[发明专利]一种基于柔性膝关节外骨骼装置的驱动方法

摘要

本发明属于医疗康复训练设备相关领域，具体涉及一种柔性膝关节外骨骼装置及其驱动方法，该装置包括上连杆、下连杆、柔性关节机构和驱动装置，柔性关节装置下端设置有驱动装置，下连杆靠近柔性关节结构处设置有永磁体，在驱动装置上永磁体摆动范围的两侧设置有线圈，每个线圈的中心设置有一个三轴磁传感器。本发明还公开了该柔性膝关节外骨骼装置的驱动方法。本发明采用电磁力直接驱动，能够实现关节多个自由度的转动，还能通过电流的调整来实现对整个柔性膝关节外骨骼装置的实时驱动。且该装置能够适应人体关节的不规则性，适用于不同的穿戴者，还具有结构简单易加工、成本低廉等优点。

主权项

1.一种基于柔性膝关节外骨骼装置的驱动方法，其特征在于，所述柔性膝关节外骨骼装置包括上连杆(1)、下连杆(2)、柔性关节机构(3)和驱动装置(4)，其中，所述上连杆(1)和下连杆(2)通过柔性关节机构(3)连接在一起，所述柔性关节机构(3)包含外环(31)和内环(32)两部分，其中外环(31)和上连杆(1)固连在一起，内环(32)和下连杆(2)固连在一起，内环(32)可转动地设置在外环(31)内，下连杆(2)的摆动带动内环(32)在外环(31)内部转动，初始状态下，外环(31)和内环(32)的中心是重合的，旋转过程中，外环(31)和内环(32)的中心有一定的偏移，所述柔性关节机构(3)下端设置有驱动装置(4)，该驱动装置(4)通过驱动下连杆(2)来实现柔性膝关节的转动，所述下连杆(2)靠近柔性关节结构(3)处设置有永磁体(5)，在驱动装置(4)上永磁体摆动范围的两侧设置有线圈(6)，每个线圈(6)的中心设置有一个三轴磁传感器来测量磁场的大小；所述驱动方法具体包括以下步骤：S1.将永磁体两侧的线圈通电，利用线圈内的三轴磁传感器测量出线圈产生的磁场和永磁体在第j个线圈处产生的磁场之和S2.根据每个线圈中的实时电流大小，计算出所有线圈在第j个线圈处所产生的磁场B_Ej，进而计算出所有永磁体在第j个线圈处所产生的磁场S3.计算所有永磁体在第j个线圈处产生的磁场BPj和外骨骼位置s的关系；S4.根据步骤S2中得到的永磁体在第j个线圈处所产生的磁场，计算出膝关节外骨骼的实时位置s；S5.假设外骨骼期望的运动轨迹为si，结合步骤S1中计算得到膝关节外骨骼的实时位置s，根据PD控制算法计算出外骨骼需要的受力F；S6.计算受力F与控制电流u的关系矩阵；S7.根据已知需要的受力F与电流u的关系矩阵，反算出线圈中需要通入的控制电流u,通过控制电流u实现膝关节外骨骼的位置控制；S8.将永磁体两侧线圈中的电流大小调整为步骤S7中计算出的控制电流大小u，从而膝关节外骨骼转动到达期望位置。