[发明专利]一种轻型离合式助力外骨骼装置及其控制方法

说明书

本发明公开了一种轻型离合式助力外骨骼装置及其控制方法，可以模拟人体运动、辅助人体进行负重，包括自上而下依次设置的背架、腰部机构、髋关节、膝关节、踝关节及足部。本发明具备多个自由度，可模拟人体的多种运动，能较好的实现与人体运动的匹配；采用离合式的关节驱动助力方式，所需传感硬件要求低，便于控制实现，并且离合式驱动能与本发明结构进行一体化设计，有效降低本发明质量及体积。本发明结构简单可靠、集成度高、控制简易，可用于增强穿戴者负重能力及助力行走，有效降低人体负重运动的疲劳感。

技术领域

本发明属于仿生技术，具体涉及一种轻型离合式助力外骨骼装置及其控制方法。

背景技术

可穿戴式外骨骼助力系统是一种可穿戴在人体身上的伴随式智能装备，通过同步“跟随”人体运动，辅助或代替人体承重及机动，突破人体体能极限，大幅度提高人体的负重机动能力/持久作战能力。目前，该系统主要应用于人体下肢康复训练及辅助人体进行负重，可在反恐维稳、抢险救灾、助残与康复医疗等多领域得到广泛应用和推广。迄今为止，尽管针对类似的穿戴式外骨骼助力系统的研究已取得了部分进展，但距离实用还有很长一段路要走。

如申请号为201410063123.X的中国专利申请公开了一种适用于外骨骼辅助支撑机器人的具有膝关节参数测量的大小腿装置，所述大小腿装置采用液压缸驱动，提高了外骨骼辅助支撑机器人的响应速度和承载能力，但液压缸驱动需要液压源，从而导致外骨骼辅助支撑机器人的体积和质量较为庞大，且液压系统容易出现油液渗漏问题。如申请号为201610511532.0的中国专利申请公开了下肢助力外骨骼机器人，所述下肢助力外骨骼机器人的髋关节和膝关节均由电机驱动，具备较好的助力效果，并且两处关节均具有限位开关，安全性较高，但所述下肢助力外骨骼机器人结构复杂，且多个关节驱动会带来机器人质量及体积增大问题。另外，上述两个中国专利申请的机械零件结复杂，加工制造及装配困难。

又如申请号为201610614958.9的中国专利申请公开了一种智能下肢助力装置的在线步态规划系统及方法，所述智能下肢助力装置根据肌电采集单元、惯性采集单元采集的信息，提取特征，并与步态模型库匹配，得到预测关节角度，以在线控制智能下肢助力装置的步态；但其所使用的传感器数量众多，且均布置于穿戴者身上，穿戴不方便，舒适度较差，并且对人体信息的采集处理复杂、耗时长，同时所述控制算法计算流程冗长、繁复，将导致人机交互性感知速度慢、控制系统处理信号到发出指令时间长，最终使得外骨骼系统与穿戴者的步态协调一致性较差，穿戴效果不良。

发明内容

本发明的目的在于提供一种轻型离合式助力外骨骼装置及其控制方法，解决外骨骼的复杂机构设计及控制方法的问题。

实现本发明目的的技术解决方案为：一种轻型离合式助力外骨骼装置，包括背架、腰部机构和两组腿脚机构，腰部机构与背架底部转动相连，两组腿脚机构对称设置在腰部机构两端，通过转动连接；所述腿脚机构包括自上向下依次固连的髋关节、膝关节、踝关节和足部，其中髋关节顶部与腰部机构转动相连。