一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置专利检索-夹层板建筑材料建筑材料专利检索查询-专利查询网

一种下肢 外骨骼双足支撑区域实时判别装置

阅读：282发布：2024-01-24

专利汇可以提供一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明属于机器人技术领域，更具体地涉及一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置,该装置具体包括下肢外骨骼左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集鞋，步态信息采集鞋由多个部分组成，其核心部件是一块定制鞋垫。在该定制鞋垫上，配备有压力测量单元和惯性测量单元，相关传感器通过软导线连接至信息处理单元。信息处理单元将压力传感器和惯性测量单元采集的步态信息，进行处理、计算后传输至下肢外骨骼控制主机。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，为实现对下肢外骨骼机器人行走的稳定性控制提供检测手段。，下面是一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：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。
2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：所述鞋身包括鞋底(1)、定制鞋垫(4)、紧固绑带(2)和机械连接件，鞋底(1)为橡胶鞋底(1)并设有夹层，定制鞋垫(4)放置于夹层内；信号采集单元设置与定制鞋垫(4)内，鞋底(1)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(1)后跟部可拆卸安装有用以保护信息处理单元(9)的金属盖板(8)。
3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：所述信息采集单元包括压力测量单元(3)和惯性测量单元(10)。
4.根据权利要求3所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：所述压力测量单元(3)为安装在定制鞋垫(4)内的多个压力传感器，所述惯性测量单元(10)包括安装在定制鞋垫(4)内的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴地磁计。
5.根据权利要求4所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：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(4)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。
6.根据权利要求4所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：所述惯性测量单元(10)在定制鞋垫(4)内的安装位置对应足底足弓。
7.根据权利要求2所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：所述紧固绑带(2)由绑带(2)和绑带扣(5)组成，整条紧固绑带(2)贯穿鞋底(1)的前脚掌部分，并胶结固定。
8.根据权利要求2所述的下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置，其特征在于：所述机械连接部件由支撑件(7)和球头铰接座(6)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(8)上，金属盖板(8)通过四颗沉头螺钉与鞋底(1)内预埋的螺母连接。

说明书全文

一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置

技术领域

[0001] 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

[0002] 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。

[0003] 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

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 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。

[0007] 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。

[0008] 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。

[0009] 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。

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 具体优点为：

[0014] 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

[0016] 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：

[0017] 图1是本发明装置单侧(左脚)简图；

[0018] 图2是单侧(左脚)定制鞋垫图；

[0019] 图3是硬件框架示意图；

[0020] 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

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 主机，综合处理从左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集获得的信息，计算并识别出双足行走过程中的实时支撑区域。

[0024] 如图1所示，主要以单侧装置左脚步态信息采集鞋为例进行详细介绍，对侧装置右脚步态信息采集鞋亦然；

[0025] 所述鞋身包括鞋底1、定制鞋垫4、紧固绑带2和机械连接件，鞋底1为橡胶鞋底1并设有夹层，定制鞋垫4放置于夹层内；信号采集单元设置与定制鞋垫4内，鞋底1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1后跟部可拆卸安装有用以保护信息处理单元9的金属盖板8。

[0026] 左脚步态信息采集鞋和右脚步态信息采集鞋结构相同，主要以鞋底1为载体，鞋底1选用具有缓冲吸震的橡胶材料，并且设有夹层，用以安放定制鞋垫4；

[0027] 鞋底1在足跟部位预埋四颗螺母，用以安装金属盖板8；

[0028] 鞋底1在金属盖板8下方留有矩形空腔，信息处理单元9通过小螺丝固定案子再矩形空腔内，金属盖板8可以有效的对信息处理单元9进行物理保护。

[0029] 所述信息采集单元包括压力测量单元3和惯性测量单元10，压力测量单元3和惯性测量单元10均通过软导线与信息处理单元9连接。

[0030] 所述压力测量单元3为安装在定制鞋垫4内的多个压力传感器，所述惯性测量单元10包括安装在定制鞋垫4内的三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴地磁计。

[0031] 所述压力传感器为四个，四个压力传感器均为薄膜式亚敏电阻，四个压力传感器在定制鞋垫4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，以便准确反映行走过程中足底触地位置。

[0032] 四个薄膜式压敏电阻采用相同方式安装在定制鞋垫4上，具体是将薄膜式压敏电阻的圆形测力部分粘贴在定制鞋垫4的正面，条形尾部通过鞋垫上的切口，贯穿到鞋垫反面，并与软导线连接，且导线走线均在鞋垫反面。这种安装方式减少了穿戴者的脚底异物感，提高了装置在使用过程中的舒适性。

[0033] 所述惯性测量单元10在定制鞋垫4内的安装位置对应足底足弓。

[0034] 三轴加速度计、三轴陀螺仪和三轴地磁计分别采集行走过程中，足部的加速度、角速度与足偏角。惯性测量单元10安置在定制鞋垫4上对应足底足弓的下方，且相对于鞋底1呈水平放置。这种安装方式，巧妙利用了足底足弓下方的有限空间，既满足了穿戴舒适性，又可防止模块受压损坏。水平安装以便于其校准，同时能够跟随足部，保持相同的运动，保证对惯性测量的准确性。

[0035] 所述紧固绑带2由绑带2和绑带扣5组成，整条紧固绑带2贯穿鞋底1的前脚掌部分，并胶结固定。穿戴者通过紧固绑带2穿戴使用装置，具体用法是利用绑带2将脚绑缚在鞋底1上。

[0036] 所述机械连接部件由支撑件7和球头铰接座6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8上，金属盖板8通过四颗沉头螺钉与鞋底1内预埋的螺母连接。

[0037] 单侧的整套装置通过机械连接部件的球头铰接座6与下肢外骨骼机械小腿的机械球铰连接。这种连接方式使得下肢外骨骼的机械踝关节具有高度的灵活性，满足了穿戴者的各种运动动作需求。

[0038] 虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改进或变型。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种化工设备夹层换热设备	2020-05-08	906
一种太阳能充电智能头盔	2020-05-08	996
一种铝电解电容器	2020-05-08	425
一种泳池防滑塑胶垫	2020-05-11	660
一种微波快速测量物料水分的装置	2020-05-08	729
伸缩式快速救生通道	2020-05-11	296
一种篦子及蒸架装置	2020-05-11	137
一种水性涂料用抽取装置	2020-05-08	548
一种节能型保温汤饭车	2020-05-11	932
一种带有润滑结构的汽车发动机传动轴承套圈	2020-05-08	425

一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置

一种下肢外骨骼双足支撑区域实时判别装置

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：