[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于上肢外骨骼助力效率的檢測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710533859.2
• 申請(qǐng)日: 2017-07-03
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107490470B
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 歐陽(yáng)小平;黃梓亮;方晨昊;吳菲菲
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01M13/00
• 分類(lèi)號(hào): G01M13/00;B25J19/00
• 代理公司: 杭州求是專(zhuān)利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林懷禹

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于上肢外骨骼助力效率的檢測(cè)方法。通過(guò)在上肢外骨骼的肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸上設(shè)置拉壓力傳感器，在穿戴者上肢肩關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)處貼上肌電信號(hào)傳感器，這兩組信號(hào)既能用于人體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的預(yù)判，又能用于人機(jī)協(xié)同的力控制；將拉壓力傳感器測(cè)得的作動(dòng)缸受力與肌電信號(hào)傳感器測(cè)量的穿戴者輸出力分別做差值，與上肢外骨骼搬運(yùn)的重物重量做對(duì)比算法；再結(jié)合穿戴者在穿戴上肢外骨骼工作時(shí)的實(shí)時(shí)心跳，來(lái)綜合評(píng)定上肢外骨骼的助力效率。本發(fā)明采集的信號(hào)既能用于人體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的預(yù)判，又能用于人機(jī)協(xié)同的力控制；本發(fā)明結(jié)合了穿戴者輸出力的物理特征信號(hào)與心跳的生理特征信號(hào)來(lái)綜合評(píng)定上肢外骨骼的助力效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及外骨骼機(jī)器人，尤其是涉及一種用于上肢外骨骼助力效率的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)

外骨骼機(jī)器人是融合了傳感、控制、信息和機(jī)械等多門(mén)學(xué)科的新型智能裝備，在美軍士兵上已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用。外骨骼機(jī)器人的設(shè)計(jì)目的主要用于恢復(fù)和增強(qiáng)穿戴者的人體行為，如提高負(fù)重移動(dòng)能力、搬運(yùn)重物作業(yè)能力等。

現(xiàn)在針對(duì)外骨骼機(jī)器人的研究主要集中于仿人化設(shè)計(jì)、人體運(yùn)動(dòng)感知和人機(jī)耦合這三大方面，往往忽視了對(duì)其應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)，如助力效率、穿戴者舒適度等。據(jù)調(diào)研，已有的助力效率的檢測(cè)方法主要以穿戴者在穿戴外骨骼進(jìn)行工作的耗氧量為依據(jù)，這種評(píng)價(jià)方法依據(jù)單一，不能全面評(píng)判助力效率，而且耗氧量難以測(cè)量，所需設(shè)備復(fù)雜不便攜帶。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)背景中研究和技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的是提供一種用于上肢外骨骼助力效率的檢測(cè)方法，通過(guò)拉壓力傳感器測(cè)得的作動(dòng)缸受力與肌電信號(hào)傳感器測(cè)量的穿戴者輸出力分別做差值，與上肢外骨骼搬運(yùn)的重物重量做對(duì)比算法；再結(jié)合穿戴者在穿戴上肢外骨骼工作時(shí)的實(shí)時(shí)心跳，來(lái)綜合評(píng)定上肢外骨骼的助力效率。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明通過(guò)在上肢外骨骼肩關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸和肘關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸上分別設(shè)置拉壓力傳感器，在穿戴者肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)上分別貼上肌電信號(hào)傳感器；在穿戴者胸部位置安裝心率測(cè)量?jī)x。

每個(gè)拉壓力傳感器測(cè)得的肩關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸的受力F₁、肘關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸的受力F₂與肌電信號(hào)傳感器測(cè)量的穿戴者肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)的輸出力F₁′、F₂′分別做差值，與上肢外骨骼搬運(yùn)的重物重量G做對(duì)比算法。

結(jié)合穿戴者在穿戴上肢外骨骼工作時(shí)的實(shí)時(shí)心率A，來(lái)綜合評(píng)定上肢外骨骼的助力效率Z；

式中，Z為助力效率，單位：％；η為心率的影響系數(shù)，根據(jù)多次的人機(jī)實(shí)驗(yàn)獲得；A為穿戴者的實(shí)時(shí)心率，單位：次/分鐘；B為穿戴者的安靜心率，單位：次/分鐘。

所述拉壓力傳感器為柱式拉壓力傳感器M10D，肌電信號(hào)傳感器為MYON320，心率測(cè)量?jī)x為OEM品牌的WQ004。

本發(fā)明具有的有益效果是：

采集的信號(hào)既能用于人體運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的預(yù)判，又能用于人機(jī)協(xié)同的力控制；相對(duì)于傳統(tǒng)的以耗氧量為依據(jù)的評(píng)價(jià)方法，本發(fā)明結(jié)合了穿戴者輸出力的物理特征信號(hào)與心跳的生理特征信號(hào)來(lái)綜合評(píng)定上肢外骨骼的助力效率。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

本發(fā)明通過(guò)在上肢外骨骼肩關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸和肘關(guān)節(jié)的液壓作動(dòng)缸上分別設(shè)置拉壓力傳感器，在穿戴者肩關(guān)節(jié)和肘關(guān)節(jié)上分別貼上肌電信號(hào)傳感器；在穿戴者胸部位置安裝心率測(cè)量?jī)x。