[发明专利]基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套

说明书

本发明涉及基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，属于智能装备、机器人、穿戴装备领域；包括手套、5个柔性压力传感器、5个弹性传感器和无线通信模块；其中，手套为5指手套结构；手套的每个指腹处安装1个柔性压力传感器；手套的每个手指的背部安装1个弹性传感器；无线通信模块设置在手套的手腕处；佩戴者穿戴控制手套和外部骨骼；控制手套与外部骨骼之间通过无线通信模块实现通信；本发明实现一种可控、可调节的外骨骼主动助力方法，搬抬外骨骼主动助力可以用于减少穿戴者长时间重复作业造成的腰膝劳损。

技术领域

本发明属于智能装备、机器人、穿戴装备领域，涉及基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套；

背景技术

搬运外骨骼是外骨骼机器人研制中受到重点关注的一种，其通过对穿戴者的外部助力，实现在搬抬、托举、提拉等工作姿态中的机能增强，有效缓解重复作业造成的腰膝劳损、上肢肌肉疲劳，可应用于弹药仓库、军需仓库、舰船供给等多个场景。目前已公布的搬运外骨骼主要为单关节助力，包括髋关节助力(腰部助力)和肩肘关节助力(上肢助力)两类。

在实际应用场景中，弯腰搬抬和上肢托举一般是一个完整且连续的过程，穿戴者需要连贯地完成搬起、放下、行走、搬抬、托举放置等作业动作及动作间的相互切换。目前已公布的搬运外骨骼均不能实现搬运作业全过程的有效助力，并且由于机械、电气和传感器的多重干涉，很难同时穿戴多款外骨骼于人体并稳定可靠地平顺助力。因此，提出的一种可同时实现腰部、上肢、行走高效助力的搬运外骨骼仍为技术空白。

发明内容

本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，实现一种可控、可调节的外骨骼主动助力方法，搬抬外骨骼主动助力可以用于减少穿戴者长时间重复作业造成的腰膝劳损。

本发明解决技术的方案是：

基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，包括手套、5个柔性压力传感器、5个弹性传感器和无线通信模块；其中，手套为5指手套结构；手套的每个指腹处安装1个柔性压力传感器；手套的每个手指的背部安装1个弹性传感器；无线通信模块设置在手套的手腕处；佩戴者穿戴控制手套和外部骨骼；控制手套与外部骨骼之间通过无线通信模块实现通信。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，所述弹性传感器为长条状结构，弹性传感器沿手指方向从手指根部至手指尖部。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，所述柔性压力传感器实现测量佩戴者各手指的压力大小；所述弹性传感器实现测量佩戴者各手指弯曲产生的形变。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，当佩戴者搬抬物体时，手套通过柔性压力传感器测量手部动作产生的压力数据；通过弹性传感器测量手部动作产生的形变数据；同时无线通信模块将压力数据和形变数据发送至外部骨骼；外部骨骼通过传来的压力数据和形变数据进行适应性调整，辅助佩戴者搬抬物体。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，设定弹性传感器的自然长度为L，当佩戴者完全握拳，即弹性传感器变形量最大时，弹性传感器的长度为1.7L。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，手套根据压力数据和形变数据分为3种运动阶段，分别是抓握物体阶段、搬抬阶段和搬抬完成阶段；当手套处于抓握负重阶段时，外部骨骼启动；当手套处于搬抬阶段时，外部骨骼按照预设的助力曲线对佩戴者进行助力；当手套处于搬抬完成阶段时，外部骨骼停止助力。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，所述抓握物体阶段的判断条件为：

当手套的食指、中指、无名指的压力数据达到预设压力值，且除拇指外其他四指的弹性传感器的长度均大于1.4L；且拇指压力未超过预设压力值时，判断佩戴者已抓握起物体，即将进行搬抬，外部骨骼启动。

在上述的基于髋关节搬抬助力外骨骼的控制手套，所述搬抬阶段的判断条件为：