0018]本专利技术的有益效果如下：
[0019]本专利技术提出的可行走的主动式机械装置，可以穿戴在操作者全身，能够协助操作者重和搬运重物，减少繁重的体力劳动；本专利技术设置相应的传感器和控制器，可实现重物的搬运和操作者行走的控制，尤其是设置跟腿部接触的肌电图传感器，能够更精确控制辅助行走。
附图说明
[0020]图1是可行走的主动式机械装置结构示意图；
[0021]图2是可行走的主动式机械装置的传感器组件构成图；
[0022]图3是可行走的主动式机械装置的控制器构成图。
具体实施方式
[0023]应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本专利技术使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0024]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本专利技术另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.可行走的主动式机械装置，其特征在于，包括可穿戴部、控制器、传感器组件和动力源；所述的可穿戴部包括上穿戴支撑部、腰带、腿部支撑和底鞋，所述上穿戴支撑部佩戴在操作者的肩部和背部，其高于操作者头部，且头部前方位置延伸，上穿戴支撑部与腰带固定连接，用于提升和搬运重物的作用，所述腰带佩戴在操作者的腰部，所述动力源和控制器均固定连接在腰带上；所述腿部支撑用于支撑操作者的腿，且设置在操作者的左腿和右腿的外侧；腿部支撑设有膝关节，腿部支撑通过踝关节与底鞋相连，腿部支撑通过髋关节与腰带相连；所述传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器和肌电图传感器；所述超声波传感器设置在上穿戴支撑部上，用于测量重物的位置；所述的陀螺仪传感器测量操作者上身的倾斜度；所述肌电图传感器附接到操作者的皮肤并测量肌电图信号；控制器与传感器组件相连，控制可穿戴部进行相应的动作。2.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的腰带包括支撑操作者腰部的柔性支撑垫和连接到支撑垫以围绕操作者胃部的腰带固定部分。3.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述上穿戴支撑部包括靠背、肩带、支撑臂，所述靠背、肩带、支撑臂均与腰带连接，所述靠背和肩带分别固定在操作者身体相应的肩部、背部，所述支撑臂高于操作者的头部，且向头部的前方位置伸出，所述支撑臂用于提升和搬运重物，所述肩带一端与腰带连接，另一端与靠背可调节连接。4.如权利要求3所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述支撑臂内设置支撑臂驱动电机、卷筒和钢丝绳，所述钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端穿过支撑臂内部和设置在支撑臂末端的滑轮后，通过连接装置连接重物，所述的支撑臂驱动电机根据控制器提供的控制信号向卷筒提供动力。5.如权利要求3所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的腿部支撑包...
【专利技术属性】
技术研发人员：王继来，郭树标，饶静，李取浩，史振宇，李宜姗，高兴，陈安，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：
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