[發(fā)明專利]負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)及其使用方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110188455.0
• 申請(qǐng)日: 2021-02-19
• 公開（公告）號(hào): CN112809657A
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 屈盛官;姜笑天;尹鵬;李小強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): B25J9/00
• 分類號(hào): B25J9/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

1.一種負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，包括：控制系統(tǒng)、腳部結(jié)構(gòu)、軀干結(jié)構(gòu)、連接腳部結(jié)構(gòu)和軀干結(jié)構(gòu)的腿部結(jié)構(gòu)，其中，

腳部結(jié)構(gòu)包括智能鞋，智能鞋內(nèi)嵌設(shè)有用于檢測(cè)人體重量分布和中心變化的壓力傳感器；

軀干結(jié)構(gòu)包括背架、腰部支撐件、電源和液壓站，背架作為基本架構(gòu)，腰部支撐件、電源、液壓站和控制系統(tǒng)均固定在背架背面，且電源、控制系統(tǒng)和液壓站均位于腰部支撐件上方；

腿部結(jié)構(gòu)由各自獨(dú)立的左、右仿生腿組成，每條仿生腿包括腿部運(yùn)動(dòng)測(cè)量模塊、從上至下依次連接的仿生髖關(guān)節(jié)、可調(diào)大腿桿件、仿生膝關(guān)節(jié)、可調(diào)小腿桿件和仿生踝關(guān)節(jié)，以及髖關(guān)節(jié)液壓缸、膝關(guān)節(jié)液壓缸；髖關(guān)節(jié)液壓缸設(shè)置在仿生髖關(guān)節(jié)處，并連接仿生髖關(guān)節(jié)和腰部支撐件；膝關(guān)節(jié)液壓缸設(shè)置在仿生膝關(guān)節(jié)處，并連接可調(diào)大腿桿件與可調(diào)小腿桿件；腿部運(yùn)動(dòng)測(cè)量模塊包括慣性傳感器、力傳感器和位置傳感器，慣性傳感器設(shè)置在可調(diào)大腿桿件與可調(diào)小腿桿件之間，力傳感器設(shè)置在髖關(guān)節(jié)液壓缸與膝關(guān)節(jié)液壓缸處，位置傳感器設(shè)置在膝關(guān)節(jié)液壓缸處；仿生踝關(guān)節(jié)與腳部結(jié)構(gòu)相連接；

電源連接控制系統(tǒng)、液壓站、壓力傳感器和腿部運(yùn)動(dòng)測(cè)量模塊；壓力傳感器和腿部運(yùn)動(dòng)測(cè)量模塊分別連接控制系統(tǒng)，并向控制系統(tǒng)發(fā)送所采集的傳感數(shù)據(jù)；液壓站連接每條仿生腿的髖關(guān)節(jié)液壓缸、膝關(guān)節(jié)液壓缸，控制系統(tǒng)通過液壓站驅(qū)動(dòng)髖關(guān)節(jié)液壓缸和膝關(guān)節(jié)液壓缸的運(yùn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)仿生腿的運(yùn)動(dòng)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，每條仿生腿具有7個(gè)不同的自由度：3個(gè)髖關(guān)節(jié)自由度、1個(gè)膝關(guān)節(jié)自由度與3個(gè)踝關(guān)節(jié)自由度；

其中，3個(gè)髖關(guān)節(jié)自由度分別為1個(gè)主動(dòng)自由度和2個(gè)被動(dòng)自由度，1個(gè)主動(dòng)自由度是指髖關(guān)節(jié)前屈/后伸，2個(gè)被動(dòng)自由度是指髖關(guān)節(jié)內(nèi)旋/外旋、髖關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收；膝關(guān)節(jié)自由度為主動(dòng)自由度，是指膝關(guān)節(jié)屈曲/伸展；3個(gè)踝關(guān)節(jié)自由度均為被動(dòng)自由度，分別是指踝關(guān)節(jié)趾屈/背伸、踝關(guān)節(jié)內(nèi)旋/外旋、踝關(guān)節(jié)外展/內(nèi)收，當(dāng)使用者穿戴上外骨骼系統(tǒng)時(shí)，仿生踝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心與人體踝關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)中心同心；

仿生關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)范圍在各自由度上的運(yùn)動(dòng)范圍大于人體步行的運(yùn)動(dòng)范圍，且小于人體運(yùn)動(dòng)的最大運(yùn)動(dòng)范圍。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，腳部結(jié)構(gòu)還包括腳底支撐塊、支撐座、旋轉(zhuǎn)軸、軸承和卡簧，其中，腳底支撐塊固定在智能鞋一側(cè)，支撐座固定在腳底支撐塊上方；

旋轉(zhuǎn)軸的一端通過軸承和卡簧與支撐座相連接，其中，軸承套在旋轉(zhuǎn)軸的一端上并由卡簧限位；旋轉(zhuǎn)軸的另一端也套有軸承，且通過軸承與仿生踝關(guān)節(jié)相連接。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，智能鞋自底向上依次分為鞋底層、金屬夾層、傳感器層和鞋穿戴層，且不同層之間均通過粘接方式連接；

腳底支撐塊相鄰于鞋底層并與鞋底層通過粘接的方式相連接，腳底支撐塊與支撐座也通過粘接的方式相連接；

金屬夾層由多塊金屬板陣列排列而成，傳感器層由間隔分布的多塊薄膜壓力傳感器構(gòu)成。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，可調(diào)大腿桿件由不同尺寸的若干根大腿桿組成，可調(diào)大腿桿件通過將尺寸較小的大腿桿收容在尺寸較大的大腿桿中，或者將尺寸較小的大腿桿與尺寸較大的大腿桿拼接在一起來調(diào)節(jié)長(zhǎng)度；

可調(diào)小腿桿件由不同尺寸的若干根小腿桿組成，可調(diào)小腿桿件通過將尺寸較小的小腿桿收容在尺寸較大的小腿桿中，或者將尺寸較小的小腿桿與尺寸較大的小腿桿拼接在一起來調(diào)節(jié)長(zhǎng)度。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，可調(diào)大腿桿件、可調(diào)小腿桿件和腰部支撐件的材質(zhì)均為航空鋁材料，背架采用摩爾背架；

仿生腿在可調(diào)大腿桿件或可調(diào)小腿桿件上設(shè)有腿穿戴件，背架正面設(shè)有肩部穿戴件和腰部穿戴件。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)載機(jī)動(dòng)型外骨骼系統(tǒng)，其特征在于，腰部支撐件具有一基部和自基部左、右兩端分別延伸的連接部，基部與背架底部鉸接，兩個(gè)連接部分別通過軸承與左、右仿生腿的仿生髖關(guān)節(jié)相連接，仿生髖關(guān)節(jié)處的髖關(guān)節(jié)液壓缸連接仿生髖關(guān)節(jié)，同時(shí)連接至連接部。