[发明专利]一种人体与外骨骼的交互力测量方法

摘要

本发明涉及力学测量、人机交互领域，具体公开了一种人体与外骨骼的交互力测量方法，包含待测构件和运算组件，待测构件包括外骨骼结构、外骨骼固定座和应力测量构件，应力测量构件的表面设有应变片；运算组件包括放大电路和测量计算模块，应变片通过放大电路与测量计算模块连接。本发明由于力学测量部分可布置于外骨骼固定机架上，通过力量测量构件与应变片结合处产生的受力形变测量人体外侧外骨骼的受力情况，进而计算出人体的交互大小，同时还可以推算出人体关节力矩。测量人体的交互力时无需对外骨骼结构做出改动或者只需微小改动。由于只需要外骨骼固定座卡住人体，有效的解决了现有的外骨骼交互力测量装置结构复杂，佩戴要求高，影响触觉反馈的问题。

主权项

1.一种人体与外骨骼的交互力测量方法，其特征是：包含待测构件和运算组件，所述待测构件包括设于人体关节(1)外一侧的外骨骼结构(3)和应力测量构件(4)，应力测量构件(4)的表面设有应变片(5)，外骨骼结构(3)远离应力测量构件(4)的一端设有用于将外骨骼结构(3)固定在人体关节(1)另一侧肢体上的外骨骼固定座(2)；运算组件包括放大电路和测量计算模块，应变片(5)通过放大电路与测量计算模块连接；通过上述结构实现交互力测量方法的步骤如下：S1.根据需要测量的待测构件的形状、材料和参数，通过对机械结构进行仿真分析或者理论计算，在测量计算模块中预设受力点A到活动关节点B的距离L0，受力点A到应变片(5)的距离L，应力测量构件(4)的抗弯截面系数为W，应变片(5)的弹性模量E；S2.设定所需测量的力为F，人体关节(1)转动时，在瞬时状态下，应力测量构件(4)由于驱动外骨骼结构(3)的带动产生形变，应变片(5)根据应力测量构件(4)的弯曲产生对应的弯曲，测量计算模块读取的应变片(5)的电压信号U；S3.定义交互力F作用于外骨骼结构(3)对应力测量构件(4)产生的载荷设定为P，P根据应力测量构件(4)进行力学计算或者力学仿真分析得到P＝m(F)；S4.在载荷P作用下，应变片(5)受到的应力为ε，电压信号U＝u(ε)，函数u由放大电路的放大参数决定，此处所受载荷P关系为P＝f(ε)，函数f由应变片(5)的固定方式以及应变片(5)自身的参数决定；S5.根据电压信号U计算需测量的交互力F，即F＝m^‑1(f(u^‑1(U)))，根据该公式以及待测构件的各参数，在测量计算模块中导入对应算法的程序和参数，并输出运算出的交互力测量结果。