專利名稱：一種智能外骨骼裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種醫(yī)療、軍事、救援，搶險裝置。
背景技術(shù)：
隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在士兵在執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)中所攜帶的除武器彈 藥外，所需 攜帶的其他裝備也愈來愈多，而人的體能是一定的，在行軍等過程中勢必會大量消耗其體 能，最后會嚴重影響到他關(guān)鍵時刻時的戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。

發(fā)明內(nèi)容
發(fā)明的目本發(fā)明的目的是要提供一種可以穿戴的，能與人同行的，能行走又能負 重的智能機器人型的輔助裝備，是使士兵在行動過程中可節(jié)省大量體能的智能化機械。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)計方案是通過設(shè)計一套與人體外形貼合，可穿戴的機械構(gòu) 件，這種模仿人體結(jié)構(gòu)特點設(shè)計的，外穿服裝形式的外骨骼裝置是由輕合金材料制成的機 械腿，它是由多種傳感器組成的信息采集處理系統(tǒng)，和由多自由度動力驅(qū)動系統(tǒng)及智能化 的計算機控制系統(tǒng)；以及背部的負重用載重框架等組成。它通過信息采集處理系統(tǒng)動力驅(qū) 動系統(tǒng)及智能化的計算機控制系統(tǒng)，為機械腿的大腿，小腿，足部按穿戴者兩足運動規(guī)律同 步完成各種動作(行走，跑跳，蹬踏，跨躍，立跪等)提供可控制的高度動力驅(qū)動，按要求的 行走步態(tài)規(guī)律實現(xiàn)所需運動，包括機電系統(tǒng)，電液系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。1、系統(tǒng)組成這種模仿人體結(jié)構(gòu)特點設(shè)計的，外穿服裝形式的，外骨骼機器人它是由輕合金材 料制成的機械腿，包括轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)、連接件和數(shù)據(jù)鞋構(gòu)成，是由多種傳感器組成的信息采集處 理系統(tǒng)，和由多自由度動力驅(qū)動系統(tǒng)及計算機控制系統(tǒng)；以及背部的負重用載重框架等組 成，如附圖所示。從前述系統(tǒng)組成和功能要求可以看出，人與外骨骼機器人構(gòu)成的是一個以使用者 為主體的高度統(tǒng)一，高度同步的人機一體化系統(tǒng)。當(dāng)穿戴者根據(jù)主客觀需求作出自身肢體 動作決定后，通過腦電或肌電信號驅(qū)動所需肢體發(fā)生相應(yīng)動作同時，還要通過上節(jié)所述外 骨骼機器人系統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)，控制伺服系統(tǒng)，機械腿機械系統(tǒng)，使其產(chǎn)生同步的運動； 在這移動，舉起身上載重過程中其所消耗的能量，部分或全部地由外骨骼機器人來承擔(dān)，即 部分或全部的重物的重量通過它直接傳遞到地面，而不經(jīng)過人的肢體傳遞到地面。因此，理想化后系統(tǒng)的工作原理簡單地說，就是通過人做出個“動作”，讓外骨骼機 器人“理解”人的意圖，“指揮”外骨骼機器人同步地代替穿戴者完成他所想完成的“任務(wù)”。2、機械行走機構(gòu)-—機械腿機械行走機構(gòu)包括(1)臀部機構(gòu)，包括與人體可穿戴式的靜連接構(gòu)件、髖關(guān)節(jié)機構(gòu)和連接背包式載重 框。其中髖關(guān)節(jié)機構(gòu)實現(xiàn)臀部與大腿構(gòu)件動連接，用角度傳感器測量它們間相對運動狀態(tài)。(2)大腿構(gòu)件——實現(xiàn)與臀部，小腿間兩者的動連接和實現(xiàn)小腿相對大腿驅(qū)動裝置的安裝。(3)膝關(guān)節(jié)機構(gòu)——完成大、小腿間的動連接，通過其上面安裝的角度傳感器測量 大、小腿間的相對運動時的運動狀態(tài)。(4)小腿構(gòu)件——通過膝關(guān)節(jié)和踝關(guān)節(jié)完成小腿與大腿，腳掌(數(shù)據(jù)鞋)間兩者的 動連接和實現(xiàn)小腿相對腳掌(數(shù)據(jù)鞋)的驅(qū)動裝置安裝。(5)數(shù)據(jù)鞋——完成與人體可穿戴式靜連接構(gòu)件和與小腿間的動連接。除具有鞋 的功能外，還包括踝關(guān)節(jié)及角度傳感器，帶多個力傳感器的鞋底板機構(gòu)及其他穿著用附件。3、信息采集分析處理系統(tǒng)(1)穿戴者行走意圖檢測分析處理系統(tǒng)——應(yīng)用采集腦電，肌電或肌肉力狀態(tài)等 各種傳感器信息，捕捉穿戴者行走意圖，確定即將或剛發(fā)生的動作(例如站立，蹲起，前進， 后退等)。(2)穿戴者行走狀態(tài)檢測分析處理系統(tǒng)——通過各關(guān)節(jié)角度傳器，數(shù)據(jù)鞋多個力 傳感器及載重框上重心傳感器采集到的信息，確定其人體當(dāng)前的運動狀態(tài)，分析其在時間 域和頻率域的運動特征值。(3)穿戴者行走重心狀態(tài)變化檢測分析處理系統(tǒng)——檢測分析時間域和頻率域內(nèi) 人體重心相對于支撐腳變化過程中的運動特征。這是判斷穿戴者運動意圖的重要信息之
ο4、外骨骼機器人機構(gòu)運動動力驅(qū)動系統(tǒng)它是為機械腿的大腿，小腿，足部按人類兩足運動規(guī)律協(xié)調(diào)完成各種動作(角度， 速度，加速度)提供可控制的動力驅(qū)動，按要求的行走步態(tài)規(guī)律實現(xiàn)所需運動。常見的有機 電系統(tǒng)，電液系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。5、微型計算機控制系統(tǒng)根據(jù)穿戴者行走狀態(tài)檢測分析處理系統(tǒng)，穿戴者行走意圖檢測分析理系統(tǒng)和穿戴 者行走重心狀態(tài)變化檢測分析處理系統(tǒng)所提供的信息，快速作出決策，起動動力驅(qū)動系統(tǒng) 使伺服機構(gòu)作出相應(yīng)的動作，與穿戴者的運動保持同步。系統(tǒng)給穿戴者一種能提前感知人 “想做什么動作”，“想到哪里去”的感覺，它能主動配合人完成各種動作，好像人和機完全融 為成了一體。6、動力源模塊為全系統(tǒng)提供所需全部能源。便攜，高能，體積小，重量輕前提下，一般采用可重復(fù) 使用的高能鋰電池類的高能電告示電源。7、載重框架及其附件用來裝載系統(tǒng)本身所需電池，計算機，控制模塊等物件外，主要搭載包括自身體重 和類似于每次戰(zhàn)斗所需的物資器材等物件。它的下部與臀部機構(gòu)相連接，并盡可能使其在 裝載重物后重心貼近人體背部。同時還用背帶形式與人體速成一體。通過與腿部機構(gòu)共同 設(shè)計最最核心的是要鮮決好在任何時候使載荷全部或大部未經(jīng)人體直接通過外骨骼傳遞 到地面。其他附件包括為使人體與外骨骼機器人之間不僅能構(gòu)成一個整體，又能滿足可穿 脫的要求所需的一些尼龍帶，帶扣等等。本發(fā)明的特征是仿人結(jié)構(gòu)，機械結(jié)構(gòu)上與人體高度貼合，機構(gòu)的動作上與穿戴者動作高度統(tǒng)一，負重上可大部或全部地代人完成動作過程中負重，可協(xié)助人體動作時達到 大大降低體力消耗目的。本發(fā)明的優(yōu)點是有效地減少了人體完成各種動作時體能消耗，實現(xiàn)輔助作用，節(jié) 省了人的大量體力。本方案還具有結(jié)構(gòu)簡單實用、收折靈活，攜帶方便、安裝維修容易等優(yōu) 點ο本發(fā)明除軍用外還可廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、軍事、救援，搶險等領(lǐng)域，具有很高的推廣 應(yīng)用價值。


附圖是智能外骨骼裝置示意圖。圖中的1是轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，2是連接機構(gòu)，3是數(shù)據(jù)鞋，4是負載支架，5是動力源，6是背帶。
權(quán)利要求
一種智能外骨骼裝置，其特征是它主要包括轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(1)、連接機構(gòu)(2)、數(shù)據(jù)鞋(3)、負載支架(4)、動力源(5)和背帶(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能外骨骼裝置，其特征是，轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(1)實現(xiàn)大腿與小 腿、臀部與大腿間的動連接，通過其上面安裝的角度傳感器測量各關(guān)節(jié)的相對運動時的運 動狀態(tài)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能外骨骼裝置，其特征是連接機構(gòu)(2)分別實現(xiàn)臀 部與大腿、大腿與小腿間兩者的動連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能外骨骼裝置，其特征是，數(shù)據(jù)鞋(3)實現(xiàn)與人體可穿 戴式靜連接構(gòu)件和與小腿間的動連接，除具有鞋的功能外，還包括踝關(guān)節(jié)及角度傳感器，帶 多個力傳感器的鞋底板機構(gòu)及其他穿著用附件。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種智能外骨骼裝置，其特征是負載支架(4)實現(xiàn)動力源 及控制系統(tǒng)的安裝，包括與人體可穿戴式的靜連接構(gòu)件連接背包式載重框。
全文摘要
本發(fā)明通過設(shè)計一套與人體外形貼合，可穿戴的機械構(gòu)件，這種模仿人體結(jié)構(gòu)特點設(shè)計的，外穿服裝形式的外骨骼裝置是由輕合金材料制成的機械腿，它是由多種傳感器組成的信息采集處理系統(tǒng)，和由多自由度動力驅(qū)動系統(tǒng)及智能化的計算機控制系統(tǒng)；以及背部的負重用載重框架等組成。它通過信息采集處理系統(tǒng)動力驅(qū)動系統(tǒng)及智能化的計算機控制系統(tǒng)，為機械腿的大腿，小腿，足部按穿戴者兩足運動規(guī)律同步完成各種動作(行走，跑跳，蹬踏，跨躍，立跪等)提供可控制的高度動力驅(qū)動，按要求的行走步態(tài)規(guī)律實現(xiàn)所需運動，包括機電系統(tǒng)，電液系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。
文檔編號A61F2/62GK101803966SQ201010139839
公開日2010年8月18日 申請日期2010年4月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月7日
發(fā)明者史和生, 施祖康, 曾德聰 申請人:南京潤邦金屬復(fù)合材料有限公司