CN113712335B - 一种静电式辅助行走装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及增强人体行走和静电吸附的技术领域，并提供了一种静电式辅助行走装置及其控制方法，所述辅助行走装置包括穿戴件、电源装置、第一电开关以及设置于所述穿戴件上的压力检测结构和吸附装置，所述压力检测结构用于检测穿戴者对所述穿戴件的压力，所述电源装置适于通过所述第一电开关与所述吸附装置电连接，所述第一电开关适于根据所述压力检测结构的第一压力检测值闭合或关断；本发明通过第一电开关的通断，以控制吸附装置的吸附力的产生和消失，以实现行走或停止动作，不仅适用于地球上各种地面的主动防滑和辅助稳定行走，而且也可以适用于外太空更加稳定的辅助直立行走，适用范围更广。

Description

一种静电式辅助行走装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及增强人体行走和静电吸附的技术领域，具体而言，涉及一种静电式辅助行走装置及其控制方法。

背景技术

目前，中国已进入老龄化社会并处于老龄化不断加深的阶段。受性别、生理、心理、环境、药物、疾病及不良症状等多方面的影响，老年人在日常生活中容易发生摔倒从而引发如骨折、脑溢血等多方面的问题。世界卫生组织报告显示，全球每年约有30余万人死于摔倒，其中一半是60岁以上的老人。在中国，60岁以上的老年人超过两亿，每年有4000万老人至少跌倒一次，摔倒已成为65岁以上老人死亡的头号原因。防摔倒一直以来都是是科研工作者致力研究的一个课题。摔倒又可分为滑倒、绊倒和跌倒，在摔倒事故中，滑倒的几率远比绊倒和跌倒大得多。因此，防滑倒的研究非常有必要。

当前，防滑倒的措施包括：设置安全标语、对路面采取防滑措施(如铺设防滑垫、防滑砖等)以及增加鞋子的防滑性等。安全标语和路面的防滑措施会因为活动场合的不同而有所限制，故增加鞋子的防滑性是人们针对防滑倒研究的一个主要研究方向。

防滑性是鞋子应具备的重要功能之一，也是检查鞋子性能的重要指标。鞋底的防滑性直接影响着鞋子穿用时的舒适性和安全性。良好的防滑性更有利于行走稳定，从而减少伤害。人们通过设计不同的鞋底花纹与鞋底结构、使用防滑鞋套及其他防滑装置等，大大增加了鞋底摩擦力，使得人们可以在很光滑的地面(如瓷砖表面、冰面等)上行走，极大地降低了人们摔倒的风险。不断增大鞋底摩擦力、增强鞋子的防滑功能也是众多科研工作者一直以来的目标。

目前人们针对鞋子采取的防滑措施主要包括：(1)选用摩擦力大的鞋底材料。常用的鞋底材料有橡塑、橡胶、PU、PVC、EVA、TPR、人造底革、天然皮革等，不同种类材料的鞋底防滑性能也不一样。(2)设计鞋底花纹结构。常见的规则花纹有点状式花纹、波浪纹、菱形花纹等；不规则的花纹通常仿照自然界中的一些纹理，如树皮、碎石等花纹；某些特殊花纹则是根据鞋子的特定功效定制具有特殊功能的花纹。(3)在特定场合下，如湿滑地面、冰雪路面等，穿戴防滑鞋套等防滑装置。目前的防滑鞋套等防滑装置是在鞋底安装特种钢材质鞋钉及防滑刺，以达到增大摩擦力的目的。

但当前的防滑措施有个共同的缺点，即仅仅通过增大鞋子表面的粗糙程度来增大摩擦力，这在寻常的路面及雪地上可以起到防滑的作用，但是在有水的瓷砖表面或者冰面上防滑效果并不明显。因此，需要一种可以将双脚牢牢吸附在地面上的装置，即使在很光滑的地面上也能保证双脚吸附在地面上不滑动。抬脚时吸附力消失，落脚时吸附力出现，实现在绝大多数光滑的表面上也能做到行走自如。

此外，直立行走是人们进行正常生活和稳定工作的前提，不仅可以解放双手，提高工作效率，还能使脑部朝上以减轻颈椎负重，避免发生危险。更重要的是，直立行走可最大程度上减轻脑部压力，在一定程度上保证了大脑的快速及高效运行。在外太空零重力环境下(如空间站)，人体会漂浮在空中。在重力加速度与地球不同的星球表面，如进行月球、火星表面勘测时，由于重力加速度和空气密度与地球不同，人们所习惯的行走方式会由于自身重力及空气阻力的改变导致人体会行走不稳，这时人们只能通过放慢行走速度来保证安全行走。在这两种情况下，也需要一种可以将双脚牢牢吸附在地面上的装置来辅助人们直立行走，既保证人体不会在零重力环境下漂浮起来，也保证人体在其他星球表面不会因为重力的不同而行走不稳。

针对传统防滑措施防滑功能不足以及外太空行走不便的问题，本专利提出一种静电式辅助行走装置及其控制方法。

发明内容

本发明解决的问题是如何设计一种可以适用于不同环境实现平稳行走的辅助行走装置及其控制方法。

为解决上述问题，本发明提供一种静电式辅助行走装置，包括穿戴件、电源装置、第一电开关以及设置于所述穿戴件上的压力检测结构和吸附装置，所述压力检测结构用于检测穿戴者对所述穿戴件的压力，所述电源装置适于通过所述第一电开关与所述吸附装置电连接，以使所述吸附装置产生吸附力，所述第一电开关适于根据所述压力检测结构的第一压力检测值闭合或关断，以适用于各种地面的主动防滑以及外太空的直立行走。

可选地，所述电源装置包括第一电能存储器件和高压发生器件，所述第一电能存储器件的输出端适于通过所述第一电开关与所述高压发生器件电连接，以将所述第一电能存储器件的低电压转换为高电压，所述高压发生器件与所述吸附装置电连接，以使所述吸附装置产生静电吸附力用于吸附地面。

可选地，辅助行走装置还包括智能穿戴装置和设置于所述穿戴件上的第一开关接收器，所述智能穿戴装置包括第一开关发射器，所述第一开关发射器与所述第一开关接收器遥控连接，所述第一开关接收器设置于所述第一电能存储器件与所述高压发生器件之间的供电回路上，所述第一开关接收器适于根据所述第一开关发射器的输出信号闭合或关断，以实现对所述第一开关接收器的智能遥控。

可选地，辅助行走装置还包括设置于所述穿戴件上的第二电开关和电量检测装置，所述电源装置还包括第二电能存储器件，所述第二电能存储器件适于通过所述第二电开关与所述第一电能存储器件电连接，所述电量检测装置与所述第一电能存储器件电连接，以检测所述第一电能存储器件的电量，所述第二电开关适于根据所述电量检测装置的电量检测值闭合或关断，以实现对第一电能存储器件的智能充电。

可选地，所述电源装置还包括设置于所述穿戴件上的能量发电器件和整流器件，所述能量发电器件通过所述整流器件与所述第二电能存储器件电连接，所述整流器件用于将所述穿戴者运动产生的能量被所述能量发电器件转换为电能进行整流并存储于所述第二电能存储器件内，以实现自供电。

可选地，辅助行走装置还包括设置于所述穿戴件上的第二开关接收器，所述智能穿戴装置还包括第二开关发射器，所述第二开关接收器与所述第一电能存储器件的电源输出端电连接，所述第二开关发射器与所述第二开关接收器遥控连接。

可选地，所述吸附装置包括设置于所述穿戴件上的吸附电极，所述电源装置适于通过所述第一电开关与所述吸附电极电连接。

可选地，辅助行走装置还包括控制装置，所述压力检测结构和所述第一电开关分别与所述控制装置电连接，当所述压力检测结构检测到抬脚动作时，第一电开关断开，当所述压力检测结构检测到落脚动作时，第一电开关闭合。

可选地，所述穿戴件为鞋子、鞋套和鞋垫中任一种。

可选地，所述鞋子采用传统工艺或增材制造技术制成。

可选地，所述吸附电极的面积大于、等于或小于所述穿戴件的面积。

可选地，所述能量发电器件包括压电陶瓷发电机、摩擦发电机、电磁感应发电机和振动发电机中任一种。

可选地，所述第一电能存储器件和第二电能存储器件均采用蓄电池、电容和超级电容中任一种。

可选地，所述压力检测结构包括压力传感器或压电传感器。

可选地，静电式辅助行走装置还包括设置于所述穿戴件上的智能感知器件，所述智能感知器件与所述智能穿戴装置电连接，用于将检测到人体脚部的运动信号传输至所述智能穿戴装置。

可选地，所述智能感知器件包括加速度传感器或位移传感器。

可选地，所述智能穿戴装置包括智能手环、微型遥控器、手链和项链中任一种，从而实现便携式智能化。

可选地，所述吸附电极采用梳齿型电极、旋转圆盘电极和螺旋电极中任一种。

与现有技术相比，本发明将穿戴件穿戴于穿戴者的脚上且双脚踏在地面，通过将压力检测结构设置于穿戴件上，当要向前行走时，抬起一只脚，压力检测结构对穿戴者作用于穿戴件的第一压力检测值小于行走阈值，使第一电开关关断，以断开电源装置与吸附装置之间的电路，以使吸附装置因失去电源装置提供的电源而失去对地面的吸附力，可抬脚迈出一步，实现行走动作；在落脚之后，压力检测结构可以感应到穿戴者的脚落地的压力信号，使第一电开关闭合，以使电源装置与吸附装置之间的电路导通，利用电源装置给吸附装置供电以再次产生对地面的吸附力，以此循环，从而通过吸附力方式实现了辅助行走功能，不仅适用于地球上各种地面的主动防滑和辅助稳定行走，而且也可以适用于外太空更加稳定的辅助直立行走，适用范围更广。

本发明还提供一种静电式辅助行走控制方法，基于如上述所述的静电式辅助行走装置，包括如下步骤：

闭合第一开关接收器和第二开关接收器，在穿戴者的脚部落地时，闭合第一电开关，使吸附装置产生吸附力，用于穿戴者的两脚吸附地面；

穿戴者抬起一只脚，获取作用于穿戴件上的第一压力检测值；

根据所述第一压力检测值与预设的行走阈值进行比对，根据比对结果控制吸附装置是否失去吸附力，确定行走或停止动作；其中，所述行走阈值为所述穿戴者抬起一只脚后，穿戴者对所述穿戴件最大的压力值。

由此，由于一种静电式辅助行走控制方法基于如上述所述的静电式辅助行走装置，故所述静电式辅助行走控制方法至少具有所述静电式辅助行走装置的有益效果，在此不再赘述。

可选地，所述根据所述第一压力检测值与预设的行走阈值进行比对，根据比对结果控制吸附装置是否失去吸附力，确定行走或停止动作包括：

若所述第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，判断一只脚的脚底已抬起，控制一只脚的第一电开关断开，使所述吸附装置失去吸附力，迈出一步，实现行走动作；

穿戴者一只脚的脚底落地，获取作用于穿戴件上的第二压力检测值；

根据所述第二压力检测值与预设的停止阈值进行比对，当第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值，则判断一只脚的脚底已落地，控制一只脚的第一电开关闭合，使吸附装置产生吸附力；其中，所述停止阈值为所述穿戴者脚底刚着地后，穿戴者对所述穿戴件1最小的压力值；

穿戴者抬起另一只脚，获取作用于穿戴件上的所述第一压力检测值；

若所述第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，判断另一只脚的脚底已抬起，控制另一只脚的所述第一电开关断开，使控制吸附装置失去吸附力，另一只脚迈出一步；

穿戴者另一只脚的脚底落地，获取作用于穿戴件上的第二压力检测值；

根据所述第二压力检测值与预设的停止阈值进行比对，当第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值，则判断另一只脚的脚底已落地，控制另一只脚的第一电开关闭合，使吸附装置产生吸附力；

判断是否继续行走，若为否，则断开所述第一开关接收器和所述第二开关接收器。

附图说明

图1为本发明实施例中辅助行走装置的电路原理图之一；

图2为本发明实施例中辅助行走装置的电路原理图之二；

图3为本发明实施例中辅助行走装置的结构示意图之一；

图4为本发明实施例中辅助行走装置的结构示意图之二；

图5为本发明实施例中吸附装置的排列结构示意图之一；

图6为本发明实施例中吸附装置的排列结构示意图之二；

图7为本发明实施例中辅助行走装置的防滑应用场景图；

图8为本发明实施例中辅助行走装置在外太空行走的应用场景图；

图9为本发明实施例中辅助行走控制方法的流程图之一；

图10为本发明实施例中辅助行走控制方法的流程图之二。

附图标记说明：

1-穿戴件；2-电源装置；21-第一电能存储器件；22-高压发生器件；23-能量发电器件；24-整流器件；25-第二电能存储器件；3-第一电开关；4-压力检测结构；5-吸附装置；6-智能穿戴装置；61-第一开关发射器；62-第二开关发射器；7-第一开关接收器；8-第二电开关；9-电量检测装置；10-第二开关接收器；11-控制装置。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“一个实施例”和“一个实施方式”等的描述意指结合该实施例或实施方式描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示实施方式中。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实施方式。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或实施方式以合适的方式结合。

为解决上述背景技术提出的技术问题，结合图1至图4所示，本发明实施例提供一种静电式辅助行走装置，包括穿戴件1、电源装置2、第一电开关3以及设置于所述穿戴件1上的压力检测结构4和吸附装置5，所述压力检测结构4用于检测穿戴者对所述穿戴件1的压力，所述电源装置2适于通过所述第一电开关3与所述吸附装置5电连接，以使所述吸附装置5产生吸附力，所述第一电开关3适于根据所述压力检测结构4的第一压力检测值闭合或关断，以适用于各种地面的主动防滑以及外太空的直立行走。

需要说明的是，穿戴件1用于穿戴于穿戴者的脚上，可以为各种鞋子、鞋套、鞋垫等，在此不做具体限定。压力检测结构4和吸附装置5可均安装于穿戴件1上，例如压力检测结构4可安装于作为穿戴件1的鞋子的内底部、鞋子的底板内部等，压力检测结构4还可安装于作为穿戴件1的鞋套的夹层中或鞋套的内底部，压力检测结构4还可安装于作为穿戴件1的鞋垫的夹层中、鞋垫的内底部或鞋垫与鞋子之间处，压力检测结构4用于检测穿戴者的脚对穿戴件1的接触压力值大小，故压力检测结构4的具体设置位置在此不做具体限定。吸附装置5可安装于作为穿戴件1的鞋子的内底部、鞋子的底板夹层或鞋子的外底部等处，吸附装置5用于在通电时产生相对地面的吸附力以吸附地面，其具体设置位置在此不做具体限定。电源装置2用于给吸附装置5提供工作电源，使吸附装置5在通电状态下产生吸附力，在断电状态下失去吸附力。由于电源装置2适于通过第一电开关3与吸附装置5电连接，以及压力检测结构4设置于穿戴件1上，当压力检测结构4检测出穿戴者的脚抬起时对穿戴件1的第一压力检测值小于行走阈值时，判断脚底已抬起，第一电开关3断开，此时吸附装置5因失去电源装置2提供的电源而失去对地面的吸附力，此时穿戴者可以迈出一步；当压力检测结构4检测出穿戴者落脚信号之后，此时判断脚底已落地，第一电开关3闭合，吸附装置5因再次得到电源装置2提供的电源而产生吸附力以吸附地面，实现平稳直立行走。第一电开关3为可以被其他器件控制断开或闭合的电开关，例如二极管开关、三极管开关、继电器开关等，在此不过多举例。

本实施例将穿戴件1穿戴于穿戴者的脚上且双脚踏在地面，通过将压力检测结构4设置于穿戴件1上，当要向前行走时，抬起一只脚，压力检测结构4对穿戴者作用于穿戴件1的第一压力检测值小于行走阈值，使第一电开关3关断，以断开电源装置2与吸附装置5之间的电路，以使吸附装置5因失去电源装置2提供的电源而失去对地面的吸附力，可抬脚迈出一步，实现行走动作；在落脚之后，压力检测结构4可以感应到穿戴者的脚落地的压力信号，使第一电开关3闭合，以使电源装置2与吸附装置5之间的电路导通，利用电源装置2给吸附装置5供电以再次产生对地面的吸附力，以此循环，不仅实现了智能感知，而且还通过吸附力方式实现了辅助行走功能，不仅适用于地球上各种地面的主动防滑和辅助稳定行走，而且也可以适用于外太空更加稳定的辅助直立行走，适用范围更广。例如，若穿上普通鞋子，在比较光滑的路面就会出现易跌倒的情况，见图7的左边附图，若穿上包括可以实现静电式吸附的穿戴件1的静电式辅助行走装置，就可以平稳吸附地面，见图7中的右边附图，进而适用于地球上的主动防滑和辅助稳定行走。而在外太空的空间站，若穿戴者穿上普通鞋子，则容易漂浮，无法直立行走，见图8中的左边附图，若穿戴者穿上带静电吸附的穿戴件1，就可以平稳吸附，从而适用于在外太空中，可辅助人类在空间站直立行走，在星球上实现稳定行走动作，见图8中的右边附图。

在本发明的一个实施例中，结合图2所示，所述电源装置2包括第一电能存储器件21和高压发生器件22，所述第一电能存储器件21的输出端适于通过所述第一电开关3与所述高压发生器件22电连接，以将所述第一电能存储器件21的低电压转换为高电压，所述高压发生器件22与所述吸附装置5电连接，以使所述吸附装置5产生静电吸附力用于吸附地面。

需要说明的是，通过第一电能存储器件21的输出端经第一电开关3与高压发生器件22电连接，从而便于高压发生器件22将第一电能存储器件21输出的低电压转换为高电压并作用于吸附装置5上，由于吸附装置5在获取高电压之后就会产生对地面的吸附力，使穿戴件1稳定的吸附在地面上，在一些比较光滑的地面上可以起到防滑作用，而在外太空区域，可以实现直立行走。当需要行走时，第一电开关断开，第一电能存储器件21不再给高压发生器件22供电，此时吸附装置5因断电就失去吸附力，从而实现行走动作。

在本发明的一个实施例中，结合图2至图4所示，静电式辅助行走装置还包括智能穿戴装置6和设置于所述穿戴件1上的第一开关接收器7，所述智能穿戴装置6包括第一开关发射器61，所述第一开关发射器61与所述第一开关接收器7遥控连接，所述第一开关接收器7设置于所述第一电能存储器件21与所述高压发生器件22之间的供电回路上，所述第一开关接收器7适于根据所述第一开关发射器61的输出信号闭合或关断，以实现对所述第一开关接收器7的智能遥控。

需要说明的是，通过智能穿戴装置6中的第一开关发射器61与设置于穿戴件1上的第一开关接收器7遥控连接，以及第一开关接收器7设置于第一电能存储器件21与高压发生器件22之间的供电回路上，从而便于穿戴者通过操作智能穿戴装置6上的第一开关发射器61遥控第一开关接收器7的通断，来手动控制吸附装置5的吸附力的有无，即操作第一开关发射器61，使第一开关接收器7断开，则供电回路中吸附装置5失去第一电能存储器件21提供的电源而失去吸附力，若操作第一开关发射器61，使第一开关接收器7闭合，则供电回路中吸附装置5得到第一电能存储器件21提供的电源而产生吸附力，从而实现无线智能遥控功能。

在本发明的一个实施例中，结合图2至图4所示，静电式辅助行走装置还包括设置于所述穿戴件1上的第二电开关8和电量检测装置9，所述电源装置2还包括第二电能存储器件25，所述第二电能存储器件25适于通过所述第二电开关8与所述第一电能存储器件21电连接，所述电量检测装置9与所述第一电能存储器件21电连接，以检测所述第一电能存储器件21的电量，所述第二电开关8适于根据所述电量检测装置9的电量检测值闭合或关断，以实现对第一电能存储器件21的智能充电。

需要说明的是，通过电量检测装置9与所述第一电能存储器件21电连接，从而利用电量检测装置9可以实时检测第一电能存储器件21的电量，通过所述第二电能存储器件25适于通过所述第二电开关8与所述第一电能存储器件21电连接，从而在第一电能存储器件21处于一个低电量的状态时，第二电开关8闭合，此时可以利用第二电能存储器件25给第一电能存储器件21进行充电，进而延长第一电能存储器件21的使用时间，以相应的延长利用第一电能存储器件21给吸附装置5提供电源实现行走动作的时间；而当电量检测装置9检测到第一电能存储器件21比较充足时，第二电开关8断开，此时第二电能存储器件25无需给第一电能存储器件21充电，将第二电能存储器件25作为备用电源。

其中，由于电量检测装置9用于检测第一电能存储器件21的电量，只要能够实现对作为电能存储器件的蓄电池的电量进行实时检测的电量检测装置9均适用于本技术方案，在此不做具体限定。由于第二电能存储器件25可以为第一电能存储器件21提供电能，故第二电能存储器件25可以为蓄电池、电容或超级电容等储存电能的装置，在此不做具体限定。

静电式辅助行走装置还包括控制装置11，电量检测装置9和第二电开关8分别与控制装置11电连接，从而通过电量检测装置9将第一电能存储器件21的剩余电量数据实时传输至控制装置11，由控制装置11根据剩余电量数据与内部预设的电量阈值进行比对，以判断第一电能存储器件21是否处于低电量状态，若第一电能存储器件21处于低电量状态，则由控制装置11控制第二电开关8闭合导通，以实现第二电能存储器件25对第一电能存储器件21的智能充电，若第一电能存储器件21未处于低电量状态，则控制装置11控制第二电开关8关断，此时无需对第一电能存储器件21进行充电。第二电开关8可以为二极管开关、三极管开关、继电器开关等，只能能够被控制装置11控制其闭合或断开的电开关均适用于本技术方案，在此不再赘述。

在本发明的一个实施例中，结合图2至图4所示，所述电源装置2还包括设置于所述穿戴件1上的能量发电器件23和整流器件24，所述能量发电器件23通过所述整流器件24与所述第二电能存储器件25电连接，所述整流器件24用于将所述穿戴者运动产生的能量被所述能量发电器件23转换为电能进行整流并存储于所述第二电能存储器件25内，以实现自供电。

需要说明的是，通过将能量发电器件23设置于穿戴件1上，从而可以利用能量发电器件23将穿戴者在行走运动过程中产生的能量进行发电，通过所述能量发电器件23通过所述整流器件24与所述第二电能存储器件25电连接，从而便于整流器件将能量发电器件23产生的不太稳定的电能进行整流后输出稳定的电能存储于第二电能存储器件25内，从而为第一电能存储器件21提供了后备电能，从而实现对第二电能存储器件25的自供电。

其中，整流器件24用于将能量发电器件23发电后产生的不太稳定的电能进行整流以输出稳定的电能，整流器件24可以为桥式整流模块，故只要能够实现对发电器件产生的不太稳定的电能整流输出稳定电能的整流器件24均适用于本技术方案，在此不做具体限定。

在本发明的一个实施例中，结合图2至图4所示，静电式辅助行走装置还包括设置于所述穿戴件1上的第二开关接收器10，所述智能穿戴装置6还包括第二开关发射器62，所述第二开关接收器10与所述第一电能存储器件21的电源输出端电连接，所述第二开关发射器62与所述第二开关接收器10遥控连接。

需要说明的是，结合图2所示，静电式辅助行走装置包括多个不同电器件，且多个不同电器件中例如压力检测结构4、高压发生器件22、第一开关接收器7、控制装置11等都需要电源才可以正常工作，故第一电能存储器件21不仅为高压发生器件22提供电能以使吸附装置5产生吸附力，也要为压力检测结构4、高压发生器件22、第一开关接收器7提供电能，因此通过将智能穿戴装置6中的第二开关发射器62与第二开关接收器10遥控连接，以及第二开关接收器10与第一电能存储器件21的电源输出端电连接，从而利用智能穿戴装置6的第二开关发射器62来控制辅助行走装置的整个电路的通断。

其中，第二开关发射器62可以对第二开关接收器10发出开/关指令，由第二开关接收器10接收并执行，以达到静电式辅助行走装置的整个电路的导通/断开的目的。第二开关发射器62与第二开关接收器10之间可通过wifi、蓝牙、红外线来进行无线信号传输，其中，利用开关发射器控制开关接收器导通或断开是比较常熟的现有技术，在此不再赘述。

在本发明的一个实施例中，结合图1所示，所述吸附装置5包括设置于所述穿戴件1上的吸附电极，所述电源装置2适于通过所述第一电开关3与所述吸附电极电连接。

需要说明的是，通过电源装置2经第一电开关3与吸附电极电连接，从而便于电源装置2为吸附电极提供工作电源，使吸附电极处于通电状态下产生吸附力，以吸附地面，实现在比较光滑地面环境下主动防滑或在外太空零重力环境下直立行走，断电时失去吸附力，以便于穿戴者迈出脚步实现行走动作。

在本发明的一个实施例中，结合图2所示，辅助行走装置还包括控制装置11，所述压力检测结构4和所述第一电开关3分别与所述控制装置11电连接，当所述压力检测结构4检测到抬脚动作时，第一电开关3断开，当所述压力检测结构4检测到落脚动作时，第一电开关3闭合。

需要说明的是，压力检测结构4可设置于穿戴件1的脚后跟，通过压力检测结构4与控制装置11电连接，且在控制装置11内预先设置行走阈值和停止阈值，在需要行走动作时，穿戴者先抬起一只脚后跟，此时压力检测结构4将检测到穿戴者脚抬起时对穿戴件1的第一压力检测值传输至控制装置11，由控制装置11将所述第一压力检测值与行走阈值进行大小值比对，若第一压力检测值小于行走阈值，则判断穿戴者的脚后跟已成功离地，此时控制装置11可控制第一电开关3断开，从而吸附装置5因失去电源装置2的电源而失去吸附力，穿戴者可向前迈出一步，实现行走动作，若第一压力检测值大于或等于行走阈值，则判断穿戴者的脚后跟还未成功离地，此时由于电源装置2一直给吸附装置5供电而产生吸附力而无法实现行走，由穿戴者再次抬起脚后跟，直到压力检测结构4检测的第一压力检测值小于行走阈值，方可实现行走动作，进而实现行走动作的自动控制。

其中，在吸附电极的上方设置静电屏蔽层，即静电屏蔽层处于吸附电极与穿戴者的脚之间处，从而有效地避免吸附电极可能对穿戴者脚部的极化风险。

在本发明的一个实施例中，所述穿戴件1为鞋子、鞋套和鞋垫中任一种。

需要说明的是，穿戴件1可穿戴于穿戴者的脚上，故穿戴件1可以为鞋子、鞋套或鞋垫，在此不做具体限定。作为穿戴件1的鞋套可以为传统的柔性鞋套，也可以是自行设计的局部刚性鞋套，还可以为传统的布鞋套、CPE鞋套、塑料鞋套等，在此不做具体限定。其中，作为穿戴件1的局部刚性鞋套可以将其底部改为刚性绝缘材料内嵌吸附电极，刚性绝缘材料大小可以与鞋底相同，也可以略大于鞋底以增加吸附电极面积从而增大对地面的吸附力。

在本发明的一个实施例中，所述鞋子采用传统工艺或增材制造技术制成。

需要说明的是，鞋子可以采用传统工艺制成，例如作为穿戴件1的鞋子可以为皮鞋、布鞋、胶鞋、塑料鞋等；鞋子也可以采用增材制造技术制成，例如可以通过3D、4D打印技术制作的各类鞋子，在此不做具体限定。

在本发明的一个实施例中，所述吸附电极的面积大于、等于或小于所述穿戴件1的面积。

需要说明的是，若穿戴件1为鞋子，设置于鞋子底部的吸附装置的吸附电极的面积大于或等于穿戴件1的面积，从而可以增大吸附力，以提高吸附地面的稳定性；若吸附装置设置于作为穿戴件1的鞋子的内部，则吸附电极的面积要小于穿戴件1的面积，从而便于将吸附电极顺利安装于鞋子内。若穿戴件1为鞋垫，则吸附装置的吸附电极可以大于、等于或小于作为穿戴件1的鞋垫面积。故吸附电极的面积可根据穿戴件1的种类以及吸附电极的设置位置进行灵活选择，在此不做具体限定。

在本发明的一个实施例中，所述能量发电器件23包括压电陶瓷发电机、摩擦发电机、电磁感应发电机和振动发电机中任一种。

需要说明的是，能量发电器件23可以为压电陶瓷发电机，压电陶瓷发电机包括多个压电陶瓷，多个压电陶瓷可以串联连接，也可以并联连接，在此可以将作为能量发电器件23的压电陶瓷发电机中的多个压电陶瓷设置于作为穿戴件1的鞋子根部处，从而在穿戴者行走过程中，穿戴者的脚着地地面的压力使压电陶瓷受压产生机械变形从而发出电能，在此需要说明的是，压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，具有敏感的特性，其可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，故利用压电陶瓷进行发电是公知的现有技术，在此不再赘述。又如，能量发电器件23还可以为摩擦发电机、电磁感应发电机、振动发电机等，只要能够将穿戴者在运动过程中产生的机械能、摩擦能等转换为电能的发电机均适用于本技术方案，在此不作具体限定。

在本发明的一个实施例中，所述第一电能存储器件21和第二电能存储器件25均采用蓄电池、电容和超级电容中任一种。

需要说明的是，通过将第一电能存储器件21和第二电能存储器件25限定为蓄电池、电容和超级电容中任一种，从而便于存储直流电能，故在此不做具体限定。

在本发明的一个实施例中，所述压力检测结构4包括压力传感器或压电传感器。

需要说明的是，压力检测结构4可以为压电传感器、压力传感器等，只要能够检测穿戴者的脚对穿戴件1的压力值的压力检测装置均适用于本技术方案，在此不再赘述。

在本发明的一个实施例中，静电式辅助行走装置还包括设置于所述穿戴件1上的智能感知器件，所述智能感知器件与所述智能穿戴装置6电连接，用于将检测到人体脚部的运动信号传输至所述智能穿戴装置6。

需要说明的是，智能穿戴装置6可以包括微显示屏，通过将智能感知器件与智能穿戴装置6电连接，从而便于智能感知器件将检测到人体脚部的运动信号传输至智能穿戴装置6，以便于穿戴者可以通过智能穿戴装置6的微显示屏显示出人体脚部的运动信号，实现智能感知功能。

在本发明的一个实施例中，所述智能感知器件包括加速度传感器或位移传感器。

需要说明的是，通过在穿戴件1上设置作为智能感知器件的加速度传感器或位移传感器，从而便于穿戴者可以通过智能穿戴装置显示人体脚部的运动信号。例如，若智能感知器件为加速度传感器，则可以检测到人体脚部的加速度信号，若智能感知器件为位移传感器，则可以检测到人体脚部的位移即行走距离信号。

在本发明的一个实施例中，所述智能穿戴装置6包括智能手环、微型遥控器、手链和项链中任一种，从而实现便携式智能化。

需要说明的是，智能穿戴装置6可以为智能手环，即利用智能手环作为第一开关发射器61和第二开关发射器62的载体，智能穿戴装置6还可以为微型遥控器、手链、智能项链等便携式智能穿戴装置，从而实现便携式智能化。

在本发明的一个实施例中，所述吸附电极采用梳齿型电极、旋转圆盘电极和螺旋电极中任一种。

需要说明的是，在本实施例中，吸附电极的数量可以为一组，也可以为两组，电源装置2中的高压发生器件22用于给吸附电极进行通电。其中，当吸附电极的数量为一组时，即吸附电极的数量为至少一个，则高压发生器件22为静电发生器，至少一个吸附电极分别通过导线与电源装置2中的高压发生器件22电连接，利用作为高压发生器件22的静电发生器产生高压静电荷经导线传输至吸附电极，此时通过静电场使穿戴件1接近或接触的地面感应极化，产生大量极性相反的束缚电荷，从而通过库仑力使穿戴者脚上的穿戴件1平稳的吸附于地面，从而实现防滑或直立行走。

当吸附电极的数量为两组时，即每组吸附电极的数量为至少一个，且相邻两个或相邻两组吸附电极间隔设置，则高压发生器件22可以为正负极性直流高压发生器，相邻两个或相邻两组吸附电极分别通过导线与作为高压发生器件22的正负极性直流高压发生器的正极端和负极端电连接，利用作为高压发生器件22的正负极性直流高压发生器给相邻两个吸附电极分别通入高压正电荷和高压负电荷，此时吸附电极之间产生高压强电场，从而通过高压强电场使穿戴者脚上的穿戴件1平稳的吸附于地面，从而实现防滑或直立行走。

其中，在吸附电极的数量为两组时，所述吸附电极采用梳齿型电极、旋转圆盘电极和螺旋电极中任一种，例如两组吸附电极可以呈不同形状的梳齿型状排列，例如图5和图6所示；当然，吸附电极也可以呈旋转圆盘状、螺旋状等形状排列，只要满足两组吸附电极之间保持一定间距或之间保持绝缘这个条件的排列方式均适用于本技术方案，在此不再赘述。且吸附电极的电极材料可以为石墨烯、碳纳米管和导电碳脂等可拉伸导电材料制作而成。

本发明另一实施例提供一种静电式辅助行走控制方法，基于如上述实施例所述的静电式辅助行走装置，包括如下步骤：

S1、闭合第一开关接收器7和第二开关接收器10，在穿戴者的脚部落地时，闭合第一电开关3，使吸附装置5产生吸附力，用于穿戴者的两脚吸附地面；

S2、穿戴者抬起一只脚，获取作用于穿戴件1上的第一压力检测值；

S3、根据所述第一压力检测值与预设的行走阈值进行比对，根据比对结果控制吸附装置5是否失去吸附力，确定行走或停止动作；其中，所述行走阈值为所述穿戴者抬起一只脚后，穿戴者对所述穿戴件1最大的压力值。

需要说明的是，结合图9和图10所示，在穿戴者穿戴上穿戴件1后，可以分别通过第一开关发射器61和第二开关发射器62控制闭合第一开关接收器7和第二开关接收器10，然后在穿戴者的脚部落地时，压力检测结构4检测到穿戴者的脚部已落地，并将其信号传输至控制装置，此时电源装置2先控制第一电开关3闭合，以通过第一电开关3给吸附装置5通电，以产生吸附力吸附地面，而第二电能存储器件25可以通过第二电开关8给第一电能存储器件21进行充电。

在穿戴者抬起一只脚后，获取穿戴者对脚部上的穿戴件1的第一压力检测值，并根据第一压力检测值与控制装置11内的行走阈值进行比对，根据比对结果以判断吸附装置5是否失去吸附力，从而实现行走动作的自动控制。其中，当穿戴者需要行走时，穿戴者的一只脚刚抬起一部分，此时压力检测结构4对穿戴者对穿戴件1的第一压力检测值会小于穿戴者双脚着地时的压力值，此时第一压力检测值可为行走阈值，而穿戴者的脚部完全抬起时，此时压力检测结构4检测的第一压力检测值会趋于零并小于所述行走阈值，此时可以准确判断穿戴者的脚部已成功离地，具备行走条件，此时第一电开关3断开，吸附装置5因失去电源装置2的电能而失去吸附力，此时可以向前或向后运动一步。

在上述实施例中，S3、所述根据所述第一压力检测值与预设的行走阈值进行比对，根据比对结果控制吸附装置5是否失去吸附力，确定行走或停止动作包括：

S31、若所述第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，判断一只脚的脚底已抬起，控制一只脚的第一电开关3断开，使所述吸附装置5失去吸附力，迈出一步，实现行走动作；

S32、穿戴者一只脚的脚底落地，获取作用于穿戴件1上的第二压力检测值；

S33、根据所述第二压力检测值与预设的停止阈值进行比对，当第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值，则判断一只脚的脚底已落地，控制一只脚的第一电开关3闭合，使吸附装置5产生吸附力；其中，所述停止阈值为所述穿戴者脚底刚着地后，穿戴者对所述穿戴件1最小的压力值；

S34、穿戴者抬起另一只脚，获取作用于穿戴件1上的所述第一压力检测值；

S35、若所述第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，判断另一只脚的脚底已抬起，控制另一只脚的所述第一电开关3断开，使控制吸附装置5失去吸附力，另一只脚迈出一步；

S36、穿戴者另一只脚的脚底落地，获取作用于穿戴件1上的第二压力检测值；

S37、根据所述第二压力检测值与预设的停止阈值进行比对，当第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值，则判断另一只脚的脚底已落地，控制另一只脚的第一电开关3闭合，使吸附装置5产生吸附力；

S38、判断是否继续行走，若为否，则断开所述第一开关接收器7和所述第二开关接收器10。

需要说明的是，在步骤S31中，在穿戴者的一直脚部抬起时，压力检测结构4检测到穿戴者对穿戴件1的压力检测值作为第一压力检测值，若第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，则判断穿戴者的一直脚的脚后跟已抬起，此时压力检测结构4检测的第一压力检测值会趋于零并小于所述行走阈值，此时可以准确判断穿戴者的脚部已成功离地，具备行走条件，此时第一电开关3断开，吸附装置5因失去电源装置2的电能而失去吸附力，此时可以向前或向后运动一步。在穿戴者的脚部刚抬起时，若第一压力检测值大于所述行走阈值，则判断穿戴者的脚部未完全抬起，不具备行走条件，此时由于电源装置2一直给吸附装置5提供电源而使吸附装置5一直产生吸附力，为了实现行走，需要穿戴者再次抬起脚后跟。

在步骤S32中，当穿戴者已经迈出去的一只脚的脚部着地后，获取穿戴者对脚部上的穿戴件1的第二压力检测值；在步骤S33中，根据第二压力检测值与控制装置11内的停止阈值进行比对，根据比对结果以判断吸附装置5是否产生吸附力，从而实现行走后停止动作的自动控制。其中，当穿戴者在行走过程中，穿戴者之前迈出的一只脚刚着地，此时压力检测结构4对穿戴者对穿戴件1的第二压力检测值会小于停止阈值，可准确判断出穿戴者的脚部未平稳着地，然后由穿戴者的脚后跟继续向下运动直至着地，从而防止穿戴者的脚部在未平稳着地时吸附装置5突然产生的吸附力对穿戴者进行拉扯，起到安全作用；而当压力检测结构4检测的第二压力检测值大于停止阈值时，此时第二压力检测值基本趋于穿戴者的体重并大于所述停止阈值，此时可以准确判断穿戴者的脚部已平稳完全着地，具备停止行走条件，此时第一电开关3闭合，吸附装置5因在此得到电源装置2的电能而产生吸附力，此时若处于比较光滑地面环境时可以起到防滑防摔倒作用，若处于外太空环境时可以平稳直立行走或停止作用。

在步骤S34中，穿戴者抬起另一只脚，获取作用于穿戴件1上的所述第一压力检测值；在步骤S35中，若第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，则判断另一只脚已经抬起，此时可以控制另一只脚上的第一电开关断开，吸附装置5因失去电源装置2中的第一电能存储器件21的供电而失去吸附力，此时穿戴者的另一脚可以顺利向前或向后迈出一步；若第一压力检测值大于所述行走阈值，则判断另一只脚未抬起，此时穿戴者的另一只脚继续抬起，直至压力检测结构4检测到的第一压力检测值小于或等于所述行走阈值。

在步骤S36中，在穿戴者的另一只脚落地时，获取作用于穿戴件1上的第二压力检测值。在步骤S37中，若压力检测结构4检测到第二压力检测值大于或等于所述预设的停止阈值时，可以判断另一脚的已完全落地，此时可以控制另一只脚的第一电开关3闭合，使另一只脚相应的吸附装置5产生吸附力，便于稳定吸附地面；若压力检测结构4检测到第二压力检测值小于所述预设的停止阈值时，可以判断另一脚的未完全落地，此时另一只脚的第一电开关3仍然处于断开状态，则使穿戴者的另一只的脚后跟继续下降，直至第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值。

在步骤S38中，穿戴者判断是否继续行走，若为是，则返回到步骤S2中继续执行；若为否，则断开所述第一开关接收器7和所述第二开关接收器10，其中，可以先通过第一开关发射器61关断第一开关接收器7，使吸附装置5断电，停止吸附，然后再通过第二开关发射器62关断第二开关接收器10，使第一电能存储器件21输出端后面的器件断电，从而行走动作结束。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种静电式辅助行走装置，其特征在于，包括穿戴件(1)、电源装置(2)、第一电开关(3)以及设置于所述穿戴件(1)上的压力检测结构(4)和吸附装置(5)，所述压力检测结构(4)用于检测穿戴者对所述穿戴件(1)的压力，所述电源装置(2)适于通过所述第一电开关(3)与所述吸附装置(5)电连接，以使所述吸附装置(5)产生吸附力，所述第一电开关(3)适于根据所述压力检测结构(4)的第一压力检测值闭合或关断，以适用于各种地面的主动防滑以及外太空的直立行走；

还包括智能穿戴装置(6)和设置于所述穿戴件(1)上的第一开关接收器(7)，所述智能穿戴装置(6)包括第一开关发射器(61)，所述第一开关发射器(61)与所述第一开关接收器(7)遥控连接，所述第一开关接收器(7)适于根据所述第一开关发射器(61)的输出信号闭合或关断，以实现对所述第一开关接收器(7)的智能遥控。

2.根据权利要求1所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，所述电源装置(2)包括第一电能存储器件(21)和高压发生器件(22)，所述第一电能存储器件(21)的输出端适于通过所述第一电开关(3)与所述高压发生器件(22)电连接，以将所述第一电能存储器件(21)的低电压转换为高电压，所述高压发生器件(22)与所述吸附装置(5)电连接，以使所述吸附装置(5)产生静电吸附力用于吸附地面。

3.根据权利要求2所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，还包括设置于所述穿戴件(1)上的第二电开关(8)和电量检测装置(9)，所述电源装置(2)还包括第二电能存储器件(25)，所述第二电能存储器件(25)适于通过所述第二电开关(8)与所述第一电能存储器件(21)电连接，所述电量检测装置(9)与所述第一电能存储器件(21)电连接，以检测所述第一电能存储器件(21)的电量，所述第二电开关(8)适于根据所述电量检测装置(9)的电量检测值闭合或关断，以实现对第一电能存储器件(21)的智能充电。

4.根据权利要求3所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，所述电源装置(2)还包括设置于所述穿戴件(1)上的能量发电器件(23)和整流器件(24)，所述能量发电器件(23)通过所述整流器件(24)与所述第二电能存储器件(25)电连接，所述整流器件(24)用于将所述穿戴者运动产生的能量被所述能量发电器件(23)转换为电能进行整流并存储于所述第二电能存储器件(25)内，以实现自供电。

5.根据权利要求2所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，还包括设置于所述穿戴件(1)上的第二开关接收器(10)，所述智能穿戴装置(6)还包括第二开关发射器(62)，所述第二开关接收器(10)与所述第一电能存储器件(21)的电源输出端电连接，所述第二开关发射器(62)与所述第二开关接收器(10)遥控连接。

6.根据权利要求1所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，所述吸附装置(5)包括设置于所述穿戴件(1)上的吸附电极，所述电源装置(2)适于通过所述第一电开关(3)与所述吸附电极电连接，以实现静电式辅助行走动作。

7.根据权利要求1至6任一项所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，还包括控制装置(11)，所述压力检测结构(4)和所述第一电开关(3)分别与所述控制装置(11)电连接，当所述压力检测结构(4)检测到抬脚动作时，第一电开关(3)断开，当所述压力检测结构(4)检测到落脚动作时，第一电开关(3)闭合。

8.根据权利要求1所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，还包括设置于所述穿戴件(1)上的智能感知器件，所述智能感知器件与所述智能穿戴装置(6)电连接，用于将检测到人体脚部的运动信号传输至所述智能穿戴装置(6)。

9.根据权利要求8所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，所述智能穿戴装置(6)包括智能手环、微型遥控器、手链和项链中任一种，从而实现便携式智能化。

10.根据权利要求6所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，所述吸附电极采用梳齿型电极、旋转圆盘电极和螺旋电极中任一种。

11.一种静电式辅助行走控制方法，基于如权利要求1至10任一项所述的静电式辅助行走装置，其特征在于，包括如下步骤：

闭合第一开关接收器(7)和第二开关接收器(10)，在穿戴者的脚部落地时，闭合第一电开关(3)，使吸附装置(5)产生吸附力，用于穿戴者的两脚吸附地面；

穿戴者抬起一只脚，获取作用于穿戴件(1)上的第一压力检测值；

根据所述第一压力检测值与预设的行走阈值进行比对，根据比对结果控制吸附装置(5)是否失去吸附力，确定行走或停止动作；其中，所述行走阈值为穿戴者抬起一只脚后，穿戴者对所述穿戴件(1)最大的压力值。

12.根据权利要求11所述的静电式辅助行走控制方法，其特征在于，所述根据所述第一压力检测值与预设的行走阈值进行比对，根据比对结果控制吸附装置(5)是否失去吸附力，确定行走或停止动作包括：

若所述第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，判断一只脚的脚底已抬起，控制一只脚的第一电开关(3)断开，使所述吸附装置(5)失去吸附力，迈出一步，实现行走动作；

穿戴者一只脚的脚底落地，获取作用于穿戴件(1)上的第二压力检测值；

根据所述第二压力检测值与预设的停止阈值进行比对，当第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值，则判断一只脚的脚底已落地，控制一只脚的第一电开关(3)闭合，使吸附装置(5)产生吸附力；其中，所述停止阈值为所述穿戴者脚底刚着地后，穿戴者对所述穿戴件(1)最小的压力值；

穿戴者抬起另一只脚，获取作用于穿戴件(1)上的所述第一压力检测值；

若所述第一压力检测值小于或等于所述行走阈值，判断另一只脚的脚底已抬起，控制另一只脚的所述第一电开关(3)断开，使控制吸附装置(5)失去吸附力，另一只脚迈出一步；

穿戴者另一只脚的脚底落地，获取作用于穿戴件1上的第二压力检测值；

根据所述第二压力检测值与预设的停止阈值进行比对，当第二压力检测值大于或等于预设的停止阈值，则判断另一只脚的脚底已落地，控制另一只脚的第一电开关(3)闭合，使吸附装置(5)产生吸附力；

判断是否继续行走，若为否，则断开所述第一开关接收器(7)和所述第二开关接收器(10)。

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