基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼制造技术

一种基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，属于可穿戴设备领域。可穿戴手臂外骨骼包括固定板、上臂外骨骼、小臂外骨骼、柔性传感器以及控制装置。上臂外骨骼分别通过电机与固定板和小臂外骨骼连接；多个柔性传感器则分别连接上臂外骨骼和小臂外骨骼。电机受控地电连接于控制装置，且各个柔性传感器还分别与控制装置电连接。该可穿戴外骨骼能够被用于制作具有双向功能的可穿戴设备。该设备能够通过手臂操作来通过控制装置发出信息，也可以通过反馈的信息控制装置，从而形成力反馈。从而形成力反馈。从而形成力反馈。

【技术实现步骤摘要】
基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼


[0001]本申请涉及可穿戴设备领域，具体而言，涉及一种基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼。

技术介绍

[0002]在国际上，外骨骼控制被普遍认为是目前理想的机械手远程操作方式之一。相对于较广使用的传统操纵杆进行远程操作机械手，外骨骼控制有更多的优点。
[0003]然而，目前国内外所使用的穿戴外骨骼只能实现人对机器的单向控制，缺少力反馈，因此无法实现真正的人机共融。
[0004]随着太空、深海和原子能等一系列特殊应用领域的拓展，人们迫切需要这种具有力反馈的机器人控制系统在一些未知的或对人体有害的环境中工作。

技术实现思路

[0005]本申请提出了基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，可以被用于制作基于该外骨骼的能够提供力反馈的机械控制设备。
[0006]本申请是这样实现的：
[0007]在第一方面，本申请的示例提供了一种基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼。
[0008]该可穿戴手臂外骨骼包括：固定板、上臂外骨骼、小臂外骨骼、多个独立的柔性传感器以及控制装置。
[0009]其中，上臂外骨骼通过第一电机与固定板连接；小臂外骨骼通过第二电机与上臂外骨骼连接；多个独立的柔性传感器分别与上臂外骨骼、小臂外骨骼连接。控制装置则设置于固定板，且控制装置具有控制器以及与控制器电连接的信号收发模块。第一电机和第二电机受控地电连接于控制装置，且多个独立的柔性传感器还分别与控制装置电连接。
[0010]示例中的该可穿戴外骨骼能够被用于穿戴于身体，进行操作使用。进一步地，通过对控制装置的程序化的功能设计。其可以实现以下的功能。上臂外骨骼和小臂外骨骼的运动可以通过柔性传感器的检测并反馈给控制装置，再通过控制装置的收发模块向外(如终端设备，如机器人)传递控制指令。同时，控制装置的收发模块也能够接受外来的反馈信息(如机器人反馈的信息)，从而对应地由控制装置发出控制信号，以便上臂外骨骼、小臂外骨骼被驱动或被施加作用力，进而通过外骨骼将力传递给手臂，以实现对人体的力反馈。
[0011]换言之，本申请提供了一种硬件平台，其中的控制装置可以被设计来通过柔性传感器检测到的信号来判断手臂的运动方式，从而对应通过收发模块向外发送控制信号；并且，同样地，外部设备也可以反馈信号，并通过收发模块接受，然后再通过控制装置对电机进行操作，以便向外骨骼施力或驱动外骨骼进行运动，从而实现对手臂的力反馈。
[0012]根据本申请的一些示例，可穿戴手臂外骨骼还包括固定盖，固定盖与固定板匹配连接并将控制装置覆盖。
[0013]固定盖可以对控制装置进行保护，避免控制装置受到外界机械损伤等。如将固定
盖和固定板进行可拆卸连接则有助于在需要时进行维护。此外，固定板还能够使外骨骼的局部外观更加简洁、美观。
[0014]根据本申请的一些示例，固定盖还具有与控制装置的控制器电连接的控制接口；或者，固定盖还具有与控制装置的控制器电连接的显示屏和/或控制按钮；或者，固定盖还具有与控制装置的控制器电连接的触控屏。
[0015]通过在固定盖上配置控制接口，可以在不需要将控制装置或固定盖拆卸的情况下对控制装置进行编程或设置或控制等操作(主要根据接口的设计而定)，从而提高外骨骼使用的便利性。固定盖设置显示屏可以提供一些提示信息，也便于查看控制装置的工作情况。控制按钮或触控屏可以根据功能设计提供不同的功能，从而可以提高操作的便利性。
[0016]根据本申请的一些示例，可穿戴手臂外骨骼还包括连接臂，连接臂的两端分别与固定板和上臂外骨骼连接。
[0017]配置的连接臂有助于上臂外骨骼与固定板的连接姿态或空间位置的充分和更合理的配置，可以提高可穿戴外骨骼的穿戴舒适性；同时，通过连接臂对固定板和上臂外骨骼的连接方式进行更合理的配置，能够更好地检测手臂的运动姿势以及对手臂提供力反馈。
[0018]根据本申请的一些示例，连接臂包括长臂和短臂，长臂和短臂均为弧形结构，第一电机包括肩关节侧展电机、肩关节屈伸电机以及肩关节旋转电机，长臂的一端通过肩关节侧展电机与固定板转动连接，长臂的另一端通过肩关节旋转电机与短臂的一端转动连接，短臂的另一端通过肩关节屈伸电机与上臂外骨骼转动连接。
[0019]弧形结构的长臂和短臂都成的连接臂更易于贴合身体外形，则也易于外骨骼跟随手臂运动，相应地也易于外骨骼被电机驱动而向手臂提供力反馈。
[0020]根据本申请的一些示例，肩关节侧展电机和肩关节屈伸电机分别为盘式电机，肩关节旋转电机分别为微型无刷电机。
[0021]根据本申请的一些示例，第二电机包括肘关节屈伸电机；或者，第二电机包括肘关节屈伸电机，且肘关节屈伸电机为盘式电机。
[0022]盘式电机的轴向尺寸小，有助于缩小示例中的可穿戴手臂外骨骼的体积，从而也助于降低其重量。
[0023]无刷电机的干扰小、噪音低、寿命长且维护成本低。
[0024]根据本申请的一些示例，上臂外骨骼和小臂外骨骼分别配置有绑扎孔；或者，上臂外骨骼和小臂外骨骼分别配置有绑扎带；或者，上臂外骨骼和小臂外骨骼分别采用轻质铝合金制作而成。
[0025]绑扎孔可以配置绑扎配件例如绑扎绳或绑扎带/片，从而有助于提高可穿戴外骨骼与人体之间的相对稳定性。直接配置绑扎带则可以免于使用者自行配置绑扎结构的麻烦。上臂外骨骼和小臂外骨骼采用轻质铝合金制作可以降低可穿戴外骨骼的重量，并且还具有一定的抗环境腐蚀的性能。
[0026]根据本申请的一些示例，可穿戴手臂外骨骼还包括可穿戴背心，固定板连接于可穿戴背心，与上臂外骨骼连接的柔性传感器还与可穿戴背心连接。
[0027]可穿戴背心的配置可以方便于可穿戴外骨骼的穿戴和脱下。
[0028]根据本申请的一些示例，可穿戴背心采用硬质布料制作而成；和或，可穿戴背心具有拉链结构。
[0029]在以上实现过程中，本申请实施例提供的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼能够被用于制作一种机械(如机械臂或机器人等)的可穿戴控制设备。这样的设备可以通过手臂外骨骼重的柔性传感器检测手臂的运动姿态，并通过控制装置基于柔性传感器的信息，对如机器人进行操作。同时，机器人也可以反馈信息，并且该反馈信息被可穿戴外骨骼的控制装置接收到后可以对电机进行控制，以便电机驱动外骨骼，从而通过外骨骼向手臂施加力而达到力反馈的效果。
附图说明
[0030]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
[0031]图1为本申请示例中的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼的结构示意图；
[0032]图2示出了图1的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼中的柔性传感器的构造方式的结构示意图；
[0033]图3示出了图1的基于柔性传感器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，其特征在于，所述可穿戴手臂外骨骼包括：固定板；上臂外骨骼，通过第一电机与所述固定板连接；小臂外骨骼，通过第二电机与所述上臂外骨骼连接；多个独立的柔性传感器，分别与所述上臂外骨骼、所述小臂外骨骼连接；控制装置，设置于所述固定板，所述控制装置具有控制器以及与所述控制器电连接的信号收发模块；所述第一电机和所述第二电机受控地电连接于所述控制装置，且所述多个独立的柔性传感器还分别与所述控制装置电连接。2.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，其特征在于，所述可穿戴手臂外骨骼还包括固定盖，所述固定盖与所述固定板匹配连接并将所述控制装置覆盖。3.根据权利要求2所述的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，其特征在于，所述固定盖还具有与所述控制装置的控制器电连接的控制接口；或者，所述固定盖还具有与所述控制装置的控制器电连接的显示屏和/或控制按钮；或者，所述固定盖还具有与所述控制装置的控制器电连接的触控屏。4.根据权利要求1所述的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，其特征在于，所述可穿戴手臂外骨骼还包括连接臂，所述连接臂的两端分别与所述固定板和所述上臂外骨骼连接。5.根据权利要求4所述的基于柔性传感器的可穿戴手臂外骨骼，其特征在于，所述连接臂包括长臂和短臂，所述长臂和所述短臂均为弧形结构，所述第一电机包括肩关节...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨灿灿，陈玉平，许德上，吴昊，符曦文，曹永革，麻朝阳，
申请(专利权)人：松山湖材料实验室，
类型：新型
国别省市：