[发明专利]一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统及使用方法

说明书

本发明公开了一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统及使用方法，解决了现有技术中现有机器人无法进行力反馈的问题，具有保证助力效果的有益效果，具体方案如下：一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统，包括骑座机构，包括支撑底座，支撑底座支撑座椅基体，座椅基体设置助力反馈单元，助力反馈单元包括座垫和压力传感器，压力传感器设于座垫与座椅基体之间；导轨机构，导轨机构设于支撑底座的外侧，心轴连接导轨机构和支撑底座，导轨机构可绕心轴转动，导轨机构设置支撑轨，滑块可沿着支撑轨滑动；动力机构；膝关节转动机构与动力机构相连接，由动力机构为膝关节转动机构提供扭矩以帮助人体行走助力减负。

技术领域

本发明涉及外骨骼机器人领域，尤其是一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统及使用方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

助力外骨骼机器人作为机器人领域的一个分支主要应用于辅助增强人体机能，帮助人体改善或提高行动能力。设计思路多为通过与人体外肢建立某种绑缚关系，利用电机或是液压作为驱动源，来达到助力活动的目的。具体应用可分为两大类：一类为辅助增强人体机能如军事领域中可用来提高士兵持续作战能力；生产车间中可减小工人的劳动强度，减轻肢体负担。一类为帮助改善行动不便的人群，以提高他们的行动能力。

对于第二类应用目前存在一些不足：一是绑缚式外骨骼本身的重量使本身的穿戴过程对该人群造成的不必要的负担，多需要他人帮助才能穿戴完成；二是绑缚式外骨骼结构复杂，需要髋、膝两处驱动源方可达到控制目的，控制难度教大。三是现有技术中也有非绑缚式的方案，但发明人发现，在动力方面，传统绑缚式外骨骼因装置较大，电池系统及各关节反馈系统易于布置，但非绑缚式机器人由于其轻量化、便捷化设计初衷，要求装置尽可能精简，因此容易造成供能不足以及不能完整追踪人体步态及助力反馈的问题；而且现有装置不能够较好地模拟人体的腿部各动作姿态，从而影响到助力效果。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统，可仿照骑行方式进行穿戴，方便快捷，同时又有绑缚式外骨骼所提供的助力效果。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统，包括：

骑座机构，包括支撑底座，支撑底座支撑座椅基体，座椅基体设置助力反馈单元，助力反馈单元包括座垫和压力传感器，压力传感器设于座垫与座椅基体之间，该压力传感器为第一压力传感器；

导轨机构，导轨机构设于支撑底座的外侧，心轴连接导轨机构和支撑底座，导轨机构可绕心轴转动，导轨机构设置支撑轨，滑块可沿着支撑轨滑动；

动力机构，滑块与动力机构连接；

膝关节转动机构与动力机构相连接，由动力机构为膝关节转动机构提供扭矩以帮助人体行走助力减负；

踝关节转动机构与膝关节转动机构转动连接；

脚部感知机构与踝关节转动机构连接。

上述的下肢外骨骼助力系统，导轨机构的设置，实现骑座机构可相对于动力机构相对滑动，通过心轴实现导轨机构相对于座椅基座的转动，由此模拟人体髋关节的活动方式，由第一压力传感器对助力效果进行实时跟踪反馈，由动力机构支撑骑座机构，通过踝关节转动机构模拟人体踝关节在矢状面和横断面的旋转自由度，并通过动力机构带动膝关节转动机构的运动来帮助人体行走助力减负。

如上所述的一种非绑缚式易穿戴下肢外骨骼助力系统，所述脚部感知机构包括鞋板，鞋板支撑鞋套，用于获取脚部压力信号的压力传感器安装在鞋板前后两端，该压力传感器为第二压力传感器，通过第二压力传感器对脚部压力的检测，以判断与鞋板连接的腿部是否为非支撑腿状态。