一种下肢外骨骼助力装置及控制方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103284822A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103284822103284822A(43)申请公布日2013.09.11(21)申请号201310202205.3(22)申请日2013.05.28(71)申请人重庆电子工程职业学院地址401331重庆市沙坪坝区大学城东路重庆电子工程职业学院汽车工程学院(72)发明人谢光辉金敉娜吴德明张进春周彬谢金志(74)专利代理机构北京瑞盟知识产权代理有限公司11300代理人赵秉森(51)Int.Cl.A61F2/60(2006.01)A61F2/70(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书4页说明书4页附图2页附图2页(54)发明名称一种下肢外骨骼助力装置及控制方法(57)摘要本发明涉及一种助力装置，特别涉及一种下肢外骨骼助力装置，包括大腿连接杆、小腿连接杆、腰护垫、髋关节和膝关节；其中，大腿连杆和小腿连杆通过膝关节连接，腰护垫和大腿连杆通过髋关节连接；所述髋关节、膝关节的关节部分包括关节箱体、伺服电机、谐波齿轮、主动蜗轮和从动蜗轮，伺服电机连接于关节箱体上，所述主动蜗轮和谐波齿轮与伺服电机同轴连接，从动齿轮和主动蜗轮啮合，髋关节的从动齿轮和大腿连杆连接、膝关节的从动齿轮与小腿连杆连接；本发明可以为行动不便的穿戴者提供行走的动力，以达到省力的目的，并且本发明具有较高的可靠性和稳定性。CN103284822ACN103284ACN103284822A权利要求书1/1页1.一种下肢外骨骼助力装置包括，大腿连接杆、小腿连接杆、腰护垫、髋关节和膝关节，其中大腿连杆和小腿连杆通过膝关节连接，腰护垫和大腿连杆通过髋关节连接；其特征在于：所述髋关节、膝关节的关节部分包括关节箱体、伺服电机、谐波齿轮、主动蜗轮和从动蜗轮，伺服电机连接于关节箱体上，所述主动蜗轮和谐波齿轮与伺服电机同轴连接，从动齿轮与主动蜗轮啮合；所述谐波齿轮上设置有扭矩传感器，伺服电机尾部设置有检测关节实时转角的旋转编码器，所述腰护垫上方连接有同步控制器，扭矩传感器、旋转编码器与同步控制器电性连接；髋关节的从动齿轮与大腿连杆连接，膝关节的从动齿轮与小腿连杆连接。2.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述大腿连杆和小腿连杆设置有绷带；腰护垫设置有腰带，在腰护垫和同步控制器之间设置有背带。3.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述同步控制器内设置有电性连接的数字信号处理器、A/D转换模块、D/A转换模块、信号放大器和伺服电机驱动器。4.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述髋关节和腰护垫之间设置有转臂，转臂的一端和腰护垫通过轴承铰接，另一端和髋关节的关节箱体滑动配合，所述转臂为塑料转臂。5.如权利要求2所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述腰护垫的形状为两块与腰部贴合的塑料弧形面，并通过腰带连接，所述大腿连接杆为与人体大腿面贴合的塑料弧形面，小腿连接杆的形状为与人体小腿贴合的塑料弧形面。6.如权利要求4所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：与髋关节的关节箱体滑动配合的转臂设置有耐磨圆套，该关节箱体的内侧设置有耐磨衬套。7.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述关节箱体和从动蜗轮之间设置有定位轴承，关节箱体上设置有保护定位轴承的安装盖。8.如权利要求1所述的下肢外骨骼助力装置，其特征在于：所述设置在谐波齿轮上的扭矩传感器设置有两个，其夹角为45度。9.如权利要求3所述的下肢外骨骼助力装置的控制方法，其特征在于：步骤一：扭矩传感器采集人腿与下肢外骨骼助力装置相互作用所产生的扭矩信号；步骤二：所检测的扭矩信号经信号放大后通过A/D转换模块传输到数字信号处理器内，并通过数字信号处理器输出与该扭矩信号在频率、相位上保持一致的关节位移给定信号；步骤三：关节位移给定信号通过PD反馈控制模块来控制伺服电机，使其输出与人腿在运动频率、振幅和相位上皆保持同步的髋关节、膝关节所需的扭矩；步骤四：重复上述步骤一到步骤三，达到行走的连续。2CN103284822A说明书1/4页一种下肢外骨骼助力装置及控制方法技术领域[0001]本发明涉及一种助力装置，特别涉及一种下肢外骨骼助力装置。背景技术[0002]下肢外骨骼助力装置作为服务机器人，是一种将人和两足步行机械腿有机结合在一起，利用人的行为来控制机器人，提供动力协助人的行走，增强人们行走的能力与速度，缓解疲劳感。[0003]目前，国内外特别是美国、日本在这方面已经进行了大量的研究。其中典型的研究之一是日本筑波大学在2002年研制开发的机器人装混合助力腿，机械外骨骼绑缚在人腿的两侧，利用贴在腿部皮肤上的EMG传感器检测肌肉的电流，控制电动马达驱动机械外骨骼运动以