本技术介绍了一款集成搬运与行走助力功能的髋关节外骨骼装置,该装置由背部、腰部和大腿固定件构成。腰部固定件两侧装配有关节驱动模组,通过屈伸腿杆与大腿固定件相连。背部固定件配备辅助条形块,与关节驱动模组通过牵引拉线连接。腰部固定件还设有控制与离合模块,用以调节牵引拉线的动力输出。本发明的控制方法能够精准识别搬运与步行动作,为复杂环境下的助力辅助提供决策支持。
背景技术
外骨骼能辅助人体步行、搬运等动作,外力辅助能提升工作效率、预防肌体疲劳损伤,在物流、工业制造、养老保健、建筑等领域都有重要作用,具有较强的现实意义。
目前现有的外骨骼存在的问题如下:
(1)现有外骨骼设备多为髋膝踝多关节机器人结构,整机系统复杂笨重,使得辅助运动操作不够灵活轻便,降低用户助力体验和实际应用效果。
(2)现有产品仅能实现搬运助力或步行助力一种功能,功能单一,无法实现搬运助行两者兼顾且能连续相互切换的助力,无法满足实际场景的复杂工况。同时不能较好地实现搬运助力及行走过程中细分状态的意图识别,模式识别的准确性和切换速度都存在问题,无法实现两种模式下各细分状态及其相互切换过程的助力辅助。
(3)现有方法无法实现助力和搬运工况各个过程中助力曲线的参数化规划与优化,助行和搬运助力过程中需要对各细分状态较精准助力控制,提升辅助的舒适性与流畅度。
公告号为CN110802603B的专利说明书中公开了一种腰部主动助力外骨骼控制方法,包括传感器模块、无刷直流电机、信号采集与处理模块、搬运模式切换运动控制模块、电机驱动模块、人机交互界面,所述传感器包括:肌电传感器、电机编码器;肌电传感器和电机编码器采集的数据经过处理后作为搬运状态切换的依据,实现腰部外骨骼机器人搬运状态全自动切换功能,达到人机一体化的效果。
公告号为CN107088872B的专利说明书中公开了一种搬运与助行双功能的机构,步行助力时利用支撑杆和滑动部件组成的摇杆滑块机构带动弹簧拉伸,通过弹簧的屈伸储存释放能量,提供助力;搬运时利用平面连杆机构上固定的弹簧抵消载物过程中部分力矩,步进电机带动齿轮传动控制连杆机构的角度。
上述两种方案虽各具优点,但尚无法实现助力和搬运工况各个过程中助力曲线的参数化规划与优化,助行和搬运助力过程中需要对各细分状态较精准助力控制,提升辅助的舒适性与流畅度。
实现思路