[发明专利]一种用于配合运动辅助下肢外骨骼进行人体位置调整的智能机械架及其控制方法

说明书

本发明公开了一种用于配合运动辅助下肢外骨骼进行人体位置调整的智能机械架及其控制方法。智能机械架包括XYZ三轴运动平台、姿态检测传感器模块、单片机模块，姿态检测传感器模块包括用来检测被穿戴者的脚踩力的左脚脚底压力检测模块与右脚脚底压力检测模块；机械架传感器模块主要由用于获取穿戴者的重心沿Z轴方向高度变化的数据的超声波传感器、用于测量穿戴者的重心沿X轴方向的位移的第一位移传感器和用于测量穿戴者的重心沿Y轴方向的位移的第二位移传感器构成；传感器的数据都传递到单片机模块，XYZ三轴运动平台受控于单片机模块。极大的减轻了患者穿戴外骨骼时的负担，使得患者具有足够空间进行穿戴。

技术领域

本发明主要涉及外骨骼机器人等领域，尤其涉及一种用于配合运动辅助下肢外骨骼进行人体位置调整的智能机械架及其控制方法。

背景技术

多传感器获取信息能够提高系统数据的可靠性，提高信息精度。配合智能机械架使用的外骨骼机器人配备多种传感器，能够更加准确地检测出人体所处的步行状态，配合机械架使用，提高了外骨骼使用的安全性与舒适性。目前大多数外骨骼均配合辅助支撑结构使用，以维持安全性和稳定性，但目前的辅助支撑结构基本采用顶部绳索拉拽结构，舒适性差，稳定性不高，而且无法进行实时自动调整，对患者的康复训练造成了一定的障碍，一定程度上减弱了训练的康复效果。

发明内容

针对上述不足，本发明提供了一种用于配合运动辅助下肢外骨骼进行人体位置调整的智能机械架及其控制方法，解决了运动康复训练过程中难以及时准确调整身体位姿的问题。

本发明协助患者穿戴外骨骼及步态训练过程，减轻患者的训练负担，结构简单，价格低廉，易于推广。

本发明所采用的技术方案如下：一种用于配合运动辅助下肢外骨骼位置调整的智能机械架，包括：XYZ三轴运动平台、姿态检测传感器模块、单片机模块，下肢外骨骼的髋部固定在XYZ三轴运动平台上，所述姿态检测传感器模块包括左脚脚底压力检测模块与右脚脚底压力检测模块以及机械架传感器模块；单片机模块包括相连的外骨骼单片机与机械架单片机；

所述左脚脚底压力检测模块与右脚脚底压力检测模块用来检测被穿戴者的脚踩力，并将脚踩力传递给外骨骼单片机；

所述机械架传感器模块主要由超声波传感器、第一位移传感器、第二位移传感器构成，超声波传感器用于获取穿戴者的重心沿Z轴方向高度变化的数据，并将数据传递给外骨骼单片机；第一位移传感器用于测量穿戴者的重心沿X轴方向的位移，第二位移传感器用于测量穿戴者的重心沿Y轴方向的位移，并将数据传递给外骨骼单片机；

XYZ三轴运动平台受控于机械架单片机，机械架单片机根据外骨骼单片机传输而来的数字信号驱动XYZ三轴运动平台运动。

进一步的，所述左脚脚底压力检测模块与右脚脚底压力检测模块均由若干力敏传感器构成。

进一步的，所述力敏传感器布置于前脚掌区域、后足区域两个区域。

本发明的另一目的是提供一种用于配合运动辅助下肢外骨骼位置调整的智能机械架的控制方法，该方法包括如下步骤：

步骤1：姿态检测传感器模块检测到脚底压力值以及重心沿Z轴方向高度值；

步骤2：外骨骼单片机接收姿态检测传感器模块检测到的数据，判断处于人体步态循环的何种阶段，在判断处于人体步行的何种阶段后，机械架单片机根据外骨骼单片机传输而来的数字信号驱动XYZ三轴运动平台调整重心在XYZ方向的位置；

步骤3：调整重心在XYZ方向的位置后，超声波传感器、第一位移传感器和第二位移传感器实时将重心在XYZ方向的位置信息反馈给外骨骼单片机进行反馈控制，从而达到辅助外骨骼平衡的作用。

进一步的，所述人体步态循环分以下七个阶段：

状态1、右脚脚后跟着地，左脚前脚掌着地，左脚准备向前迈：