一种用于下肢外骨骼的人机一维交互力测量传感器及测量方法与流程

本发明属于机器人技术领域，具体而言，是一种用于下肢外骨骼的人机一维交互力测量传感器。

背景技术：

下肢外骨骼是一种可穿戴式的机器人，具有为人体提供运动助力和支撑负重、辅助残疾人行走以及为中风患者提供随身肌肉训练等功能，在军事、医疗康复、工业辅助等领域具有广泛的应用前景。外骨骼机器人的控制通常需要测量人体对外骨骼施加的交互力，通常，外骨骼与人腿通过绑缚机构连接，为采集人机交互力，可以在绑缚机构与外骨骼间串联一个力传感器，人腿与外骨骼腿杆的交互力为6维力，但通常只需测量对步行运动影响最大的垂直于腿杆方向的一维拉压力。

然而，现有技术中的一维力传感器只能承受压力或者只能承受拉力。而现有技术中能检测拉压力的传感器加工精度高、制造成本大或者体积大难以集成到需要小体积的绑缚机构上。

故，需要一种新的技术方案以解决上述问题。

技术实现要素：

发明目的：为解决上述问题，本发明提供了一种用于下肢外骨骼的人机一维交互力测量传感器，能够检测拉压力、体积小便于集成并且成本低。

本发明同时提供一种用于下肢外骨骼的人机一维交互力测量传感器的测量方法，能够通过该传感器测量的压力信号，判断人机交互力的方向。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于下肢外骨骼的人机一维交互力测量传感器，包括固定件、与固定件配合的活动件、薄膜压力传感器以及连接件，所述固定件包括底板和连接于底板两侧并自底板同向弯折延伸的两个挡板；该两个挡板为第一挡板与第二挡板，活动件位于第一挡板与第二挡板之间；活动件包括面对第一挡板的第一侧面，以及面对第二挡板的第二侧面；第一挡板与第一侧面之间夹有第一薄膜压力传感器，第二挡板与第二侧面之间夹有第二薄膜压力传感器；所述固定件和活动件通过连接件连接，固定件和活动件分别打一个通孔，通孔位于薄膜压力传感器上方，所述连接件穿过固定件和活动件的通孔，固定件和活动件形成钟摆式结构，活动件相对固定件转动。

有益效果：

本发明提供的一维交互力传感器，通过固定在固定件两侧的薄膜压力传感器将单纯的压力转换成两个薄膜压力传感器测得的压力大小的对比信号，从而达到该人机一维交互力测量传感器对一维拉压力的测量，且由于薄膜压力传感器体积小、成本低，该人机一维交互力测量传感器与薄膜压力传感器配合的固定件和活动件结构简单，使得整个人机一维交互力测量传感器体积小便于集成，并且易加工、成本低。

进一步的，所述固定件两个挡板与底板通过螺钉活动连接，通过调节螺钉调节两个挡板之间的距离。

进一步的，所述活动件第一侧面固定第一橡胶片，第二侧面固定第二橡胶片，固定件第一挡板与第一橡胶片之间夹有第一薄膜压力传感器，第二挡板与第二橡胶片之间夹有第二薄膜压力传感器，橡胶片为薄膜压力传感器提供初始预紧压力。

进一步的，所述连接件包括带槽销轴、两个插入带槽销轴卡槽的c形卡簧，所述带槽销轴穿过固定件和活动件的通孔，带槽销轴卡槽分别位于连接的固定件和活动件的两侧，两个c形卡簧分别卡两侧卡槽上。

本发明提供一种上述人机一维交互力测量传感器的测量方法，包括：

活动件相对于固定件转动，第一薄膜压力传感器与第二薄膜压力传感器测得变化后的压力，根据第一薄膜压力传感器和第二薄膜压力传感器测得的压力对比，判断人机交互力的朝向。

进一步的，当活动件相对于固定件转动时，如果第一薄膜压力传感器测得的压力大于第二薄膜压力传感器测得的压力，则说明人机交互力朝第一薄膜压力传感器一侧。

进一步的，当活动件相对于固定件转动时，如果第一薄膜压力传感器测得的压力小于第二薄膜压力传感器测得的压力，则说明人机交互力朝第二薄膜压力传感器一侧。

附图说明

图1为本发明中人机一维交互力测量传感器的立体分解示意图；

图2为本发明中人机一维交互力测量传感器的整体结构示意图；

图3为本发明中人机一维交互力测量传感器的半剖图；

图4是图3中b部分的局部放大视图。

具体实施方式

实施例一

请结合图1、图2和图3所示，本实施例公开了一种用于下肢外骨骼的人机一维交互力测量传感器，包括固定件5、与固定件配合的活动件10、薄膜压力传感器以及连接件，所述固定件5包括底板和连接于底板两侧并自底板同向弯折延伸的两个挡板；该两个挡板为第一挡板与第二挡板，活动件10位于第一挡板与第二挡板之间；活动件10包括面对第一挡板的第一侧面，以及面对第二挡板的第二侧面；第一挡板与第一侧面之间夹有第一薄膜压力传感器6，第二挡板与第二侧面之间夹有第二薄膜压力传感器7，并在薄膜压力传感器上胶粘垫片8；所述固定件5和活动件10通过连接件连接，固定件5和活动件10分别打一个通孔，通孔位于薄膜压力传感器上方，所述连接件穿过固定件5和活动件10的通孔，固定件5和活动件10形成钟摆式结构，活动件10相对固定件5转动。

在本实施例中，所述固定件5的两个挡板可以按照附图中做成一体式的，也可以做成可调节式的。当所述固定件5的两个挡板做成可调节式时，两个挡板与底板通过螺钉活动连接，通过调节螺钉调节两个挡板之间的距离，在将活动件10安装到固定件5中间时，可以先调节两个挡板在较大的距离，安装好活动件10后，再通过螺钉将两个挡板之间的距离调小，避免活动件10和薄膜压力传感器之间发生摩擦而造成损坏。所述活动件10两侧固定橡胶片9，活动件10第一侧面固定第一橡胶片，第二侧面固定第二橡胶片，固定件5第一挡板与第一橡胶片之间夹有第一薄膜压力传感器6，第二挡板与第二橡胶片之间夹有第二薄膜压力传感器7，有弹性的橡胶片9可以为薄膜压力传感器提供初始预紧压力，同时可以通过调节固定件5两个挡板之间的距离调节薄膜压力传感器的初始压力。

所述连接件包括带槽销轴3、两个插入带槽销轴卡槽的c形卡簧，包括内侧c形卡簧2和外侧c形卡簧4，所述带槽销轴3穿过固定件5和活动件10的通孔，带槽销轴3卡槽分别位于连接的固定件5和活动件10的两侧，两个c形卡簧分别卡两侧卡槽上，防止活动件10和固定件5分离。

实施例二

本实施例为上述实施例一中人机一维交互力测量传感器的测量方法，所述固定件5固定在外骨骼大腿杆1上，活动件10固定在大腿绑缚护具11上，当人体穿戴大腿绑缚护具11并进行运动时，人体相对外骨骼大腿杆1有相对运动趋势，即活动件10与固定件5产生相对运动趋势，从而薄膜压力传感器可以测量到压力的变化，根据第一薄膜压力传感器6和第二薄膜压力传感器7测得的压力对比，判断人机交互力的朝向。当活动件10相对于固定件5转动时，如果第一薄膜压力传感器6测得的压力大于第二薄膜压力传感器7测得的压力，则说明人机交互力朝第一薄膜压力传感器6一侧。如果第一薄膜压力传感器6测得的压力小于第二薄膜压力传感器7测得的压力，则说明人机交互力朝第二薄膜压力传感器7一侧。

另外，本发明的具体实现方法和途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。