尔后压力传感器2将测的压力信号，分别通过AD模数转换器12输入给模拟比较器13，模拟比较器13将两等值信号作差后，输出为0，此时，双极电液伺服阀16不再对踝关节液压驱动器17发出油压信号，此时，由踝关节处的复位弹簧23将外骨骼踝关节拉回原来状态。
[0015](2)机械外骨骼膝关节随动系统工作过程:
外骨骼膝关节控制系统包括信号采集与反馈传感器Π，信号采集与反馈传感器Π与AD模数转换器12相连接，AD模数转换器12与模拟比较器13相连接，模拟比较器13与DA数模转换器14相连接，DA数模转换器14与信号放大器15相连接，信号放大器15与双极电液伺服阀16相连接，双极电液伺服阀16通过调节其阀门的开度和方向来调节膝关节液压驱动器18，膝关节液压驱动器18驱使机械外骨骼膝关节动作;信号采集与反馈传感器Π包括膝关节主动位移传感器4和膝关节随动位移传感器3，膝关节主动位移传感器4的中部通过柔性连接带9与机械外骨骼膝关节连接;膝关节随动位移传感器3的两端与机械外骨骼膝关节的两端刚性连接。
[0016]人体站立时，膝关节主动位移传感器4和膝关节随动位移传感器3测得的位移信号相等，当人体膝关节弯曲时，带动膝关节主动位移传感器4收缩，先产生位移信号，由于膝关节主动位移传感器4与机械外骨骼是柔性连接，此时，机械外骨骼膝关节仍然无动作，处于直立状态，膝关节随动位移传感器3并无位移信号变化，膝关节主动位移传感器4测的信号与膝关节随动位移传感器3的信号同时经AD模数转换器12输入给模拟比较器13，模拟比较器13将两信号做差后，输出给DA数模转换器14，经DA数模转换器14转换后，差信号再经信号放大器15放大，输入给双极电液伺服阀16，由此通过调节阀门的开度和方向来调节膝关节液压驱动器18的动作，膝关节液压驱动器18的动作，经过牵引绳的传递，牵动机械外骨骼膝关节转动盘21的动作，机械外骨骼膝关节动作，带动膝关节随动位移传感器3动作，直到膝关节随动位移传感器3测的位移信号与膝关节主动位移传感器4测得的信号相等，模拟比较器13输出差信号为0，膝关节液压驱动器18不再动作，此时，机械外骨骼膝关节的动作与人体膝关节动作状态一致，完成膝关节动作跟随，膝关节舒张动作跟随与弯曲动作跟随原理类似。
[0017](3)机械外骨骼髋关节随动系统工作过程:
外骨骼髋关节控制系统包括信号采集与反馈传感器m，信号采集与反馈传感器m与ad模数转换器12相连接，AD模数转换器12与模拟比较器13相连接，模拟比较器13与DA数模转换器14相连接，DA数模转换器14与信号放大器15相连接，信号放大器15与双极电液伺服阀16相连接，双极电液伺服阀16通过调节其阀门的开度和方向来调节髋关节前液压驱动器19和髋关节后液压驱动器20，髋关节前液压驱动器19和髋关节后液压驱动器20共同驱使机械外骨骼髋关节动作;信号采集与反馈传感器ΙΠ包括髋关节压力传感器10，髋关节压力传感器10与垂直方向成30度角固定于机械外骨骼髋关节处;髋关节压力传感器10内部有受压面相向布置的髋关节霍尼韦尔前压力传感器5和髋关节霍尼韦尔后压力传感器6;髋关节霍尼韦尔前压力传感器5和髋关节霍尼韦尔后压力传感器6之间放置有一个两端带有弹簧的柱销Π 25，柱销Π 25的中间部位从髋关节压力传感器10内穿出后与髋关节绑腿带11固定，髋关节绑腿带11与人体大腿固定。
[0018]当人体有抬腿动作时，人体大腿将以髋关节为轴向上做圆周运动，由此带动髋关节绑腿11带向上运动，造成髋关节霍尼韦尔后压力传感器6测得的压力变大，髋关节霍尼韦尔前压力传感器5测得的压力变小，两传感器将测得的信号经AD模数转换器12输入给模拟比较器13，模拟比较器13将两信号做差后，输出给DA数模转换器14，经DA数模转换器14转换后，差信号再经信号放大器15放大，输入给双极电液伺服阀16，双极电液伺服阀16启动对髋关节前液压驱动器19供油，髋关节后液压驱动器20回油，髋关节前液压驱动器19收缩，髋关节后液压驱动器20舒张，通过牵引绳，牵引髋关节轴套22逆时针转动，完成机械外骨骼髋关节转动，当机械外骨骼髋关节动作达到与人体动作一致时，髋关节压力传感器10不再有压差信号，双极电液伺服阀16不再供油，髋关节前液压驱动器19不再动作，保持原来状态。
[0019]当需要放下腿时，造成髋关节霍尼韦尔后压力传感器6测得的压力变小，髋关节霍尼韦尔前压力传感器5测得的压力变大，通过控制系统，双极电液伺服阀16启动对髋关节后液压驱动器20供油，髋关节前液压驱动器19回油髋关节后液压驱动器20收缩，髋关节前液压驱动器19舒张，通过牵引绳，牵引髋关节轴套22顺时针转动，完成机械外骨骼髋关节转动，恢复原位。
【主权项】
1.一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，包括外骨骼踝关节控制系统，外骨骼膝关节控制系统和外骨骼髋关节系统，其特征在于: 所述外骨骼踝关节控制系统包括信号采集与反馈传感器I，所述信号采集与反馈传感器I与AD模数转换器(12)相连接，所述AD模数转换器(12)与模拟比较器(13)相连接，所述模拟比较器(13)与DA数模转换器(14)相连接，所述DA数模转换器(14)与信号放大器(15)相连接，所述信号放大器(15)与双极电液伺服阀(16)相连接，所述双极电液伺服阀(16)通过调节其阀门的开度和方向来调节踝关节液压驱动器(17)，所述踝关节液压驱动器(17)驱使机械外骨骼踝关节动作； 所述外骨骼膝关节控制系统包括信号采集与反馈传感器Π，所述信号采集与反馈传感器Π与AD模数转换器(12)相连接，所述AD模数转换器(12)与模拟比较器(13)相连接，所述模拟比较器(13)与DA数模转换器(14)相连接，所述DA数模转换器(14)与信号放大器(15)相连接，所述信号放大器(15)与双极电液伺服阀(16)相连接，所述双极电液伺服阀(16)通过调节其阀门的开度和方向来调节膝关节液压驱动器(18)，所述膝关节液压驱动器(18)驱使机械外骨骼膝关节动作； 所述外骨骼髋关节控制系统包括信号采集与反馈传感器m，所述信号采集与反馈传感器m与AD模数转换器(12)相连接，所述AD模数转换器(12)与模拟比较器(13)相连接，所述模拟比较器(13)与DA数模转换器(14)相连接，所述DA数模转换器(14)与信号放大器(15)相连接，所述信号放大器(15)与双极电液伺服阀(16)相连接，所述双极电液伺服阀(16)通过调节其阀门的开度和方向来调节髋关节前液压驱动器(19)和髋关节后液压驱动器(20)，所述髋关节前液压驱动器(19)和髋关节后液压驱动器(20)共同驱使机械外骨骼髋关节动作。2.根据权利要求1所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于:所述信号采集与反馈传感器I包括踝关节压力传感器(7)，所述踝关节压力传感器(7)平行固定于机械外骨骼踝关节处;所述踝关节压力传感器(7)内部有受压面相向布置的踝关节霍尼韦尔前压力传感器(I)和踝关节霍尼韦尔后压力传感器(2)。3.根据权利要求2所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于:所述踝关节霍尼韦尔前压力传感器(I)和踝关节霍尼韦尔后压力传感器(2)之间放置有一个两端带有弹簧的柱销1(24)，所述柱销1(24)的中间部位从踝关节压力传感器(7)内穿出后与踝关节绑腿带(8)固定。4.根据权利要求1所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于:所述信号采集与反馈传感器Π包括膝关节主动位移传感器(4)和膝关节随动位移传感器(3)，所述膝关节主动位移传感器(4)的中部与机械外骨骼膝关节柔性连接;所述膝关节随动位移传感器(3)的两端与机械外骨骼膝关节的两端刚性连接。5.根据权利要求4所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于: 所述膝关节主动位移传感器(4)的中部通过柔性连接带(9)与机械外骨骼膝关节连接。6.根据权利要求1所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于:所述信号采集与反馈传感器m包括髋关节压力传感器(10)，所述髋关节压力传感器(10)与垂直方向成30度角固定于机械外骨骼髋关节处;所述髋关节压力传感器(10)内部有受压面相向布置的髋关节霍尼韦尔前压力传感器(5)和髋关节霍尼韦尔后压力传感器(6)。7.根据权利要求6所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于:所述髋关节霍尼韦尔前压力传感器(5)和髋关节霍尼韦尔后压力传感器(6)之间放置有一个两端带有弹簧的柱销Π (25)，所述柱销Π (25)的中间部位从髋关节压力传感器(10)内穿出后与髋关节绑腿带(11)固定。8.根据权利要求1至7任一项权利要求所述一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，其特征在于:在所述模拟比较器(13)环节中加入PID控制环节。
【专利摘要】一种基于机械外骨骼动作状态的随动系统，包括外骨骼踝关节控制系统，外骨骼膝关节控制系统和外骨骼髋关节系统，三个系统进行独立的控制，三个系统均包括信号采集与反馈部分，信号处理部分和液压动力部分；信号采集与反馈部分包括各关节信号采集与反馈传感器和信号转换器，信号转换器包括AD模数转换器和DA数模转换器；信号处理部分包括模拟比较器，在模拟比较器环节还加入PID控制环节；液压动力部分包括双极电液伺服阀和各关节液压驱动器。该系统分别在踝关节、膝关节、髋关节设置传感器，三关节分别采用单独的控制环节和动力环节，对三关节同时动作时，可有效避免控制混乱，对单关节具有反应迅速，感应准确的特点。
【IPC分类】A61H3/00
【公开号】CN105496734
【申请号】CN201610026014
【发明人】陈宁, 何磊, 谭亚敏, 王琨, 徐东旭, 刘爽
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2016年4月20日
【申请日】2016年1月15日