[發明專利]重生動力機械骨骼系統

在審

• 申請號: 201710486060.2
• 申請日: 2017-06-23
• 公開（公告）號: CN107457766A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 張翔宇;鄭旺;沈建昌;段國超;龔仁斌;左桂蘭;程越
• 申請（專利權）人: 張翔宇;鄭旺;沈建昌
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/12;B25J19/00
• 代理公司: 寧波奧凱專利事務所(普通合伙)33227
• 代理人: 姜瑞祥

技術領域

本發明涉及骨骼機器人，是一種重生動力機械骨骼系統。

背景技術

外骨骼機器人技術是一種融合傳感、控制、信息、融合、移動計算等現代綜合技術，并為操作者提供一種可穿戴的機械機構，即為一種套在人體外面的人體骨骼仿生機器人，也稱為可穿戴的機器人，在軍事、康復、運輸等領域該項技術有廣泛地應用空間。現有一些外骨骼機器人技術應用于搬運領域，如中國專利文獻刊載的申請號201610454728.0，申請公布日2016.09.07，發明名稱“重生動力機械骨骼系統”，該骨骼機器裝置包括下肢外骨骼助行機器和上肢外骨骼助行機器，以及對應的包裹板和背帶，所述下肢外骨骼助行機器與上肢外骨骼助行機器之間通過仿生脊椎連接；其要點是該協力骨骼機器裝置還設有可編程邏輯控制器、人機顯示器、掛載控制器、空壓機和掛載器，所述吊臂呈彎曲伸出上部機架的前方，吊臂設有吊臂氣缸，空壓機通過氣管與吊臂氣缸、掛載器連接，上部機架通過吊臂的吊臂氣缸和掛載器對重物進行抬起吊裝動作，吊臂的角度可調節，掛載器的高度可調節，人機顯示器控制吊臂氣缸，掛載控制器控制掛載器。但上述機械骨骼系統主要用于重物的搬運，而不是用于殘障人士的運動輔助，特別是殘障人士的下肢運動輔助。

發明內容

為克服上述不足，本發明的目的是向本領域提供一種重生動力機械骨骼系統，使其解決現有同類產品缺少數據信號預先捕捉采集，以及實時監控、還原步態位置信息和反饋補償量的技術問題。其目的是通過如下技術方案實現的。

一種重生動力機械骨骼系統，該機械骨骼系統包括機械系統和數據采集系統，機械系統包括下肢隨動機構和連接機構，下肢隨動機構包括轉動關節、腿長度調節、大腿綁帶、小腿綁帶、髖部長度調節，下肢隨動機構的上機架包括髖關節連接板、肋下束帶板、背板、背部調節板、腰部連接板，下肢隨動機構的腿部包含大腿腿板、小腿腿板、膝關節連接板，以及帶有諧波減速器的動力總成，諧波減速器包括膝關節減速器和髖關節減速器，膝關節連接板的一端通過螺栓與減速器法蘭連接，膝關節連接板的另一端與大腿腿板連接，并且通過膝關節連接板上端的連接槽進行長度調節，膝關節減速器安裝在小腿腿板的一個減速器安裝孔中，髖關節減速器安裝在大腿腿板的一個減速器安裝孔中，動力總成分別安裝在小腿腿板和大腿腿板中，動力總成設有保護罩。其結構設計要點是所述髖關節連接板與大腿腿板的大腿底板之間的轉動關節，以及大腿腿板的大腿底板與小腿腿板的小腿底板之間的轉動關節分別設有霍爾角度傳感器，即霍爾角度傳感器分別位于下肢隨動機構中膝、髖關節的屈伸旋轉軸線方向；首先，作為數據采集系統的霍爾角度傳感器將人體下肢各關節的運動信息轉換成數字量信息；然后，將來自各路不同關節的數字量信息經過以USB數據采集卡為核心的數據采集與緩存模塊同步不間斷地采集和預處理后，再通過USB傳輸模塊傳遞給PC機；最后，PC機應用程序軟件MATLAB對采集的數據進行最終的處理和存儲，并通過人機交換界面以數據曲線形式實時的顯示出來；即該機械骨骼系統通過霍爾角度傳感器采集人體下肢和腰部的對地角度信號經各角度差計算得到的各關節角度值，預先捕捉人體的關節角度和力矩的信號，存儲于該機械骨骼系統的控制系統，使用者自主選擇控制模式；并通過控制系統實現對人體姿態的實時監控，并對人體步態還原控制過程提供肢體位置信息和反饋補償量。

所述數據采集系統包括壓力鞋墊，所述壓力鞋墊內設有薄膜壓力傳感器，即薄膜壓力傳感器設置于泡沫鞋墊與中間層橡膠墊之間，薄膜壓力傳感器的引線穿過中間層橡膠墊與底部橡膠墊之間的間隙與引線接線板連接，壓力鞋墊的足底壓力信號與人體的關節角度、力矩的信號一起被預先捕捉，在使用者使用時提供實時監控。

所述上機架的兩側髖關節連接板通過第二內六角圓柱頭螺栓、M3墊片與兩側的背部掛架一端連接的同時，兩側的髖關節連接板分布通過第四內六角圓柱頭螺栓、腰部連接板與肋下束帶板一端；髖關節連接板處的背部掛架設有調節孔，調節孔處的髖關節連接板設有連接槽，背部掛架的另一端通過背部調節板與背板，背板的后部設有能源背包，肋下束帶板的另一端分布設有束帶孔。上述上機架的部件采用鋁板配合3D打印的方式進行制造，能源背包采用3D打印的方式進行制作，能源包為動力總成提供電能，并存放控制系統的電路板、控制器等電路部件。