[发明专利]一种轻便人工助力服实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种帮助肢体活动的技术，特别涉及一种轻便人工助力服实现方法。

背景技术

近年来，为辅助人体上肢、下肢或腰部动作的助力装置是机电与自动化领域的研究热点之一。这些助力装置可以套穿在人体上，根据人的动作意图自动输出一定大小的力，并驱使人体上肢、下肢或腰部做出一定的动作。对于康复中的病人，利用它可以辅助活动四肢或腰部；对于正常人特别是护工，利用它可以大大减轻劳动强度。它主要涉及两个方面的技术领域：一为机械技术，助力装置的机械结构要与人体吻合，并尽量轻便，这样才能使人穿着舒适；一是电子测控技术，用于自动判断人体的动作意图并控制助力装置动作，以实现人体动作和动作姿态的自动生成。目前已经有一些类似发明，例如增力型的外骨骼系统，但它们要么笨重复杂，要么不能实现人体动作意图的自动检测。

发明内容

本发明是针对阻力装置笨重的问题，提出了一种轻便人工助力服实现方法，此助力服简单轻便、并可自动判断人体动作意图。

本发明的技术方案为：一种轻便人工助力服实现方法，具体包括如下步骤：

1）将6对检测电极分布在肩膀与大臂表面的运动位置上，采集上肢的动作意图信号；

2）采用普通布料加工制作成类似上衣，与人体贴合紧密，上衣内部内置重量小的Mckibben型气动人工肌肉，双臂对称配置共14条Mckibben肌肉，即每臂配置7条，各Mckibben肌肉的连接点分布在上身上部和双臂上，用于驱动肩关节和肘关节并可生成上肢主要的动作姿态；

3）机电信号分析仪接收6对检测电极采集的上肢动作意图信号后，分析仪进行数据处理，判断需动作的上肢部位，输出控制信号到气动系统，气动系统驱动相应部位的Mckibben型气动人工肌肉，自动辅助人体完成相应的动作。

本发明的有益效果在于：本发明轻便人工助力服实现方法，设计即简单轻便又可自动生成动作的助力装置，一般用于康复中心、护理中心或家庭中。

具体实施方式

轻便人工助力服实现方法主要涉及到气动系统和肌电信号分析仪。

机械系统：采用普通布料特殊加工制作，类似上衣，与人体贴合紧密，吻合良好。驱动器采用重量非常小的Mckibben型气动人工肌肉（简称Mckibben肌肉），双臂对称配置共14条Mckibben肌肉，即每臂配置7条，各Mckibben肌肉的连接点分布在上身上部和双臂上，用于驱动肩关节和肘关节并可生成上主要的动作姿态，包括整臂向前上方平举、整臂向侧上方平举、整臂向后方外伸、肘的屈伸，以及它们的动作组合，动作幅度可以达到实际人体相应动作幅度的60%以上。整体上，机械部分轻便，相对柔软，穿着舒适，且可在一定范围内适应人体外形的差异。

电子测控系统：采用机电信号分析仪进行动作意图的自动检测，采用6对检测电极分布在肩膀与大臂表面的相应位置上，当上臂有任何动作意图时，电脑程序可以自动读取由相应电极反馈的肌电信号并迅速进行处理分析，进而判断出任一上臂的动作意图，在此基础上，电脑程序实时地控制气动系统输出一定气压以驱动相应的Mckibben肌肉，进而实现人体动作的自动生成以及各种动作姿态。

人工助力服是由Mckibben肌肉驱动的人体辅助装置，它可以套穿在人体上身和双臂上，自动检测上肢的动作意图，并实时地输出相应方向的力，帮助上臂完成相应的动作。它可以实现人体上臂的主要动作与姿态。

它需要气动系统的支持，所用气动系统是由电脑控制的、以电气比例阀为核心部件的气压输出系统，电脑程序控制气动系统输出不同大小的气压，以驱动Mckibben肌肉收缩，进而驱动人工助力服动作。

它需要肌电信号分析仪的支持，肌电信号分析仪用于检测人体上肢的动作意图。它对电极的对数、电极的分布有特殊的要求。

助力服的机械结构设计，主要涉及Mckibben肌肉的具体分布结构以及它们

与助力服的连接方式。

助力服的操作关系设计，即人体上肢每一主要动作与Mckibben肌肉操作之间的对应关系，某一具体动作涉及哪几条Mckibben肌肉，这几条Mckibben肌肉如何协调收缩才能实现要求的上肢动作。

动作意图检测与识别：通过机电信号分析仪的多对电极读入动作相应的肌电信号数据，实时处理并进行动作的特征数据提取，最终识别出动作意图。