CN114932536B - 可行走的主动式机械装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可行走的主动式机械装置，具有可穿戴结构以穿戴在操作者的全身，操作者在佩戴可行走的主动式机械装置时，可提升和搬运重物同时进行行走操作；所述可行走的主动式机械装置包括可穿戴部、控制器、传感器组件和动力源；传感器组件包括肌电图传感器，所述肌电图传感器附接到操作者的皮肤并且用于测量肌电图信号，所述肌电图信号是通过使用电极感测肌肉收缩时肌肉纤维中出现的微小电位差而获得的信号；所述肌电图传感器附接到操作者的位置基于操作者的步态周期来确定。该可行走的主动式机械装置，可以穿戴在操作者全身，且设置相应的传感器和控制器，可实现重物的搬运和操作者行走的精确控制。

Description

可行走的主动式机械装置

技术领域

本发明属于可穿戴机械人领域，涉及一种可行走的主动式机械装置。

背景技术

为了帮助人们承受负载或搬运相当重的重物，已知使用必须将重物的重量转移到身体的装置。人们通过减轻操作员的手臂所支撑的力来尽可能多地处理重物，从而避免使得手臂受力过大。为此已经开发了许多可穿戴设备辅助搬运重物并将由重物产生的力传递到人的上半身。

公开号CN111300377A的中国专利申请公开了一种基于钢丝驱动下肢穿戴增强型外骨骼机器人，包括背板基座、电池、髋关节驱动器和膝关节驱动器，所述背板基座一侧设置有电池。其通过钢丝传动技术将整个动力机构缩小并集成到使用者的背部，缩小了关节处的结构，减小腿部机构的整体厚度，减小运动偏转惯量，同时取消了传统外骨骼设备在关节处安装的电机和减速单元，所有的动力通过钢丝传动技术到达各个驱动关节，从而使得设备小型化，轻量化。

公开号CN110883762 A的中国专利申请公开了一种腰部髋关节驱动增强型外骨骼，包括腰托、背部集成单元和背部挡板，所述腰托一侧壁中部通过螺钉连接有所述背部集成单元。有益效果在于：本发明结合齿轮减速机和同步轮减速带的混合传动链技术并结合实时的力反馈技术，将整个动力机构和伺服驱动器分散到人体各处，缩小了关节处的结构，减小腿部机构的整体厚度，减小运动偏转惯量，取消了传统外骨骼设备在关节处直接安装的电机和减速单元，从而使得设备小型化，轻量化。

上述外骨骼均存在如下的缺陷，可穿戴结构仅设置在上半身，在减轻上肢受力的同时，其结构重量和搬运重物的重量传递到操作者身上，导致操作者身体承受的负载没有减轻，限制了操作者搬运重物的重量；另外，可穿戴结构不带有行走装置，不能增强操作者腿部肌肉力量，也降低了操作者搬运重物的持久性。

发明内容

本发明为克服上述缺陷，本发明提供了一种可行走的可行走的主动式机械装置，具有可穿戴结构以穿戴在操作者的全身，包括腿部、腰腹部、背部和肩部；操作者在佩戴可行走的主动式机械装置时，可提升和搬运重物同时进行身体的伸展、屈曲、内收、外展等行走操作。

本发明采用的技术方案如下：

可行走的主动式机械装置，包括可穿戴部、控制器、传感器组件和动力源，所述的可穿戴部是辅助操作者搬运重物和行走的部件，其包括上穿戴支撑部、腰带、腿部支撑和底鞋；所述上穿戴支撑部佩戴在操作者的肩部和背部，与腰带固定连接，并起提升和搬运重物的作用，所述腰带是佩戴在操作者腰部的部分，支撑关节部件和支撑臂，且所述动力源和控制器均固定连接在腰带上；所述腿部支撑用于支撑操作者的腿，所述腿部支撑设置在操作者的左腿和右腿中的每一个的外侧上，且左腿和右腿上的腿部支撑结构相同；腿部支撑设有膝关节，腿部支撑通过踝关节与底鞋相连，腿部支撑通过髋关节与腰带相连；所述传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器和肌电图传感器；所述超声波传感器设置在支撑臂上，用于测量重物的位置；陀螺仪传感器测量操作者上身的倾斜度；肌电图传感器可以附接到操作者的皮肤并且可以测量肌电图信号；传感器组件与控制器相连。

作为进一步的技术方案，所述的腰带包括支撑操作者腰部的柔性支撑垫和连接到支撑垫以围绕操作者胃部的腰带固定部分。

作为进一步的技术方案，所述上穿戴支撑部包括靠背、肩带、支撑臂，所述靠背、肩带、支撑臂均与腰带连接，所述靠背和肩带分别固定在操作者身体相应的肩部、背部，所述支撑臂高于操作者的头部，且向头部的前方位置伸出，所述支撑臂用于提升和搬运重物，所述肩带一端与腰带连接，另一端与靠背可调节连接。

作为进一步的技术方案，所述支撑臂内设置支撑臂驱动电机、卷筒和钢丝绳，所述钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端穿过支撑臂内部和设置在支撑臂末端的滑轮后，通过连接装置连接重物，所述的支撑臂驱动电机根据控制器提供的控制信号向卷筒提供动力。

作为进一步的技术方案，所述的腿部支撑包括结构相同的左腿支撑和右腿支撑，各自包括通过膝关节相连的第一支撑部和第二支撑部；所述第一支撑部支撑操作者的大腿，所述第一支撑部连接到腰带；所述第二支撑部支撑操作者的小腿；所述二支撑部连接底鞋。

作为进一步的技术方案，所述陀螺仪传感器安装在腰带的对应于操作者上身的位置处。

作为进一步的技术方案，所述的加速度传感器可测量正在行走的操作者的加速度，或者操作者受到的冲击，加速度传感器安装在腰带的对应于操作者的上身或骨盆的位置处。

作为进一步的技术方案，所述的肌电图传感器包括第一肌电图传感器和第二肌电图传感器，第一肌电图传感器和第二肌电图传感器附接到操作者左腿或者右腿的小腿上，第一和第二肌电图传感器附接到操作者的位置基于操作者的步态周期来确定。

作为进一步的技术方案，所述的控制器包括接收器、边界值处理器、开始/偏移检测器、行走辅助起点检测器和扭矩计算器；接收器接收由超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器、第一肌电图传感器和第二肌电图传感器检测到的信号；边界值处理器对第一和第二肌电图信号中的每一个执行边界值处理；起始/偏移检测器从对其执行边界值处理的第一肌电图信号检测起始点和偏移点；行走辅助起始点检测器基于从第一肌电图信号检测到的起始点和偏移点以及从第二肌电图信号检测到的起始点和偏移点来检测行走辅助起始点；扭矩计算器基于行走辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机以在行走辅助时间辅助操作者的肌肉力量。

作为进一步的技术方案，所述的控制器基于从超声波传感器发送的信号中确定重物的位置从而产生控制信号以控制支撑臂驱动电机动作；控制器基于从陀螺仪传感器和加速度传感器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。

本发明的有益效果如下：

本发明提出的可行走的主动式机械装置，可以穿戴在操作者全身，能够协助操作者重和搬运重物，减少繁重的体力劳动；本发明设置相应的传感器和控制器，可实现重物的搬运和操作者行走的控制，尤其是设置跟腿部接触的肌电图传感器，能够更精确控制辅助行走。

附图说明

图1是可行走的主动式机械装置结构示意图；

图2是可行走的主动式机械装置的传感器组件构成图；

图3是可行走的主动式机械装置的控制器构成图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分:本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，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术语在本发明的具体含义。

如图1所示，可行走的主动式机械装置具有可穿戴结构以穿戴在操作者的全身，包括腿部、腰腹部、背部和肩部。操作者在佩戴可行走的主动式机械装置时，可提升和搬运重物同时进行身体的伸展、屈曲、内收、外展、行走等操作。伸展是指伸直关节的动作，屈曲是指弯曲关节的动作。内收是指将腿靠近身体中心轴的运动，外展是指将腿远离身体中心轴的运动。

可行走的主动式机械装置包括可穿戴部1、控制器2和传感器组件3、动力源4。可穿戴部1是辅助操作者行走的部件，可穿戴部1可包括上穿戴支撑部100、腰带110、腿部支撑120、关节部件130和底鞋140。所述上穿戴支撑部100佩戴在操作者的肩部和背部，与腰带110固定连接，并起提升和搬运重物的作用。所述上穿戴支撑部100包括靠背101、肩带102、支撑臂103和支撑臂驱动电机，所述靠背101和肩带102分别固定在操作者身体相应的肩部、背部，所述靠背101、肩带102、支撑臂103均与腰带连接，所述支撑臂驱动电机固定连接在支撑臂103上。所述支撑臂103在支撑臂驱动电机的驱动下实现提升和搬运重物，所述肩带102一端与腰带连接，另一端与靠背101可调节连接。

在背带、靠背101上设置柔性材料，通过柔性材料的设置使得所述背带、靠背101舒适地固定在操作者的身体的相应部位上。

所述支撑臂103内设置支撑臂驱动电机、卷筒和钢丝绳，所述钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端穿过支撑臂103内部后，继续穿过设置在支撑臂103末端的滑轮通过连接装置连接重物；支撑臂驱动电机根据控制器2提供的控制信号向卷筒提供动力；支撑臂上设置变速装置，用于精确控制重物的提升和降低的高度以及速率。所述钢丝绳一端缠绕在卷筒上，另一端可释放地连接重物；所述支撑臂驱动电机驱动卷筒转动，所述卷筒转动带动所述钢丝绳收放从而提升和降低重物，通过控制支撑臂驱动电机的运动使得重物以可控的方式提升和降低。

所述腰带110是佩戴在操作者腰部的部分，支撑关节部件和支撑臂，且所述动力源4和控制器均固定连接在腰带上。腰带110可包括支撑操作者腰部的柔性支撑垫和连接到支撑垫以围绕操作者胃部的腰带固定部分。在支撑垫的接触操作者腰部的部分上形成柔性的缓冲垫。如果如上所述在支撑垫上形成缓冲垫，则无论操作者的腰部形状如何，都可以改善穿着舒适性。

腰带固定部分可以形成为带或带。腰带固定部分可以由弹性材料形成。如果腰带固定部分由如上所述的弹性材料形成，则操作者可以佩戴腰带110而不管操作者的腰部的大小。

腿部支撑120支撑操作者的腿。腿部支撑120可以形成在操作者的左腿和右腿中的每一个的外侧上。左右腿上的腿部支撑结构相同。腿部支撑120可以包括第一支撑部121和第二支撑部122。

第一支撑部121支撑操作者的大腿。第一支撑部121可以是条形。第一支撑部121的一端连接到腰带110，第一支撑部121的另一端连接到第二支撑部122的一端。第一支撑部121可以具有可调节的长度，从而可以根据操作者的身高调节长度。在穿戴可穿戴部1之前或之后，调节第一支撑部121的长度与大腿的长度相匹配。第一支撑部121可包括第一固定部141。第一固定部141将第一支撑部121固定到操作者的大腿。第一固定部141可以形成为例如带或带。第一固定部141可以由弹性材料形成。

第二支撑部122支撑操作者的小腿。第二支撑部122可以具有例如条形。第二支撑部122的一端连接到第一支撑部121的另一端。第二支撑部122可以具有可调节的长度，使得操作者可以在佩戴可穿戴部100之前或之后调节第二支撑部122的长度以匹配小腿的长度。第二支撑部122可以包括第二固定部142。第二固定部142将第二支撑部122固定到操作者的小腿。固定部分142可以形成为例如带或带。固定部分142可以形成为弹性材料。

第二支撑部122的另一端连接到底鞋140。底鞋140可以包括底鞋固定部，以将底鞋140固定到操作者的足部。底鞋固定部可以形成为围绕操作者脚的顶侧的带。

关节部分130可以包括髋关节131、膝关节132和踝关节133。髋关节131形成在第一支撑部121的一端连接到腰带110的位置。髋关节131可以执行例如屈曲、伸展、内收和外展中的至少一种。髋关节131例如可以形成为绕指定轴旋转的旋转关节。膝关节132形成于第一支撑部121与第二支撑部122连接的位置。膝关节132可以形成为进行屈曲和伸展。例如，膝关节132可以形成为旋转关节。踝关节133形成在第二支撑部122连接到底鞋140的地方。踝关节133可以形成为进行屈曲和伸展。踝关节133可以形成为旋转关节。

髋关节、膝关节和踝关节131、132和133中的每一个可以包括驱动电机。驱动电机根据控制器2提供的控制信号向相应的髋关节、膝关节或踝关节131、132或133提供驱动力。由此，可以辅助操作者行走。

传感器组件3可以测量确定重物的位置和操作者的行走状态所需的物理量，所述物理量包括声音、光、温度、压力、加速度、速度或倾斜度。由传感器组件3测量的信号可以被发送到控制器2。例如，从传感器组件3输出的信号可以使用有线或无线通信被发送到控制器2。如图2所示，传感器组件3可以包括超声波传感器31、陀螺仪传感器32、加速度传感器33和第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35。

所述超声波传感器31设置在支撑臂上，用于测量重物的位置。

陀螺仪传感器32可以测量操作者上身的倾斜度。陀螺仪传感器32可以是三轴陀螺仪传感器。陀螺仪传感器32可以安装在例如腰带110上。例如，陀螺仪传感器32可以安装在腰带110的对应于操作者上身的位置处。

加速度传感器33可以测量正在行走的操作者的加速度，或者操作者受到的冲击。加速度传感器33可以是三轴加速度传感器。加速度传感器33可以安装在例如腰带110上。例如，加速度传感器33可以安装在腰带110的对应于操作者的上身或骨盆的位置处。

第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35可以附接到操作者的皮肤并且可以测量肌电图信号。肌电图信号是代表肌肉状态的生物信号。例如，肌电图信号可以是通过使用电极感测肌肉收缩时肌肉纤维中出现的微小电位差而获得的信号。通过将电极附接到操作者的皮肤来测量肌电图信号。如图1所示，本实施例中的第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35附接到操作者的左腿的小腿上。进一步的，第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35附接到操作者的位置可以基于操作者的步态周期来确定。步态周期是指从一条腿的脚跟接触地面到同一条腿的脚跟再次接触地面的周期。现在将基于右腿描述步态周期。

一般，步态周期分为7个时期，这些时期可归类为站立期或摆动期的一部分。站立期是指右腿接触地面以支撑体重的时期，通常占步态周期的60％。摆动期是指右腿与地面分离的时期，通常占步态周期的40％。站姿阶段分为负荷反应期、中间站姿、终端站姿和挥杆前阶段。摆动阶段分为初始摆动、中间摆动和末端摆动。

为了将步态周期划分为上述7个周期，将行走分为8个操作，例如初始接触IC、对侧脚趾离地OT、脚跟抬高HR、对向初始接触OI、脚趾离地TO、脚相邻F、胫骨垂直TV，和下一个初始接触IC。

初始接触IC是指右脚接触地面时。初始接触IC对应于100％中步态周期的0％点。初始接触IC对应于站立期的起点。对侧脚趾离地TO是指左脚趾与地面分开时，对应于步态周期的10％点。足跟抬高HR是指当右足跟从地面抬起时，发生在步态周期的30％点。相反的初始接触OI是指左脚跟接触地面时，发生在步态周期的50％点。脚趾离地是指右脚趾与地面分离，发生在步态周期的60％点。与F相邻的脚指的是当处于摆动阶段的右脚与处于站立阶段的左脚相邻时。F附近的脚出现在步态周期的73％处。胫骨垂直TV是指当右腿胫骨处于摆动阶段时，其方向与地面垂直。胫骨垂直TV出现在步态周期的87％点。

如上所述，站姿阶段分为负荷反应期、站姿中期、站姿末期和挥杆前阶段。加载响应对应于从初始接触IC到相反脚趾离开OT的时间段。中间站姿对应于从相反的脚趾离开OT到脚跟抬起HR的时期。终端站姿对应于从脚跟上升HR到相反的初始接触OI的时期。预挥杆对应于从相反的初始接触OI到脚趾离开TO的时间段。

摆动阶段分为初始摆动期、中间摆动期和末端摆动期。初始摆动对应于从脚趾离开TO到与F相邻的脚的时间段。中间站姿对应于从足部邻近F到胫骨垂直TV的一段时期。终端摆动对应于从胫骨垂直TV到下一个初始接触IC的周期。

腘绳肌和股四头肌在行走的初始状态下被激活。因此，在腘绳肌或股四头肌处测量的肌电图信号可用作确定行走辅助起始点的数据。然而，肌电图传感器可能不容易附接到腿筋肌肉或股四头肌，并且如果肌电图传感器附接到这样的部分，操作者可能会感到不适。

同时，在相反的脚趾离开OT和脚跟抬起HR之间的时间段内，腘绳肌和股四头肌都在胫骨前肌被停用而小腿三头肌被激活的点处被激活。因此，如果使用在胫骨前肌和小腿三头肌处检测到的肌电图信号，则可以在没有检测到腘绳肌或股四头肌处的肌电图信号的情况下检测行走辅助起始点。

动力源4可以向支撑臂中的驱动电机和向各关节的驱动电机供电。所述动力源4设置在一个外壳中，所述外壳与腰带固定连接。所述动力源4可以是可充电的锂电电池。所述动力源4还可以是动力电缆。

在以上描述中，由第一肌电图传感器34测量的信号使用有线或无线通信被发送到控制器2。并且由超声波传感器31、陀螺仪传感器32和/或加速度传感器33测量的信号也可以使用有线或无线通信传输到控制器2。

控制器2可以基于从第一肌电图传感器34发送的肌电图信号(以下称为“第一肌电图信号”)和从第二肌电图传感器35发送的肌电图信号(以下称为作为“第二肌电图信号”)产生相应的控制信号来控制相应的驱动电机动作。控制器2还可以基于从超声波传感器31发送的信号中确定重物的位置从而产生控制信号以控制支撑臂驱动电机动作。控制器2可以基于从陀螺仪传感器32和加速度传感器33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。

如图3所示，控制器2可以包括接收器21、边界值处理器22、开始/偏移检测器23、行走辅助起点检测器24和扭矩计算器25。

接收器21可以接收由超声波传感器31、陀螺仪传感器32、加速度传感器33以及第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35检测到的信号。如上所述，可以使用有线或无线通信来接收信号。在由接收器21接收到的信号中，由陀螺仪传感器32和/或加速度传感器33检测到的信号可以被提供给将在下面描述的扭矩计算器25。此外，由第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35分别检测到的第一肌电图信号和第二肌电图信号可以被提供给将在下面描述的边界值处理器22。

边界值处理器22可以对第一和第二肌电图信号中的每一个执行边界值处理。边界值处理器22可以基于肌电图信号的幅度是高于还是低于边界值来输出两个信号之一。例如，边界值处理器22可以针对具有等于或大于边界值的幅度的肌电图信号输出值1，并且针对具有小于边界值的幅度的肌电图信号输出值0。可以将对其执行边界值处理的第一和第二肌电图信号提供给开始/偏移检测器23。

起始/偏移检测器23可以从对其执行边界值处理的第一肌电图信号检测起始点和偏移点。同样地，起始/偏移检测器23可以从对其执行边界值处理的第二肌电图信号检测起始点和偏移点。这里，起始点是指肌肉被激活的时间点，而偏移点是指肌肉不活动的时间点。起始点可以对应于执行边界值处理的肌电图信号的波形上升的时刻。另一方面，偏移点可以对应于执行边界值处理的肌电图信号的波形下降的时刻。可以将开始/偏移检测器23的检测结果提供给将在下面描述的行走辅助起点检测器24。

行走辅助起始点检测器24可以基于从第一肌电图信号检测到的起始点和偏移点以及从第二肌电图信号检测到的起始点和偏移点来检测行走辅助起始点。详细地，行走辅助开始点检测器24可以检测第一肌电图信号处于偏移状态并且第二肌电图信号处于开始状态的时间点，作为行走辅助开始点。例如，行走辅助起点检测器24可以检测连接到小腿三头肌的第一肌电图信号上升的时间和连接到胫骨前肌的第二肌电图信号下降的时间。行走辅助开始点检测器24可以检测行走辅助开始点，而不管是第一肌电图信号的偏移状态还是第二肌电图信号的开始状态首先出现。例如，即使在第一肌电图信号先偏移后第二肌电图信号开始时，也可以将满足第一肌电图信号的偏移状态和第二肌电图信号的开始状态的时间点检测为行走辅助初始点。又例如，即使在第二肌电信号先起后第一肌电信号偏移的情况下，也可以将满足第一肌电信号偏移状态和第二肌电信号起始状态的时间点检测为行走辅助起点。可以将检测行走辅助开始点的结果提供给将在下面描述的扭矩计算器25。

扭矩计算器25可以基于行走辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机以在行走辅助时间辅助操作者的肌肉力量。

行走辅助时间可以指从行走辅助起点开始的固定时间。例如，行走辅助时间可以是1秒。或者，行走辅助时间可以是指从行走辅助开始点到摆动腿的脚接触地面的时间。

同时，扭矩计算器25可以计算要提供给包括在髋关节131中的驱动电机的扭矩。要提供给包括在髋关节131中的驱动电机的扭矩的大小可以与身体的倾斜度成比例。操作者的身体相对于地面的倾斜度可以由陀螺仪传感器32检测。可以向包括在支撑腿的髋关节131中的驱动电提供相反方向的扭矩。

右腿的行走辅助起始点是在相反的脚趾离开OT之后检测到的。而且，脚跟抬高HR是在对侧脚趾离开OT之后执行的。在脚跟抬高HR中，操作者用右腿踢地并抬起左腿向前迈出一步。即，操作者向右腿施加与行走方向相反的方向的力，向左腿施加行走方向的力。因此，如果驱动电机向右腿(支撑腿)的髋关节131提供与行走方向相反的方向的扭矩，并且向左腿(摆动腿)的髋关节131提供行走方向的扭矩，可以帮助操作者行走。

可行走的主动式机械装置佩戴在操作者的两条腿上，并且第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35附接到操作者的两条腿中的每条腿上。第一肌电图传感器34附接到每条腿的胫骨前肌，并且第二肌电图传感器35附接到每条腿的比目鱼肌。

所述可行走的主动式机械装置的操作包括如下步骤：

在步骤1，控制器2分别从第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35接收第一和第二肌电图信号。第一和第二肌电图信号可以分别由第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35检测。由第一肌电图传感器34检测到的第一肌电图信号在传输到控制器2之前可以被放大、整流、滤波和A/D转换。同样地，由第二肌电图传感器35检测到的第二肌电图信号被放大、整流、滤波以及在传输到控制器2之前进行A/D转换。或者，控制器2可以从第一肌电图传感器34和第二肌电图传感器35接收原始信号并在其中执行放大、整流、滤波和A/D转换。

在步骤2中，控制器2从第一肌电图信号检测开始点和偏移点。控制器2可以通过对第一肌电图信号执行边界值处理并从执行边界值处理的第一肌电图信号检测开始和偏移点来检测第一肌电图信号的开始和偏移点。

在步骤3中，控制器2从第二肌电图信号检测开始点和偏移点。控制器2可以通过对第二肌电图信号执行边界值处理，并从对其执行边界值处理的第二肌电图信号检测开始和偏移点来检测第二肌电图信号的开始和偏移点。

在步骤4中，控制器2基于从第一肌电图信号检测到的起始点和偏移点以及从第二肌电图信号检测到的起始点和偏移点来检测行走辅助起始点。控制器2可以通过检测第一肌电图信号处于偏移状态并且第二肌电图信号处于开始状态的时间作为行走辅助开始点来检测行走辅助开始点。控制器2还可以利用对可行走的主动式机械装置的重力加速度是否快速增加的检测。

在步骤5，如果检测到行走辅助起始点，则控制器2计算扭矩以增强操作者的肌肉力量。控制器2可以基于操作者上身的倾斜度来计算与包括在可穿戴部1的髋关节131中的驱动电机相关联的扭矩。例如，计算的扭矩可以与操作者上身的倾斜度成比例。控制器2可以基于操作者的速度计算与包括在可穿戴部1的髋关节131中的驱动电机的关联。例如，计算的扭矩可以与操作者的速度成比例。

在步骤6中，控制器2可以将计算出的扭矩提供给包括在髋关节131中的驱动电机，以增强正在行走的操作者的肌肉力量。控制器2可以向包括在检测到行走辅助起始点的腿的髋关节131中的驱动电机提供与操作者的行走方向相反的方向的扭矩，并且提供另一腿的髋关节中的驱动电机提供与行走方向相同方向的扭矩，直至到达预定位置。

由于肌电图传感器安装在操作者的小腿上，因此与肌电图传感器安装在操作者的大腿上的情况相比，可以减少操作者的不适感。

本发明的可行走的主动式机械装置，可以穿戴在操作者全身，能够协助操作者重和搬运重物，减少繁重的体力劳动；本发明设置相应的传感器和控制器，可实现重物的搬运和操作者行走的控制，尤其是设置跟腿部接触的肌电图传感器，能够更精确控制辅助行走。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.可行走的主动式机械装置，其特征在于，包括可穿戴部、控制器、传感器组件和动力源；

所述的可穿戴部包括上穿戴支撑部、腰带、腿部支撑和底鞋，所述上穿戴支撑部佩戴在操作者的肩部和背部，其高于操作者头部，且头部前方位置延伸，上穿戴支撑部与腰带固定连接，用于提升和搬运重物的作用，所述腰带佩戴在操作者的腰部，所述动力源和控制器均固定连接在腰带上；所述腿部支撑用于支撑操作者的腿，且设置在操作者的左腿和右腿的外侧；腿部支撑设有膝关节，腿部支撑通过踝关节与底鞋相连，腿部支撑通过髋关节与腰带相连；

所述的控制器包括接收器、边界值处理器、开始/偏移检测器、行走辅助起点检测器和扭矩计算器；所述的接收器接收由超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器肌电图传感器检测到的信号；边界值处理器对第一和第二肌电图信号中的每一个执行边界值处理；起始/偏移检测器从对其执行边界值处理的第一肌电图信号检测起始点和偏移点；行走辅助起始点检测器基于从第一肌电图信号检测到的起始点和偏移点以及从第二肌电图信号检测到的起始点和偏移点来检测行走辅助起始点；扭矩计算器基于行走辅助起始点产生扭矩以施加到驱动电机以在行走辅助时间辅助操作者的肌肉力量；

所述传感器组件包括超声波传感器、陀螺仪传感器、加速度传感器和肌电图传感器；所述超声波传感器设置在上穿戴支撑部上，用于测量重物的位置；所述的陀螺仪传感器测量操作者上身的倾斜度；所述肌电图传感器附接到操作者的皮肤并测量肌电图信号；控制器与传感器组件相连，控制可穿戴部进行相应的动作。

2.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的腰带包括支撑操作者腰部的柔性支撑垫和连接到支撑垫以围绕操作者胃部的腰带固定部分。

3.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述上穿戴支撑部包括靠背、肩带、支撑臂，所述靠背、肩带、支撑臂均与腰带连接，所述靠背和肩带分别固定在操作者身体相应的肩部、背部，所述支撑臂高于操作者的头部，且向头部的前方位置伸出，所述支撑臂用于提升和搬运重物，所述肩带一端与腰带连接，另一端与靠背可调节连接。

4.如权利要求3所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述支撑臂内设置支撑臂驱动电机、卷筒和钢丝绳，所述钢丝绳一端固定在卷筒上，另一端穿过支撑臂内部和设置在支撑臂末端的滑轮后，通过连接装置连接重物，所述的支撑臂驱动电机根据控制器提供的控制信号向卷筒提供动力。

5.如权利要求3所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的腿部支撑包括结构相同的左腿支撑和右腿支撑，各自包括通过膝关节相连的第一支撑部和第二支撑部；所述第一支撑部支撑操作者的大腿，所述第一支撑部连接到腰带；所述第二支撑部支撑操作者的小腿；所述第二支撑部连接底鞋。

6.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述陀螺仪传感器安装在腰带的对应于操作者上身的位置处。

7.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的加速度传感器安装在腰带的对应于操作者的上身或骨盆的位置处。

8.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的肌电图传感器包括第一肌电图传感器和第二肌电图传感器，第一肌电图传感器和第二肌电图传感器附接到操作者左腿或者右腿的小腿上，第一、第二肌电图传感器附接到操作者的位置基于操作者的步态周期来确定。

9.如权利要求1所述的可行走的主动式机械装置，其特征在于，所述的控制器基于从超声波传感器发送的信号中确定重物的位置从而产生控制信号以控制支撑臂驱动电机动作；控制器基于从陀螺仪传感器和加速度传感器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。