[发明专利]重生动力机械骨骼系统

说明书

技术领域

本发明涉及骨骼机器人，是一种重生动力机械骨骼系统。

背景技术

外骨骼机器人技术是一种融合传感、控制、信息、融合、移动计算等现代综合技术，并为操作者提供一种可穿戴的机械机构，即为一种套在人体外面的人体骨骼仿生机器人，也称为可穿戴的机器人，在军事、康复、运输等领域该项技术有广泛地应用空间。现有一些外骨骼机器人技术应用于搬运领域，如中国专利文献刊载的申请号201610454728.0，申请公布日2016.09.07，发明名称“重生动力机械骨骼系统”，该骨骼机器装置包括下肢外骨骼助行机器和上肢外骨骼助行机器，以及对应的包裹板和背带，所述下肢外骨骼助行机器与上肢外骨骼助行机器之间通过仿生脊椎连接；其要点是该协力骨骼机器装置还设有可编程逻辑控制器、人机显示器、挂载控制器、空压机和挂载器，所述吊臂呈弯曲伸出上部机架的前方，吊臂设有吊臂气缸，空压机通过气管与吊臂气缸、挂载器连接，上部机架通过吊臂的吊臂气缸和挂载器对重物进行抬起吊装动作，吊臂的角度可调节，挂载器的高度可调节，人机显示器控制吊臂气缸，挂载控制器控制挂载器。但上述机械骨骼系统主要用于重物的搬运，而不是用于残障人士的运动辅助，特别是残障人士的下肢运动辅助。

发明内容

为克服上述不足，本发明的目的是向本领域提供一种重生动力机械骨骼系统，使其解决现有同类产品缺少数据信号预先捕捉采集，以及实时监控、还原步态位置信息和反馈补偿量的技术问题。其目的是通过如下技术方案实现的。

一种重生动力机械骨骼系统，该机械骨骼系统包括机械系统和数据采集系统，机械系统包括下肢随动机构和连接机构，下肢随动机构包括转动关节、腿长度调节、大腿绑带、小腿绑带、髋部长度调节，下肢随动机构的上机架包括髋关节连接板、肋下束带板、背板、背部调节板、腰部连接板，下肢随动机构的腿部包含大腿腿板、小腿腿板、膝关节连接板，以及带有谐波减速器的动力总成，谐波减速器包括膝关节减速器和髋关节减速器，膝关节连接板的一端通过螺栓与减速器法兰连接，膝关节连接板的另一端与大腿腿板连接，并且通过膝关节连接板上端的连接槽进行长度调节，膝关节减速器安装在小腿腿板的一个减速器安装孔中，髋关节减速器安装在大腿腿板的一个减速器安装孔中，动力总成分别安装在小腿腿板和大腿腿板中，动力总成设有保护罩。其结构设计要点是所述髋关节连接板与大腿腿板的大腿底板之间的转动关节，以及大腿腿板的大腿底板与小腿腿板的小腿底板之间的转动关节分别设有霍尔角度传感器，即霍尔角度传感器分别位于下肢随动机构中膝、髋关节的屈伸旋转轴线方向；首先，作为数据采集系统的霍尔角度传感器将人体下肢各关节的运动信息转换成数字量信息；然后，将来自各路不同关节的数字量信息经过以USB数据采集卡为核心的数据采集与缓存模块同步不间断地采集和预处理后，再通过USB传输模块传递给PC机；最后，PC机应用程序软件MATLAB对采集的数据进行最终的处理和存储，并通过人机交换界面以数据曲线形式实时的显示出来；即该机械骨骼系统通过霍尔角度传感器采集人体下肢和腰部的对地角度信号经各角度差计算得到的各关节角度值，预先捕捉人体的关节角度和力矩的信号，存储于该机械骨骼系统的控制系统，使用者自主选择控制模式；并通过控制系统实现对人体姿态的实时监控，并对人体步态还原控制过程提供肢体位置信息和反馈补偿量。

所述数据采集系统包括压力鞋垫，所述压力鞋垫内设有薄膜压力传感器，即薄膜压力传感器设置于泡沫鞋垫与中间层橡胶垫之间，薄膜压力传感器的引线穿过中间层橡胶垫与底部橡胶垫之间的间隙与引线接线板连接，压力鞋垫的足底压力信号与人体的关节角度、力矩的信号一起被预先捕捉，在使用者使用时提供实时监控。

所述上机架的两侧髋关节连接板通过第二内六角圆柱头螺栓、M3垫片与两侧的背部挂架一端连接的同时，两侧的髋关节连接板分布通过第四内六角圆柱头螺栓、腰部连接板与肋下束带板一端；髋关节连接板处的背部挂架设有调节孔，调节孔处的髋关节连接板设有连接槽，背部挂架的另一端通过背部调节板与背板，背板的后部设有能源背包，肋下束带板的另一端分布设有束带孔。上述上机架的部件采用铝板配合3D打印的方式进行制造，能源背包采用3D打印的方式进行制作，能源包为动力总成提供电能，并存放控制系统的电路板、控制器等电路部件。