(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 20221089123 5.9 (22)申请日 2022.07.27 (71)申请人 李奇才 地址 245100 安徽省池州市石台县人民南 路兴石南院5幢2单 元202室 (72)发明人 李奇才　黄娅　 (74)专利代理 机构 石家庄嘉宏 智信知识产权代 理有限公司 1316 0 专利代理师 李兵 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机 器人助力系统 (57)摘要 本发明公开了一种自适应重力调整机构的 下肢外骨骼机器人助力系统。 本发明中， 通过 “内 啮合变位齿轮传动机构 ”的思想， 设计了重力自 适应调整机构把关节运动转化为特征点沿着摆 动连轴线的直线运动， 把弹簧放在了外骨骼内 部， 实现了外骨骼空间布局最小化和安全性的重 力自适应调整功能。 本发明提出的能量自采储与 释放装置能够存储人体行走过程中的无用能量， 并根据步态 规划要求存储和释放， 从而提高了外 骨骼的续航能力。 设计了一对双稳定开关来实现 不同助力模式的切换， 并提出了基于深度强化学 习的控制策略， 利用深度学习把传感器检测到的 人体运动信息转化为状态特征表 示， 并利用强化 学习优化辅助检测结果， 提高了下肢外骨骼的辅 助效果。 权利要求书2页 说明书9页 附图5页 CN 115194736 A 2022.10.18 CN 115194736 A 1.一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特征在于： 所述自适应 重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统包括步态的特征参数识别系统、 行走过程中能 量转换系统； 能量采 储和释放系统； 外骨酪助力模式自适应调整系统； 样机实验系统。 2.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述步态的特征参数识别系统采用多体运动学 的建模方法， 建立人体位姿与下肢 步态特征参数之间映射关系以及衡量或判别人体步态稳定性和位姿状态好坏的数学表征； 为捕获关节 运动信息， 本发明将建立人体下肢运动生物力学信息获取系统， 利用IMU多轴加 速度传感器来检测大腿和小腿的摆角， 计算出髋、 膝关节的角度和角速度； 通过sEMG肌电信 号仪获取下肢运动肌电信号， 采用足底安装压力检测系统的方式来检测下肢与地面之 间的 接触状态和支反力等信息； 基于获得的关节运动信息以及步态模式表征， 本发明将能分析 出特征参数如何对人体步态的稳定性和位姿产生影响。 3.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述态的特征参数识别系统根据人体的结构和运动学的分析， 结合sEMG信号仪、 IMU多轴加速度传感器及压力检测系统得到的下肢运动信息 。 4.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述重力自适应调整功能的下肢外骨骼机器人结构设计由外齿轮1和 内齿轮2构 成， 内齿轮半径为外齿轮半径的一半， 两个齿轮之间通过齿轮 配合传递 运动。 5.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述能量采储和释放系统包括棘轮、 发条、 棘爪1、 棘爪2； 发条的内圈末端固定在底 座上， 外圈末端与棘轮相连； 棘轮、 发条、 以及输出轴绕同一个转动中心旋转； 棘爪1安装在 基座上， 棘爪2安装在输出轴上。 6.如权利要求5所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述棘爪的啮合或释放状态通过控制图中黄色部分的按钮实现； 当按钮向下按下 时， 开关处于释放状态， 当按 钮向上抬起时,开关处于啮合状态。 7.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述具有重力自适应调整功能的下肢外骨酪机构综合系统通过分析sEM G电极安放 位置对输出的影响， 找出多通道sEM G设计最优布局， 使用误差反传算法计算其网络模型； 训 练建立网络神经元的传输函数和适当的隐层节点数， 找到连接输入层和输出层的映射关 系； 把输出值与前述研究建立 起来的运动学分析 结果进行对比。 8.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述具有重力自适应调整功能的下肢外骨酪机构综合系统使用SolidWorks软件设 计下肢外骨骼三维模型图， 使用Notepad++软件管理OpenSim中生成的人体模型数据和 SolidWorks中生成的外骨骼数据， 并对数据进行分析和计算， 生成人体下肢与外骨骼的组 合模型。 9.如权利要求1所述的一种自适应重力调整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述外骨酪助力模式自适应调整系统将结合肌电信息感知和深度学习技术， 对外 骨骼助力模式自适应调整控制策略进行研究。 10.如权利要求1所述的一种自适应重力调 整机构的下肢外骨骼机器人助力系统， 其特 征在于： 所述样机实验系统包括： 在完成对外骨骼样机和控制策略的分析， 计算和仿真之权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115194736 A 2后， 外骨骼的助力效果还需要通过真实的样机实验加以验证。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115194736 A 3