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(xiǎn)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(lái)愈多，而人的體能是一定的，在行軍等過(guò)程中勢(shì)必會(huì)大量消耗其體 能，最后會(huì)嚴(yán)重影響到他關(guān)鍵時(shí)刻時(shí)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(fù) 重的智能機(jī)器人型的輔助裝備，是使士兵在行動(dòng)過(guò)程中可節(jié)省大量體能的智能化機(jī)械。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)計(jì)方案是通過(guò)設(shè)計(jì)一套與人體外形貼合，可穿戴的機(jī)械構(gòu) 件，這種模仿人體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，外穿服裝形式的外骨骼裝置是由輕合金材料制成的機(jī) 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(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及智能化 的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；以及背部的負(fù)重用載重框架等組成。它通過(guò)信息采集處理系統(tǒng)動(dòng)力驅(qū) 動(dòng)系統(tǒng)及智能化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，為機(jī)械腿的大腿，小腿，足部按穿戴者兩足運(yùn)動(dòng)規(guī)律同 步完成各種動(dòng)作(行走，跑跳，蹬踏，跨躍，立跪等)提供可控制的高度動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，按要求的 行走步態(tài)規(guī)律實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)，包括機(jī)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(diǎn)設(shè)計(jì)的，外穿服裝形式的，外骨骼機(jī)器人它是由輕合金材 料制成的機(jī)械腿，包括轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；以及背部的負(fù)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(jī)器人構(gòu)成的是一個(gè)以使用者 為主體的高度統(tǒng)一，高度同步的人機(jī)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(dòng)作決定后，通過(guò)腦電或肌電信號(hào)驅(qū)動(dòng)所需肢體發(fā)生相應(yīng)動(dòng)作同時(shí)，還要通過(guò)上節(jié)所述外 骨骼機(jī)器人系統(tǒng)的信息采集系統(tǒng)，控制伺服系統(tǒng)，機(jī)械腿機(jī)械系統(tǒng)，使其產(chǎn)生同步的運(yùn)動(dòng)； 在這移動(dòng)，舉起身上載重過(guò)程中其所消耗的能量，部分或全部地由外骨骼機(jī)器人來(lái)承擔(dān)，即 部分或全部的重物的重量通過(guò)它直接傳遞到地面，而不經(jīng)過(guò)人的肢體傳遞到地面。因此，理想化后系統(tǒng)的工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是通過(guò)人做出個(gè)“動(dòng)作”，讓外骨骼機(jī) 器人“理解”人的意圖，“指揮”外骨骼機(jī)器人同步地代替穿戴者完成他所想完成的“任務(wù)”。2、機(jī)械行走機(jī)構(gòu)-—機(jī)械腿機(jī)械行走機(jī)構(gòu)包括(1)臀部機(jī)構(gòu)，包括與人體可穿戴式的靜連接構(gòu)件、髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和連接背包式載重 框。其中髖關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)臀部與大腿構(gòu)件動(dòng)連接，用角度傳感器測(cè)量它們間相對(duì)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(2)大腿構(gòu)件——實(shí)現(xiàn)與臀部，小腿間兩者的動(dòng)連接和實(shí)現(xiàn)小腿相對(duì)大腿驅(qū)動(dòng)裝置的安裝。(3)膝關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)——完成大、小腿間的動(dòng)連接，通過(guò)其上面安裝的角度傳感器測(cè)量 大、小腿間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(4)小腿構(gòu)件——通過(guò)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(dòng)連接和實(shí)現(xiàn)小腿相對(duì)腳掌(數(shù)據(jù)鞋)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(gè)力傳感器的鞋底板機(jī)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(cè)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(dòng)作(例如站立，蹲起，前進(jìn)， 后退等)。(2)穿戴者行走狀態(tài)檢測(cè)分析處理系統(tǒng)——通過(guò)各關(guān)節(jié)角度傳器，數(shù)據(jù)鞋多個(gè)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)，分析其在時(shí)間 域和頻率域的運(yùn)動(dòng)特征值。(3)穿戴者行走重心狀態(tài)變化檢測(cè)分析處理系統(tǒng)——檢測(cè)分析時(shí)間域和頻率域內(nèi) 人體重心相對(duì)于支撐腳變化過(guò)程中的運(yùn)動(dòng)特征。這是判斷穿戴者運(yùn)動(dòng)意圖的重要信息之
ο4、外骨骼機(jī)器人機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)它是為機(jī)械腿的大腿，小腿，足部按人類兩足運(yùn)動(dòng)規(guī)律協(xié)調(diào)完成各種動(dòng)作(角度， 速度，加速度)提供可控制的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，按要求的行走步態(tài)規(guī)律實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)。常見(jiàn)的有機(jī) 電系統(tǒng)，電液系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。5、微型計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)根據(jù)穿戴者行走狀態(tài)檢測(cè)分析處理系統(tǒng)，穿戴者行走意圖檢測(cè)分析理系統(tǒng)和穿戴 者行走重心狀態(tài)變化檢測(cè)分析處理系統(tǒng)所提供的信息，快速作出決策，起動(dòng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng) 使伺服機(jī)構(gòu)作出相應(yīng)的動(dòng)作，與穿戴者的運(yùn)動(dòng)保持同步。系統(tǒng)給穿戴者一種能提前感知人 “想做什么動(dòng)作”，“想到哪里去”的感覺(jué)，它能主動(dòng)配合人完成各種動(dòng)作，好像人和機(jī)完全融 為成了一體。6、動(dòng)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(lái)裝載系統(tǒng)本身所需電池，計(jì)算機(jī)，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(jī)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(shí)還用背帶形式與人體速成一體。通過(guò)與腿部機(jī)構(gòu)共同 設(shè)計(jì)最最核心的是要鮮決好在任何時(shí)候使載荷全部或大部未經(jīng)人體直接通過(guò)外骨骼傳遞 到地面。其他附件包括為使人體與外骨骼機(jī)器人之間不僅能構(gòu)成一個(gè)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(jī)械結(jié)構(gòu)上與人體高度貼合，機(jī)構(gòu)的動(dòng)作上與穿戴者動(dòng)作高度統(tǒng)一，負(fù)重上可大部或全部地代人完成動(dòng)作過(guò)程中負(fù)重，可協(xié)助人體動(dòng)作時(shí)達(dá)到 大大降低體力消耗目的。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是有效地減少了人體完成各種動(dòng)作時(shí)體能消耗，實(shí)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(jiǎn)單實(shí)用、收折靈活，攜帶方便、安裝維修容易等優(yōu) 點(diǎn)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(xiǎn)等領(lǐng)域，具有很高的推廣 應(yīng)用價(jià)值。


附圖是智能外骨骼裝置示意圖。圖中的1是轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，2是連接機(jī)構(gòu)，3是數(shù)據(jù)鞋，4是負(fù)載支架，5是動(dòng)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(dòng)關(guān)節(jié)(1)、連接機(jī)構(gòu)(2)、數(shù)據(jù)鞋(3)、負(fù)載支架(4)、動(dòng)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(dòng)關(guān)節(jié)(1)實(shí)現(xiàn)大腿與小 腿、臀部與大腿間的動(dòng)連接，通過(guò)其上面安裝的角度傳感器測(cè)量各關(guān)節(jié)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)的運(yùn) 動(dòng)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(jī)構(gòu)(2)分別實(shí)現(xiàn)臀 部與大腿、大腿與小腿間兩者的動(dòng)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(shí)現(xiàn)與人體可穿 戴式靜連接構(gòu)件和與小腿間的動(dòng)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(gè)力傳感器的鞋底板機(jī)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(fù)載支架(4)實(shí)現(xiàn)動(dòng)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(guò)設(shè)計(jì)一套與人體外形貼合，可穿戴的機(jī)械構(gòu)件，這種模仿人體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)計(jì)的，外穿服裝形式的外骨骼裝置是由輕合金材料制成的機(jī)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(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及智能化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)；以及背部的負(fù)重用載重框架等組成。它通過(guò)信息采集處理系統(tǒng)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及智能化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，為機(jī)械腿的大腿，小腿，足部按穿戴者兩足運(yùn)動(dòng)規(guī)律同步完成各種動(dòng)作(行走，跑跳，蹬踏，跨躍，立跪等)提供可控制的高度動(dòng)力驅(qū)動(dòng)，按要求的行走步態(tài)規(guī)律實(shí)現(xiàn)所需運(yùn)動(dòng)，包括機(jī)電系統(tǒng)，電液系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)等。
文檔編號(hào)A61F2/62GK101803966SQ201010139839
公開(kāi)日2010年8月18日 申請(qǐng)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(qǐng)人:南京潤(rùn)邦金屬?gòu)?fù)合材料有限公司