[發明專利]一種外骨骼用液壓敏感式傳感鞋

在審

• 申請號: 201811511365.5
• 申請日: 2018-12-11
• 公開（公告）號: CN109676584A
• 公開（公告）日: 2019-04-26
• 發明（設計）人: 郭加利;江金林;張鑫彬;王曉露;金理;鮮亞平;張曦
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J19/00;G01L1/02;G01L1/04
• 代理公司: 上海元好知識產權代理有限公司 31323
• 代理人: 徐雯瓊;包姝晴

本發明涉及一種外骨骼用液壓敏感式傳感鞋，包含：鞋體，穿戴在外骨骼足部上；承壓底座，設置在鞋體上，具有一容納腔，且頂部設置開口；金屬膜片，固定設置在承壓底座的頂部開口處，密閉容納腔；絕緣油，填充設置在承壓底座的容納腔內，且完全充滿容納腔內部，形成密閉油液空間；壓力傳感器，通過無縫薄壁管與承壓底座的容納腔連通；由金屬膜片承受外骨骼足部的壓力，使密閉油液空間因壓縮產生均勻壓力，通過無縫薄壁管傳遞至壓力傳感器，由壓力傳感器檢測得到傳感鞋承載的外骨骼足部的壓力信息。本發明采用液壓方式準確檢測足底壓力信息，進而準確控制外骨骼的步態和姿態，可靠性高，使用壽命長。

技術領域

本發明涉及一種外骨骼用液壓敏感式傳感鞋，利用金屬膜片受壓，在滿油密閉空間內產生液壓力以反應腳底所受的力，屬于外骨骼腳底壓力傳感的技術領域。

背景技術

足部是聯絡人體和其支撐面的器官，承擔著身體的全部重量，并且身體姿態的變化會導致足底所承受的壓力的變化。對于外骨骼機器人來說，足部壓力傳感鞋所承受的負載大小是系統控制算法所需要的重要參數。使用足部壓力傳感鞋的目的是把機器人的足部對其人體支撐面的壓強信息采集出來并轉換為電信號，然后傳輸到上位機進行分析。因此，外骨骼用的傳感鞋對于足部壓力采集的準確性和可靠性是影響外骨骼機器人性能的關鍵因素之一。

目前，國內外現有的外骨骼傳感鞋的壓力采集方法主要有以下幾種：應變片式，軟管式，輪輻式，薄膜傳感器式和壓電式等。但是，以上幾種足部壓力采集方法均有各自缺陷，例如：軟管式對軟管的材質、硬度等參數的選擇要求較高，并且響應慢，制作工藝復雜；應變片式對貼片的工藝要求較高，同時對受到剪切方向的分力不能準確采集，不適合動態采集；輪輻式也是基于采用應變片式的傳感原理，因此具有相類似的問題；薄膜傳感器式的環境適應性差，容易斷裂，壽命不高；而壓電式則受環境因素影響大，暫未達到工程化應用水平。

基于上述，本發明提出一種適用于外骨骼機器人的液壓敏感式傳感鞋，能夠有效準確的檢測足底壓力信息，為外骨骼足部的步態和姿態控制提供準確的數據，有效解決現有技術中存在的壓力敏感度差、壽命低、承受側向力能力差、制作工藝復雜等的缺點和限制。

發明內容

本發明的目的是提供一種外骨骼用液壓敏感式傳感鞋，采用液壓方式準確檢測足底壓力信息，進而準確控制外骨骼的步態和姿態，可靠性高，使用壽命長。

為實現上述目的，本發明提供一種外骨骼用液壓敏感式傳感鞋，包含：鞋體，穿戴在外骨骼足部上；承壓底座，設置在鞋體上，具有一容納腔，且頂部設置開口；金屬膜片，固定設置在承壓底座的頂部開口處，密閉容納腔；絕緣油，填充設置在承壓底座的容納腔內，且完全充滿容納腔內部，形成密閉油液空間；壓力傳感器，通過無縫薄壁管與承壓底座的容納腔連通；由金屬膜片承受外骨骼足部的壓力，使密閉油液空間因壓縮產生均勻壓力，通過無縫薄壁管傳遞至壓力傳感器，由壓力傳感器檢測得到傳感鞋承載的外骨骼足部的壓力信息。

所述的承壓底座分別設置在鞋體的前腳掌位置和后腳跟位置。

所述的金屬膜片的上表面隆起形成弧度，與外骨骼足底之間完全接觸。

所述的金屬膜片與承壓底座的頂部開口之間通過焊接固定連接。

所述的絕緣油采用硅油。

所述的承壓底座上開設第一連接通孔；所述的無縫薄壁管的一端端部與該第一連接通孔之間通過焊接連接，使無縫薄壁管與承壓底座的容納腔相連通。

所述的承壓底座上開設放氣孔，通過該放氣孔對承壓底座的容納腔內部抽真空。

本發明所述的外骨骼用液壓敏感式傳感鞋，還包含放氣孔堵頭，堵住承壓底座上的放氣孔。

本發明所述的外骨骼用液壓敏感式傳感鞋，還包含傳感器底座，其上開設第二連接通孔，所述的壓力傳感器設置在該傳感器底座的第二連接通孔處。