[發明專利]一種可穿戴單下肢智能助力外骨骼及其控制方法

在審

• 申請號: 201711129742.4
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN107802461A
• 公開（公告）日: 2018-03-16
• 發明（設計）人: 閆磊;王方政;吳健;范磊
• 申請（專利權）人: 北京林業大學
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61H1/02;B25J9/00
• 代理公司: 北京路浩知識產權代理有限公司11002
• 代理人: 王瑩,吳歡燕

技術領域

本發明涉及智能醫療輔助設備技術領域，尤其涉及一種可穿戴單下肢智能助力外骨骼及其控制方法。

背景技術

可穿戴單下肢智能助力外骨骼機器人是一種可穿戴的人機一體化結合的智能機械裝置，可以將人類的智力與機器人的“體力”有機結合在一起，可以擴展人體腿部的運動能力，增強肢體功能，可有效的幫助殘弱者提供助力的效果，進一步實現他們自主生活的愿望。該機器人需要穿戴靈活、柔順舒適、結構輕巧、便于調節等特點。單下肢助力外骨骼機器人應用領域十分廣泛，在軍事領域上，可以提高士兵的運動靈活性、機動性，大大提高越野作戰能力；在醫療領域，可以幫助下肢無力或殘疾患者進行康復訓練及助力行走，減輕社會和家庭的壓力，同時，智能助力機器人又可以作為一種新型環保交通工具，大大減少城市汽車流量，又可以達到鍛煉身體的目的。

目前用于患者康復治療及助力行走的外骨骼機器人，其結構比較笨重，體積較大，操作較為麻煩，智能效果很差，尤其其存在二次傷害的隱患不便于對單下肢受傷患者助力行走及康復治療。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明提供一種可穿戴單下肢智能助力外骨骼，以解決現有外骨骼機器人存在二次傷害隱患的問題。

本發明提供一種可穿戴單下肢智能助力外骨骼的控制方法，以解決現有外骨骼機器人智能效果差的問題。

(二)技術方案

為了解決上述技術問題，本發明提供一種可穿戴單下肢智能助力外骨骼，包括動力組件、控制器以及依次連接的大腿支撐部、小腿支撐部和足底部；

所述大腿支撐部與所述小腿支撐部通過限位組件鉸接連接，所述小腿支撐部與所述足底部通過碳纖維彈性板連接；

所述大腿支撐部上設置有大腿力傳感器，所述大腿支撐部與所述小腿支撐部的連接位置的關節處設置有編碼器，所述小腿支撐部上設置有小腿力傳感器，所述足底部設置有足底力傳感器；

所述控制器接收所述大腿力傳感器、小腿力傳感器、編碼器以及足底力傳感器采集的運動信息并根據該運動信息控制所述動力組件帶動助力外骨骼運動。

進一步地，所述足底力傳感器包括分別對應人體足部的第一拓骨根部和第五拓骨根部及后腳跟設置的第一拓骨根壓力傳感器、第五拓骨根壓力傳感器及后腳跟壓力傳感器。

進一步地，所述大腿支撐部為與人體大腿部后側匹配的開口弧面型，所述小腿支撐部為人體小腿部后側匹配的開口弧面型；

所述大腿支撐部的左、右側邊緣沿其長度方向分別固定有第一連接桿，所述小腿支撐部的左、右側邊緣沿其長度方向的上部固定有第二連接桿，同側的所述第一連接桿與所述第二連接桿通過旋轉軸鉸接。

進一步地，所述第一連接桿為L型，所述第一連接桿的長邊沿所述大腿支撐部的長度方向延伸，所述第一連接桿的短邊面向大腿支撐部的后側延伸；

所述第二連接桿為長條板狀，所述旋轉軸穿過所述述第二連接桿的上端板的寬平面與所述第一連接桿的短邊將所述第一連接桿與所述第二連接桿鉸接。

進一步地，所述編碼器設置在旋轉軸的一端，所述限位組件設置在所述旋轉軸的另一端。

進一步地，所述限位組件為中心設置有圓孔的圓盤，所述圓盤上設置有兩個限位凸耳，兩限位凸耳之間相隔90度；

所述旋轉軸穿過所述圓孔將所述限位組件固定。

進一步地，所述大腿支撐部的弧面型的左、右兩側分別對應設置有第一綁帶夾；

所述小腿支撐部的弧面型的左、右兩側分別對應設置有第二綁帶夾；

所述足底部為與人體腳底部以及腳跟部適配的槽型，所述足底部的槽型的兩側分別對應設置有第三綁帶夾。

進一步地，所述動力組件為液壓缸，所述液壓缸的筒體端通過支撐架鉸接固定在第一連接桿的上部，所述液壓缸的桿部與第二連接桿的上部鉸接。

進一步地，所述支撐架為開口向下的U型，所述支撐架的兩側邊對齊設置有第一銷軸孔，所述液壓缸的筒體上端連接有掛桿，所述掛桿設置在所述支撐架的U型口的中間，且所述掛桿對應所述第一銷軸孔上設置有第二銷軸孔，第一銷軸穿過所述第一銷軸孔與所述第二銷軸孔從而將所述液壓缸鉸接在所述支撐架上；所述支撐架與所述第一連接桿的上部固定連接；

所述液壓缸的桿部的末端設置有開口槽；所述第二連接桿在旋轉軸的下方連接有支撐桿，所述支撐桿為上端遠離腿部彎折的條形板，所述支撐桿的上端設置在所述開口槽內，第二銷軸穿過開口槽側壁與所述支撐桿的上部；所述支撐桿與所述第二連接桿固定連接。