CN111603361B - 一种机械外骨骼数据采集控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种机械外骨骼数据采集控制装置，包括：第一牵引绳和壳体护套，壳体护套的一端设置有定位块，壳体护套的另一端设置有套筒，壳体护套包括有多个限位块，第一牵引绳的一端设置有与定位块对应的调节块，第一牵引绳的另一端设置有第一位移传感器，第一牵引绳上设置有第一限位块，第一限位块和套筒之间设置有第一弹性件；工作时，通过肢体驱动壳体护套和第一牵引绳弯曲，触发第一位移传感器工作，第一位移传感器产生信号并经过处理后传输至外部电机驱动第一牵引绳工作。本发明一种机械外骨骼数据采集控制装置能够精准反应人体运动细节，数据采集精度高，具有位移信号放大功能，信号反应灵敏且出错率低和用户使用体验效果好。

Description

一种机械外骨骼数据采集控制装置

技术领域

本发明涉及传感器数据采集领域，特别涉及一种机械外骨骼数据采集控制装置。

背景技术

随着现代社会人们身体健康问题的频发，老年人的健康问题和一些残疾人的健康问题得到了全社会的广泛关注，其中肢体不灵便是影响人们生活的重要问题。外骨骼控制装置可以为肢体行动困难者提供外在助力，帮助其恢复一定的运动能力，对于提高肢体行动困难者、减轻家庭和社会的负担具有重要意义。

外骨骼数据采集控制装置是安装在外骨骼控制装置的一个采集控制装置，由采集系统和控制系统组成，现有的外骨骼同步信息采集系统主要有两大类，一是在人体的不同位置处放置传感器来采集用户的运动信号；二是将生物量传感器贴合在人体皮肤上采集人体中枢神经的肌电信号，来实现人体关节运动的意图。

但本申请发明人在实现本申请实施例中发明技术方案的过程中，发现上述技术至少存在如下技术问题：

1、由于需要在人体不同的位置处放置传感器，会使得采集装置的成本过高，且设置有多个传感器使得整体的结构较为复杂，出错率较高，而且无法精确采集到对应的运动信息，使用效果较差；

2、设置生物量传感器，利用肌电信号来控制，由于目前生物传感系统不成熟，不能使得肌电信号与关节力矩的完全对应，使得整个采集装置的信息采集速率较慢且成本较高。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种能够精准反应人体运动细节、数据采集精度高且结构简单的机械外骨骼数据采集控制装置。

(二)技术方案

为解决上述技术问题，本发明提供了一种机械外骨骼数据采集控制装置，包括：第一牵引绳和壳体护套，所述壳体护套的一端设置有定位块，所述壳体护套的另一端设置有套筒，所述第一牵引绳的一端设置有与所述定位块对应的调节块，所述调节块连接外部电机，所述第一牵引绳的另一端设置有第一位移传感器，所述第一牵引绳上设置有第一限位块，所述第一限位块和所述套筒之间设置有第一弹性件；工作时，通过肢体驱动所述壳体护套和所述第一牵引绳受力弯曲，触发所述第一位移传感器工作，所述第一位移传感器产生信号并经过处理后传输至外部电机驱动所述第一牵引绳工作，采用此结构通过传感器信号接收实现对骨骼的控制运动，整体的结构较为简单，数据采集精度高，能够反应人体运动细节，实现骨骼运动的精准化。

进一步的，所述第一牵引绳上设置有第一放大器，所述第一位移传感器通过所述第一放大器连接所述第一牵引绳，设置有所述第一放大器和所述第一位移传感器采集肢体弯曲信号，数据采集精度高，驱动电机能够精准控制牵引绳的运动。

进一步的，一种机械外骨骼数据采集控制装置还包括有第二牵引绳，所述第二牵引绳的一端连接有调节杆，所述调节杆连接外部电机，所述第二牵引绳的另一端设置有第二位移传感器，设置有所述第二位移传感器采集肢体旋转信号，数据采集精度高，驱动电机能够精准控制牵引绳的运动，设置有调节杆能使用户根据使用需求进行长度调节，方便快捷。

进一步的，所述第一牵引绳上设置有第一放大器，所述第一位移传感器通过所述第一放大器连接所述第一牵引绳,所述第二牵引绳上设置有第二放大器，所述第二位移传感器通过所述第二放大器连接所述第二牵引绳，设置有所述第二放大器和所述第一放大器，能够对位移传感器的肢体信号放大，提高数据采集的精度。

进一步的，所述第一放大器包括：第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈分别设置在所述第一放大器的两侧，所述第一线圈和所述第二线圈通过第一转轴连接，所述第一位移传感器的一端连接所述第一线圈，所述第一牵引绳的一端连接所述第二线圈，整体的结构简单，所述第一放大器的设置使数据采集的精度更高，所述第一线圈和所述第二线圈分开设置能够避免相互影响产生误差，能够精准反应人体运动细节。

进一步的，所述第一放大器靠近所述第一位移传感器的一侧设置有第二弹性件，所述第一位移传感器的一端设置有与所述第二弹性件对应的第二限位块，设置有所述第二弹性件和第二限位块对所述第一位移传感器和所述第二牵引绳起到限位作用。

进一步的，所述第二放大器包括：第三轮圈，所述第三轮圈通过第二转轴转动设置在所述第二放大器上，设置有第三轮圈，结构简单，能够实现对第三位移传感器的信号放大功能，提高系统的数据采集精度。

进一步的，所述第二位移传感器的一端连接所述第三轮圈，所述第二牵引绳的一端固定设置在所述第二放大器的一侧，整体的结构合理，能够有效地保护所述第二位移传感器，使所述第二位移传感器的采集精度更高。

进一步的，所述第二放大器靠近所述第二位移传感器的一侧设置有第三弹性件，所述第二位移传感器的一端设置有与所述第三弹性件对应的第三限位块，设置有所述第三弹性件和所述第三限位块能够对所述第二位移传感器起到限位保护作用，保证其正常的工作使用。

进一步的，所述壳体护套包括有多个限位块，所述限位块设置在所述套筒和所述定位块之间，所述调节块和所述定位块通过螺纹连接，对外骨骼数据采集控制装置起到定位保护作用，保证其正常工作使用。

(三)有益效果

本发明一种机械外骨骼数据采集控制装置相对于现有技术的优点在于：

1)、数据采集精度高且结构简单，制造成本低，设置有第一位移传感器和第一放大器用来采集肢体弯曲信号，设置第二位移传感器和第二放大器用来采集旋转信号，并驱动电机能够精准控制牵引绳的运动；

2)、具有位移信号放大功能，信号反应灵敏且出错率低，用户使用体验效果好，设置有第一放大器和第二放大器，将第一位移传感器和第二位移传感器的位移信号强化放大，使得数据采集控制过程中的信号转换效率高，位移信号传输的出错率更低；

3)、具有调节功能，能满足不同人群的使用需求，设置有调节块和定位块能够控制牵引绳的长度，使得用户能够根据自己所处的环境或使用条件来自行控制装置的长度来实现转动或者弯曲的角度。

附图说明

图1为本发明一种机械外骨骼数据采集控制装置实施例一的结构示意简图；

图2为本发明一种机械外骨骼数据采集控制装置实施例二的局部结构示意简图；

图3为本发明一种机械外骨骼数据采集控制装置实施例三的结构示意简图；

图4为本发明一种机械外骨骼数据采集控制装置实施例四的局部结构示意简图；

其中：101为第一牵引绳、102为第二牵引绳、2为壳体护套、3为定位块、4为调节块、501为第一位移传感器、502为第二位移传感器、601为第一放大器、602为第二放大器、611为第一线圈、621为第二线圈、612为第三轮圈、7为限位块、8为套筒、9为调节杆、1001为第一弹性件、1002为第二弹性件、1003为第三弹性件、1101为第一限位块、1102为第二限位块、1103为第三限位块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施一：

参阅图1，一种机械外骨骼数据采集控制装置，包括：第一牵引绳101和壳体护套2，其中第一牵引绳101置于壳体护套2内，壳体护套2用来保护第一牵引绳101不受外界环境条件影响，并延长第一牵引绳101的使用寿命，第一牵引绳101的一端设置有定位块3，壳体护套2的另一端设置有套筒5，壳体护套2还包括有多个限位块7，限位块7设置在套筒8和定位块3之间，套筒8和定位块3的设置用于能够固定壳体护套2，防止壳体护套2脱落，第一牵引绳101的一端设置有与定位块3对应的调节块4，调节块4连接外部电机，通过外部电机作用于调节块4上使得第一牵引绳101能够进行伸长或缩短，调节块4和定位块3通过螺纹连接，调节块4与定位块3的螺纹配合能够实现对第一牵引绳101的长度伸长或缩短，以满足不同的用户需求，第一牵引绳101的另一端设置有第一位移传感器501，第一位移传感器501用来检测弯曲位移信号，第一牵引绳101上设置有第一限位块1101，第一限位块1101和套筒8之间设置有第一弹性件1001，第一弹性件1001的一端抵靠在第一限位块1101上，第一弹性件1001的另一端抵靠在套筒8内，使得第一牵引绳101能够保持笔直伸长状态，提高机械外骨骼控制装置的灵敏度，具体的，机械外骨骼数据采集控制装置设置在用户的肢体上，在进行运动之前，此时第一牵引绳101的长度为最短状态，当用户需要进行弯曲肢体时，只需轻微向弯曲方向抬动肢体并停止，第一牵引绳101由于肢体的运动变化发生形变，第一牵引绳101被拉长，长度相较于运动之前变长，此时第一位移传感器501检测到第一牵引绳101的长度变化信号，并转换为弯曲位移信号，将弯曲位移信号处理后传输到电机，电机驱动调节块4脱离壳体护套2进行拉伸，使第一牵引绳101做向调节块4的方向做拉伸动作，带动用户肢体进行弯曲动作，此时第一弹性件1001由于设置有第一限位块1101，第一限位块1101随着第一牵引绳101的运动靠近所述套筒5，使第一弹性件10处于压紧状态，当完成弯曲动作后，外部电机关闭，在第一弹性件10的作用下第一牵引绳101恢复至初始状态，第一牵引绳101的长度恢复为最短状态，以此来满足用户所需要的弯曲运动，目前的位移传感器技术较为成熟，能够保证械外骨骼数据采集控制装置满足用户的使用需求，利用位移传感器和第一牵引绳整体的结构较为简单，能够起到精准调节的作用，且设置有第一弹性件保证了采集控制装置的使用合理性，用户安装和操作使用上均较为便利。

在本实施例机械外骨骼数据采集控制装置设置有第一位移传感器和第一牵引绳的配合，利用第一位移传感器检测信号并传输至外部电机来驱动牵引绳工作，在整体上其结构更加简单，控制更加灵敏，通过设置一个第一位移传感器能够使得信息采集速率得到保证；另外还设置有调节块和定位块，调节块与定位块的螺纹配合能够实现对第一牵引绳的长度伸长或缩短，以满足不同的用户需求，使用效果好。

实施例二：

参阅图2，实施例二与实施例一的不同之处在于：第一牵引绳101上设置有第一放大器601，第一位移传感器501通过第一放大器601连接第一牵引绳101，第一放大器601包括：第一线圈611和第二线圈621，第一线圈611和第二线圈621分别设置在第一放大器601的两侧，第一线圈611和第二线圈621通过第一转轴1201连接，第一位移传感器501的一端连接第一线圈611，第一牵引绳101的一端连接第二线圈621，第一放大器601靠近第一位移传感器501的一侧设置有第二弹性件1002，第一位移传感器501的一端设置有与第二弹性件1002对应的第二限位块1102，具体的，在第一位移传感器501接收弯曲位移信号后，由于第一位移传感器501连接第一线圈611，第一放大器601上的第一线圈611会根据弯曲位移信号进行转动，并带动第二线圈621的转动，其中第二线圈621的直径大小小于第一线圈611，此时弯曲位移信号由第一线圈611和第二线圈621进行放大，经处理后传输到电机，通过设置第一放大器601具有位移信号放大功能，信号反应灵敏且出错率低，另外设置有第二弹性件1002和第二限位块(1102)，能够使第一位移传感器501在完成信号传输后回复至初始状态，保证第一位移传感器501的正常使用。

本实施例二机械外骨骼数据采集控制装置还设置有第一放大器，第一位移传感器与第一牵引绳通过第一放大器连接，将位移传感器的位移信号强化放大，使得数据采集控制过程中的信号转换效率高，通过强化放大后的数据其精度更高，位移信号的传输出错率更低，在整体上其结构更加简单，控制更加灵敏。

实施例三：

参阅图3，实施例三与实施例一的不同之处在于：一种机械外骨骼数据采集控制装置还包括有第二牵引绳102，第二牵引绳102的一端设连接有调节杆9，调节杆9连接外部电机，第二牵引绳102的另一端设置有第二位移传感器502，具体的：械外骨骼数据采集控制装置设置在用户的肢体上，当用户需要进行旋转肢体时，只需轻微向旋转方向转动肢体并停止，第二牵引绳102相对壳体护套2会进行受力转动，此时第二位移传感器502检测到第二牵引绳102的旋转位移信号，并将旋转位移信号处理后传输到电机，以电机驱动所述调节杆9转动，使第二牵引绳102能满足机械外骨骼数据采集控制装置完成用户所需要的旋转运动，目前的位移传感器技术较为成熟，能够保证机械外骨骼数据采集控制装置满足用户的使用需求，利用第二位移传感器502和第二牵引绳102实现用户的旋转需求，能够结合第一位移传感器501满足用户多方位控制的需求。

本实施例三机械外骨骼数据采集控制装置还设置有第二位移传感器和第二牵引绳的配合，利用第二位移传感器检测信号并传输至外部电机来驱动调节杆工作，在整体上其结构更加简单，控制更加灵敏，满足了用户对肢体转动的需求；另外结合第一位移传感器，以满足不同用户的多方位需求，使用效果好。

实施例四：

参阅图4，实施例四与实施例三的不同之处在于：第一牵引绳101上设置有第一放大器601，第一位移传感器501通过第一放大器601连接第一牵引绳101，第二牵引绳102上设置有第二放大器602，第二位移传感器502通过第二放大器602连接第二牵引绳102，第二放大器602包括：第三轮圈612，第三轮圈612通过第二转轴1202转动设置在第二放大器602上，第二位移传感器502的一端连接第三轮圈612，第二牵引绳102的一端固定设置在第二放大器602的一侧，第二放大器602靠近第二位移传感器502的一侧设置有第三弹性件1003，第二位移传感器502的一端设置有与第三弹性件1003对应的第三限位块1103，具体的，在第二位移传感器502接收旋转位移信号后，由于第二位移传感器502连接第三轮圈612，第二放大器602上的第三轮圈612会根据旋转位移信号进行放大处理，此时旋转位移信号由第三轮圈612进行放大，经处理后传输到电机，通过设置第二放大器602具有对旋转位移信号的放大功能，另外通过第三弹性件1003和第三限位块1103的设置能够使得第二位移传感器在完成工作后回复至初始状态，保证其正常的工作使用，信号反应灵敏且出错率低，能够满足用户在需要大幅度旋转肢体时的需求。

实施例四机械外骨骼数据采集控制装置设置有第二放大器，第二位移传感器与第二牵引绳通过第二放大器连接，将位移传感器的旋转位移信号强化放大，使得数据采集控制过程中的信号转换效率高，旋转位移信号的传输出错率更低，能够满足用户在需要大幅度旋转肢体时的需求，在整体上其结构更加简单，控制更加灵敏。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，包括：第一牵引绳(101)和壳体护套(2)，所述壳体护套(2)的一端设置有定位块(3)，所述壳体护套(2)的另一端设置有套筒(8)，所述第一牵引绳(101)的一端设置有与所述定位块(3)对应的调节块(4)，所述调节块(4)连接外部电机，所述第一牵引绳(101)的另一端设置有第一位移传感器(501)，所述第一牵引绳(101)上设置有第一放大器(601)，所述第一位移传感器(501)通过所述第一放大器(601)连接所述第一牵引绳(101)，所述第一牵引绳(101)上设置有第一限位块(1101)，所述第一限位块(1101)和所述套筒(8)之间设置有第一弹性件(1001)，所述壳体护套(2)包括有多个限位块(7)，所述限位块(7)设置在所述套筒(8)和所述定位块(3)之间，所述调节块(4)和所述定位块(3)通过螺纹连接；工作时，通过肢体驱动所述壳体护套(2)和所述第一牵引绳(101)受力弯曲，触发所述第一位移传感器(501)工作，所述第一位移传感器(501)产生信号并经过处理后传输至外部电机驱动所述第一牵引绳(101)工作。

2.如权利要求1所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，还包括有第二牵引绳(102)，所述第二牵引绳(102)的一端连接有调节杆(9)，所述调节杆(9)连接外部电机，所述第二牵引绳(102)的另一端设置有第二位移传感器(502)。

3.如权利要求2所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，所述第一牵引绳(101)上设置有第一放大器(601)，所述第一位移传感器(501)通过所述第一放大器(601)连接所述第一牵引绳(101)；所述第二牵引绳(102)上设置有第二放大器(602)，所述第二位移传感器(502)通过所述第二放大器(602)连接所述第二牵引绳(102)。

4.如权利要求1所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，所述第一放大器(601)包括：第一线圈(611)和第二线圈(621)，所述第一线圈(611)和所述第二线圈(621)分别设置在所述第一放大器(601)的两侧，所述第一线圈(611)和所述第二线圈(621)通过第一转轴(1201)连接，所述第一位移传感器(501)的一端连接所述第一线圈(611)，所述第一牵引绳(101)的一端连接所述第二线圈(621)。

5.如权利要求1所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，所述第一放大器(601)靠近所述第一位移传感器(501)的一侧设置有第二弹性件(1002)，所述第一位移传感器(501)的一端设置有与所述第二弹性件(1002)对应的第二限位块(1102)。

6.如权利要求3所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，所述第二放大器(602)包括：第三轮圈(612)，所述第三轮圈(612)通过第二转轴(1202)转动设置在所述第二放大器(602)上。

7.如权利要求6所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，所述第二位移传感器(502)的一端连接所述第三轮圈(612)，所述第二牵引绳(102)的一端固定设置在所述第二放大器(602)的一侧。

8.如权利要求3所述机械外骨骼数据采集控制装置，其特征在于，所述第二放大器(602)靠近所述第二位移传感器(502)的一侧设置有第三弹性件(1003)，所述第二位移传感器(502)的一端设置有与所述第三弹性件(1003)对应的第三限位块(1103)。

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