[发明专利]一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖

说明书

技术领域

本发明属于助行装置技术领域，更具体地涉及引导下肢外骨骼机器人行走的智能拐杖。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

随着社会不断发展，老年人及下肢残障人士的生活质量越来越受到关注。可穿戴下肢外骨骼机器人作为一种智能装置可辅助人体行走，可改善上述人群的生活质量，是目前机器人研究的热点问题之一。本发明设计的智能拐杖，使得外骨骼的穿戴者可以通过双手控制拐杖来引导外骨骼辅助人体行走，将人的运动意图引入到下肢外骨骼助力机器人的控制中，既为外骨骼行走提供引导，同时提供安全防范控制的手段。提升了下肢外骨骼助力机器人行走的稳定性和安全性。

在现有技术条件下，用于下肢外骨骼机器人的控制拐杖有其局限性。目前关于智能拐杖的专利有以下几项：申请号为201420297024.3的“能够自动发出摔倒报警信号的拐杖”，依据陀螺仪检测倾角判断是否发出摔倒报警信号的智能拐杖；申请号为201210098831.8的“一种辅助行走的智能拐杖系统”，根据各传感器信息反馈自动调整拐杖位姿的智能拐杖系统；申请号为201510206931.1的“一种外骨骼使用的控制拐杖”，通过压力传感器检测使用者重心位置，控制外骨骼防止使用者摔倒的智能拐杖。上述专利所述智能拐杖均采用各传感器检测使用者相关信息，从而实现辅助人体行走。但人体行走随意性较大，如何将下肢机能衰减或下肢残障人士的行走意图引入到外骨骼辅助行走的控制中难度较大。上述专利未将检测人体姿态与重心位置相结合，侧重于人体失稳检测，对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性，存在局限性。

发明内容

为解决现有智能拐杖对外骨骼行走的智能引导控制方式及行走的稳定性存在局限性的固有问题，提出一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖。

本发明提供的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，包括拐杖本体和设置在拐杖本体上小臂和手柄，手柄内集成有控制模块，用于处理信息并判定人体运动意图，引导外骨骼助力机器人的行走轨迹；拐杖本体上还设置有压力传感器模块，用于采集人体重心区域及行走过程中的压力。

优选地，上述拐杖本体由第一支撑杆，第二支撑杆和第三支撑杆组合而成；第一支撑杆和第二支撑杆之间通过锁紧套连接；压力传感器模块设置于第二支撑杆和第三支撑杆之间，用于检测人体行走过程中拐杖触地压力。

优选地，上述控制模块上设有数据处理模块，用于预先处理拐杖倾角数据，减轻外骨骼主控板任务；控制模块还设有USB接口和电池充电/程序下载模块，为手柄内控制模块电池充电或下载调试程序。

优选地，上述控制模块上还设置有陀螺仪模块，用于检测人体行走过程中手臂的摆动角度及智能拐杖的倾角。

优选地，上述控制模块上还设置有无线发射模块，用于将数据处理模块的处理结果发送给外骨骼主控板。

优选地，上述压力传感器模块包括传感器上固定架，压力传感器，导向柱和传感器下固定架；压力传感器设置于传感器上固定架和传感器下固定架之间；上述传感器上固定架与传感器下固定架通过导向柱连接。

优选地，上述第一支撑杆为伸缩式支撑杆。

优选地，上述小臂上设置有与小臂铰接的臂套。

优选地，上述第第三支撑杆底部设置有脚垫。

优选地，上述压力传感器上端与下端分别与传感器上固定架和传感器下固定架通过螺纹连接。

本发明具有以下优点：

1、本发明的一种引导下肢外骨骼助力机器人行走的智能拐杖，通过采用压力传感器与陀螺仪来共同判定人体所处步态周期中的相位以及步行状态，用以引导外骨骼机器人完成适宜的助力动作，智能拐杖可提高了人体步态判定的准确性，为下肢外骨骼助力机器人辅助人体行走提供智能与安全的引导方式。

2、本发明操作方便，实用性强，下肢外骨骼助力机器人的使用者通过智能拐杖，拐杖底部的压力传感器模块检测得出行走过程中的步态周期，用拐杖上的陀螺仪模块测试表达人体的姿态信息，通过实时检测行走时拐杖倾角及拐杖触地压力，获取人体主观上的行走意图，将人引入“控制环路”中，安全准确的引导外骨骼行走。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本发明的实施例的结构示意图。

图2是本发明的实施例的手柄位置的剖面结构示意图。

图3是本发明的实施例的压力传感器模块结构示意图。