CN114833804A - 一种适用于多场景的有源助力装置及方法 - Google Patents

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王存文
郭树标
李宜姗
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Abstract

本发明公开了一种适用于多场景的有源助力装置及方法，涉及行走装置技术领域，包括可穿戴装置，所述可穿戴装置安装有传感器组件和控制组件；其中，传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器，控制组件包括接收器、位置检测器和扭矩计算器，接收器用于接收超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器检测的信号，并将陀螺仪和加速度传感器的信号传输至扭矩计算器，位置检测器用于根据超声波传感器检测到的信号确定物体位置。本发明能够精确探测物体的位置并且精确控制行走路线，从而实现多场景应用。

Description

一种适用于多场景的有源助力装置及方法
技术领域
本发明涉及行走装置技术领域，尤其涉及一种适用于多场景的有源助力装置及方法。
背景技术
可穿戴机器人用于辅助搬运物体和行走，目前已在不同应用场景中使用。虽然现在已经有很多可以辅助人体搬运重物的器械，但是在大多数情况下，这类器械也只能在特定的工作场合才可以辅助人体完成工作。
例如：CN104490568A公开了一种康复医疗器械技术领域的下肢外骨骼助行康复机器人，包括腰部后背运动模块、髋关节运动模块、膝关节运动模块、踝关节运动模块，后背伺服电机通过曲柄摇杆机构和空间四连杆机构带动髋关节运动，膝部电动推杆带动膝关节运动；踝部电动推杆带动踝关节运动。该机器人虽然能够辅助患者行走，但是不能准确的探测物体位置，也不能精确控制行走的程度，且仅适用于医疗场景。
CN103203748A公开了一种外骨骼机器人控制系统，包括主控制组件和至少一个节点单元，每个节点单元分别包括节点控制组件以及分别与节点控制组件连接的传感器和执行器，该节点控制组件分别与主控制组件连接。该外骨骼机器人控制系统能提高系统的稳定性和可靠性，并且使控制系统的结构更加清晰，层次分明，便于机器代码的实现；但是其数据采集和控制执行的手段单一，使得整体控制仍然不够精确，不能实现机器人的多场景的运动，且只适用于工业场景。
因此，目前的可穿戴机器人通常只能实现单一应用场景，不能在多应用场景使用。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种适用于多场景的有源助力装置及方法，能够精确探测物体的位置并且精确控制行走路线，从而实现多场景应用。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
第一方面，本发明的实施例提供了一种适用于多场景的有源助力装置，包括可穿戴装置，所述可穿戴装置安装有传感器组件和控制组件；
其中，传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器，控制组件包括接收器、位置检测器和扭矩计算器，接收器用于接收超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器检测的信号，并将陀螺仪和加速度传感器的信号传输至扭矩计算器，位置检测器用于根据超声波传感器检测到的信号确定物体位置。
作为进一步的实现方式，所述超声波传感器设置于可穿戴装置的支撑臂，陀螺仪和加速度传感器设置于可穿戴装置的腰带位置。
作为进一步的实现方式，所述支撑臂还设置变速装置，变速装置连接控制组件。
作为进一步的实现方式，所述支撑臂一端连接腰带，支撑臂安装有卷扬机，卷扬机的钢丝绳从支撑臂顶部伸出。
作为进一步的实现方式，所述可穿戴装置还包括支撑部，支撑部具有多个关节，关节处安装驱动电机，且驱动电机连接扭矩计算器。
作为进一步的实现方式，所述腰带上还安装有电源。
第二方面，本发明的实施例还提供了一种适用于多场景的有源助力装置的使用方法，包括:
控制组件根据超声波传感器检测的信号计算搬运物体的路径，并根据陀螺仪和加速度传感器发送的信号，控制各关节的驱动电机运转；
装置移动至提升工位，控制组件控制支撑臂动作以提升物体；
控制组件计算扭矩信息，并将扭矩信息反馈至关节驱动电机，驱动电机调整转速并移动至放置工位。
作为进一步的实现方式，所述驱动电机的扭矩与装置倾斜度成正比，其中，倾斜度通过陀螺仪获取。
作为进一步的实现方式，扭矩计算器基于物体步行辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机。
作为进一步的实现方式，控制组件基于超声波传感器发送的信号以控制卷扬机动作，控制组件基于陀螺仪和加速度传感器中的至少一个信号控制关节驱动电机辅助行走。
本发明的有益效果如下：
(1)本发明设置超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器和控制组件，超声波传感器、陀螺仪和加速度传感器将采集的数据传输至控制组件，通过控制组件控制有源助力装置动作，在准确探测物体位置的基础上，实现操作者行走的精确控制，从而实现多场景应用。
(2)本发明还设置位置检测器和扭矩计算器，能够精确的计算位置信息，并可以基于物体步行辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机，实现在步行辅助时间辅助操作者的肌肉力量，以适应物体的搬运、提升过程。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；
图2是本发明根据一个或多个实施方式的控制流程图。
其中，1、超声波传感器，2、控制组件，3、陀螺仪，4、电源，5、腰带，6、脚部，7、支撑臂，8、第一支撑部，9、第二支撑部，10、固定部，11、加速度传感器，12、髋关节，13、膝关节，14、踝关节。
具体实施方式
实施例一：
本实施例提供了一种适用于多场景的有源助力装置，如图1所示，包括可穿戴装置，所述可穿戴装置安装有传感器组件3和控制组件2，控制组件2除具备通常控制器的功能，还包括接收器、位置检测器和扭矩计算器。
其中，可穿戴装置包括腰带5、支撑臂7和支撑部，腰带5用于与操作者腰部固定，腰带5后侧固定两个支撑臂7，支撑臂7安装卷扬机以实现提升物体的目的。腰带5下侧安装两个支撑部，支撑部与操作者腿部配合，实现辅助行走动作。
具体的，支撑臂7为空心结构，支撑臂7一端与腰带5相连，卷扬机的驱动电机安装于支撑臂7与腰带5的连接端，卷扬机的钢丝绳穿过支撑臂7内部空腔并从支撑臂7顶部伸出，钢丝绳的伸出端连接挂钩，用于起吊物体。
在本实施例中，支撑臂7具有从与腰带5的连接端至另一端的弯曲弧度，方便吊装。
支撑臂7上还设置变速装置，通过控制组件控制变速装置从而精确控制物体提升和降低的高度以及速率。在本实施例中，变速装置为连接卷扬机驱动电机的减速器。
支撑部包括第一支撑部8和第二支撑部9，第一支撑部8通过髋关节12与腰带5连接，第一支撑部8和第二支撑部9通过膝关节13连接，第二支撑部9通过踝关节14连接脚部6，脚部6用于承托操作者的脚底；第一支撑部8和第二支撑部9均设有固定部10，通过固定部10与腿部相应位置固定。
由于第一支撑部8和第二支撑部9要配合人体行走动作，因此本实施例的第一支撑部8和第二支撑部9设置为条形结构。脚部6可以设置绑带或粘贴带，用于与脚固定。
固定部10可以采用多种形式实现，例如通过粘贴带、系带等。通过腰带5配合支撑部实现装置穿戴于人体。本实施例还可以设置肩部，通过肩部佩戴于人体，其中肩部可采用背带。
髋关节12、膝关节13和踝关节14分别安装驱动电机，驱动电机连接控制模块，根据控制模块提供的控制信号向相应的髋关节、膝关节或踝关节提供驱动力，以辅助操作者行走。
本实施例的传感器组件可以测量确定物体的位置和操作者行走状态所需的物理量，其中，物理量包括压力、加速度、速度或倾斜度。具体的，传感器组件包括超声波传感器1、陀螺仪3、加速度传感器11，超声波传感器1、陀螺仪3和加速度传感器11均连接接收器。
接收器接收由超声波传感器1、陀螺仪3、加速度传感器11检测到的信号，陀螺仪3和/或加速度传感器11检测到的信号传输给扭矩计算器；位置检测器基于从超声波传感器1检测到的信号确定物体的位置。
如图1所示，超声波传感器1固定于支撑臂7，用于测量物体的位置；陀螺仪3、加速度传感器11和控制组件2固定于腰带5，陀螺仪3用于测量操作者上身的倾斜度，加速度传感器11用于测量正在行走的操作者加速度，或者操作者受到的冲击。
控制组件2基于从超声波传感器发送的信号中确定物体位置，从而产生控制信号以控制卷扬机驱动电机动作；控制组件2基于从陀螺仪3和加速度传感器11发送的信号中的至少一个产生控制信号，以控制相应的关节驱动电机辅助操作者的行走。
在本实施例中，陀螺仪3安装于腰带5对应于操作者上身位置处，陀螺仪3可以是三轴陀螺仪；加速度传感器安装于腰带5对应于操作者上身或骨盆位置处，加速度传感器11可以为三轴加速度传感器。
腰带5上还安装有电源4，电源4可以向各驱动电机供电。电源4设置在一个外壳中，外壳与腰带固定连接；电源4可以是可充电的锂电电池。
本实施例的扭矩计算器基于操作者步行辅助起始点产生扭矩，施加到驱动电机以在步行辅助时间辅助操作者行走；步行辅助时间指从步行辅助起点开始的固定时间；超声波传感器1、陀螺仪3、加速度传感器11采集相应数据，即物体位置、操作者上身倾斜度、操作者加速度或操作者受到的冲击数据，通过控制组件控制对应机构动作。
扭矩计算器基于操作者步行辅助起始点产生扭矩，施加到驱动电机以在步行辅助时间辅助操作者行走；步行辅助时间指从步行辅助起点开始的固定时间。
由于现有装置不能探测物体位置，行走程度不能精确控制，因此只能在单一场景中使用，本实施例通过设置传感器组件和控制组件，实现装置对周围环境的监测和行走程度的精确控制。
本实施例利用超声波传感器1、陀螺仪3、加速度传感器11采集相应数据，即物体位置、操作者上身倾斜度、操作者加速度或操作者受到的冲击数据，通过控制组件控制装置动作，以在多场景中应用，例如：医疗应用场景、工业应用场景、军事应用场景，等。
实施例二：
本实施例提供了一种适用于多场景的有源助力装置的使用方法，采用实施例一所述的装置，如图2所示，包括以下步骤：
步骤1：控制组件2接收超声波传感器1的检测信号，确定要搬运物体的位置，并计算到达搬运位置的路径。
步骤2：控制组件2根据陀螺仪3和加速度传感器11发送的信号，控制各关节驱动电机运转，使装置行走。
步骤3：行走到距离物体合适位置，控制组件控制卷扬机驱动电机和变速装置运动，实现物体的提升。
步骤4：控制组件2基于操作者上身的倾斜度计算与髋关节12驱动电机相关联的扭矩。计算的扭矩可以与操作者上身的倾斜度成比例。
步骤5：控制组件2将计算出的扭矩提供给髋关节12的驱动电机，以增强正在行走的操作者的肌肉力量，直至到达预定位置。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于多场景的有源助力装置，其特征在于，包括可穿戴装置，所述可穿戴装置安装有传感器组件和控制组件；
其中，传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器，控制组件包括接收器、位置检测器和扭矩计算器，接收器用于接收超声波传感器、陀螺仪、加速度传感器检测的信号，并将陀螺仪和加速度传感器的信号传输至扭矩计算器，位置检测器用于根据超声波传感器检测到的信号确定物体位置。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多场景的有源助力装置，其特征在于，所述超声波传感器设置于可穿戴装置的支撑臂，陀螺仪和加速度传感器设置于可穿戴装置的腰带位置。
3.根据权利要求2所述的一种适用于多场景的有源助力装置，其特征在于，所述支撑臂还设置变速装置，变速装置连接控制组件。
4.根据权利要求2所述的一种适用于多场景的有源助力装置，其特征在于，所述支撑臂一端连接腰带，支撑臂安装有卷扬机，卷扬机的钢丝绳从支撑臂顶部伸出。
5.根据权利要求1所述的一种适用于多场景的有源助力装置，其特征在于，所述可穿戴装置还包括支撑部，支撑部具有多个关节，关节处安装驱动电机，且驱动电机连接扭矩计算器。
6.根据权利要求1所述的一种适用于多场景的有源助力装置，其特征在于，所述腰带上还安装有电源。
7.根据权利要求1-6任一所述的一种适用于多场景的有源助力装置的使用方法，其特征在于，包括:
控制组件根据超声波传感器检测的信号计算搬运物体的路径，并根据陀螺仪和加速度传感器发送的信号，控制各关节的驱动电机运转；
装置移动至提升工位，控制组件控制支撑臂动作以提升物体；
控制组件计算扭矩信息，并将扭矩信息反馈至关节驱动电机，驱动电机调整转速并移动至放置工位。
8.根据权利要求7所述的一种适用于多场景的有源助力装置的使用方法，其特征在于，所述驱动电机的扭矩与装置倾斜度成正比，其中，倾斜度通过陀螺仪获取。
9.根据权利要求8所述的一种适用于多场景的有源助力装置的使用方法，其特征在于，扭矩计算器基于物体步行辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机。
10.根据权利要求7所述的一种适用于多场景的有源助力装置的使用方法，其特征在于，控制组件基于超声波传感器发送的信号以控制卷扬机动作，控制组件基于陀螺仪和加速度传感器中的至少一个信号控制关节驱动电机辅助行走。
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Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103038152A (zh) * 2010-04-09 2013-04-10 洛克希德马丁公司 便携式负载提升系统
US20130173060A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 Hyundai Motor Company Method of operating a wearable robot
CN103622792A (zh) * 2013-11-25 2014-03-12 北京林业大学 外骨骼助力机器人的信息采集与控制系统
US20150134080A1 (en) * 2013-11-14 2015-05-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable robot and method for controlling the same
CN108472807A (zh) * 2015-10-30 2018-08-31 埃克苏仿生公司 用于重型工具支承和使用的人体外骨骼装置
CN109079763A (zh) * 2018-10-29 2018-12-25 河北工业大学 一种可穿戴柔性步行助力机器人控制系统及控制方法
CN113043248A (zh) * 2021-03-16 2021-06-29 东北大学 基于多源传感器的搬运装配全身外骨骼系统及控制方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103038152A (zh) * 2010-04-09 2013-04-10 洛克希德马丁公司 便携式负载提升系统
US20130173060A1 (en) * 2012-01-04 2013-07-04 Hyundai Motor Company Method of operating a wearable robot
US20150134080A1 (en) * 2013-11-14 2015-05-14 Samsung Electronics Co., Ltd. Wearable robot and method for controlling the same
CN103622792A (zh) * 2013-11-25 2014-03-12 北京林业大学 外骨骼助力机器人的信息采集与控制系统
CN108472807A (zh) * 2015-10-30 2018-08-31 埃克苏仿生公司 用于重型工具支承和使用的人体外骨骼装置
CN109079763A (zh) * 2018-10-29 2018-12-25 河北工业大学 一种可穿戴柔性步行助力机器人控制系统及控制方法
CN113043248A (zh) * 2021-03-16 2021-06-29 东北大学 基于多源传感器的搬运装配全身外骨骼系统及控制方法

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