CN102551935A - 人体下肢动力外骨骼装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种人体下肢动力外骨骼装置，包括一可包裹在人的下肢并可带动人的下肢运动的机械骨骼主体、一中央处理单元、脚力传感器、大腿力传感器以及小腿力传感器。上述传感器感应到的人的相应部分的受力，输出受力信号到中央控制单元，所述中央控制单元分别发出相应的控制信号给相应的脚套、小腿套和大腿套，所述脚套、小腿套和大腿套产生相应的动作带动相应的脚、小腿和大腿的运动。本发明提供的人体下肢动力外骨骼装置由于采用小腿力传感器、大腿力传感器和脚力传感器，从而更准确的测定人体运动时的力，从而更符合人体的动作特征，更好地辅助人体的运动，特别适合老年人、下肢残疾的人使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种机械助力装置，特别涉及一种人体下肢动力外骨骼装置。
背景技术
人们在长时间走路时，由于消耗大量的体力。随着老龄人口的增多，越来越多的老年人需要照料，迫切需开发出一些操作简单、价格合理的智能机械装置用于辅助老年人特别是残疾人，以帮助他们照料自己或者进行康复训练。这无疑解决人口老龄化问题的一个有效措施。外骨骼机器人就是帮助老年人或者残疾人扩展上肢和下肢运动能力的智能辅助机械装置。另外，特别是在野战中需要负载许多行李的士兵也需要一种机械助力装置。现有的机械助力装置通常可绑缚在人的腿上，当人作出某种要行走的动作时，该动力外骨骼装置感应到该动作，立刻作出相应的有利于人的行走动作，辅助人走动。但是，这种装置在人行走时，不能准确及时感应人的预备动作，从而出现机械骨骼于人的动作不协调的情况，大大影响了动力外骨骼装置的助力作用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，克服现有技术存在的问题，提供一种能及时感应人体动作的动力外骨骼装置。
为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样的：
一种人体下肢动力外骨骼装置装置，包括：
一可包裹在人的下肢并可带动人的下肢运动的机械骨骼主体，它包括：一包裹在人的脚上的脚套、一包裹在人的小腿上的小腿套和包裹在人的大腿上的大腿套；所述脚套、小腿套和大腿套通过活动铰链相连；
一中央处理单元；
与上述中央处理单元相连、安装在所述脚套上的用来感应脚部受力的脚力传感器；
与上述中央处理单元相连、安装在所述大腿套上的用来感应大腿受力的大腿力传感器；以及
与上述中央处理单元相连、安装在所述小腿套上的用来感应小腿受力的小腿力传感器；
上述传感器感应到的人的相应部分的受力，输出受力信号到中央控制单元，所述中央控制单元分别发出相应的控制信号给相应的脚套、小腿套和大腿套，所述脚套、小腿套和大腿套产生相应的动作带动相应的脚、小腿和大
进一步，每个人体的脚套上安装有3个脚力传感器，安装在对应人体落脚时对地面着力的三个支撑点处，这三个支撑点的位置分别位于第一跖骨根部和第五跖骨根部以及后脚跟，人体靠这三点间产生的足弓支撑身体，而身体的重量经由这三点传递到地面；
进一步，每条腿的小腿套上的小腿力传感器安装在踝关节的上端；
进一步，每条腿的大腿套上的大腿力传感器安装在膝关节的上端；
所述小腿力传感器是LFR传感器；
所述大腿力传感器是LFR传感器；
所述脚力传感器是FRF传感器。
所述中央控制单元的工作步骤如下：
接收小腿力传感器、大腿力传感器和脚力传感器的信号；
计算相应的力的大小；
计算上述三个力的大小之和；
当上述三个力的和大于设定的值，分别发出控制信号，启动脚套、小腿套和大腿套运动；反之，则不启动。
本发明提供的人体下肢动力外骨骼装置由于采用小腿力传感器、大腿力传感器和脚力传感器，从而更准确的测定人体运动时的力，从而更符合人体的动作特征，更好地辅助人体的运动，特别适合老年人、下肢残疾的人使用。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型。
图1本发明提供的人体下肢动力外骨骼装置的结构示意图；
图2为本发明提供的人体下肢动力外骨骼装置的电气控制图；以及
图3为中央控制单元的流程图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。
参看图1，本发明提供的人体下肢动力外骨骼装置包括机械骨骼主体1、一中央处理单元10(未示出)，脚力传感器111，大腿力传感器131；小腿力传感器121。机械骨骼主体1包裹在人的下肢并可带动人的下肢运动，它包括：包裹在人的脚上的脚套11、包裹在人的小腿上的小腿套12和包裹在人的大腿上的大腿套13；所述脚套11、小腿套12和大腿套13通过活动铰链21相连。
在脚套11上可设有扎带或箍来固定人的脚，当然也可用类似鞋的结构。在小腿套12上设有小腿固定机构123，它是两个半圆形的箍，有弹性，可以方便包住人的小腿。在大腿套13上设有小腿固定机构133，它也是两个半圆形的箍，有弹性，可以方便包住人的大腿。
参见图2，脚力传感器111与中央处理单元10相连，它安装在脚套11上用来感应脚部受力。
大腿力传感器131与中央处理单元10相连，它安装在大腿套13上用来感应大腿受力。
小腿力传感器121与中央处理单元10相连，它安装在小腿套12上用来感应小腿受力。
上述脚力传感器111、小腿力传感器121和大腿力传感器131感应到的人的相应部分的受力，输出受力信号到中央控制单元10，中央控制单元10分别发出相应的控制信号给相应的脚启动器112、小腿启动器122和大腿启动器132，这些启动器产生动力启动相应的脚套11、小腿套12和大腿套13运动。脚套11、小腿套12和大腿套13产生相应的动作带动相应的脚、小腿和大腿运动。
在本实施例中，每个人体的脚套11上安装有3个脚力传感器111，安装在对应人体落脚时对地面着力的三个支撑点处，这三个支撑点的位置分别位于第一跖骨根部和第五跖骨根部以及后脚跟，人体靠这三点间产生的足弓支撑身体，而身体的重量经由这三点传递到地面。每条腿的小腿套12上的小腿力传感器121安装在踝关节的上端；每条腿的大腿套13上的大腿力传感器131安装在膝关节的上端。
在本实施例中，小腿力传感器121是采用腿理反应传感器，LFR传感器，它是一种二维力传感器，市场上可以买到。同样，大腿力传感器131也是采用LFR传感器；脚力传感器111是一维力传感器，即地面反应力传感器，FRF传感器。
参见图3，中央控制单元的工作步骤如下：
接收小腿力传感器121、大腿力传感器131和脚力传感器111的信号；
计算相应的力的大小；
计算上述三个力的大小之和；
当上述三个力的和大于设定的值，分别发出控制信号，启动脚套11、小腿套12和大腿套13运动；反之，则不启动。该设定值可根据具体要求(人的年龄、体量等)设定，例如，可为0.00001毫克到100毫克。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (9)
1.一种人体下肢动力外骨骼装置，包括：
一可包裹在人的下肢并可带动人的下肢运动的机械骨骼主体，它包括：一包裹在人的脚上的脚套、一包裹在人的小腿上的小腿套和包裹在人的大腿上的大腿套；所述脚套、小腿套和大腿套通过活动铰链相连；
一中央处理单元；
与上述中央处理单元相连、安装在所述脚套上的用来感应脚部受力的脚力传感器；该
与上述中央处理单元相连、安装在所述大腿套上的用来感应大腿受力的大腿力传感器；以及
与上述中央处理单元相连、安装在所述小腿套上的用来感应小腿受力的小腿力传感器；
上述传感器感应到的人的相应部分的受力，输出受力信号到中央控制单元，所述中央控制单元分别发出相应的控制信号给相应的脚套、小腿套和大腿套，所述脚套、小腿套和大腿套产生相应的动作带动相应的脚、小腿和大腿运动。
2.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，每个人体的脚套上安装有3个脚力传感器，安装在对应人体落脚时对地面着力的三个支撑点处，这三个支撑点的位置分别位于第一跖骨根部和第五跖骨根部以及后脚跟，人体靠这三点间产生的足弓支撑身体，而身体的重量经由这三点传递到地面。
3.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，每条腿的小腿套上的小腿力传感器安装在踝关节的上端；
4.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，每条腿的小腿套上的小腿力传感器安装在踝关节的上端；
5.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，每条腿的大腿套上的大腿力传感器安装在膝关节的上端。
6.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，所述小腿力传感器是LFR传感器。
7.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，所述大腿力传感器是LFR传感器。
8.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，所述脚力传感器是FRF传感器。
9.根据权利要求1所述的人体下肢动力外骨骼装置，其特征在于，所述中央控制单元的工作步骤如下：
接收小腿力传感器、大腿力传感器和脚力传感器的信号；
计算相应的力的大小；
计算上述三个力的大小之和；
当上述三个力的和大于设定的值，分别发出控制信号，启动脚套、小腿套和大腿套运动；反之，则不启动。
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