[发明专利]一种下肢助力软体机器人及其控制方法

说明书

本发明提供了一种下肢助力软体机器人及其控制方法，所述机器人包括：气源、至少一个流量控制件、第一驱动件、第二驱动件，至少两个气动人工肌肉部件、第一控制单元、第二控制单元、与所述第一控制单元连接的信号转换器；所述第一控制单元控制所述人工肌肉部件中输出气压的大小，同时所述第二控制单元发送开关信号控制驱动件驱动所述人工肌肉部件充气和放气。本发明实施例提供的机器人通过对人体肌肉部件中流通气体量以及对其中气体的充放进行控制，为人体脚踝行走提供生物力矩，实现辅助下肢关节运动。由于本实施例提供的机器人及其控制方法以气动人工肌肉为基础实现对下肢助力，因此助力转化效率高，为用户的行走提供了便利。

技术领域

本发明涉及可穿戴机器人技术领域，尤其涉及的是一种下肢助力软体机器人及其控制方法。

背景技术

现有技术中用于足踝康复的可穿戴软体机器人大多采用了线驱系统，或者是线性的气动人工肌肉作为驱动器，这些驱动器末端通过需要固定在对应的身体部位，例如足部，小腿、大腿等位置，通过驱动器线性的拉伸运动，协助对应的身体部位发生转动(即发生角度变化)，从而在行走时为身体部位相邻的下肢关节(例如髋关节、踝关节)提供的转动的助力。但是上述方法中的助力由“本身产生线性变化(即拉伸、收缩)的驱动器”，为下肢关节提供“转动助力”的助力结构和方法，是一种间接的助力方法，需要由“线性驱动”转化为“转动助力”，这使得其助力转化效率低，导致穿戴不便。

因此，现有技术有待于进一步的改进。

发明内容

鉴于上述现有技术中的不足之处，本发明的目的在于提供一种下肢助力软体机器人及其控制方法，克服现有技术中的助力软体机器人采用的是间接助力的方法实现助力时，助力转化效率低的缺陷。

第一方面，本实施例公开了一种下肢助力软体机器人，其中，包括：控制系统和气动系统；

所述气动系统包括：气源、连接在所述气源出气端的至少一个流量控制件、连接在所述流量控制件输出端的第一驱动件和第二驱动件，以及至少两个气动人工肌肉部件；

所述控制系统包括：第一控制单元、第二控制单元、与所述第一控制单元连接的信号转换器；

所述第一控制单元生成预定值的气压控制信号，并将所述气压控制信号通过所述信号转换器发送至所述第一驱动件，同时所述第二控制单元根据接收到的步态周期内踝关节的角度变化信息生成开关信号，并将所述开关信号传输至所述第二驱动件；

所述第一驱动件和第二驱动件根据接收到的气压控制信号控制所述人工肌肉部件中输出气压的大小和根据接收到的所述开关信号驱动所述人工肌肉部件充气和放气。

可选的，所述人工肌肉部件包括弹性应变层和固定层，所述弹性应变层包含多个通过气道相贯通的充气腔室，所述固定层与所述弹性应变层相贴合，用于限定所述弹性应变层的形变量。

可选的，所述多个充气腔室并排设置，并且所述固定层设置在所述弹性应变层的底部，且多个充气腔室为充气状态时，所述人工肌肉部件的整体结构呈弯曲状结构，多个充气腔室为未充气状态时，所述人工肌肉部件的整体结构呈长方体结构。

可选的，所述第二控制单元包括：控制芯片和与所述控制芯片相连接的继电器和分别连接在所述继电器和所述驱动件两端的升压模块；

所述继电器根据所述控制芯片发出的信息产生开关信号，并将开关信号发送至升压模块；

所述升压模块对所述驱动件的电压进行升压处理。

可选的，所述流量控制件为比例阀，所述第一驱动件和第二驱动件为电磁阀，所述信号转换器为PWM至模拟转换器。