[實用新型]一種外骨骼機器人

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201920381024.4
• 申請日: 2019-03-25
• 公開（公告）號: CN210525083U
• 公開（公告）日: 2020-05-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王天
• 申請（專利權(quán)）人: 杭州程天科技發(fā)展有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 北京海虹嘉誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11129
• 代理人: 張濤;李亮印

本實用新型公開了一種外骨骼機器人，包括外骨骼機器人本體和傳感器；外骨骼機器人本體包括上部支撐結(jié)構(gòu)、髖部桿件、大腿桿件、小腿桿件、足部構(gòu)件、髖關(guān)節(jié)、膝關(guān)節(jié)、踝關(guān)節(jié)；傳感器包括檢測足底壓力的薄膜應(yīng)變片傳感器、檢測關(guān)節(jié)角度的編碼器、檢測關(guān)節(jié)處力/力矩的力傳感器、檢測運動速度/加速度的姿態(tài)傳感器、檢測肌肉張力的電容式傳感器，還設(shè)有連接綁帶，連接綁帶上固定與人體皮膚非接觸的電容式傳感器，電容式傳感器包括至少一個電極貼片；該外骨骼機器人本體上布置的傳感器能夠較準(zhǔn)確的獲取人體運動時的各個參數(shù)。

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及外骨骼機器人技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種外骨骼機器人。

背景技術(shù)

經(jīng)過近數(shù)十年的發(fā)展，對外骨骼機器人技術(shù)領(lǐng)域的研究已取得了長足進(jìn)步，并獲得了一些重要成果，其為外骨骼的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用提供了參考。目前的很多外骨骼系統(tǒng)，比如穿戴式外骨骼機器人，雖然實現(xiàn)了簡單的功能性的動作，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)未能達(dá)到人體的使用需求。

由于人體運動具有很強的自主性，自由度高，信息復(fù)雜，動作多樣，而為了實現(xiàn)良好的辨識與預(yù)測，則需要具有傳感器的感知系統(tǒng)能較大程度反映出系統(tǒng)狀態(tài)，辨識延時小，預(yù)測精度高，計算復(fù)雜度低。但目前在人體運動預(yù)測方面，對人體與外骨骼耦合信息的研究較為匱乏，特別是對人體與外骨骼之間的信息獲取與信息處理，并基于耦合信息估計與預(yù)測人體運動等問題較為突出，例如，穿戴式外骨骼機器人目前的生物信號檢測停留在對神經(jīng)元信號、肌電信號、關(guān)節(jié)運動信息、壓力等特定的、單一模態(tài)的生物信號檢測，尤其是神經(jīng)元的信號和肌電信號個體差異極大，此外傳感器本身也非常昂貴。另外，基于腦信號獲取運動意圖，雖然其全局性強同時信號無滯后，但就目前的科技水平來說，腦信號特征提取及解碼技術(shù)仍不成熟，如此一來，其獲取意圖的準(zhǔn)確性較低；基于肌電信號獲取運動意圖，雖然其信號無滯后，但由于測量肌電信息的傳感器是根據(jù)肌肉活動時皮膚表面?zhèn)魉偷奈⑷蹼娏餍盘柣蚣∪獾能浻渤潭葋硗茢嗳说男袨橐庾R，傳感器表面電極放置位置、人體汗液以及體溫變化等不確定因素將影響所獲取信息的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

目前，國內(nèi)外的一些單位或企業(yè)均投入大量精力來研究外骨骼機器人相關(guān)的技術(shù)，比如，日本HAL外骨骼采用能檢測腦電信號和肌電信號等生物傳感器來獲取穿戴者的運動意圖，然而這類信號通常比較微弱，對環(huán)境變化十分敏感，因此采集難度較大，采集質(zhì)量不高，這在一定程度上限制了HAL外骨骼在復(fù)雜環(huán)境下的工作能力。

因此，如何提供一種能夠更加準(zhǔn)確獲取人體運動時的各個數(shù)據(jù)的外骨骼機器人便成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

實用新型內(nèi)容

本實用新型提供一種外骨骼機器人，包括外骨骼機器人本體和安裝于所述外骨骼機器人本體上的傳感器；

所述外骨骼機器人本體包括上部支撐結(jié)構(gòu)和下肢結(jié)構(gòu)，所述下肢結(jié)構(gòu)對稱設(shè)于所述上部支撐結(jié)構(gòu)下方的左右兩側(cè)，所述上部支撐結(jié)構(gòu)包括背架，所述下肢結(jié)構(gòu)包括髖部桿件、大腿桿件、小腿桿件、足部構(gòu)件，所述髖部桿件連接所述背架，還包括連接所述髖部桿件與所述大腿桿件的髖關(guān)節(jié)、連接所述大腿桿件與所述小腿桿件的膝關(guān)節(jié)、連接所述小腿桿件與所述足部構(gòu)件的踝關(guān)節(jié)；

所述傳感器包括用于檢測足底壓力的薄膜應(yīng)變片傳感器，所述薄膜應(yīng)變片傳感器安裝于所述足部構(gòu)件的鞋內(nèi)，還包括用于檢測左右髖膝關(guān)節(jié)處關(guān)節(jié)角度的編碼器，所述左右髖膝關(guān)節(jié)處分別安裝所述編碼器，還包括用于檢測左右髖膝關(guān)節(jié)處力/力矩的力傳感器，所述左右髖膝關(guān)節(jié)處分別安裝所述力傳感器，還包括用于檢測運動速度/加速度的姿態(tài)傳感器，左右所述小腿桿件、左右所述大腿桿件和所述背架分別安裝所述姿態(tài)傳感器，還包括用于檢測左右大腿桿件和左右小腿桿件處肌肉張力的電容式傳感器，所述左右大腿桿件和所述左右小腿桿件上分別設(shè)有連接綁帶，每個所述連接綁帶上固定有與人體皮膚非接觸的所述電容式傳感器，每個所述電容式傳感器包括至少一個電極貼片。

作為優(yōu)選，所述電極貼片固定安裝于所述連接綁帶的內(nèi)表面上，所述電極貼片背離所述內(nèi)表面的一側(cè)設(shè)有一層硅橡膠；

或者，所述電極貼片固定安裝于所述連接綁帶的內(nèi)表面和外表面之間。