[发明专利]一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置

说明书

技术领域

本发明属于机器人技术领域，更具体地涉及一种可用于下肢外骨骼稳定行走的双足支撑区域实时判别装置。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

随着可穿戴带设备技术及机器人传感器技术的不断发展，人体工程学与机器人学的综合应用已成为国内外研究的热点。其中像下肢外骨骼机器人、双足机器人等项目，就是人体步态行走在机器人领域的应用。为实现仿人行走的稳定性，必须研究一套专门的防跌倒机制，即实时监测ZMP(零力矩点)与双足的支撑区域的位置关系，以便控制ZMP落在双足支撑区域内，使整个系统保持稳定，其中双足支撑区域的判断与识别是一个重点。通常，我们可以利用人体下肢各个关节的旋转角度，结合运动学正解，计算出双足的位移与相互位置关系。但此方法涉及多个关节运动角度的精确测量，从而需要安装多个旋转角度传感器，对于髋关节这样多旋转自由度关节的角度测量存在一定技术难度，且整个过程中所涉及的计算量较大，实时性要求较高。故本发明提供一种基双足支撑区域的实时判别装置，它以一种灵活、便捷且低成本的方式很好的解决了上述问题。

发明内容

为解决现有技术对下肢外骨骼双足支撑区域的实时检测与判别，提出一种可用于下肢外骨骼稳定行走的双足支撑区域实时判别装置。

在根据本发明的一个优选的实施例中，一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，包括主机和下肢外骨骼步态采集器，下肢外骨骼步态采集器包括左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集鞋，所述左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集鞋均包括鞋身和安装在鞋身内的信号采集单元和信息处理单元，信息采集单元与信息处理单元通讯连接，信息处理单元与主机通讯连接，用以将信号采集单元采集的数据预处理后发送至主机。

优选地，所述鞋身包括鞋底、定制鞋垫、紧固绑带和机械连接件，鞋底为橡胶鞋底并设有夹层，定制鞋垫放置于夹层内；信号采集单元设置与定制鞋垫内，鞋底在足跟部位设有矩形空腔，信息处理的单元放置于矩形空腔内，鞋底后跟部可拆卸安装有用以保护信息处理单元的金属盖板。

优选地，所述信息采集单元包括压力测量单元和惯性测量单元。

优选地，所述压力测量单元为安装在定制鞋垫内的多个压力传感器，所述惯性测量单元包括安装在定制鞋垫内的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴地磁计。

优选地，所述压力传感器为四个，四个压力传感器均为薄膜式压敏电阻，四个压力传感器在定制鞋垫内的安装位置分别对应足底的拇指、第一跖趾关节、第五跖趾关节及足跟部位。

优选地，所述惯性测量单元在定制鞋垫内的安装位置对应足底足弓。

优选地，所述紧固绑带由绑带和绑带扣组成，整条紧固绑带贯穿鞋底的前脚掌部分，并胶结固定。

优选地，所述机械连接部件由支撑件和球头铰接座组成，两者构成下肢外骨骼的机械踝关节，机械连接部件通过两颗长螺钉固定在金属盖板上，金属盖板通过四颗沉头螺钉与鞋底内预埋的螺母连接。

具体优点为：

本发明在足部加入惯性测量单元的同时，与足底压力信息相融合，相关传感器均以定制鞋垫为载体，并通过软导线连接至信息处理单元，信息处理单元将采集的数据信息进行处理、计算后传输至主机，主机综合左、右脚装置的有效信息，作出双足支撑区域的实时、准确判别，帮助实现对下肢外骨骼行走的稳定性控制。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是本发明装置单侧(左脚)简图；

图2是单侧(左脚)定制鞋垫图；

图3是硬件框架示意图；

图中：鞋底1，绑带2，压力测量单元3，定制鞋垫4，绑带扣5，球头铰接座6，支撑件7，金属盖板8，信息处理单元9，惯性测量单元10。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

根据本发明的所示出的实施例，参照图1至图3所示，一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，包括主机和下肢外骨骼步态采集器，下肢外骨骼步态采集器包括左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集鞋，所述左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集鞋均包括鞋身和安装在鞋身内的信号采集单元和信息处理单元9，信息采集单元与信息处理单元9通讯连接，信息处理单元9与主机通讯连接，用以将信号采集单元采集的数据预处理后发送至主机。