一種智能可穿戴膝關節助力器制造技術

本發明專利技術公開了一種智能可穿戴膝關節助力器，其機械結構部分包括大腿桿、小腿桿、諧波齒輪減速器，大腿桿的一端為工字型結構，諧波齒輪減速器與大腿桿的工字型結構通過螺栓固定連接，諧波齒輪減速器上安裝有直流電機，小腿桿通過法蘭安裝到諧波齒輪減速機的輸出軸上；位于大腿桿和小腿桿上分別安裝有大腿綁帶和小腿綁帶；人體運動意圖提取部分包括設置在大、小腿桿上的大、小腿加速度傳感器，設置在大腿桿上的直流穩壓電源與處理器模塊，設置在大、小腿綁帶內側上的大、小腿壓力傳感器陣列，以及設置在外部的手腕傳感器模塊。本發明專利技術能快速準確的識別人體運動意圖，及時準確的給人體施加正確的助力。

An intelligent wearable knee joint booster

The invention discloses an intelligent wearable knee booster, the mechanical structure including thigh crus rods, rod, harmonic gear reducer, one end of the thigh rods are I-shaped structure, I-shaped structure of harmonic gear reducer and the thigh rods are fixedly connected by the bolts, harmonic gear reducer with DC motor installation device the bar is attached to the output shaft, the harmonic gear reducer through the flange at the thigh and calf; rod rod are respectively arranged on the thigh and leg bandage bandage; human motion intention extraction part arranged in parts, on the rod and leg acceleration sensor arranged in the thigh on the rod of DC power supply and processor module set in the inner side of the leg straps, and leg pressure sensor array, and the external sensor module is arranged on the wrist. The invention can quickly and accurately recognize the human movement intention, and timely and accurately exert the correct power aid to the human body.

【技術實現步驟摘要】
一種智能可穿戴膝關節助力器
本專利技術涉及一種膝關節助力器，尤其涉及一種智能可穿戴膝關節助力器，其屬于外骨骼機器人

技術介紹
得益于外骨骼技術的積累和相關
的突破，可穿戴式助力型機器人在各個方面都具有廣泛的應用前景。日本、法國、以色列等國都相繼腿出了自己的外骨骼助力產品，并且已經在市場上引起了強烈的反響，創造了巨大的經濟價值與社會價值。國內科研院校近些年將主要研究方向集中于上、下肢整體的外骨骼，雖然其結構、控制方式相對復雜，但是已經取得階段性成果，積累了大量相關技術。膝關節助力設備的關鍵就在于如何準確的施加外部手腕傳感器模塊助力，也就是快速識別人體運動意圖，從而能夠適應不同的地形，如山地、坡地、樓梯等，主動施加助力，減輕人體負擔。而現有的膝關節助力設備的控制主要有兩種：一種是被動的助力，即按照編寫好的程序、規劃好步態，由設備帶動人體運動，這種方式會受地形變化的影響，運動形式有限，并且存在一定的安全隱患；另一種是由手部施加命令的方式給人體提供助力，也就是人的手中握有一個遙控器一樣的裝置，以此來控制腿部的擺動。這兩種方法都有其自身的局限性，不夠智能化，在很大程度上也消耗了人的體力，并且人的運動也會變得很不自然。隨著國家大力倡導全民健身，戶外徒步、爬山人群不斷增加，結合外骨骼機器人的行走助力的設備也獲得了越來越多的人的期待。所以，迫切需要一款智能的可以實時提取穿戴者運動意圖并能及時跟隨的穿戴式膝關節助力設備。
技術實現思路
為解決上述技術問題，本專利技術提出一種智能可穿戴膝關節助力器，其通過腿部加速度傳感器模塊，綁帶上的壓力傳感器陣列和穿戴在手腕上的傳感器模塊的信號，可準確識別人體運動意圖，從而合理施加外部助力，減輕人體運動時的膝關節負擔。為了達到上述目的，本專利技術的技術方案如下：一種智能可穿戴膝關節助力器，該助力器為主動施加助力，其包括機械結構部分和人體運動意圖提取部分；所述機械結構部分包括大腿桿、小腿桿、諧波齒輪減速器，所述大腿桿的一端為工字型結構，諧波齒輪減速器與大腿桿的工字型結構通過螺栓固定連接，所述諧波齒輪減速器上安裝有直流電機，所述小腿桿通過法蘭安裝到諧波齒輪減速機的輸出軸上；位于大腿桿和小腿桿上分別安裝有大腿綁帶和小腿綁帶；所述人體運動意圖提取部分包括設置在大、小腿桿上的大、小腿加速度傳感器，設置在大腿桿上的直流穩壓電源與處理器模塊，設置在大、小腿綁帶內側上的大、小腿壓力傳感器陣列，以及穿戴在手腕上的傳感器模塊。作為優選，所述大、小腿加速度傳感器選用多軸或者單軸加速度傳感器，其用于檢測人體步行時矢狀面內的大腿、小腿的加速度及傾角角度，所述傾角角度通過陀螺儀傳感器或加速度傳感器可直接得到。作為優選，所述大、小腿壓力傳感器陣列為接觸開關、電容開關或者壓力傳感器中的一種或者多種的組合，大、小腿壓力傳感器陣列用以通過檢測陣列式傳感器的信號變化，得到人體腿部的運動意圖。所述手腕傳感器模塊用于實現手臂擺動姿態的提取，其姿態包含但不限于擺動角度、擺動速度，所述手腕傳感器模塊包括但不限于加速度傳感器、陀螺儀傳感器、傾角計或者磁力傳感器。且設置在外部的手腕傳感器模塊在具體應用過程中安裝在表盤里，且腕帶由彈性體制成。中央處理器將采集到的不同傳感器的信號進行運算分析，準確快速的識別判斷出人體的運動意圖，驅動電機，主動給人體施加助力。作為優選，所述小腿桿的一端設置有擋塊，所述擋塊與大腿桿的工字型結構共同組成限位裝置。作為優選，所述大、小腿綁帶在大、腿桿上可活動調節，且所述大、小腿綁帶通過鎖扣安裝在大、腿桿上，使用者根據使用的舒適度來手動調整綁帶的位置，以便達到一個更舒適的位置。作為優選，所述諧波齒輪減速器的輸出軸與大腿桿之間安裝有一法蘭軸承。作為優選，所述大、小腿桿由硬質鋁合金制成，其與人體貼合的一面設置有彈性海綿材料層，避免硬質鋁合金直接與人體直接接觸，從而保護人體皮膚不受運動損傷。作為優選，所述大、小腿綁帶由透氣帆布材料制成。作為優選，所述直流電機為直流盤式電機，其給助力器提供動力，且該助力器為主動施加助力。本專利技術的有益效果：本專利技術結構簡單輕巧、穿戴方便；且本裝置為主動施加助力，大大減輕了使用者行動的不便；本專利技術還能快速準確的識別人體運動意圖，及時準確的給人體施加正確的助力；本專利技術不僅可以應用于行走助力，也可用于膝關節的康復治療。附圖說明圖1為本專利技術的結構示意圖；圖2為本專利技術的結構示意圖；圖3為本專利技術限位裝置的結構示意圖；圖4為手腕傳感器模塊的結構示意圖；其中：1.大腿桿，2.小腿桿，3.諧波齒輪減速器，4.直流電機，5.大腿綁帶，6.小腿綁帶，7.大腿加速度傳感器，8.小腿加速度傳感器，9.直流穩壓電源與處理器模塊，10.大腿壓力傳感器陣列，11.小腿壓力傳感器陣列，12.手腕傳感器模塊，13.擋塊，14.腕帶。具體實施方式下面結合具體實施方式對本專利技術作進一步詳細的說明。如圖1至4所示，一種智能可穿戴膝關節助力器，該助力器為主動施加助力，其包括機械結構部分和人體運動意圖提取部分；所述機械結構部分包括大腿桿1、小腿桿2、諧波齒輪減速器3，所述大腿桿1的一端為工字型結構，諧波齒輪減速器3與大腿桿1的工字型結構通過螺栓固定連接，所述諧波齒輪減速器3上安裝有直流電機4，所述小腿桿2通過法蘭安裝到諧波齒輪減速機3的輸出軸上；位于大腿桿1和小腿桿2上分別安裝有大腿綁帶5和小腿綁帶6；所述人體運動意圖提取部分包括設置在大、小腿桿1和2上的大、小腿加速度傳感器7和8，設置在大腿桿1上的直流穩壓電源與處理器模塊9，設置在大、小腿綁帶5和6內側上的大、小腿壓力傳感器陣列10和11，以及設置在外部的手腕傳感器模塊12。所述大、小腿加速度傳感器7和8選用多軸或者單軸加速度傳感器，其用于檢測人體步行時矢狀面內的大腿、小腿的加速度及傾角角度，所述傾角角度通過陀螺儀傳感器或加速度傳感器可直接得到。所述大、小腿壓力傳感器陣列10和11為接觸開關、電容開關或者壓力傳感器中的一種或者多種的組合，大、小腿壓力傳感器陣列10和11用以通過檢測陣列式傳感器的信號變化，得到人體腿部的運動意圖。所述手腕傳感器模塊12用于實現手臂擺動姿態的提取，其姿態包含但不限于擺動角度、擺動速度，所述手腕傳感器模塊12包括但不限于單軸加速度傳感器、多軸加速度傳感器、陀螺儀傳感器、傾角計或者磁力傳感器。且手腕傳感器模塊12在具體應用過程中安裝在表盤里，且腕帶14由彈性體制成。中央處理器將采集到的不同傳感器的信號進行運算分析，準確快速的識別判斷出人體的運動意圖，驅動直流電機4，主動給人體施加助力，在具體的應用過程中直流電機4選擇直流盤式電機，但不限于盤式電機，其它直流電機也可以，在計算出人體運動意圖之后，處理器模塊發出驅動信號到直流盤式電機，經過減速器驅動小腿桿，主動施加助力，完成抬腿的動作。所述小腿桿2的一端設置有擋塊13，所述擋塊13與大腿桿1的工字型結構共同組成限位裝置，從而限制了小腿桿2的旋轉角度，起到了保護小腿的作用。所述大、小腿綁帶5和6在大、腿桿1和2上可活動調節，且所述大、小腿綁帶通過鎖扣安裝在大、腿桿上，使用者根據使用的舒適度來手動調整綁帶的位置，以便達到一個更舒適的位置。所述諧波齒輪減速器3的輸出軸與大腿桿1之間安裝有一法蘭軸承。所述大、小本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種智能可穿戴膝關節助力器，其特征在于，該助力器為主動施加助力，其包括機械結構部分和人體運動意圖提取部分；所述機械結構部分包括大腿桿(1)、小腿桿(2)、諧波齒輪減速器(3)，所述大腿桿(1)的一端為工字型結構，諧波齒輪減速器(3)與大腿桿(1)的工字型結構通過螺栓固定連接，所述諧波齒輪減速器(3)上安裝有直流電機(4)，所述小腿桿(2)通過法蘭安裝到諧波齒輪減速機(3)的輸出軸上；位于大腿桿(1)和小腿桿(2)上分別安裝有大腿綁帶(5)和小腿綁帶(6)；所述人體運動意圖提取部分包括設置在大、小腿桿(1,2)上的大、小腿加速度傳感器(7,8)，設置在大腿桿(1)上的直流穩壓電源與處理器模塊(9)，設置在大、小腿綁帶(5,6)內側上的大、小腿壓力傳感器陣列(10,11)，以及穿戴在手腕上的傳感器模塊(12)。

【技術特征摘要】
1.一種智能可穿戴膝關節助力器，其特征在于，該助力器為主動施加助力，其包括機械結構部分和人體運動意圖提取部分；所述機械結構部分包括大腿桿(1)、小腿桿(2)、諧波齒輪減速器(3)，所述大腿桿(1)的一端為工字型結構，諧波齒輪減速器(3)與大腿桿(1)的工字型結構通過螺栓固定連接，所述諧波齒輪減速器(3)上安裝有直流電機(4)，所述小腿桿(2)通過法蘭安裝到諧波齒輪減速機(3)的輸出軸上；位于大腿桿(1)和小腿桿(2)上分別安裝有大腿綁帶(5)和小腿綁帶(6)；所述人體運動意圖提取部分包括設置在大、小腿桿(1,2)上的大、小腿加速度傳感器(7,8)，設置在大腿桿(1)上的直流穩壓電源與處理器模塊(9)，設置在大、小腿綁帶(5,6)內側上的大、小腿壓力傳感器陣列(10,11)，以及穿戴在手腕上的傳感器模塊(12)。2.根據權利要求1所述的智能可穿戴膝關節助力器，其特征在于，所述大、小腿加速度傳感器(7,8)選用多軸或者單軸加速度傳感器。3.根據權利要求1所述的智能可穿戴膝關節助力器，其特征在于，所述大、小腿壓力傳感器陣列(10,11)為接觸開關、電容開關或者壓力傳感器中的一種多種的組合...

【專利技術屬性】
技術研發人員：朱世強，靳興來，朱見平，裴翔，王國成，
申請(專利權)人：杭州國辰機器人科技有限公司，
類型：發明
國別省市：浙江,33