[发明专利]一种肌电控制的外骨骼助行机器人

说明书

技术领域

本发明涉及可穿戴的外骨骼助行机器人技术，具体为一种肌电控制的外骨 骼助行机器人，可以辅助人体下肢肌肉伸缩，帮助老年人或行走不便者恢复下 肢运动功能。

背景技术

随着现代社会老龄化问题的日益加重，老年人的健康问题得到了全社会的 广泛关注，其中腿脚不灵便是影响老年人生活的重要问题。外骨骼助行机器人 可以为老年人或行走不便者提供外在助力，帮助其恢复一定的运动能力，对于 提高老年人生活质量、减轻家庭和社会的负担具有重要意义。

目前的外骨骼助行机器人大多固定在两腿外侧，外骨骼穿戴者(简称穿戴 者)被动地跟随外骨骼运动，外骨骼机器人的运动轨迹可能与穿戴者的期望轨 迹存在一定的差距，例如，中国专利申请201410827881.4公开了一种人体下肢 外骨骼助行康复机器人，该发明采用伺服电机提供动力，利用连杆装置带动腿 部运动，帮助穿戴者行走及康复训练。该发明采用的驱动结构较为坚硬，人体 穿戴容易产生人体与外骨骼助行机器人运动不相容的现象，造成穿戴者不舒适， 甚至额外伤害。

另外，目前的外骨骼助行机器人常用的运动控制方法是根据脚底压力、关 节角度和加速度等传感器信息。例如，中国专利201310034245.1公开了一种穿 戴式下肢外骨骼助行机器人，该发明通过采集和处理脚底压力和关节角度信息， 生成相应运动信号控制外骨骼模拟人体运动，帮助穿戴者行走及康复训练。该 方法缺乏对穿戴者自身感受的足够重视，忽视了穿戴者自身的实际需求，容易 造成穿戴者不适。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种肌电控制的 外骨骼助行机器人。该助行机器人通过采集腿部的表面肌电信号，分析穿戴者 的运动需求，控制气动肌肉模拟人体肌肉活动，在充分了解穿戴者运动意图的 基础上辅助穿戴者运动，避免强制运动造成的不适甚至伤害。采用质量轻、能 量转化率较高、柔顺性好的气动肌肉作为执行机构，直接将气动肌肉安装在人 体各关节之间，为穿戴者提供辅助动力，结构简单、安全柔顺，符合人体生理 特点，舒适性明显提高。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种肌电控制的外骨骼助行 机器人，其特征在于所述机器人包括气源、左腿、右腿、腰部固定装置和控制 装置；所述左腿和右腿的上端分别固定在腰部固定装置上，并对称设置在腰部 固定装置两侧；所述控制装置固定在腰部固定装置上；

所述左腿和右腿的结构完全相同；所述左腿和右腿均包括大腿助力系统、 小腿助力系统、踝关节固定装置和膝关节固定装置；所述大腿助力系统的上端 固定于腰部固定装置，下端固定于膝关节固定装置；所述小腿助力系统的上端 固定于膝关节固定装置，下端固定于踝关节固定装置；

所述大腿助力系统包括大腿固定装置、大腿气动执行模块、大腿肌电信号 传感器模块和大腿陀螺仪模块；所述大腿气动执行模块包括至少三个大腿气动 肌肉，其一端固定于大腿固定装置上，另一端分别固定于膝关节固定装置或腰 部固定装置上，大腿气动肌肉通过软管与气源连接，使用时位于人体大腿主要 肌肉上方；所述大腿肌电信号传感器模块包括至少三个大腿肌电信号传感器， 使用时大腿肌电信号传感器固定在大腿气动肌肉对应的人体肌肉表面；所述大 腿陀螺仪模块使用时固定于人体膝关节和髋关节之间、人体大腿前侧中间位置； 所述大腿气动肌肉与大腿肌电信号传感器的数量相同；

所述小腿助力系统包括小腿气动执行模块、小腿肌电信号传感器模块和小 腿陀螺仪模块；所述小腿气动执行模块包括至少两个小腿气动肌肉，其一端固 定于膝关节固定装置上，另一端固定于踝关节固定装置上，小腿气动肌肉通过 软管与气源连接，使用时位于人体小腿主要肌肉上方；所述小腿肌电信号传感 器模块包括至少两个小腿肌电信号传感器，使用时小腿肌电信号传感器固定在 小腿气动肌肉对应的人体肌肉表面；所述小腿陀螺仪模块使用时固定于人体膝 关节和踝关节之间、人体小腿前侧中间位置；所述小腿气动肌肉与小腿肌电信 号传感器的数量相同；

使用时，腰部固定装置、踝关节固定装置、膝关节固定装置和大腿固定装 置，依次位于人体的腰部、踝关节、膝关节和大腿根处；

所述控制装置分别与大腿肌电信号传感器模块、小腿肌电信号传感器模块、 大腿陀螺仪模块、小腿陀螺仪模块、大腿气动执行模块、小腿气动执行模块和 气源连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：