CN114923548B - 一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，包括：背部主体，背部主体用于贴合穿戴者背部，背部主体两端可拆卸连接有肩部撑杆，肩部撑杆与穿戴者肩部相适配，肩部撑杆用于连接牵引绳，背部主体背面可拆卸连接有主控箱，主控箱内设有控制器，控制器与外部驱动装置电性连接；两个重物检测模组，两个重物检测模组分别与两个肩部撑杆可拆卸连接，重物检测模组与控制器电性连接，重物检测模组包括应变片，应变片粘接在肩部撑杆圆弧中部区域，本发明能够采集被搬运物体的重量，智能控制外部驱动组件输出力矩的大小，并且能够提高所采集的被搬运物体重量的准确率。
Description
技术领域
本发明涉及外骨骼技术领域，特别是涉及一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置。
背景技术
外骨骼机器人在某种程度上来说可以算做一种可穿戴机器人，这种新型机电一体化装置融合了仿生学、传感器、控制策略、移动计算等机器人技术。不仅可以为穿戴者提供支撑保护等基本功能，还可以持续提供助力，增强穿戴者机能，进而在穿戴者的操控下完成些特定的任务。
腰部搬运助力外骨骼针对工业领域的高强度负重作业和搬运重物造成穿戴者力消耗大、安全性低等问题，能辅助搬运重物，减轻使用者所受重物的压力。腰部搬运助力外骨骼通常针对弯腰或起身过程进行助力，通过一些柔性或刚性的机构将被搬运物体的重量传导至背部、腰部或地面，进而减轻上肢负载。
然而，现有的一部分腰部搬运助力外骨骼缺少对被搬运物体重量的检测或在检测方式上存在缺陷。缺少重物检测会导致在空载起身时驱动组件输出力矩过大，造成穿戴者不适甚至危险。在带载起身时无法根据重物的重量智能调节输出力矩的大小，会造成助力感不明显、助力过大、穿戴者不适、能源浪费等不良后果。并且部分腰部搬运助力外骨骼通过拉力传感器在柔性连接部分进行重物检测，增加了柔性连接部分重量，拉力传感器线缆在使用中易造成拉扯，从而影响到检测的准确率。
发明内容
本发明的目的是提供一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，以解决上述现有技术存在的问题，采集被搬运物体的重量，智能控制外部驱动组件输出力矩的大小，并且能够提高所采集的被搬运物体重量的准确率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，包括：
背部主体，所述背部主体用于贴合穿戴者背部，所述背部主体两端可拆卸连接有肩部撑杆，所述肩部撑杆与穿戴者肩部相适配，所述肩部撑杆用于连接牵引绳，所述牵引绳与穿戴者手部相连接，所述背部主体背面可拆卸连接有主控箱，所述主控箱内设有控制器，所述控制器与外部驱动装置电性连接；
两个重物检测模组，两个所述重物检测模组分别与两个所述肩部撑杆可拆卸连接，所述重物检测模组与所述控制器电性连接，所述重物检测模组包括应变片，所述应变片粘接在所述肩部撑杆圆弧中部区域。
优选的，所述重物检测模组还包括采集板，所述采集板可拆卸连接在所述肩部撑杆底部，所述采集板与所述应变片电性连接。
优选的，所述主控箱正面对称固定安装有连接器，所述连接器与所述控制器电性连接，所述采集板通过导线与所述连接器电性连接。
优选的，所述肩部撑杆上可拆卸连接有保护壳，所述保护壳覆盖所述应变片和所述采集板，所述保护壳底端开设有出线口。
优选的，所述采集板与所述保护壳均是通过螺丝与所述肩部撑杆可拆卸连接。
优选的，所述肩部撑杆顶端固接有牵引绳固定块，所述牵引绳固定块用于连接所述牵引绳。
优选的，所述背部主体包括横杆，所述横杆两端分别固接有连接杆，所述连接杆上竖向间隔顺序排列开设有若干个第一安装孔，所述肩部撑杆底部竖向间隔顺序排列开设有若干个第二安装孔，所第二安装孔位于所述保护壳底部，所述第一安装孔与所述第二安装孔相适配，所述第一安装孔与所述第二安装孔通过快拆件可拆卸连接。
优选的，所述横杆上横向间隔顺序开设有若干个第三安装孔，所述横杆顶面固接有加强板，所述加强板上横向间隔顺序排列开设有若干个第四安装孔，所述第四安装孔与所述第三安装孔上下对应设置，所述主控箱正面开设有若干个第五安装孔，所述第三安装孔和所述第四安装孔与所述第五安装孔相适配，且所述第三安装孔和所述第四安装孔通过螺丝与所述第五安装孔可拆卸连接。
优选的，所述横杆两端开设有第六安装孔，所述第六安装孔用于安装外部穿戴装置。
优选的，所述主控箱正面由上到下依次固接有两个夹持板，所述第六安装孔位于两个所述夹持板之间。
本发明公开了以下技术效果：通过使用背部主体和肩部撑杆贴合穿戴者背部和肩部，并在肩部撑杆上设置重物检测模组，使得整体结构更加紧凑，由重物检测模组采集被搬运物体的重量，并传输给主控箱内的控制器能够实现智能控制外部驱动组件输出力矩的大小，效提升了外骨骼的助力感、舒适性、安全性，通过将应变片粘接在肩部撑杆圆弧中部区域，可最大程度保证在不同弯腰角度下数据的一致性，相较在下方柔性牵引绳位置检测稳定性更好，且避免了使用较长的线缆连接，提高检测的准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置的正视结构示意图；
图2为本发明一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置的后视结构示意图；
图3为本发明主控箱的正视结构示意图；
图4为本发明背部主体的后结构示意视图；
图5为本发明保护壳的结构示意图；
图6为本发明电路结构原理图；
其中，1、肩部撑杆；2、主控箱；3、应变片；4、采集板；5、连接器；6、保护壳；7、出线口；8、牵引绳固定块；9、横杆；10、连接杆；11、第一安装孔；12、第二安装孔；13、快拆件；14、第三安装孔；15、加强板；16、第四安装孔；17、第五安装孔；18、第六安装孔；19、夹持板。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参照图1-6，本发明提供一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，包括：
背部主体，背部主体用于贴合穿戴者背部，背部主体两端可拆卸连接有肩部撑杆1，肩部撑杆1与穿戴者肩部相适配，肩部撑杆1用于连接牵引绳，牵引绳与穿戴者手部相连接，背部主体背面可拆卸连接有主控箱2，主控箱2内设有控制器(图中未画出)，控制器与外部驱动装置电性连接(外部驱动组件优选为现有技术中外骨骼机器人常用驱动装置，在此不再赘述)；
两个重物检测模组，两个重物检测模组分别与两个肩部撑杆1可拆卸连接，重物检测模组与控制器电性连接，重物检测模组包括应变片3，应变片3粘接在肩部撑杆1圆弧中部区域，由于在弯腰起身过程中，肩部撑杆1圆弧中部区域始终受弯折方向的力，因而该位置的应变能够较好反映出被搬运物体的重量。
通过使用背部主体和肩部撑杆1贴合穿戴者背部和肩部，并在肩部撑杆1上设置重物检测模组，使得整体结构更加紧凑，由重物检测模组采集被搬运物体的重量，并传输给主控箱2内的控制器能够实现智能控制外部驱动组件输出力矩的大小，效提升了外骨骼的助力感、舒适性、安全性，通过将应变片粘接在肩部撑杆1圆弧中部区域，可最大程度保证在不同弯腰角度下数据的一致性，相较在下方柔性牵引绳位置检测稳定性更好，且避免了使用较长的线缆连接，提高检测的准确率。
进一步优化方案，重物检测模组还包括采集板4，采集板4可拆卸连接在肩部撑杆1底部，采集板4与应变片3电性连接。
通过应变片3检测肩部撑杆1圆弧中部区域的应变，由采集板4采集应变片3的输出信号并发送至控制器。
进一步优化方案，主控箱2正面对称固定安装有连接器5，连接器5优选为Type-C连接口，连接器5与控制器电性连接，采集板4通过导线与连接器5电性连接，通过设置连接器5能够快速实现电性连接或断开。
进一步优化方案，肩部撑杆1上可拆卸连接有保护壳6，保护壳6覆盖应变片3和采集板4，保护应变片3和采集板4不受外界损伤，保护壳6的材料优选为弹性较好的塑料，避免对应变数据造成影响，保护壳6底端开设有出线口7，出线口7用于引出采集板4的导线，出线口7略小于采集板4的导线直径，可将导线压牢在肩部撑杆1上。
进一步优化方案，采集板4与保护壳6均是通过螺丝与肩部撑杆1可拆卸连接，便于拆卸保护壳6，更换或维修应变片3和采集板4。
进一步优化方案，肩部撑杆1顶端固接有牵引绳固定块8，牵引绳固定块8用于连接牵引绳，肩部撑杆1呈圆弧形跨过穿戴者肩部，便于穿戴者手部与牵引绳连接。
进一步优化方案，背部主体包括横杆9，横杆9两端分别固接有连接杆10，连接杆10上竖向间隔顺序排列开设有若干个第一安装孔11，肩部撑杆1底部竖向间隔顺序排列开设有若干个第二安装孔12，所第二安装孔12位于保护壳6底部，第一安装孔11与第二安装孔12相适配，第一安装孔11与第二安装孔12通过快拆件13可拆卸连接，快拆件13优选为快速插销。。
通过若干个第一安装孔11和若干个第二安装孔12相配合能够调节肩部撑杆1相对于连接杆10的高度，进而能够适应不同体型的穿戴者，提高装置的适应范围，同时通过快拆件13能够快速手动将肩部撑杆1和连接杆10连接和断开，方便组装及运输。
进一步优化方案，横杆9上横向间隔顺序开设有若干个第三安装孔14，横杆9顶面固接有加强板15，加强板15上横向间隔顺序排列开设有若干个第四安装孔16，第四安装孔16与第三安装孔14上下对应设置，主控箱2正面开设有若干个第五安装孔17，第三安装孔14和第四安装孔16与第五安装孔17相适配，且第三安装孔14和第四安装孔16通过螺丝与第五安装孔17可拆卸连接。
通过设置加强板15能够增加背部主体与穿戴者背部的接触面积，提高穿戴者背部的舒适性，同时在横杆9和加强板15上分别设置若干个第三安装孔14和第四安装孔16，在主控箱2正面设置第五安装孔17，第五安装孔17优选为螺纹孔，能够根据穿戴者的自身情况调节主控箱2相对于背部主体的高度，通过将背部主体和主控箱2设置为可拆卸连接，既方便安装使用，有方便运输。
进一步优化方案，横杆9两端开设有第六安装孔18，第六安装孔18用于安装外部穿戴装置。
进一步优化方案，主控箱2正面由上到下依次固接有两个夹持板19，第六安装孔位于两个夹持板19之间，两个夹持板19之间的距离与横杆9的高度尺寸相适配，用于夹持横杆9，背部主体与主控箱2优选安装位置为横杆9位于两个夹持板19之间，当需要调节高度时，将横杆9的位置下移，使加强板15上的第四安装孔16与第五安装孔17相对应，通过螺丝固定。
工作原理：首先，根据穿戴者自身体型情况将主控箱2安装在背部主体的合适高度，根据穿戴者体型情况将肩部撑杆1与连接杆10相连接，然后将采集板4的导线与连接器5相连接，在牵引绳固定块8上安装牵引绳，在第六安装孔18上安装外部穿戴装置，然后将本发明穿戴在穿戴者腰部，此时肩部撑杆1呈圆弧形部位跨过穿戴者肩部，使穿戴者手部与牵引绳连接，可有效的传递物体重力，减轻上肢负载，在使用中，穿戴者弯腰搬运物体时，牵引绳受力，肩部撑杆1位于应变片3受力，由应变片3检测到数据，并通过采集板4将信号输入控制器中，由控制器智能控制外部驱动装置输出力矩的大小，本发明通过对被搬运物体重量的检测能够实现对驱动组件输出力矩的智能调节，提升了穿戴者使用时的助力感、舒适感、安全性；具有紧凑型高、稳定性好、寿命长、布线简洁、拆解方便的优势。同时，通过本发明所获得的数据还可用于评估外骨骼助力效能以及工人的劳动强度。
本发明的应变片3、采集板4和主控箱2的电路连接原理如图6所示，应变片3连接采集板4，与采集板4上的定值电阻组成电桥，通过放大电路将电压信号放大后由单片机进行模数转换，然后通过通信电路将应变片数据以数字信号的形式发送给主控箱2中的控制器(图中所示设备主控)。设备主控给采集板4供电，通过采集板4上的电源电路将电压调整至合适大小给采集板4供电。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (7)
1.一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于，包括：
背部主体，所述背部主体用于贴合穿戴者背部，所述背部主体两端可拆卸连接有肩部撑杆(1)，所述肩部撑杆(1)与穿戴者肩部相适配，所述肩部撑杆(1)用于连接牵引绳，所述牵引绳与穿戴者手部相连接，所述背部主体背面可拆卸连接有主控箱(2)，所述主控箱(2)内设有控制器，所述控制器与外部驱动装置电性连接；
两个重物检测模组，两个所述重物检测模组分别与两个所述肩部撑杆(1)可拆卸连接，所述重物检测模组与所述控制器电性连接，所述重物检测模组包括应变片(3)，所述应变片(3)粘接在所述肩部撑杆(1)圆弧中部区域；
所述重物检测模组还包括采集板(4)，所述采集板(4)可拆卸连接在所述肩部撑杆(1)底部，所述采集板(4)与所述应变片(3)电性连接；
所述肩部撑杆(1)上可拆卸连接有保护壳(6)，所述保护壳(6)覆盖所述应变片(3)和所述采集板(4)，所述保护壳(6)底端开设有出线口(7)
所述背部主体包括横杆(9)，所述横杆(9)两端分别固接有连接杆(10)，所述连接杆(10)上竖向间隔顺序排列开设有若干个第一安装孔(11)，所述肩部撑杆(1)底部竖向间隔顺序排列开设有若干个第二安装孔(12)，所述第二安装孔(12)位于所述保护壳(6)底部，所述第一安装孔(11)与所述第二安装孔(12)相适配，所述第一安装孔(11)与所述第二安装孔(12)通过快拆件(13)可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于：所述主控箱(2)正面对称固定安装有连接器(5)，所述连接器(5)与所述控制器电性连接，所述采集板(4)通过导线与所述连接器(5)电性连接。
3.根据权利要求1所述的一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于：所述采集板(4)与所述保护壳(6)均是通过螺丝与所述肩部撑杆(1)可拆卸连接。
4.根据权利要求1所述的一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于：所述肩部撑杆(1)顶端固接有牵引绳固定块(8)，所述牵引绳固定块(8)用于连接所述牵引绳。
5.根据权利要求1所述的一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于：所述横杆(9)上横向间隔顺序开设有若干个第三安装孔(14)，所述横杆(9)顶面固接有加强板(15)，所述加强板(15)上横向间隔顺序排列开设有若干个第四安装孔(16)，所述第四安装孔(16)与所述第三安装孔(14)上下对应设置，所述主控箱(2)正面开设有若干个第五安装孔(17)，所述第三安装孔(14)和所述第四安装孔(16)与所述第五安装孔(17)相适配，且所述第三安装孔(14)和所述第四安装孔(16)通过螺丝与所述第五安装孔(17)可拆卸连接。
6.根据权利要求1所述的一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于：所述横杆(9)两端开设有第六安装孔(18)，所述第六安装孔(18)用于安装外部穿戴装置。
7.根据权利要求6所述的一种腰部搬运助力外骨骼重物检测装置，其特征在于：所述主控箱(2)正面由上到下依次固接有两个夹持板(19)，所述第六安装孔(18)位于两个所述夹持板(19)之间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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