CN112223255B - 一种关节驱动装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种关节驱动装置及其控制方法，关节驱动装置包括：第一关节绑缚件和第二关节绑缚件，用于绑缚人体关节；驱动组件，包括绕线盘、第一驱动线和第二驱动线，第一驱动线和第二驱动线缠绕于绕线盘，第一驱动线连接第一关节绑缚件，第二驱动线连接第二关节绑缚件；其中，绕线盘被配置为：朝第一方向转动收缩第一驱动线，以拉动第一关节绑缚件，或朝第二方向转动收缩第二驱动线，以拉动第二关节绑缚件，第一方向和第二方向相反。通过这样的方式，将第一驱动线和第二驱动线缠绕于同一个绕线盘，能够同时对人体的多个关节提供助力。

Description

一种关节驱动装置及其控制方法

技术领域

本申请涉及人体助力技术领域，具体涉及一种关节驱动装置及其控制方法。

背景技术

对于长期负重行走的士兵，关节驱动装置可以帮助其减少能量消耗，提高士兵负重执行任务的能力，在单兵作战系统中起到重要作用；对于下肢功能障碍患者，关节驱动装置可以通过任务型的康复训练，恢复患者的肢体功能，常用于中风患者下肢功能，或老年人行走辅助，关节驱动装置在重建下肢功能障碍患者的运动能力，以及改善老年人生活质量方面具有重要意义。

现如今大多数的关节驱动装置都是对人体的单关节进行助力，并且通常一个驱动装置只能助力一个关节，在对人体多关节进行助力时，需要的驱动装置数量增加，导致整个关节驱动装置的重量较大。因此，如何对多关节进行助力，同时减小关节驱动装置的重量，成为亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本申请提供一种关节驱动装置及其控制方法，将第一驱动线和第二驱动线缠绕于同一个绕线盘，能够同时对人体的多个关节提供助力。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种关节驱动装置，包括第一关节绑缚件和第二关节绑缚件，用于绑缚人体关节；驱动组件，包括绕线盘、第一驱动线和第二驱动线，第一驱动线和第二驱动线缠绕于绕线盘，第一驱动线连接第一关节绑缚件，第二驱动线连接第二关节绑缚件；其中，绕线盘被配置为：朝第一方向转动收缩第一驱动线，以拉动第一关节绑缚件，或朝第二方向转动收缩第二驱动线，以拉动第二关节绑缚件，第一方向和第二方向相反。

其中，关节驱动装置还包括：运动传感器，设置于第一关节绑缚件，用于检测人体的运动状态；驱动组件还包括：电机，连接绕线盘；控制器，连接电机，用于在运动传感器检测到人体处于第一运动状态时，控制绕线盘以第一方向转动，进而收缩第一驱动线，拉动第一关节绑缚件，或在运动传感器检测到人体处于第二运动状态时，控制绕线盘以第二方向转动，进而收缩第二驱动线，拉动第二关节绑缚件。

其中，驱动组件还包括：编码器，连接控制器，用于反馈电机的转动信息；关节驱动装置还包括：拉力传感器，设置于第一驱动线和第二驱动线，与编码器通讯连接，用于获取第一驱动线拉动第一关节绑缚件或第二驱动线拉动第二关节绑缚件的实际拉力大小，并将实际拉力大小发送至编码器，以使编码器对电机的转动信息进行修正反馈。

其中，关节驱动装置还包括：躯干绑缚件，连接驱动组件，用于将驱动组件固定于人体躯干；驱动组件还包括挂钩、机架和驱动组件保护罩，挂钩设置于机架，用于连接躯干绑缚件；机架与驱动组件保护罩之间用于容置电机和绕线盘。

其中，驱动组件还包括：绕线盘保护盖，套设于绕线盘，用于保护驱动线；电池，连接电机，用于为驱动组件提供电源。

其中，绕线盘包括线槽和两个凹槽，线槽用于缠绕驱动线，凹槽设置于绕线盘相对两侧，分别用于固定第一驱动线和第二驱动线。

其中，第一关节绑缚件为髋关节绑缚件，用于绑缚人体髋关节；第二关节绑缚件为膝关节绑缚件，用于绑缚人体膝关节；其中，髋关节绑缚件在第一驱动线的拉动作用下，对人体髋关节摆动屈曲形成主动拉伸助力，膝关节绑缚件在第二驱动线的拉动作用下，对人体膝关节屈曲形成主动拉伸助力。

其中，关节驱动装置还包括关节辅助板，关节辅助板设置于第二关节绑缚件，连接第二驱动线；其中，关节辅助板为弧形，以使关节辅助板与膝关节贴合。

其中，关节驱动装置还包括驱动线调节件，驱动线调节件包括第一连接端、第二连接端和第三连接端，第二驱动线包括第一子驱动线、第二子驱动线和第三子驱动线；第一子驱动线的一端连接第一连接端，第一子驱动线的另一端连接绕线盘；第二子驱动线的一端连接第二连接端，第二子驱动线的另一端连接关节辅助板；第三子驱动线的一端连接第三连接端，第三子驱动线的另一端连接关节辅助板。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种关节驱动装置的控制方法，该控制方法包括：获取传感信号；根据传感信号确定人体的运动状态；在人体处于第一运动状态时，控制驱动组件中的绕线盘以第二方向转动，进而收缩第一驱动线，拉动第一关节绑缚件；在人体处于第二运动状态时，控制绕线盘以第一方向转动，进而收缩第二驱动线，拉动第二关节绑缚件。

本申请实施例的有益效果是：区别于现有技术，本申请提供的一种关节驱动装置，包括第一关节绑缚件、第二关节绑缚件和驱动组件，驱动组件包括绕线盘、第一驱动线和第二驱动线，第一驱动线分别连接绕线盘和第一关节绑缚件，第二驱动线分别连接绕线盘和第二关节绑缚件，绕线盘被配置为：朝第一方向转动收缩第一驱动线，以拉动第一关节绑缚件，朝第二方向转动收缩第二驱动线，以拉动第二关节绑缚件。通过这样的方式，一方面，将第一驱动线和第二驱动线缠绕于同一个绕线盘，能够同时对人体的多个关节提供助力；另一方面，多个关节绑缚件连接同一个绕线盘，以在驱动组件的作用下为多个关节提供助力，能够减少关节驱动装置的重量，减小使用者额外的能量损耗。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：

图1是本申请提供的关节驱动装置一实施例的结构示意图；

图2是本申请提供的关节驱动装置的穿戴后视图；

图3是本申请提供的关节驱动装置的穿戴侧视图；

图4是本申请提供的驱动组件一实施例的分解示意图；

图5是图4中绕线盘的结构示意图；

图6是图4中绕线盘的正视图；

图7是本申请提供的驱动组件另一实施例的分解示意图；

图8是驱动调节件的连接示意图；

图9是第二子驱动线和第三子驱动线的连接示意图；

图10是关节辅助板的结构示意图；

图11是下肢在平地行走做伸展运动时的受力分布图；

图12是下肢在上楼梯做伸展运动时的受力分布图；

图13是本申请提供的关节驱动装置的控制方法一实施例的流程示意图；

图14是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本申请相关的部分而非全部结构。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

目前大多数的关节驱动装置仍然采用刚性结构，对每一个驱动关节都有与之配套的驱动与传动系统，驱动系统过多会加大装置的整体质量，造成额外的能量损耗，增加人体代谢消耗，并且在力的传递过程中存在着摩擦力以及其他一些阻力，较为复杂的传动系统也会造成更多的能量损耗，所以刚性结构的关节驱动装置存在着很大的提升空间。

另外，刚性关节驱动装置对使用者的穿戴要求较高，从穿戴体验上来说，刚性结构不易戴，且穿戴舒适性较差；从安全性上来说，刚性结构不容易实现与人体关节自然对准，如果两个关节没有对齐，会影响人体正常行走，甚至会阻碍使用者的运动，限制人体运动的自由度，更严重的后果是产生额外的转矩，对人体造成伤害。基于此，本申请发明人提出以下实施例：

共同参阅图1至图3，图1是本申请提供的关节驱动装置一实施例的结构示意图，图2是本申请提供的关节驱动装置的穿戴后视图，图3是本申请提供的关节驱动装置的穿戴侧视图。如图所示，关节驱动装置10包括第一关节绑缚件11、第二关节绑缚件12、驱动组件13、运动传感器14、拉力传感器15、关节辅助板16。其中，第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12与驱动组件13连接，进一步地，第一关节绑缚件11可以通过绑缚件上的固定环(图未示)与驱动组件13连接，第二关节绑缚件12可以直接与驱动组件13连接，也可以通过关节辅助板16与驱动组件13连接，关节辅助板16用于改变驱动组件13施加驱动力的方向，便于后续对人体关节进行助力；运动传感器14设置于第一关节绑缚件11，用于检测人体的运动状态；拉力传感器15与驱动组件13连接，用于获取驱动组件13对第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12施加力的大小。

可以理解的，由于左右两条腿的结构相同，因此关节驱动装置10分别助力左腿和右腿的运动，后续实施例主要以右腿单侧进行说明。

其中，第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12用于绑缚人体关节，人体关节包括但不限于膝关节、踝关节和髋关节等，在本实施例中，第一关节绑缚件11可以为髋关节绑缚件，第二关节绑缚件12可以为膝关节绑缚件。进一步地，第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12分别与驱动组件13连接，用于在驱动组件13的驱动作用下，对人体髋关节摆动屈曲形成主动拉伸助力，以及对人体膝关节伸展形成主动拉伸助力。其中，第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12可以通过强力魔术贴的方式固定在人体关节上，便于穿戴，且简单便捷。

进一步地，运动传感器14设置于第一关节绑缚件11，与驱动组件13通讯连接，用于检测人体的运动状态，当运动传感器14检测到人体的第一运动数据时，运动传感器14将第一运动数据发送至驱动组件13，驱动组件13则根据该运动数据对人体的运动状态进行确认，并进一步对第一关节绑缚件11进行助力，以实现第一关节的屈曲，当运动传感器14检测到人体的第二运动数据时，运动传感器14将第二运动数据发送至驱动组件13，驱动组件13根据该第二运动数据对人体的运动状态进行确认，进而对第二关节绑缚件12进行助力，以实现第二关节的伸展。通过对第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12分别进行屈曲和伸展的助力，以完成单腿一个周期的步态动作。

具体地，运动传感器14可以为IMU(Inertial measurement unit，惯性测量单元)，IMU是测量物体三轴姿态角或角速率以及加速度的装置，包括加速度传感器与角速度传感器(陀螺仪)，在实际应用中，需要利用运动传感器14对人体关节的运动状态进行检测，而运动状态则是通过运动传感器14测量其角度的变化情况进行确认。具体在IMU的使用中，可以利用加速度传感器根据关节运动时的重力加速度计算倾斜角度，也可以利用角速度传感器根据初始角度，对测得的角速度进行积分而计算倾斜角度，但这两种方式都存在一定的问题，一方面由于加速度传感器容易受到振动的影响，噪声很大，所以解算角度的噪声也很大；另一方面虽然陀螺仪测量角速度的噪声不是很大，经过积分环节后噪声进一步被变小，但由于初始角度并不能准确得到，而且角速度存在零漂问题(即模块静止时角速度不完全为0，而是有一个偏置)，经过积分后这个误差会被累积。因此，两种方式解算出来的角度都无法直接使用，但我们可以采用数据融合的方法，把两种角度融合在一起，得到一个既没有累计误差、噪声又小的角度数据。

在实际的应用场景中，将人体双腿静止站立时，竖直向下方向的角度设定为90度，当人体正常抬腿行走时，对应第一关节做屈曲运动，此时运动传感器14计算出实时的角度将在90度到180度之间，即可确定人体的运动状态为第一运动状态，此时，驱动组件13即可对第一关节进行助力，以实现第一关节屈曲；同样，当人体抬腿落地后，腿将向后做伸展运动，对应第二关节做伸展运动，此时运动传感器14计算出实时的角度将在0度到90度之间，即可确定人体的运动状态为第二运动状态，此时，驱动组件13即可对第二关节进行助力，以实现第二关节拉伸。可以理解的，当运动传感器14测出实时角度与设定角度90度之间存在设定阈值(例如10度)以内的偏差时，驱动组件13即可确定出人体的运动状态，进一步驱动组件13可以及时对第一关节和第二关节进行助力。可选地，运动传感器14还可以设置于第二关节绑缚件12，具体角度的设定以及检测标准将根据实际情况做出改变。本实施例中对运动传感器14的具体类型和型号不做限定，可以根据实际情况进行更换设置。

进一步地，拉力传感器15设置为与驱动组件13连接，用于在驱动组件13助力第一关节和第二关节时，对驱动组件13施加的力进行测量，用于将驱动组件13施加的实际拉力大小与理论拉力大小进行比较，从而进行修正反馈，便于提高驱动组件13的控制精度，后续实施例会进行详细说明。

可以理解的，第一运动状态和第二运动状态在关节驱动装置10的驱动作用下属于相对的两种运动状态，对于单侧腿(例如右腿)的助力而言，当第一运动状态结束时，也即是运动传感器14检测的角度回到初始角度90度时，第二运动状态对应的助力会随之开始进行，此时，另一条腿(例如左腿)也会同步开始具有屈曲动作的倾向，左腿的第一运动状态也将会由运动传感器14得到检测确认，另一驱动组件13则以同样的方式进行助力，直到左腿的第一运动状态结束，对应右腿的第二运动状态结束，通过这样的循环规律对人体的两条腿进行控制。

在一些实施例中，可以将第一运动状态和第二运动状态对应的助力时间进行记录，从而在后续助力过程可以无需借助运动传感器14的检测，直接根据第一次助力的时间数据对关节完成屈曲或伸展的助力。

通过这样的方式，能够利用关节驱动装置10中的两个驱动组件13分别对人体下肢进行助力，对左腿和右腿助力的驱动组件13之间相对独立，互不干扰，具有较高的工作可靠性。

进一步参阅图4，图4是本申请提供的驱动组件一实施例的分解示意图，本实施例中的驱动组件13的数量为两个，分别用于助力人体的左腿和右腿的伸展和屈曲，后续实施例主要以右腿一侧进行说明，该驱动组件13包括第一驱动线1301、第二驱动线1302、绕线盘1303、电机1304、控制器1305、编码器1306。其中，第一驱动线1301和第二驱动线1302的一端缠绕于绕线盘1303，另一端分别连接第一关节绑缚件11和第二关节绑缚件12，绕线盘1303与电机1304的输出轴连接，控制器1305则分别与电机1304和编码器1306电连接，在控制器1305的控制下，电机1304转动从而驱动绕线盘1303随之转动，以收缩第一驱动线1301或第二驱动线1302，具体地，绕线盘1303被配置为，朝第一方向转动收缩第一驱动线1301，以拉动第一关节绑缚件11，朝第二方向转动收缩第二驱动线1302，以拉动第二关节绑缚件12。

在运动传感器14检测到人体处于第一运动状态时，控制绕线盘1303以第一方向转动，进而收缩第一驱动线1301，拉动第一关节绑缚件11；或在运动传感器14检测到人体处于第二运动状态时，控制绕线盘1303以第二方向转动，进而收缩第二驱动线1302，拉动第二关节绑缚件12，以完成第一关节的屈曲或第二关节的伸展。

可以理解的，第一驱动线1301是以第二方向缠绕于绕线盘1303内，第二驱动线1302是以第一方向缠绕于绕线盘1303。其中，第一方向和第二方向为相反方向，例如顺时针方向和逆时针方向。在本实施例中，第一方向可以是逆时针方向，第二方向可以是顺时针方向。在本实施例中，第一驱动线1301和第二驱动线1302可以为鲍登绳等柔性拉绳。

进一步地，关节驱动装置10还包括躯干绑缚件17，躯干绑缚件17连接驱动组件13，用于将驱动组件13固定于人体躯干，在本实施例中，躯干绑缚件17具体可以为背心，以穿戴的形式固定于人体，穿脱方便快捷，并且该躯干绑缚件17设置为与人体结构相适应，能够保证穿戴使用者的舒适度。其中，第一驱动线1301由于需要为髋关节屈曲提供助力，因此助力的作用点应当在大腿前侧，因此需要将第一驱动线1301从前侧引出，以使驱动线与第一关节绑缚件11的固定环连接，基于此，可以通过设置线管的方式将部分第一驱动线1301固定于躯干绑缚件17上，以使驱动组件13能较好地为髋关节屈曲提供助力。

进一步参阅图5，图5是图4中绕线盘的结构示意图，该绕线盘1303包括线槽13031和凹槽13032，其中，凹槽13032的数量为两个，分别用于固定第一驱动线1301和第二驱动线1302的一端，而线槽13031则是用于缠绕第一驱动线1301和第二驱动线1302，如上所述，第一驱动线1301在凹槽13032处固定后，以顺时针方向缠绕于绕线盘1303的线槽13031内；第二驱动线1302在凹槽13032处固定后，以逆时针方向缠绕于绕线盘1303的线槽13031内。

其中，两个凹槽13032设置于绕线盘1303的相对两侧，参阅图6，图6是图4中绕线盘的正视图，在本实施例中，第一驱动线1301和第二驱动线1302分别从凹槽13032处固定，并分别以第一方向或第二方向进行缠绕后，以及在绕线盘1303水平轴向的两端结束缠绕，从竖直向下的切线方向引出。

可选地，驱动组件13还包括绕线盘保护盖1307，绕线盘保护盖1307套设绕线盘1303，绕线盘保护盖1307上设有A和B两个出线口，分别用于将驱动线从出线口引出。具体地，第一驱动线1301从出线口B竖直向下引出，第二驱动线1302从出线口A竖直向下引出，这样一方面能够有效保证减少或避免绕线盘1303转动时，出现卡线或重叠等情况，另一方面可以避免驱动组件13在工作时，转动的绕线盘1303暴露在能直接和人体接触的环境中，从而保证了使用者的人身安全。绕线盘保护盖1307具体的引出对象以及驱动线的缠绕方向可以根据实际情况进行调整，此处不做唯一限定。

在本实施例中，拉力传感器15具体设置于驱动组件13中的第一驱动线1301和第二驱动线1302上，与驱动组件13内的编码器1306通讯连接，当电机1304转动驱动绕线盘1303转动时，收缩第一驱动线1301或第二驱动线1302，此时驱动线在电机1304的作用下，会对第一关节绑缚件11或第二关节绑缚件12产生拉力，拉力传感器15则用于获取该实际拉力大小，并将该实际拉力大小发送至编码器1306。

其中，编码器1306与电机1304连接，用于检测电机1304的转动角度和转动方向，并将这些转动信息反馈给控制器1305。当编码器1306接收到来自拉力传感器15获取的实际拉力大小时，即可根据该实际拉力大小对电机1304的转动信息进行修正。具体地，将该实际拉力大小与电机1304转动产生的理论拉力大小进行比较，理论拉力也可以理解为期望拉力，由于一些客观因素的影响，必然使得两者数值不相等，也即是实际拉力大小必然小于理论拉力大小，为了使实际拉力达到理论拉力大小的高度，以便于关节驱动装置完成高效率的关节助力，编码器1306需要对电机1304的转动信息进行修正，再将修正后的转动信息发送至电机1304，以使电机1304根据修正后的转动信息下发新的脉冲信号给电机驱动器(图未示)，以使修正后产生的实际拉力等于理论拉力。

可选地，驱动组件13还包括法兰1308，法兰1308用于将电机1304与绕线盘1303进行固定连接，并能加强两者之间的连接关系，具体地，法兰1308和电机1304的输出轴通过键(图未示)连接，法兰1308和绕线盘1303之间则是通过螺钉进行固定连接。

可选地，驱动组件13还包括电池1309，连接电机1304等器件，用于为整个驱动组件13的工作提供电源，其中，两个驱动组件13可共用一个电池1309。

在一个具体的应用场景中，当使用者需要借助关节驱动装置10对关节进行助力时，可以通过设置于装置上的启动按钮(图未示)启动该关节驱动装置10，并在运动传感器14检测到使用者下肢有屈曲动作，也即是处于第一运动状态时，运动传感器14将状态信息发送至控制器1305，控制器1305则控制电机1304以第一方向转动，带动绕线盘1303转动以使第一驱动线1301收缩，从而对第一关节绑缚件11产生向上的拉力，以对髋关节的屈曲助力，辅助使用者做屈曲动作；在传感器检测到使用者下肢有伸展动作，也即是处于第二运动状态时，运动传感器14将状态信息发送至控制器1305，控制器1305则控制电机1304以第二方向转动，带动绕线盘1303转动以使第二驱动线1302收缩，从而对第二关节绑缚件12产生向上的拉力，以对膝关节的伸展助力，辅助使用者做伸展动作，至此关节驱动装置10完成一个周期单腿的助力。

通过这样的方式，仅利用一个电机1304即可对一条腿的多个关节进行助力，能够提高电机1304的利用率，减少了驱动组件13的尺寸和重量，使得结构更为紧凑，提高了助力效率，减少了使用者额外的能量损耗。

参阅图7，图7是本申请提供的驱动组件另一实施例的分解示意图，驱动组件13还包括挂钩1310、机架1311和驱动组件保护罩1312，挂钩1310设置于机架1311上，一部分与机架1311固定连接，其另一部分用于连接躯干绑缚件17，具体将整个驱动组件13挂接在躯干绑缚件17上，方便安装和取放。驱动组件保护罩1312则用于容置电机1304和绕线盘1303等器件，并对该部分器件进行保护，再利用机架1311将驱动组件13与躯干绑缚件17进行间隔，避免电机1304等器件工作时对人体造成损害，同时也对驱动组件13进行保护。

进一步地，关节驱动装置10还包括驱动线调节件18，驱动线调节件18设置于第二驱动线1302上，具体如图8所示，驱动线调节件18包括第一连接端181、第二连接端182和第三连接端183，第二驱动线1302包括第一子驱动线13021、第二子驱动线13022和第三子驱动线13023。

其中，第一子驱动线13021的一端连接驱动线调节件18的第一连接端181，另一端连接绕线盘1303；第二子驱动线13022的一端连接第二连接端182，另一端连接关节辅助板16；第三子驱动线13023的一端连接第三连接端183，另一端连接关节辅助板16。

进一步参阅图9和图10，图9是第二子驱动线和第三子驱动线的连接示意图，图10是关节辅助板的结构示意图。其中，关节辅助板16的E点部分与第二关节绑缚件12固定连接，C点和D点对应部分则悬空露出，可根据使用需要与人体膝关节接触；第二子驱动线13022和第三子驱动线13023从第一关节绑缚件11的两侧绕过后，与第二关节绑缚件12连接，具体与第二关节绑缚件12上的关节辅助板16的C点和D点连接。其中，关节辅助板16为弧形，以使关节辅助板16与膝关节能够较好的贴合，能够给使用者提供更好的穿戴体验。

在本实施例中，使用者除了在平地上行走时使用该关节驱动装置10进行助力，还可以在上楼梯时使用关节驱动装置10进行助力，例如在行走或上楼梯时，控制电机1304收缩第一驱动线1301，以助力人体髋关节做屈曲运动；在下肢向后做伸展运动时，控制电机1304反向转动收缩第二驱动线1302，并利用关节辅助板16对驱动组件13的助力方向进行改善，具体如下：

参阅图11，图11是下肢在平地行走做伸展运动时的受力分布图，当运动传感器14检测到人体下肢做伸展运动时，此时人体的大腿和小腿几乎是一条直线，第二驱动线1302中的第二子驱动线13022和第三子驱动线13023作用于关节辅助板16的拉力F1如图所示，将拉力F1在水平方向和竖直方向上进行力的分解，得到拉力F1在水平方向上的拉力分量f_h，拉力分量f_h与拉力F之间的夹角为γ，拉力分量f_h即可助力髋关节和膝关节伸展，从而使下肢向身体后方运动。

继续参阅图12，图12是下肢在上楼梯做伸展运动时的受力分布图，当运动传感器14检测到人体下肢在做伸展运动时，此时大腿和小腿之间呈一定的角度，第二驱动线1302中的第二子驱动线13022和第三子驱动线13023作用于关节辅助板16的拉力F2如图所示，拉力F2与大腿之间的夹角为α，对髋关节而言，将拉力F2进行分解得到拉力分量F_j，对膝关节而言，拉力F2与小腿之间的夹角为β，将拉力F2进行分解得到拉力分量F_k，拉力分量F_j和F_k可以分别为上楼梯过程中髋关节伸展和膝关节的伸展提供助力。通过这样的方式，能够利用关节辅助板16对驱动组件13的助力方向进行改善，进一步提高了助力效率。

当整个关节驱动装置10工作时，并且右侧的驱动组件13助力右腿的髋关节和膝关节伸展时，左侧的驱动组件13则开始助力左腿的髋关节做屈曲运动，相反地，当左侧的驱动组件13开始助力左腿的髋关节和膝关节伸展时，右侧的驱动组件13则开始助力右腿的髋关节屈曲。以此循环进行整个助力过程。在其他一些实施例中，还可以通过对其他关节进行助力，以帮助使用者日常行走，例如助力髋关节伸展，同时助力髋关节屈曲和踝关节跖屈，可以根据实际情况进行设置。

通过这样的方式，一方面，能够同时对使用者的多个关节提供助力；另一方面，多个关节绑缚件连接同一个绕线盘1303，以在驱动组件13的作用下为多个关节提供助力，能够减少关节驱动装置10的重量，减小使用者额外的能量损耗。

参阅图13，图13是本申请提供的关节驱动装置的控制方法一实施例的流程示意图，该方法具体包括以下步骤：

S201：获取传感信号。

其中，传感信号由运动传感器对人体关节运动时的加速度数据和角速度数据进行获取而得到，并进一步将数据信息发送至驱动组件。

S202：根据传感信号确定人体的运动状态。

本实施例中，将运动传感器静止朝下的角度设定为90度，当从传感信号中检测得到的实时角度数据大于90度时，即可确定人体的运动状态为第一运动状态，当从传感器中检测得到的实时角度数据小于90度时，即可确定人体的运动状态为第二运动状态。其中，第一运动状态和第二运动状态对应人体下肢的运动状态，主要包括屈曲和伸展。

S203：在人体处于第一运动状态时，控制驱动组件中的绕线盘以第二方向转动，进而收缩第一驱动线，拉动第一关节绑缚件。

S204：在人体处于第二运动状态时，控制绕线盘以第一方向转动，进而收缩第二驱动线，拉动第二关节绑缚件。

其中，第一驱动线和第二驱动线均缠绕设置于绕线盘上，第一方向和第二方向为相反方向，当人体处于不同的运动状态时，对应绕线盘将以不同的转动方向进行工作，即可对第一关节绑缚件或第二关节绑缚件分别提供助力。

通过这样的方式，能够同时对使用者的多个关节提供助力，并且多个关节绑缚件连接同一个绕线盘，能够减少关节驱动装置的重量，提高了助力效率，减少了使用者额外的能量损耗。

需要说明的是，本实施例的方法是基于上述任一结构实施例而实现的，其实施原理和步骤类似。

参阅图14，图14是本申请提供的计算机可读存储介质一实施例的结构示意图，本实施例的计算机可读存储介质30用于存储计算机程序31，计算机程序31在被处理器执行时，用以实现如下方法步骤：

获取传感信号；根据传感信号确定人体的运动状态；在人体处于第一运动状态时，控制驱动组件中的绕线盘以第二方向转动，进而收缩第一驱动线，拉动第一关节绑缚件；在人体处于第二运动状态时，控制绕线盘以第一方向转动，进而收缩第二驱动线，拉动第二关节绑缚件。

需要说明的是，本实施例的计算机程序31所执行的方法步骤是基于上述任一结构实施例而实现的，其实施原理和步骤类似。

本申请的实施例以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

在本说明书的描述中，术语“连接”应作为广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述属于在本申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“另一个实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种关节驱动装置，其特征在于，所述关节驱动装置包括：

第一关节绑缚件和第二关节绑缚件，用于绑缚人体关节；

关节辅助板，设置连接于所述第二关节绑缚件；

驱动组件，包括绕线盘、第一驱动线和第二驱动线，所述第一驱动线和所述第二驱动线缠绕于所述绕线盘，所述第一驱动线连接所述第一关节绑缚件，所述第二驱动线包括第一子驱动线、第二子驱动线和第三子驱动线，所述第一子驱动线缠绕于所述绕线盘，所述第二子驱动线和第三子驱动线连接所述关节辅助板；

其中，所述绕线盘被配置为：朝第一方向转动收缩所述第一驱动线，以拉动所述第一关节绑缚件，或朝第二方向转动以收缩所述第二子驱动线和第三子驱动线，以拉动所述关节辅助板，以通过所述关节辅助板带动所述第二关节绑缚件，所述第一方向和所述第二方向相反；

所述关节辅助板被配置为：接收所述第二子驱动线和第三子驱动线提供的拉力，以带动所述第二关节绑缚件朝所述拉力方向移动。

2.根据权利要求1所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述关节驱动装置还包括：

运动传感器，设置于所述第一关节绑缚件，用于检测人体的运动状态；

所述驱动组件还包括：

电机，连接所述绕线盘；

控制器，连接所述电机，用于在所述运动传感器检测到人体处于第一运动状态时，控制所述绕线盘以第一方向转动，进而收缩所述第一驱动线，拉动所述第一关节绑缚件，或在所述运动传感器检测到人体处于第二运动状态时，控制所述绕线盘以第二方向转动，进而收缩所述第二子驱动线和第三子驱动线，拉动所述关节辅助板，以通过所述关节辅助板带动所述第二关节绑缚件。

3.根据权利要求2所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述驱动组件还包括：

编码器，连接所述控制器，用于反馈所述电机的转动信息；

所述关节驱动装置还包括：

拉力传感器，设置于所述第一驱动线和所述第二驱动线，与所述编码器通讯连接，用于获取所述第一驱动线拉动所述第一关节绑缚件或所述第二子驱动线和第三子驱动线拉动所述关节辅助板的实际拉力大小，并将所述实际拉力大小发送至所述编码器，以使所述编码器对所述电机的转动信息进行修正反馈。

4.根据权利要求2所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述关节驱动装置还包括：

躯干绑缚件，连接所述驱动组件，用于将所述驱动组件固定于人体躯干；

所述驱动组件还包括挂钩、机架和驱动组件保护罩，所述挂钩设置于机架，用于连接所述躯干绑缚件；所述机架与所述驱动组件保护罩之间用于容置所述电机和绕线盘。

5.根据权利要求2所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述驱动组件还包括：

绕线盘保护盖，套设于所述绕线盘，用于保护所述驱动线；

电池，连接所述电机，用于为所述驱动组件提供电源。

6.根据权利要求1所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述绕线盘包括线槽和两个凹槽，所述线槽用于缠绕所述驱动线，所述凹槽设置于所述绕线盘相对两侧，分别用于固定所述第一驱动线和所述第一子驱动线。

7.根据权利要求1所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述第一关节绑缚件为髋关节绑缚件，用于绑缚人体髋关节；

所述第二关节绑缚件为膝关节绑缚件，用于绑缚人体膝关节；

其中，所述髋关节绑缚件在所述第一驱动线的拉动作用下，对人体髋关节摆动屈曲形成主动拉伸助力，所述膝关节绑缚件通过所述关节辅助板在所述第二子驱动线和第三子驱动线的拉动下，对人体膝关节屈曲形成主动拉伸助力。

8.根据权利要求7所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述关节辅助板设置于所述膝关节绑缚件；其中，所述关节辅助板为弧形，以使所述关节辅助板与膝关节贴合。

9.根据权利要求8所述的关节驱动装置，其特征在于，

所述关节驱动装置还包括驱动线调节件，所述驱动线调节件包括第一连接端、第二连接端和第三连接端；

所述第一子驱动线的一端连接所述第一连接端，所述第一子驱动线的另一端连接所述绕线盘；

所述第二子驱动线的一端连接所述第二连接端，所述第二子驱动线的另一端连接所述关节辅助板；

所述第三子驱动线的一端连接所述第三连接端，所述第三子驱动线的另一端连接所述关节辅助板。

10.一种关节驱动装置的控制方法，其特征在于，所述控制方法应用于关节驱动装置，所述关节驱动装置包括第一关节绑缚件、第二关节绑缚件、关节辅助板和驱动组件，所述关节辅助板连接于所述第二关节绑缚件，所述驱动组件包括绕线盘、第一驱动线和第二驱动线，所述第一驱动线和所述第二驱动线缠绕于所述绕线盘，所述第一驱动线连接所述第一关节绑缚件，所述第二驱动线包括第一子驱动线、第二子驱动线和第三子驱动线，所述第一子驱动线缠绕于所述绕线盘，所述第二子驱动线和第三子驱动线连接所述关节辅助板；所述关节辅助板被配置为：接收所述第二子驱动线和第三子驱动线提供的拉力，以带动所述第二关节绑缚件朝所述拉力方向移动；所述控制方法包括：

获取传感信号；

根据所述传感信号确定人体的运动状态；

在人体处于第一运动状态时，控制所述绕线盘以第二方向转动，进而收缩所述第一驱动线，拉动所述第一关节绑缚件；

在人体处于第二运动状态时，控制所述绕线盘以第一方向转动，进而收缩所述第二子驱动线和第三子驱动线，拉动所述关节辅助板，以通过所述关节辅助板带动所述第二关节绑缚件。

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