一种具有安全行走功能的外骨骼装置及其实现方法与流程

本发明属于外骨骼装置，具体的说，是涉及一种具有安全行走功能的外骨骼装置及其实现方法。

背景技术：

1、最近，随着机器人技术的发展，本领域正在开发辅助人体运动的肌肉辅助装置。部分肌肉辅助装置利用马达的旋转产生运动动力，例如，韩国公开专利：第10-2019-0004854号，公开了一种穿戴式肌肉辅助装置及其控制方法；上述现有技术文献包括：支撑穿戴者上身的主机身，布置在上述主机身两侧的多个腿部滑轮，以及连接在上述腿部滑轮上的多个钢丝部，为多个钢丝部提供拉力，具备旋转多个腿部滑轮的驱动力。

2、大多数肌肉辅助装置包含电池，用于减速电机转数的减速器和滑轮，以代替人体的关节，并且根据预先存储的驱动控制来产生驱动力以驱动它们。

3、安装在肌肉辅助装置上的电池为驱动马达和电路部提供所需的电力，但根据使用状态，充电量会更快地降低，肌肉辅助装置规定，如果充电的电量低于规定的充电量，就要输出警告信号，但穿戴者可能不知道这一点，如果电池完全放电，施加到驱动马达的电源将被切断，驱动马达的旋转轴将自由旋转，由于上述自由旋转，外骨骼装置会因重量而失去重心，致使穿戴者可能会失去重心并跌倒。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种具有安全行走功能的外骨骼装置，以解决现有技术所存在的技术问题。

2、为了实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

3、一种具有安全行走功能的外骨骼装置，包括穿戴时位于人体背部的主体和左右连接体，所述主体包括主电池、辅助电池和控制器，所述左右连接体包括中间支撑体，在所述中间支撑体的上侧连接的上侧支撑体，在所述中间支撑体的下侧连接的下侧支撑体，所述主体和左右连接体的左侧和右侧分别通过连接台连接；所述中间支撑体上设置有上侧驱动部和下侧驱动部，所述上侧驱动部驱动所述上侧支撑体，所述下侧驱动部驱动所述下侧支撑体；当所述主电池正常供电时，所述主电池用于向所述上侧驱动部和下侧驱动部供电，所述辅助电池用于向所述控制器供电；当所述主电池未供电时，所述辅助电池用于向所述上侧驱动部、下侧驱动部和控制器供电。

4、在一种实施方案中，所述控制器包括步行模式部和制动模式部，所述步行模式部存储有步行模式，所述制动模式部包括用于检测主电源的主电源检测模块,用于检测上侧支撑体和中间支撑体形成的上侧弯曲角度、下侧支撑体和中间支撑体形成的下侧弯曲角度的角度检测模块，根据检测信号向所述上侧驱动部和下侧驱动部输出落地控制信号的落地控制模块，以及用于切换所述主电池、辅助电池供电的电源转换模块。

5、在一种实施方案中，所述连接台包括第一l型结构件和第二l型结构件，所述第一l型结构件位于所述主体下部且一端与其垂直连接、另一端与所述第二l型结构件的一端垂直连接，所述第二l型结构件的另一端与所述左右连接体连接。

6、在一种实施方案中，所述下侧支撑体的下部设置有足部支撑体，所述足部支撑体包括包裹着穿戴者脚踝的固定环和固定在所述固定环的两侧并支撑穿戴者脚底的弯曲带。

7、在一种实施方案中，所述上侧驱动部包括驱动电机和与其连接的减速器。

8、为了实现上述目的，本发明还提供了上述的具有安全行走功能的外骨骼装置的实现方法，包括：

9、步骤s1：检测施加到上侧驱动部和下侧驱动部的主电池，若未检测到主电池供电，则切换至辅助电池供电，并执行下一步；

10、步骤s2：检测上侧支撑体和中间支撑体形成的上侧弯曲角度、下侧支撑体和中间支撑体形成的下侧弯曲角度，获得与所述上侧弯曲角度、下侧弯曲角度对应的步行状态视点；

11、步骤s3：根据所述步行状态视点，获得步行状态视点到两点两脚脚落地状态的步行轨迹，并生成相对应的落地控制信号；

12、步骤s4：根据所述落地控制信号，控制上侧驱动部和下侧驱动部，实现穿戴者安全落地。

13、在一种实施方案中，步骤s2.1：检测上侧支撑体和中间支撑体形成的上侧弯曲角度、下侧支撑体和中间支撑体形成的下侧弯曲角度；

14、步骤s2.2：基于检测到的上侧弯曲角度和下侧弯曲角度信息，通过预先选择的步行模式的步行轨迹中获得步行状态的视点。

15、与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：

16、根据本发明，在不提供主电源的情况下，使用辅助电源控制旋转轴的旋转，在主电源中断步行状态时，辅助电源驱动驱动电机直到两点两脚落地状态；因此，穿戴外骨骼装置的穿戴者可以依靠自己的力量不失去重心，安全回到落地姿势，从而有效地解决了现有技术所存在的问题。

技术特征：

1.一种具有安全行走功能的外骨骼装置，其特征在于：包括穿戴时位于人体背部的主体(100)和左右连接体(200)，所述主体(100)包括主电池（1001）、辅助电池（1002）和控制器（1003），所述左右连接体(200)包括中间支撑体(210)，在所述中间支撑体(210)的上侧连接的上侧支撑体(220)，在所述中间支撑体(210)的下侧连接的下侧支撑体(230)，所述主体(100)和左右连接体(200)的左侧和右侧分别通过连接台（300）连接；所述中间支撑体(210)上设置有上侧驱动部(2101)和下侧驱动部(2102)，所述上侧驱动部(2101)驱动所述上侧支撑体(220)，所述下侧驱动部(2102)驱动所述下侧支撑体(230)；当所述主电池（1001）正常供电时，所述主电池（1001）用于向所述上侧驱动部(2101)和下侧驱动部(2102)供电，所述辅助电池（1002）用于向所述控制器（1003）供电；当所述主电池（1001）未供电时，所述辅助电池（1002）用于向所述上侧驱动部(2101)、下侧驱动部(2102)和控制器（1003）供电。

2.根据权利要求1所述的具有安全行走功能的外骨骼装置，其特征在于：所述连接台（300）包括第一l型结构件和第二l型结构件，所述第一l型结构件位于所述主体(100)下部且一端与其垂直连接、另一端与所述第二l型结构件的一端垂直连接，所述第二l型结构件的另一端与所述左右连接体(200)连接。

3.根据权利要求2所述的具有安全行走功能的外骨骼装置，其特征在于：所述下侧支撑体(230)的下部设置有足部支撑体(240)，所述足部支撑体(240)包括包裹着穿戴者脚踝的固定环(241)和固定在所述固定环(241)的两侧并支撑穿戴者脚底的弯曲带(242)。

4.根据权利要求3所述的具有安全行走功能的外骨骼装置，其特征在于：所述上侧驱动部(2101)包括驱动电机(211)和与其连接的减速器(212）。

5.根据权利要求1~4任一项所述的具有安全行走功能的外骨骼装置，其特征在于：所述控制器（1003）包括步行模式部(110)和制动模式部(120)，所述步行模式部(110)存储有步行模式，所述制动模式部(120)包括用于检测主电源的主电源检测模块(121)，用于检测上侧支撑体(220)和中间支撑体(210)形成的上侧弯曲角度、下侧支撑体(230)和中间支撑体(210)形成的下侧弯曲角度的角度检测模块(122)，根据检测信号向所述上侧驱动部(2101)和下侧驱动部(2102)输出落地控制信号的落地控制模块(123)，以及用于切换所述主电池（1001）、辅助电池（1002）供电的电源转换模块(124)。

6.如权利要求1~5任一项所述的具有安全行走功能的外骨骼装置的实现方法，其特征在于：包括：

7.根据权利要求6所述的具有安全行走功能的外骨骼装置的实现方法，其特征在于：所述步骤s2的具体方法如下：

技术总结
本发明属于外骨骼装置技术领域，提供了一种具有安全行走功能的外骨骼装置及其实现方法，其中，外骨骼装置包括穿戴时位于人体背部的主体和左右连接体，所述主体包括主电池、辅助电池和控制器，所述左右连接体包括中间支撑体，在所述中间支撑体的上侧连接的上侧支撑体，在所述中间支撑体的下侧连接的下侧支撑体，所述主体和左右连接体的左侧和右侧分别通过连接台连接；所述中间支撑体上设置有上侧驱动部和下侧驱动部，所述上侧驱动部驱动所述上侧支撑体，所述下侧驱动部驱动所述下侧支撑体。根据本发明，穿戴外骨骼装置的穿戴者可以依靠自己的力量不失去重心，安全回到落地姿势，从而有效地解决了现有技术所存在的问题。

技术研发人员：吴周泳
受保护的技术使用者：爱布（上海）人工智能科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/12