[發明專利]一種多傳感器信息融合的智能步行輔助器

在審

• 申請號: 202110066733.5
• 申請日: 2021-01-19
• 公開（公告）號: CN112891151A
• 公開（公告）日: 2021-06-04
• 發明（設計）人: 趙正;張益鑫;李洋;楊尚;李少石
• 申請（專利權）人: 尚翼（海寧）科技有限公司
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61B5/11;A61B5/103
• 代理公司: 北京權智天下知識產權代理事務所(普通合伙) 11638
• 代理人: 王新愛

本發明公開了一種多傳感器信息融合的智能步行輔助器，包括兩個大腿穿戴機構、腰部穿戴機構、兩個伺服電機、配套智能鞋以及貼附于使用者小腿部位的腿部姿態檢測模塊，所述腰部穿戴機構和兩個大腿穿戴機構上均通過第四螺栓固定連接有第一連桿，且固定安裝于腰部穿戴機構兩側的第一連桿的底端通過第三螺栓固定連接有第二連桿，本發明涉及步行輔助設備技術領域。該多傳感器信息融合的智能步行輔助器，助力設備體積小，可容納于800mm*350mm*200mm的長方體內，助力設備重量輕，外骨骼的整體重量3KG左右且髖關節輸出扭矩足夠，可達50N*m，能夠達到較為理想的助力效果，智能化程度高，人機協調性好，助力設備成本低，滿足一般消費者的消費需求。

技術領域

本發明涉及步行輔助設備技術領域，具體為一種多傳感器信息融合的智能步行輔助器。

背景技術

隨著我國老齡化的不斷加劇，偏癱、關節疾病等造成的下肢運動功能障礙越來越普遍，這些病人往往存在行走困難，甚至是生活不能自理等問題，一般需要護理人員(或家人)照顧，然而老齡化加重的趨勢下，護理人員短缺也必將是現實而長期的問題。如何利用先進科學技術緩解這一矛盾成為了當今社會亟待解決的問題。輔助器裝備利用先進材料、智能控制等技術，可以有效輔助肢體殘疾患者實現行走的目的，提高其生活質量，間接促進社會和諧穩定和經濟發展。目前市場上已經有一些輔助器產品，但存在價格過高、穿戴不便等問題，實際效果不盡如人意。

不同患者間存在的個體差異較大，步行輔助器應當根據不同患者的實際情況，有針對性地提供輔助力，最終達到“按需輔助”的目的。這就要求機器人既需要有合理的機械結構，又需要有智能的控制算法。作為典型的人機交互系統，步行輔助器需要有較高的智能化水平，這就必然依賴傳感系統的全面感知。傳感系統的數據往往是多方面的，包括患者自己的狀態、機器人的工作狀態、人機之間的交互力等多模態信息，如何依據這些信息進行智能化控制，保證人機調協性成為了關鍵科學問題，也是提高產品性能的關鍵。

國內的傅利葉智能外骨骼公司在2019年推出了一款下肢步行輔助器ExoMotus^TM，機器人采用雙足機器人模塊化結構設計，搭載自主研發的運動控制器、多維力傳感器以及一體化柔性關節電機，以步行功能為核心，提供前行動力。外骨骼采用鋁合金及碳纖維材料，結構緊湊，總體重量18KG，可以實現康復訓練，個人助行等功能。但同大多數產品一樣，它存在設備重量大，體積大，運輸穿戴不方便且價格昂貴等問題，實際效果并不理想

現有技術主要存在的缺點包括，1)現有產品一般體積較大，攜帶和穿戴過程中不方便；2)現有產品一般重量較大，穿戴者負擔較重；3)現有的步行輔助器智能化程度低，人機協調性差。

本發明在科學設計步行輔助器結構的基礎上，基于多傳感數據融合技術，科學預測患者的主動運動意圖，使步行輔助器的輔助作用與穿戴者的實際需求圖高度匹配，實現人機共融的目標。

本發明采用直流電機配合諧波減速器作為動力源，在滿足輸出扭矩的情況下將重量降到最小，輔助器與人體交互的穿戴部分采用ABS合成樹脂加工，強度大韌性好且質量輕，穿戴機構內側增加了輕柔內襯，利用魔術貼將柔軟的復合面料貼于合成樹脂表面，防止運動過程中人體與輔助器局部壓力過大，保證舒適性，電機與穿戴部分的連接零件采用6061鋁合金，在保證強度的同時降低重量，零件與電機間，零件與零件間采用螺栓連接，參照人體下肢關節運動角度在髖關節位置零件處設計了機械限位并且安裝了限位開關，最大程度的保證助力過程中的安全性，本行走輔助器的整體重量3KG左右，體積小，可容納于800mm*350mm*200mm的長方體內，髖關節輸出扭矩最大可達50N*m，成本在8000元左右，能夠達到較為理想的助力效果。

此外，本發明配備了穿戴式的腿部姿態檢測組件和壓敏傳感足底組件，可以對穿戴者的行走狀態進行實時監測，通過監測結果可以分析穿戴者的運動意圖，從而控制關節電機輸出合適的位置和力矩，達到保持高度人機協調性的目的，這是相比于現有產品，最顯著的技術突破。

發明內容

(一)解決的技術問題