[發(fā)明專利]一種用于下肢外骨骼的人機(jī)一維交互力測量傳感器及測量方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010430196.3
• 申請日: 2020-05-20
• 公開（公告）號: CN111693181B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曾泓炳;吳青聰;楊冰云;李黎明;耿天宇;張洺銘
• 申請（專利權(quán)）人: 南京航空航天大學(xué)
• 主分類號: G01L1/00
• 分類號: G01L1/00
• 代理公司: 南京蘇高專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙) 32204
• 代理人: 張弛

本發(fā)明涉及一種用于下肢外骨骼的人機(jī)一維交互力測量傳感器，包括固定件、與固定件配合的活動(dòng)件、薄膜壓力傳感器，所述固定件固定在外骨骼的大腿板上，活動(dòng)件固定在大腿綁縛護(hù)具上，人腿相對于外骨骼大腿板運(yùn)動(dòng)時(shí)，固定在固定件兩側(cè)的薄膜壓力傳感器將單純的壓力轉(zhuǎn)換成兩個(gè)薄膜壓力傳感器測得的壓力大小的對比信號，從而達(dá)到該人機(jī)一維交互力測量傳感器對一維拉壓力的測量，且由于薄膜壓力傳感器體積小、成本低，該人機(jī)一維交互力測量傳感器與薄膜壓力傳感器配合的固定件和活動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡單，使得整個(gè)人機(jī)一維交互力測量傳感器體積小便于集成，并且易加工、成本低。本發(fā)明還提供了該測量傳感器的測量方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，是一種用于下肢外骨骼的人機(jī)一維交互力測量傳感器。

背景技術(shù)

下肢外骨骼是一種可穿戴式的機(jī)器人，具有為人體提供運(yùn)動(dòng)助力和支撐負(fù)重、輔助殘疾人行走以及為中風(fēng)患者提供隨身肌肉訓(xùn)練等功能，在軍事、醫(yī)療康復(fù)、工業(yè)輔助等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。外骨骼機(jī)器人的控制通常需要測量人體對外骨骼施加的交互力，通常，外骨骼與人腿通過綁縛機(jī)構(gòu)連接，為采集人機(jī)交互力，可以在綁縛機(jī)構(gòu)與外骨骼間串聯(lián)一個(gè)力傳感器，人腿與外骨骼腿桿的交互力為6維力，但通常只需測量對步行運(yùn)動(dòng)影響最大的垂直于腿桿方向的一維拉壓力。

然而，現(xiàn)有技術(shù)中的一維力傳感器只能承受壓力或者只能承受拉力。而現(xiàn)有技術(shù)中能檢測拉壓力的傳感器加工精度高、制造成本大或者體積大難以集成到需要小體積的綁縛機(jī)構(gòu)上。

故，需要一種新的技術(shù)方案以解決上述問題。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：為解決上述問題，本發(fā)明提供了一種用于下肢外骨骼的人機(jī)一維交互力測量傳感器，能夠檢測拉壓力、體積小便于集成并且成本低。

本發(fā)明同時(shí)提供一種用于下肢外骨骼的人機(jī)一維交互力測量傳感器的測量方法，能夠通過該傳感器測量的壓力信號，判斷人機(jī)交互力的方向。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種用于下肢外骨骼的人機(jī)一維交互力測量傳感器，包括固定件、與固定件配合的活動(dòng)件、薄膜壓力傳感器以及連接件，所述固定件包括底板和連接于底板兩側(cè)并自底板同向彎折延伸的兩個(gè)擋板；該兩個(gè)擋板為第一擋板與第二擋板，活動(dòng)件位于第一擋板與第二擋板之間；活動(dòng)件包括面對第一擋板的第一側(cè)面，以及面對第二擋板的第二側(cè)面；第一擋板與第一側(cè)面之間夾有第一薄膜壓力傳感器，第二擋板與第二側(cè)面之間夾有第二薄膜壓力傳感器；所述固定件和活動(dòng)件通過連接件連接，固定件和活動(dòng)件分別打一個(gè)通孔，通孔位于薄膜壓力傳感器上方，所述連接件穿過固定件和活動(dòng)件的通孔，固定件和活動(dòng)件形成鐘擺式結(jié)構(gòu)，活動(dòng)件相對固定件轉(zhuǎn)動(dòng)。

有益效果：

本發(fā)明提供的一維交互力傳感器，通過固定在固定件兩側(cè)的薄膜壓力傳感器將單純的壓力轉(zhuǎn)換成兩個(gè)薄膜壓力傳感器測得的壓力大小的對比信號，從而達(dá)到該人機(jī)一維交互力測量傳感器對一維拉壓力的測量，且由于薄膜壓力傳感器體積小、成本低，該人機(jī)一維交互力測量傳感器與薄膜壓力傳感器配合的固定件和活動(dòng)件結(jié)構(gòu)簡單，使得整個(gè)人機(jī)一維交互力測量傳感器體積小便于集成，并且易加工、成本低。

進(jìn)一步的，所述固定件兩個(gè)擋板與底板通過螺釘活動(dòng)連接，通過調(diào)節(jié)螺釘調(diào)節(jié)兩個(gè)擋板之間的距離。

進(jìn)一步的，所述活動(dòng)件第一側(cè)面固定第一橡膠片，第二側(cè)面固定第二橡膠片，固定件第一擋板與第一橡膠片之間夾有第一薄膜壓力傳感器，第二擋板與第二橡膠片之間夾有第二薄膜壓力傳感器，橡膠片為薄膜壓力傳感器提供初始預(yù)緊壓力。

進(jìn)一步的，所述連接件包括帶槽銷軸、兩個(gè)插入帶槽銷軸卡槽的C形卡簧，所述帶槽銷軸穿過固定件和活動(dòng)件的通孔，帶槽銷軸卡槽分別位于連接的固定件和活動(dòng)件的兩側(cè)，兩個(gè)C形卡簧分別卡兩側(cè)卡槽上。

本發(fā)明提供一種上述人機(jī)一維交互力測量傳感器的測量方法，包括：