[发明专利]外骨骼设备及其控制方法、控制装置

说明书

本发明揭示了一种外骨骼设备及其控制方法、控制装置，其中，所述控制方法包括：实时接收传感系统中角度传感器、惯性传感器和/或压力传感器发送的检测信号；对角度传感器、惯性传感器和/或压力传感器的检测信号进行展宽处理，以延长检测信号的作用时间；根据展宽处理后角度传感器、惯性传感器和/或压力传感器的检测信号实时监测是否发生预触地事件或者预离地事件；若发生预触地事件，则进入预触地态；在预触地态控制动力系统对骨架机构输出力矩；若发生预离地事件，则进入预离地态；在预离地态控制动力系统停止对骨架机构输出力矩并跟随骨架机构转动。本发明使得外骨骼设备可以在支撑态和摆动态之间平稳切换，提高了外骨骼设备的稳定性。

技术领域

本发明涉及可穿戴外骨骼领域，具体涉及一种外骨骼设备及其控制方法、控制装置。

背景技术

人类在日常工作生活中常常遇到希望增强人体腿部力量和耐力的情况，可穿戴外骨骼设备是满足这一类应用的装置。外骨骼设备在使用时需要准确检测穿戴者的运动意图，并适时提供适度助力才能很好地发挥外骨骼设备的助力效果。现有技术中，外骨骼设备不能及时、准确地识别穿戴者的运动意图，从而造成外骨骼设备在切换助力操作时比较生硬，且切换过程中容易造成反复切换甚至振荡，使得外骨骼设备的稳定性不好。

发明内容

基于现有技术的问题，本发明提供一种外骨骼设备及其控制方法、控制装置。

本发明提出一种外骨骼设备，包括骨架机构、主控单元、动力系统和传感系统；

所述骨架机构包括腰背机构、大腿杆、小腿杆、髋关节和膝关节；所述腰背机构用于通过腰部绑带与穿戴者的腰背部固定；所述大腿杆用于通过大腿绑带与所述穿戴者的大腿固定，且其通过所述髋关节与所述腰背机构旋转联接；所述小腿杆用于通过小腿绑带与所述穿戴者的小腿固定，且其通过所述膝关节与所述大腿杆旋转联接；

所述主控单元、所述动力系统和所述传感系统安装在所述骨架机构上，且所述主控单元分别电连接所述动力系统和所述传感系统，其中，所述动力系统用于向所述骨架机构输出力矩或跟随所述骨架机构转动，所述主控单元用于接收所述传感系统的检测信号，并控制所述动力系统工作；

所述传感系统与所述主控单元电连接，其包括若干角度传感器、若干惯性传感器和若干压力传感器，所述角度传感器设置在所述髋关节和/或膝关节上，用于检测所述大腿杆与所述腰背机构的相对角度和/或所述大腿杆与所述小腿杆的相对角度；所述惯性传感器设置在所述腰背机构、所述大腿杆、所述小腿杆和/或所述穿戴者的足部上，用于检测所述腰背机构、所述大腿杆、所述小腿杆和/或所述穿戴者的足部对地加速度和/或对地角速度；所述压力传感器用于设置在所述穿戴者足底，用于检测所述穿戴者足底对地的压力。

进一步，所述压力传感器包括气鞋垫和气压计芯片，所述气鞋垫包括柔性薄膜密封围合形成的薄片状腔体结构，所述腔体结构内填充有气体，所述气压计芯片设置于所述腔体结构内，且其信号通过导线穿过所述腔体结构的腔壁引出到所述气鞋垫外；其中，所述气鞋垫受到按压时其所述腔体结构内部气压会发生变化，所述气压变化为所述气压计芯片所感知，从而测量出所述气鞋垫所承受的压力。

进一步，所述气鞋垫的腔体结构内设置有所述惯性传感器，且所述惯性传感器的信号通过所述导线穿过所述腔体结构的腔壁引出到气鞋垫外，以使所述惯性传感器通过所述气鞋垫安装在所述穿戴者的足部。

进一步，所述惯性传感器安装在所述腰背机构、所述大腿杆和所述小腿杆上时，其安装在所述腰背机构的腰部绑带、所述大腿杆的大腿绑带和所述小腿杆的小腿绑带上，以使所述惯性传感器更加灵敏、可靠。

本发明还提出一种外骨骼设备控制方法，运行于上述任意一项所述外骨骼设备的主控单元上，其包括以下步骤：

实时接收所述传感系统中所述角度传感器、所述惯性传感器和/或所述压力传感器发送的检测信号；