[發明專利]一種外骨骼機器人電氣系統

有效

• 申請號: 202011551729.X
• 申請日: 2020-12-24
• 公開（公告）號: CN112497196B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 魏巍;林西川;夏禹軒
• 申請（專利權）人: 邁寶智能科技（蘇州）有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/10;B25J9/12
• 代理公司: 南京九致知識產權代理事務所(普通合伙) 32307
• 代理人: 楊橘

本發明屬于外骨骼機器人領域，涉及一種外骨骼機器人電氣系統，包括：電源單元，用于為整個電氣系統供電；主控單元，用于控制各個單元；驅動單元，用于驅動外骨骼髖關節運動，并通過鋼繩牽引驅動膝關節運動；傳感單元，包括設于背部的背部航姿參考系統、設于大腿的大腿航姿參考系統、設于小腿的小腿航姿參考系統、設于大腿的鋼繩拉力傳感器、設于足部的足部航姿參考系統以及設于足部的足部反射式紅外光電開關傳感器；其中，髖關節角度零點確定方式為通過背部航姿參考系統及大腿航姿參考系統的俯仰角差值，計算髖關節角度零點位置。本申請的電氣系統能在保證人體姿態數據正常獲取的前體下，減小外骨骼機器人的體積和重量。

技術領域

本發明屬于外骨骼機器人領域，涉及一種外骨骼機器人電氣系統。

背景技術

下肢負重助力外骨骼機器人主要提供給正常人穿戴，用于增強個體的力量、耐力和其他身體能力，使穿戴者的負重感明顯減輕。人們穿戴此類外骨骼可以用來舉起重物、遠距離搬運重物和使用重型工具工作。主要應用于士兵攜帶重載武器、提高士兵作戰能力的軍事領域；同時還應用于搶險救災、輔助官兵快速前往現場運送救援物品的民用領域以及減輕工人們長時間高強度的工作造成疲勞感的工業領域。

申請人在實際應用中發現，現有的有源下肢負重助力外骨骼機器人在進行人體姿態及運動狀態判斷時，需要使用很多的傳感器，包括測量姿態角及加速度的航姿參考系統、測量關節角度的編碼器或電位器、測量人機交互力的壓力傳感器等，安裝這些傳感器的機構較為復雜并且連接各傳感器及主控單元的線束數量很大。這一方面增加了外骨骼機器人的體積及重量，影響穿戴舒適性，另一方面明顯增加了外骨骼機器人安裝、調試以及后期維護的繁雜程度，提高了外骨骼機器人生產過程中的時間成本和人員成本，十分不易于外骨骼機器人的產業化發展。

發明內容

本申請提供一種外骨骼機器人電氣系統，其能在保證人體姿態數據正常獲取的前體下，減小外骨骼機器人的體積和重量。

為實現上述技術目的，本申請采取的技術方案為，一種外骨骼機器人電氣系統，包括：

電源單元，用于為整個電氣系統供電；

主控單元，用于控制各個單元；

驅動單元，用于驅動外骨骼髖關節運動，并通過鋼繩牽引驅動膝關節運動；

傳感單元，包括設于背部的背部航姿參考系統、設于大腿的大腿航姿參考系統、設于小腿的小腿航姿參考系統、設于大腿的鋼繩拉力傳感器、設于足部的足部航姿參考系統以及設于足部的足部反射式紅外光電開關傳感器；

其中，髖關節角度零點確定方式為通過背部航姿參考系統及大腿航姿參考系統的俯仰角差值，計算髖關節角度零點位置。

作為本申請改進的技術方案，所述主控單元通過CAN總線接受各單元數據，并向各單元發送指令。

作為本申請改進的技術方案，所述電源單元采用的電源為鋰電池。

作為本申請改進的技術方案，所述驅動單元包括電機，連接于電機的減速器以及設于電機輸出端的電機驅動器；所述電機驅動器能夠直接驅動外骨骼髖關節運動，并通過鋼繩牽引驅動膝關節運動。

作為本申請改進的技術方案，所述電機采用無刷電機，髖關節角度測量方式被配置為通過無刷電機自帶霍爾傳感器并結合電機極對數及減速器減速比計算相對運動角度；即電機旋轉一圈捕獲到的脈沖數為電機極對數的三倍，設電機極對數為P，減速器減速比為I，則該方法測量角度的分辨率為360°÷(P*3)÷I。

作為本申請改進的技術方案，還包括在髖關節處裝有導電滑環用于大腿和背部的電氣連接。

作為本申請改進的技術方案，所述大腿與所述小腿采用插拔式連接，即大腿上設有帶有一卡槽的滑槽，所述小腿再對應劃槽的位置設有卡點，所述小腿能通過滑槽劃入并通過卡點與卡槽配合實現固定；