[發明專利]一種消防救援可穿戴助力外骨骼機器人

有效

• 申請號: 202110284556.8
• 申請日: 2021-03-17
• 公開（公告）號: CN113059549B
• 公開（公告）日: 2022-04-26
• 發明（設計）人: 白殿濤;馬克辛
• 申請（專利權）人: 深圳因特安全技術有限公司
• 主分類號: B25J9/00
• 分類號: B25J9/00;B25J9/16;B25J17/02
• 代理公司: 北京中和立達知識產權代理有限公司 11756
• 代理人: 張攀

本發明涉及一種消防救援可穿戴助力外骨骼機器人，包括腰部支撐板、右腿組件、左腿組件、消防裝備適配接口和識別模塊，所述的腰部支撐板的底部通過分支板分別與右腿組件和左腿組件連接；所述的消防裝備適配接口安裝在腰部支撐板上，該消防裝備適配接口用于與消防設備的接口適配，承載消防救援人員的裝備負重；所述的識別模塊用于將步態狀態轉移概率與不同子類的基本狀態的空間坐標位置相結合，得到受外界影響后的步態狀態在運動空間中的位置。

技術領域

本發明涉及消防救援器械技術領域，具體涉及一種消防救援可穿戴助力外骨骼機器人。

背景技術

近年來全球災害頻發，災難現場諸多復雜情況制約了消防救援人員第一時間進行救助，使得常規的、靠人工操作的消防救援裝備在毀壞嚴重、極其不穩定的場景中難以發揮作用，對救援人員自身生命安全構成嚴重威脅；救援現場往往造成大區域范圍內的道路及建筑物嚴重毀壞，救援人員只能背負沉重的救援儀器設備徒步進入現場，使救援工作更加困難。因此，用于輔助救援的可穿戴外骨骼助力增強技術的研究變得至關重要。

人體生理承受極限目前已經成為制約消防員戰斗力的主要因素。利用可穿戴外骨骼技術，輔助消防員增強肢體力量，能夠大幅提升消防員的裝備攜帶、樓梯攀爬、障礙破拆、安全保護等能力，減輕消防員體力消耗，增加連續作業時間，保障消防員與人民群眾的生命財產安全。

針對城市大尺度火災災后滅火救援中消防人員的繁重體力作業任務與長時間體力耗損等問題，研制面向重特大救援搶險任務的消防外骨骼助力機器人，是一種集輔助助力和安全防護于一體的可穿戴式人體輔助智能裝置，通過人與外骨骼的對接、融合與協同，打破生理極限，增強人體機能，可以在負重行進、樓梯攀爬、障礙破拆、人員搶救等不同應急救援場合發揮高效能的人體助力作用，大幅度減輕救援人員的體力消耗，提高搶險工作效率，增加連續作業時間。

現有技術中，外骨骼機器人主要應用于兩方面，包括軍事應用及民用應用。在軍事方面以美國國防高級研究項目署、意大利國防部、法國武器裝備總署等機構為代表開發出了一系列增強士兵能力的功能設備。在民用方面，主要針對工人勞動方面、救援救災方面以及助老助殘方面等，目前有很多產品已經完成了產業化，準備向市場進軍。而相較于國外的發展勢頭，國內的起步就稍顯緩慢，但是近幾年也有相當多的高校、企業以及研究所投入到外骨骼機器人研究以及開發中。

但是現有技術缺少針對消防外骨骼作業任務而專門設計的可穿戴助力外骨骼機器人，無法滿足消防救援復雜作業對于外骨骼機器人的安全性、靈活性、易用性等方面的要求。

發明內容

本發明旨在提供一種消防救援可穿戴助力外骨骼機器人，所要解決的技術問題包括如何針對消防外骨骼作業任務優化可穿戴助力外骨骼機器人的設計，提升消防救援人員火場作業的活動能力，滿足消防救援復雜作業對于外骨骼機器人的安全性、靈活性、易用性等方面的要求。

本發明的目的是解決現有技術的不足，提供一種消防救援可穿戴助力外骨骼機器人，包括腰部支撐板、右腿組件、左腿組件、消防裝備適配接口和識別模塊，所述的腰部支撐板的底部通過分支板分別與右腿組件和左腿組件連接；所述的消防裝備適配接口安裝在腰部支撐板上，該消防裝備適配接口用于與消防設備的接口適配，承載消防救援人員的裝備負重；所述的識別模塊用于采集所述右腿組件和左腿組件的步態信號，并將采集到的步態信號中的90％作為訓練集，10％作為測試集，選擇角度、壓力或姿態作為特征向量來表示各種類步態信號特征，將所有的特征向量聚類形成不同的子類，采用不同子類對應的標簽作為觀測值對訓練集進行參數訓練，得到模型參數；利用測試集檢測模型參數是否正確；如果模型參數不正確，則繼續采集步態信號，并將采集的步態信號補入訓練集再次進行參數訓練，直到得到正確的模型參數；利用正確的模型參數對所述右腿組件和左腿組件的動作及步態進行識別；將步態狀態轉移概率與不同子類的基本狀態的空間坐標位置相結合，得到受外界影響后的步態狀態在運動空間中的位置。

所述的不同的子類包括平地行走、上坡、下坡、上樓梯、下樓梯、起立、坐下和搬運8個子類。