一种力传感模块、腰部助力装置及其控制和检测方法与流程

本发明涉及可穿戴外骨骼，特别涉及一种力传感模块、腰部助力装置及其控制和检测方法。

背景技术：

1、人类在日常工作生活中常常遇到希望增强人体上肢、下肢或腰部力量和耐力的情况，可穿戴动力外骨骼装置是满足这一类应用的装置，包括髋关节助力外骨骼、膝关节助力外骨骼以及上肢助力外骨骼等，现有很多文献披露了这类装置的实现机构。

2、现有的腰部助力外骨骼装置技术中，在弯腰时提供伸髋力矩，能够向上提拉/托举穿戴者的肩部；现有方案中，大部分腰部助力外骨骼装置是在穿戴者的背部设置刚性机构并通过肩带提拉穿戴者肩部来传递伸髋力矩，从而减轻穿戴者在搬运重物时腰部的负荷；现有方案中，还有一部分腰部助力外骨骼装置是在穿戴者的肩部前侧设置刚性机构，腰部助力外骨骼装置在提供伸髋力矩时，通过托举的方式向穿戴者施加伸髋力矩，这种方案加力效率高，相对背部设置刚性机构的技术方案也更贴身；此外，现有腰部助力外骨骼装置一般带有吊带，以减轻搬运时手臂的负荷，但现有这些腰部助力外骨骼装置中，均未披露如何能够感知穿戴者俯身弯腰以及起身抬腰的意图，从而可以使得穿戴者非常灵敏地操控腰部助力外骨骼；由于穿戴者身材不同，每次穿戴后人体与腰部助力外骨骼相对位置皆不是精确对应的，因此如何可靠地感知穿戴者的俯身和起身意图是一个难题。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种力传感模块、腰部助力装置及其控制和检测方法，旨在解决现有技术中不能可靠地感知穿戴者的俯身和起身意图等问题。

2、第一方面，本发明实施例提供一种力传感模块，包括：

3、压力传感模块和/或拉力传感模块；

4、所述压力传感模块包括压板机构和第一力传感器，所述压板机构包括第一压板、若干第一回复弹性体以及第一底板，所述第一力传感器包括基底和第一力敏感点，所述第一压板设置在所述第一底板上侧，靠近人体，若干所述第一回复弹性体设置在所述第一底板和所述第一压板之间；所述基底设置在所述第一底板靠近所述第一压板的一侧，所述第一力敏感点设置在所述基底之上；所述第一压板上设有第一压触点，所述第一压触点位于靠近所述第一底板的一侧，且与所述第一力敏感点位置相对应；

5、所述拉力传感模块包括拉力带和第二力传感器，所述第二力传感器上设有第二力敏感点，所述拉力带的一端与所述第二力敏感点传动联接，所述拉力带的另一端与穿戴者的肩部固联。

6、第二方面，本发明实施例提供一种带力传感模块的腰部助力装置，包括：

7、上述第一方面所述的力传感模块、动力模块、躯干模块、腿杆模块以及主控模块；

8、所述力传感模块设置在穿戴者的前胸部或后背部，所述力传感模块与所述主控模块电连接；

9、所述动力模块设置在穿戴者两侧髋关节附近，所述动力模块上端与所述躯干模块传动联接，所述动力模块下端与所述腿杆模块固联，所述动力模块与所述主控模块电连接；

10、所述躯干模块包括肩带与躯干框架，所述躯干框架通过所述肩带固定在穿戴者后背或躯干两侧附近，所述肩带与躯干框架上端设置有肩带上固定点；

11、所述腿杆模块设置在穿戴者大腿外侧附近；

12、所述主控模块设置在穿戴者的躯干上。

13、第三方面，本发明实施例提供一种腰部助力装置的腰部助力控制方法，包括：

14、所述力传感模块获取压力值和拉力值并上发至所述主控模块；

15、所述主控模块接收所述压力值和所述拉力值，并计算所述压力值和所述拉力值的算数组合值，再下发助力命令给所述动力模块；

16、所述动力模块接收助力命令并提供与所述算数组合值正相关的助力力矩给所述腿杆模块。

17、第四方面，本发明实施例提供一种腰部助力装置的穿戴检测方法，包括：

18、所述动力模块输出设定的伸髋力矩，同时所述压力传感模块检测压力值并判定所述压力值是否在与所述伸髋力矩对应的范围内，若所述压力值在所述伸髋力矩对应的范围内，则判断压力感测穿戴合格；若所述压力值不在所述伸髋力矩对应的范围内，则提示拉紧或放松肩带；

19、所述动力模块输出设定的曲髋力矩，同时所述拉力传感模块检测拉力值并判定所述拉力值是否在与所述曲髋力矩对应的范围内，若所述拉力值在所述曲髋力矩对应的范围内，则判断拉力感测穿戴合格；若所述拉力值不在所述曲髋力矩对应的范围内，则提示调整放松或拉紧所述拉力带。

20、本发明实施例提供了一种力传感模块、腰部助力装置及其控制和检测方法，该力传感模块包括：压力传感模块和拉力传感模块；所述压力传感模块包括压板机构和/或第一力传感器，所述压板机构包括第一压板、若干第一回复弹性体以及第一底板，所述第一力传感器包括基底和第一力敏感点，所述第一压板设置在所述第一底板上侧，靠近人体，所述第一回复弹性体设置在所述第一底板和所述第一压板之间；所述基底设置在所述第一底板靠近所述第一压板的一侧，所述第一力敏感点设置在所述基底之上；所述第一压板上设有第一压触点，所述第一压触点位于靠近所述第一底板的一侧，且与所述第一力敏感点位置相对应；所述拉力传感模块包括拉力带和第二力传感器，所述第二力传感器上设有第二力敏感点，所述拉力带的一端与所述第二力敏感点传动联接，所述拉力带的另一端与穿戴者的肩部固联；本发明通过力传感模块能够灵敏地感测穿戴者操控意图，且该力传感模块可靠稳定。

技术特征：

1.一种力传感模块，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的力传感模块，其特征在于，所述第一力敏感点与所述压触点之间设有第一触点弹性体；和/或所述第二力敏感点与所述拉力带之间设有第二触点弹性体。

3.根据权利要求1所述的力传感模块，其特征在于，所述拉力传感模块还包括：第二压板、若干第二回复弹性体以及第二底板，所述第二压板设置在所述第二底板上侧，靠近人体，若干所述第二回复弹性体设置在所述第二底板和所述第二压板之间；所述第二力传感器设置在所述第二底板靠近所述第二压板的一侧；所述第二压板上设有第二压触点，所述第二压触点位于靠近所述第二底板的一侧，且与所述第二力敏感点位置相对应，所述拉力带的另一端沿着压力方向穿过所述第二底板与穿戴者的肩部固联。

4.根据权利要求3所述的力传感模块，其特征在于，所述第一压板通过一个或若干个旋转轴与所述第一底板旋转联接；所述第二压板通过一个或若干个旋转轴与所述第二底板旋转联接。

5.根据权利要求4所述的力传感模块，其特征在于，所述第一压板与所述第一底板平行设置，所述第一压板与所述第一底板，和/或以及所述第二压板与所述第二底板，均通过交叉铰链机构旋转联接。

6.根据权利要求5所述的力传感模块，其特征在于，所述交叉铰链机构包括第一支撑杆、第二支撑杆、第一转轴、第二转轴以及第三转轴，所述第一支撑杆与所述第二支撑杆交叉设置，并呈x状，所述第一支撑杆与所述第二支撑杆通过设置在x中心的所述第一转轴旋转联接；所述第一支撑杆和所述第二支撑杆末端的一侧为铰链端，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆末端的另一侧为滑动端；

7.根据权利要求6所述的力传感模块，其特征在于，所述第一压板上对应所述第一支撑杆滑动端的位置设有防脱限位，和/或，所述第一底板上对应所述第二支撑杆滑动端的位置设有防脱限位；

8.根据权利要求1所述的力传感模块，其特征在于，所述第一力传感器设置为薄膜力传感器或应变片力传感器；和/或所述第二力传感器设置为薄膜力传感器或应变片力传感器。

9.一种带力传感模块的腰部助力装置，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的腰部助力装置，其特征在于，所述力传感模块设置在所述肩带上固定点之上或一侧。

11.根据权利要求9所述的腰部助力装置，其特征在于，所述拉力传感模块设置在所述压力传感模块的上方。

12.一种如权利要求9-11所述的腰部助力装置的腰部助力控制方法，其特征在于，包括：

13.根据权利要求12所述的腰部助力控制方法，其特征在于，所述计算所述压力值和所述拉力值的算数组合值包括：

14.一种如权利要求9-11所述的腰部助力装置的穿戴检测方法，其特征在于，包括：

技术总结
本发明公开了一种力传感模块、腰部助力装置及其控制和检测方法，所述力传感模块包括：压力传感模块和/或拉力传感模块；所述压力传感模块包括第一压板、若干第一回复弹性体、第一底板及第一力传感器，所述第一压板设置在所述第一底板上侧，靠近人体，所述第一回复弹性体设置在所述第一底板和所述第一压板之间，所述第一力传感器设置在所述第一底板上，所述第一压板上设有与所述第一力传感器位置相对应的压触点；所述拉力传感模块包括拉力带和第二力传感器，所述第二力传感器上设有第二力敏感点，所述拉力带的一端与所述第二力敏感点传动联接，所述拉力带另一端与穿戴者的肩部固联。本发明通过力传感模块能够灵敏地感测到穿戴者操控意图。

技术研发人员：请求不公布姓名,请求不公布姓名
受保护的技术使用者：深圳市肯綮科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16