[发明专利]一种负压收缩弹性体驱动的柔性膝关节外骨骼

摘要

本发明公开了一种负压收缩弹性体驱动的柔性膝关节外骨骼，包括外骨骼控制器以及左腿膝关节柔性执行器和右腿膝关节柔性执行器等。柔性膝关节外骨骼主要以一个微型真空负压泵为气压动力源，DSP嵌入式控制系统对传感系统检测到的肌肉力、膝关节角度以及人机交互力等数据进行实时处理并对人机协同状态进行估计，实时控制微型真空负压泵的负压流量和气路的切换，基于人机协同状态对左腿膝关节柔性执行器和右腿膝关节柔性执行器上相应的负压收缩弹性体驱动器进行压力控制，在行走过程中实时为左、右腿提供辅助膝关节弯曲和伸展的转矩，达到为膝关节运动损伤以及弱行走能力的老年群体提供柔性行走辅助的目的。

主权项

1.一种负压收缩弹性体驱动的柔性膝关节外骨骼，包括：外骨骼控制器，包括控制部和气动动力输出部；左腿膝关节柔性执行器，其穿戴在左腿膝关节，能够助力左腿膝关节运动；右腿膝关节柔性执行器，其穿戴在右腿膝关节，能够助力右腿膝关节运动；其中，所述左腿膝关节柔性执行器和右腿膝关节柔性执行器包括气动驱动机构，以及传感系统；所述气动驱动机构能够接受所述外骨骼控制器输出的动力，向膝关节提供转矩；所述传感系统能够对人机交互状态数据进行检测；所述控制部能够对所述传感系统所检测的数据进行处理，并控制对所述左腿膝关节柔性执行器和右腿膝关节柔性执行器的动力输出；所述左腿膝关节柔性执行器和右腿膝关节柔性执行器的每一个包括：膝关节弹性护套、柔性转矩执行组件A、柔性转矩执行组件B、Y型三通转接头、气管组件、惯性测量单元(IMU)组件、力传感器、表面肌电传感器(sEMG)以及弹性布；所述柔性转矩执行组件A包括：大腿左侧支架、小腿左侧支架、负压收缩弹性体驱动器、转轴、连接件、螺钉、紧固件、压片组件、乳胶皮筋以及气管连接端；所述柔性转矩执行组件B包括：大腿右侧支架、小腿右侧支架、负压收缩弹性体驱动器、转轴、连接件、螺钉、紧固件、压片组件、乳胶皮筋以及气管连接端；所述负压收缩弹性体驱动器包括基本对称的上半部分和下半部分组成，其中上半部分有与外界的通气孔，用于连接气管，实现对整个负压收缩弹性体驱动器的负压输入或者正压输入；所述负压收缩弹性体驱动器上半部分和下半部分内部分别包括六棱柱结构的气室，每个气室留有气孔，形成负压收缩弹性体驱动器的气流通道；单个气室侧面的六个气室壁厚度有差异，其中第二气室壁的厚度是第一气室壁的三倍；上下相邻两个气室的四个相邻第一气室壁留有凹槽，形成负压收缩弹性体驱动器的气流通道，另外四个不相邻的第一气室壁上没有，且第二气室壁上没有凹槽，保证气密性；当气室为负压时，所述第一气室壁受负压作用力变形，并沿X方向收缩，形成水平位移；所述第二气室壁不变形，Y方向没有收缩位移，从而当负压作用时，负压收缩弹性体驱动器可形成水平线性位移；当外界负压作用消失时，所述第一气室壁受负压作用力消失，并沿X轴反方向伸展，逐渐恢复到不受力的初始状态，在此过程中形成水平位移，过程可控；所述第二气室壁不变形，Y方向没有收缩或者伸展位移。