[实用新型]一种具有自平衡性的助力行走外骨骼机器人系统

说明书

本实用新型公开一种具有自平衡性的助力行走外骨骼机器人系统，该系统采用了多传感器融合技术，脚底压力检测模块将测得的压力数值通过无线通信模块发送给腰部单片机，腰部单片机实时读取左右两大腿、小腿以及腰部五个姿态检测传感器的数值，并结合脚底压力数值判断人体所处的行走状态，进而协同控制背部控制外骨骼机器人系统上下移动的电机，使人体行走时重心变化符合稳定行走的状态。当人体行走时左右两侧在冠状面内与竖直方向夹角超出阈值时，腰部的单片机会驱动控制外骨骼机器人系统在冠状面内转动的电机，使人体在冠状面内稳定行走，在一定程度上保证了使用者的安全，也提高了舒适性。

技术领域

本实用新型涉及传感器检测、智能控制、外骨骼机器人等领域，尤其涉及一种具有自平衡性的助力行走外骨骼机器人系统。

背景技术

目前市场上出现的助力行走外骨骼机器人还无法实现稳定平衡行走，存在一定的危险性，且当人体出现错误的行走姿势时无法有效地进行矫正。多传感信息融合技术能够提高整个系统的可靠性并能够增强数据的可信度，提高精度。而正是多传感器融合技术能够解决检测等问题的优势，将其应用在助力行走外骨骼机器人系统设计中，能够更准确地检测到人体所处的状态进行预判，从而实现更准确更安全更舒适的辅助行走。现在的辅助行走系统方法一般有：使用者通过自动控制器来控制的穿戴式外骨骼机器人辅助行走系统，相当于是遥控机器人，达到辅助行走的功能；基于机器视觉的机器人辅助行走系统，机器人通过摄像头采集并经处理器图像处理得到周围的信息，进而控制机器人运动的姿态。通过这些方法来检测跌倒，存在以下几个问题：1)自动控制器来控制的机器人存在安全隐患，不能及时检测失衡状态，且普遍操作复杂，推广性较差；2)通过摄像头进行图像识别的方案存在许多干扰因素，当周围环境过于复杂时会导致判断错误，可能会对人体造成伤害；3)使用者行走时感觉单调无味，用户体验感差。

实用新型内容

为了克服现有技术存在的不足，本实用新型提供一种具有自平衡性的助力行走外骨骼机器人系统，其可穿戴、精度高、成本低、安全可靠。具体技术方案如下：

一种具有自平衡性的助力行走外骨骼机器人系统，其特征在于，该系统包括外骨骼机器人骨架、腰部模块、脚底模块、运动模块；

其中，所述的外骨骼机器人骨架包括背部机构、腰部机构和一组腿脚机构，所述的背部机构的两端分别可伸缩连接一个腰部机构，且所述的腰部机构相对于背部机构可转动；每个腰部机构各连接一个腿脚机构；

所述的腿脚机构包括依次可转动连接的髋关节、可伸缩大腿、膝关节、可伸缩小腿踝关节和脚，以及位于所述的髋关节、膝关节、上的关节限位机构；

所述的腰部模块包括腰部单片机、腰部无线通信模块和至少五个姿态检测传感器，所述的姿态检测传感器分别固定在所述的骨架的左大腿、右大腿、左小腿、右小腿和背部机构上，用于获取人体各部位与竖直方向的角度偏移以及三轴加速度值；

所述的脚底模块包括电连接的压力传感器、脚底单片机、脚底无线通信模块，所述的压力传感器用来检测被穿戴者的脚踩力，所述的脚底单片机对传感器产生的电信号转换为数字信号，通过脚底无线通信模块发送给腰部模块；

所述运动模块包括位于左右髋关节、膝关节、的四个腿部电机、放置所述的外骨骼机器人骨架的跑步机，所述的跑步机包括皮带和支撑架，所述的骨架的背部机构连接在所述的跑步机的支撑架上，通过驱动固定在支撑架上的腰部电机，实现所述的外骨骼机器人骨架的移动和摆动；

通过位于腿部的姿态检测传感器和脚底的力敏传感器检测使用者的姿态，并将数据发送给腰部单片机，通过腰部单片机控制位于左右髋关节、膝关节的四个腿部电机和腰部电机，辅助使用者走路。

进一步地，所述的跑步机还包括交互模块，用于设定不同的行走模式；所述的交互模块还包括一个急停开关，所述的急停开关为旋转复位式急停开关。

进一步地，所述的腰部电机包括冠状面转动电机和上下移动电机。