本发明专利技术涉及一种外骨骼一体化助力装置及方法，属于助力机器人控制领域。装置包括：腰部助力模块、上肢助力模块、主处理器、无线通信模块、惯性测量模块和手套模块；惯性测量模块用于采集人体背部、左下肢以及右下肢的传感数据；手套模块用于采集柔性绳的拉力；无线通信模块用于将采集到的传感数据和拉力传输至所述主处理器；主处理器用于对传感数据进行解算得到人体运动数据；主处理器还用于根据人体运动数据，并结合拉力判断人体运动意图，根据人体运动意图控制腰部助力模块和上肢助力模块；腰部助力模块用于为腰部提供助力；上肢助力模块用于为手臂提供助力。本发明专利技术的装置可以同时提供腰部和上肢的助理，提高了助力效率。提高了助力效率。提高了助力效率。
【技术实现步骤摘要】
一种外骨骼一体化助力装置及方法
[0001]本专利技术涉及助力机器人控制领域，特别是涉及一种外骨骼一体化助力装置及方法。
技术介绍
[0002]外骨骼机器人是一种新兴的复杂的机器人系统，可以为穿戴者提供助力。逐步开始在军用、民用、医疗等领域推广应用；在民用领域应用较多的场景就是货物转运，高负重的搬运，容易对人体造成损伤，同时降低搬运效率。外骨骼可以作为一种有效的解决方案，搬运者可以通过穿戴外骨骼，提高搬运效率，减少身体损伤。
[0003]目前，腰部外骨骼助力机器人可用于保护人体腰部，避免腰部肌肉损伤及腰间盘突出等症状，可用于腰部助力，辅助人体搬运腰部助力，但是单一的腰部助力存在助力效率低的问题。上肢助力外骨骼机器人，可通过控制器和驱动器控制手臂运动，实现搬抬托举，上肢外骨骼采用的是多关节刚性的结构，整体采用的是多电机控制。多关节刚性结构增加了控制难度，降低了人体与外骨骼的运动融合性，降低了助力效率，同时整体采用多电机和完全刚性的结构容易造成外骨骼整体质量偏重的情况。
[0004]因此，现有技术中单一的外骨骼助力装置存在助力效率低的问题。
技术实现思路
[0005]本专利技术的目的是提供一种外骨骼一体化助力装置及方法，以解决现有技术中单一的外骨骼助力装置助力效率低的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]一种外骨骼一体化助力装置，包括：腰部助力模块、上肢助力模块、主处理器、无线通信模块、惯性测量模块和手套模块；
[0008]所述腰部助力模块、所述上肢助力模块和所述无线通信模块均与所述主处理器连接；所述惯性测量模块和所述手套模块均与所述无线通信模块连接；所述手套模块通过柔性绳与所述上肢助力模块连接；
[0009]所述惯性测量模块用于采集人体背部、左下肢以及右下肢的传感数据；所述传感数据包括三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场；
[0010]所述手套模块用于采集所述柔性绳的拉力；
[0011]所述无线通信模块用于将采集到的所述传感数据和所述拉力传输至所述主处理器；
[0012]所述主处理器用于对所述传感数据进行解算得到人体运动数据；所述主处理器还用于根据所述人体运动数据，并结合所述拉力判断人体运动意图，根据所述人体运动意图控制所述腰部助力模块和所述上肢助力模块；所述人体运动数据包括人体前倾的角度和角速度；所述人体运动意图包括下蹲、起立、弯腰和直腰；
[0013]所述腰部助力模块用于为腰部提供助力；所述上肢助力模块用于为手臂提供助
力。
[0014]可选地，所述腰部助力模块包括依次连接的第一电机驱动单元、第一电机和第一编码器以及依次连接的第二电机驱动单元、第二电机和第二编码器；
[0015]所述第一电机驱动单元、所述第二电机驱动单元、所述第一编码器和所述第二编码器均与所述主处理器连接。
[0016]可选地，还包括：第一连接板、第二连接板、第一绑带和第二绑带；所述第一连接板设置在左下肢的外侧；所述第二连接板设置在右下肢的外侧；所述第一绑带绑在所述左下肢；所述第二绑带绑在所述右下肢；
[0017]所述第一电机通过所述第一连接板与所述第一绑带连接；所述第二电机通过所述第二连接板与所述第二绑带连接。
[0018]可选地，所述上肢助力模块包括依次连接的第三电机驱动单元、第三电机和第三编码器；
[0019]所述第三电机驱动单元和所述第三编码器均与所述主处理器连接。
[0020]可选地，所述手套模块包括拉力传感器、无线通信单元、霍尔接近传感器、协处理器、稳压单元和锂电池；
[0021]所述拉力传感器、所述无线通信单元、所述霍尔接近传感器均与所述协处理器连接；所述锂电池与所述稳压单元连接；所述稳压单元分别与所述拉力传感器、所述无线通信单元、所述霍尔接近传感器和所述协处理器连接；
[0022]所述拉力传感器还通过所述柔性绳与所述第三电机连接；所述无线通信单元与所述无线通信模块连接。
[0023]可选地，所述上肢助力模块还包括卷筒；所述柔性绳通过所述卷筒与所述第三电机连接。
[0024]可选地，所述手套模块还包括一双手套；每只所述手套上均设置有所述拉力传感器、所述无线通信单元、所述霍尔接近传感器、所述协处理器、所述稳压单元和所述锂电池。
[0025]可选地，所述惯性测量模块包括第一惯性测量传感器、第二惯性测量传感器和第三惯性测量传感器；所述第一惯性测量传感器、所述第二惯性测量传感器和所述第三惯性测量传感器均与所述无线通信模块连接；
[0026]所述第一惯性测量传感器，设置于人体背部，用于采集人体背部的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场；
[0027]所述第二惯性测量传感器，设置于左下肢，用于采集左下肢的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场；
[0028]所述第三惯性测量传感器，设置于右下肢，用于采集右下肢的三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场。
[0029]可选地，还包括电源模块，所述电源模块分别与所述腰部助力模块、所述上肢助力模块、所述主处理器、所述无线通信模块、所述惯性测量模块和所述手套模块连接；所述电源模块用于为所述腰部助力模块、所述上肢助力模块、所述主处理器、所述无线通信模块、所述惯性测量模块和所述手套模块供电。
[0030]一种外骨骼一体化助力方法，所述外骨骼一体化助力方法应用于上述的外骨骼一体化助力装置，方法包括：
[0031]获取人体背部、左下肢和右下肢的传感数据以及柔性绳的拉力；所述传感数据包括三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场；
[0032]根据所述传感数据，计算人体运动数据；所述人体运动数据包括人体前倾的角度和角速度；
[0033]根据所述人体运动数据，并结合所述拉力判断人体运动意图；所述人体运动意图包括下蹲、起立、弯腰和直腰；
[0034]根据所述人体运动意图控制腰部助力模块为腰部提供助力以及控制上肢助力模块为手臂提供助力。
[0035]根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：
[0036]本专利技术的外骨骼一体化助力装置，同时具有腰部助力和上肢助力，能够在人体搬运过程中同时提供腰部和上肢的助力，整个过程中，手臂可以使用很小的力将要搬运的货物放置到指定的位置，腰部助力部分能够在人体由蹲到立的过程中实现大幅助力，实现了腰部上肢同时助力，提高了助力效率，整个系统控制精度高，稳定性可靠，助力效果突出。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术提供的一种外骨骼一体化助力装置结构图；
[0039]图2为本专利技术提供的一种外骨骼一体化助力装置的穿戴示意图；
[0040]图3为本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种外骨骼一体化助力装置，其特征在于，包括：腰部助力模块、上肢助力模块、主处理器、无线通信模块、惯性测量模块和手套模块；所述腰部助力模块、所述上肢助力模块和所述无线通信模块均与所述主处理器连接；所述惯性测量模块和所述手套模块均与所述无线通信模块连接；所述手套模块通过柔性绳与所述上肢助力模块连接；所述惯性测量模块用于采集人体背部、左下肢以及右下肢的传感数据；所述传感数据包括三轴加速度、三轴角速度和三轴磁场；所述手套模块用于采集所述柔性绳的拉力；所述无线通信模块用于将采集到的所述传感数据和所述拉力传输至所述主处理器；所述主处理器用于对所述传感数据进行解算得到人体运动数据；所述主处理器还用于根据所述人体运动数据，并结合所述拉力判断人体运动意图，根据所述人体运动意图控制所述腰部助力模块和所述上肢助力模块；所述人体运动数据包括人体前倾的角度和角速度；所述人体运动意图包括下蹲、起立、弯腰和直腰；所述腰部助力模块用于为腰部提供助力；所述上肢助力模块用于为手臂提供助力。2.根据权利要求1所述的外骨骼一体化助力装置，其特征在于，所述腰部助力模块包括依次连接的第一电机驱动单元、第一电机和第一编码器以及依次连接的第二电机驱动单元、第二电机和第二编码器；所述第一电机驱动单元、所述第二电机驱动单元、所述第一编码器和所述第二编码器均与所述主处理器连接。3.根据权利要求2所述的外骨骼一体化助力装置，其特征在于，还包括：第一连接板、第二连接板、第一绑带和第二绑带；所述第一连接板设置在左下肢的外侧；所述第二连接板设置在右下肢的外侧；所述第一绑带绑在所述左下肢；所述第二绑带绑在所述右下肢；所述第一电机通过所述第一连接板与所述第一绑带连接；所述第二电机通过所述第二连接板与所述第二绑带连接。4.根据权利要求1所述的外骨骼一体化助力装置，其特征在于，所述上肢助力模块包括依次连接的第三电机驱动单元、第三电机和第三编码器；所述第三电机驱动单元和所述第三编码器均与所述主处理器连接。5.根据权利要求4所述的外骨骼一体化助力装置，其特征在于，所述手套模块包括拉力传感器、无线通信单元、霍尔接近传感器、协处理器、稳压单元和锂电池；所述拉力传感器、所述无线通信单元、所述霍尔接近传感器均与所述协处理器连接；所述锂电池与所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈春杰，王强，吴新宇，徐升，穆新星，王富溪，
申请(专利权)人：山东中科先进技术有限公司，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。