CN211883801U - 一种人体下肢多传感测量系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种人体下肢多传感测量系统，属于外骨骼机器人和人机协同控制领域；包括大腿柔性松紧布料、外侧大腿板、大腿板惯性单元传感器、角编码器、2根长钢丝绳、2根短钢丝绳、力传感器、外侧小腿板、小腿板惯性单元传感器、小腿无线型肌电传感器、小腿柔性松紧布料、内侧小腿板、凸起、内侧大腿板、膝盖包裹板和大腿无线型肌电传感器；同时在测量系统中，集成了四种测量传感器，并经过设计实现各测量传感器相互之间的协作配合测量，最终实现了实时对人体下肢多块肌肉肌电信号采集、多种运动角度、位姿信号测量、屈/伸运动状态力学信号测量。
Description
技术领域
本实用新型属于外骨骼机器人和人机协同控制领域，涉及一种人体下肢多传感测量系统。
背景技术
在穿戴及使用外骨骼机器人过程中，良好的人机协同是重要保障及目标，而人体的状态感知是极其关键的。目前，独立的人体下肢多传感测量系统较少，且多采用单点表面肌电测量传感器，实时测量效果较差；在运动过程中，测量系统在膝关节位置处的轴线常常与膝关节轴线不重合，导致人体下肢的位姿测量不准确；膝关节的力信号采集通常仅采集屈曲运动状态，未对伸展运动状态的力学信号进行采集。
实用新型内容
本实用新型解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种人体下肢多传感测量系统，实现了实时对人体下肢多块肌肉肌电信号采集、多种运动角度、位姿信号测量、屈/伸运动状态力学信号测量。
本实用新型解决技术的方案是：
一种人体下肢多传感测量系统，包括大腿柔性松紧布料、外侧大腿板、大腿板惯性单元传感器、角编码器、2根长钢丝绳、2根短钢丝绳、力传感器、外侧小腿板、小腿板惯性单元传感器、小腿无线型肌电传感器、小腿柔性松紧布料、内侧小腿板、凸起、内侧大腿板、膝盖包裹板和大腿无线型肌电传感器；其中，大腿柔性松紧布料套装在人体的大腿部位；小腿柔性松紧布料套装在人体的小腿部位；大腿无线型肌电传感器设置在大腿柔性松紧布料的内壁；小腿无线型肌电传感器设置在小腿柔性松紧布料的内壁；膝盖包裹板安装在人体的膝盖处；外侧大腿板固定安装在大腿柔性松紧布料的外侧侧壁；内侧大腿板固定安装在大腿柔性松紧布料的内侧侧壁；外侧小腿板固定安装在小腿柔性松紧布料的外侧侧壁；内侧小腿板固定安装在小腿柔性松紧布料的内侧侧壁；外侧大腿板的轴向底端、外侧小腿板的轴向底端与膝盖包裹板的一端侧壁旋转连接；角编码器设置在该旋转连接处；内侧大腿板的轴向底端、内侧小腿板的轴向底端与膝盖包裹板的另一端侧壁旋转连接；大腿板惯性单元传感器固定设置在外侧大腿板轴向顶端的外侧壁；小腿板惯性单元传感器固定设置在外侧小腿板轴向底端的外侧壁；凸起设置在外侧小腿板轴向中部的外侧壁；力传感器设置在外侧小腿板的外壁，且位于外侧小腿板轴向顶端与凸起之间；其中1根长钢丝绳的轴向一端与外侧大腿板的一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器固连；另1根长钢丝绳的轴向一端与外侧大腿板的另一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器固连；其中1根短钢丝绳的轴向一端与凸起的一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器固连；另1根短钢丝绳的轴向一端与凸起的另一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器固连。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述大腿柔性松紧布料和小腿柔性松紧布料均为筒状结构；大腿柔性松紧布料紧贴人体大腿肌肉；小腿柔性松紧布料紧贴人体小腿肌肉；膝盖包裹板为拱形结构。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述大腿无线型肌电传感器和小腿无线型肌电传感器均呈均匀阵列分布。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述2根长钢丝绳和2根短钢丝绳呈×字形分布。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述膝盖包裹板的内型面与人体膝盖外部轮廓吻合，实时保持与人体膝盖运动轴线同轴。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，当人体下肢运动时，大腿无线型肌电传感器实现实时测量人体大腿各肌肉的机电信号；小腿无线型肌电传感器实现实时测量人体小腿各肌肉的机电信号。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述角编码器实时测量外侧大腿板与外侧小腿板的相对转动角度。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述当人体下肢运动时，大腿板惯性单元传感器与小腿板惯性单元传感器配合工作，实现实时测量外侧大腿板与外侧小腿板的相对转动角度，同时实时测量大腿板惯性单元传感器的位置坐标和小腿板惯性单元传感器的位置坐标。
在上述的一种人体下肢多传感测量系统，所述力传感器通过2根长钢丝绳和2根短钢丝绳实时测量人体膝关节做屈曲、伸展两种运动状态的力。
本实用新型与现有技术相比的有益效果是：
(1)本实用新型中的阵列式肌电测量装置通过柔性松紧布料可紧贴大腿、小腿肌肉，无线型肌电传感器实时测量各个肌肉的肌电信号；
(2)本实用新型中的膝盖包裹板与膝盖外部轮廓相吻合，可实时保持与膝盖运动轴线同轴；
(3)本实用新型中的力传感器可以实时测量膝关节屈曲、伸展两种运动状态的力。
附图说明
图1为本实用新型传感测量系统整体示意图；
图2为本实用新型传感测量系统爆炸图。
具体实施方式
下面结合实施例对本实用新型作进一步阐述。
本实用新型提供一种人体下肢多传感测量系统，可实时对人体下肢多块肌肉肌电信号采集、多种运动角度、位姿信号测量、屈/伸运动状态力学信号测量的多传感测量系统。
如图1所示，如图2所示，人体下肢多传感测量系统，包括大腿柔性松紧布料1、外侧大腿板2、大腿板惯性单元传感器3、角编码器4、2根长钢丝绳5、2根短钢丝绳6、力传感器7、外侧小腿板8、小腿板惯性单元传感器9、小腿无线型肌电传感器10、小腿柔性松紧布料11、内侧小腿板12、凸起13、内侧大腿板15、膝盖包裹板16和大腿无线型肌电传感器17；其中，大腿柔性松紧布料1套装在人体的大腿部位；小腿柔性松紧布料11套装在人体的小腿部位；大腿无线型肌电传感器17设置在大腿柔性松紧布料1的内壁；小腿无线型肌电传感器10设置在小腿柔性松紧布料11的内壁；膝盖包裹板16安装在人体的膝盖处；且膝盖包裹板16的内型面与人体膝盖外部轮廓吻合，实时保持与人体膝盖运动轴线同轴。外侧大腿板2固定安装在大腿柔性松紧布料1的外侧侧壁；内侧大腿板15固定安装在大腿柔性松紧布料1的内侧侧壁；外侧小腿板8固定安装在小腿柔性松紧布料11的外侧侧壁；内侧小腿板12固定安装在小腿柔性松紧布料11的内侧侧壁；外侧大腿板2的轴向底端、外侧小腿板8的轴向底端与膝盖包裹板16的一端侧壁旋转连接；角编码器4设置在该旋转连接处；内侧大腿板15的轴向底端、内侧小腿板12的轴向底端与膝盖包裹板16的另一端侧壁旋转连接；大腿板惯性单元传感器3固定设置在外侧大腿板2轴向顶端的外侧壁；小腿板惯性单元传感器9固定设置在外侧小腿板8轴向底端的外侧壁；凸起13设置在外侧小腿板8轴向中部的外侧壁；力传感器7设置在外侧小腿板8的外壁，且位于外侧小腿板8轴向顶端与凸起13之间；其中1根长钢丝绳5的轴向一端与外侧大腿板2的一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器7固连；另1根长钢丝绳5的轴向一端与外侧大腿板2的另一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器7固连；其中1根短钢丝绳6的轴向一端与凸起13的一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器7固连；另1根短钢丝绳6的轴向一端与凸起13的另一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器7固连。
其中，大腿柔性松紧布料1和小腿柔性松紧布料11均为筒状结构；大腿柔性松紧布料1紧贴人体大腿肌肉；小腿柔性松紧布料11紧贴人体小腿肌肉；膝盖包裹板16为拱形结构。大腿无线型肌电传感器17和小腿无线型肌电传感器10均呈均匀阵列分布。当人体下肢运动时，大腿无线型肌电传感器17实现实时测量人体大腿各肌肉的机电信号；小腿无线型肌电传感器10实现实时测量人体小腿各肌肉的机电信号。
当人体下肢运动时，大腿板惯性单元传感器3与小腿板惯性单元传感器9配合工作，实现实时测量外侧大腿板2与外侧小腿板8的相对转动角度，同时实时测量大腿板惯性单元传感器3的位置坐标和小腿板惯性单元传感器9的位置坐标。角编码器4实时测量外侧大腿板2与外侧小腿板8的相对转动角度。2根长钢丝绳5和2根短钢丝绳6呈×字形分布。无论人体膝关节做屈曲或是伸展运动，始终保持1根长钢丝绳5和1根短钢丝绳处于拉伸状态，实现力传感器7通过2根长钢丝绳5和2根短钢丝绳6实时测量人体膝关节做屈曲、伸展两种运动状态的力。当人体下肢进行运动时，大腿无线型肌电传感器17实时测量人体大腿各个肌肉的肌电信号，小腿无线型肌电传感器10实时测量人体小腿各个肌肉的肌电信号，角编码器4实时测量膝关节的角度信号，大腿板惯性单元传感器3和小腿板惯性单元传感器9实时测量膝关节的角度信号，力传感器7实时测量膝关节的力信号。
本实用新型虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本实用新型技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本实用新型技术方案的保护范围。
Claims (9)
1.一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：包括大腿柔性松紧布料(1)、外侧大腿板(2)、大腿板惯性单元传感器(3)、角编码器(4)、2根长钢丝绳(5)、2根短钢丝绳(6)、力传感器(7)、外侧小腿板(8)、小腿板惯性单元传感器(9)、小腿无线型肌电传感器(10)、小腿柔性松紧布料(11)、内侧小腿板(12)、凸起(13)、内侧大腿板(15)、膝盖包裹板(16)和大腿无线型肌电传感器(17)；其中，大腿柔性松紧布料(1)套装在人体的大腿部位；小腿柔性松紧布料(11)套装在人体的小腿部位；大腿无线型肌电传感器(17)设置在大腿柔性松紧布料(1)的内壁；小腿无线型肌电传感器(10)设置在小腿柔性松紧布料(11)的内壁；膝盖包裹板(16)安装在人体的膝盖处；外侧大腿板(2)固定安装在大腿柔性松紧布料(1)的外侧侧壁；内侧大腿板(15)固定安装在大腿柔性松紧布料(1)的内侧侧壁；外侧小腿板(8)固定安装在小腿柔性松紧布料(11)的外侧侧壁；内侧小腿板(12)固定安装在小腿柔性松紧布料(11)的内侧侧壁；外侧大腿板(2)的轴向底端、外侧小腿板(8)的轴向底端与膝盖包裹板(16)的一端侧壁旋转连接；角编码器(4)设置在该旋转连接处；内侧大腿板(15)的轴向底端、内侧小腿板(12)的轴向底端与膝盖包裹板(16)的另一端侧壁旋转连接；大腿板惯性单元传感器(3)固定设置在外侧大腿板(2)轴向顶端的外侧壁；小腿板惯性单元传感器(9)固定设置在外侧小腿板(8)轴向底端的外侧壁；凸起(13)设置在外侧小腿板(8)轴向中部的外侧壁；力传感器(7)设置在外侧小腿板(8)的外壁，且位于外侧小腿板(8)轴向顶端与凸起(13)之间；其中1根长钢丝绳(5)的轴向一端与外侧大腿板(2)的一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器(7)固连；另1根长钢丝绳(5)的轴向一端与外侧大腿板(2)的另一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器(7)固连；其中1根短钢丝绳(6)的轴向一端与凸起(13)的一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器(7)固连；另1根短钢丝绳(6)的轴向一端与凸起(13)的另一侧侧壁固连；轴向另一端与力传感器(7)固连。
2.根据权利要求1所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述大腿柔性松紧布料(1)和小腿柔性松紧布料(11)均为筒状结构；大腿柔性松紧布料(1)紧贴人体大腿肌肉；小腿柔性松紧布料(11)紧贴人体小腿肌肉；膝盖包裹板(16)为拱形结构。
3.根据权利要求2所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述大腿无线型肌电传感器(17)和小腿无线型肌电传感器(10)均呈均匀阵列分布。
4.根据权利要求1所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述2根长钢丝绳(5)和2根短钢丝绳(6)呈×字形分布。
5.根据权利要求1所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述膝盖包裹板(16)的内型面与人体膝盖外部轮廓吻合，实时保持与人体膝盖运动轴线同轴。
6.根据权利要求3所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：当人体下肢运动时，大腿无线型肌电传感器(17)实现实时测量人体大腿各肌肉的机电信号；小腿无线型肌电传感器(10)实现实时测量人体小腿各肌肉的机电信号。
7.根据权利要求1所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述角编码器(4)实时测量外侧大腿板(2)与外侧小腿板(8)的相对转动角度。
8.根据权利要求1所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述当人体下肢运动时，大腿板惯性单元传感器(3)与小腿板惯性单元传感器(9)配合工作，实现实时测量外侧大腿板(2)与外侧小腿板(8)的相对转动角度，同时实时测量大腿板惯性单元传感器(3)的位置坐标和小腿板惯性单元传感器(9)的位置坐标。
9.根据权利要求4所述的一种人体下肢多传感测量系统，其特征在于：所述力传感器(7)通过2根长钢丝绳(5)和2根短钢丝绳(6)实时测量人体膝关节做屈曲、伸展两种运动状态的力。
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| CN202020075333.1U CN211883801U (zh) | 2020-01-14 | 2020-01-14 | 一种人体下肢多传感测量系统 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN111110245A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-08 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种人体下肢多传感测量系统 |
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2020
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| CN111110245A (zh) * | 2020-01-14 | 2020-05-08 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种人体下肢多传感测量系统 |
| CN111110245B (zh) * | 2020-01-14 | 2024-06-04 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种人体下肢多传感测量系统 |
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