(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 202210942721.9 (22)申请日 2022.08.08 (71)申请人 苏州大学 地址 215000 江苏省苏州市相城区济学路8 号 (72)发明人 王凤霞　方平　卢文孝　陈涛　 孙立宁　 (74)专利代理 机构 上海利迅知识产权代理有限 公司 31462 专利代理师 孙刚 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 基于外骨骼的人机交 互系统 (57)摘要 本发明公开了一种基于外骨骼的人机交互 系统， 其包括： 佩戴于操作者手臂上的外骨骼； 信 号感知模块， 捕捉所述外骨骼的动作， 并将其转 换为数字信号； 信号转换模块； 信号交互模块， 其 用于将所述动作指令发送给所述智能机器人， 使 其依所述动作指令动作， 从而重复操作者手臂和 手部的动作。 本发明的有益效果是： 本发明将摩 擦电传感器引入到外骨骼感知系统中， 可以对人 体多关节 运动实现运动检测， 并且 可以降低能源 损耗， 并且这种以齿轮作为传动的结构可以极大 提升交互运动的精度， 可以在偏瘫患者康复治 疗， 智能机器人遥操作等诸多领域中存在广阔的 应用前景。 权利要求书2页 说明书4页 附图7页 CN 115157222 A 2022.10.11 CN 115157222 A 1.一种基于外骨骼的人机交互系统， 其包括能由操作者操控的智能机器人， 所述智能 机器人包括手臂和手部， 其特 征在于， 其包括： 佩戴于操作者手臂上的外骨骼， 以随操作者手臂的动作而动作； 信号感知模块， 用以设置在所述外骨骼上， 来捕捉所述外骨骼的动作， 并将其转换为数 字信号； 信号转换模块， 用以将所述数字信号 转换为控制所述智能机器人的动作指令； 信号交互模块， 其用于将所述动作指令发送给所述智能机器人， 使其依所述动作指令 动作， 从而重复操作者手臂和手部的动作。 2.根据权利要求1所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 所述外骨骼包括固 定在操作者人体对应位置的肩部、 前臂和 后臂， 所述肩部与前臂、 前臂与后臂之 间均设置有 相互啮合的并随所述肩部、 前臂或后臂的动作而旋转的齿轮组； 所述信号感知模块包括设 置在所述齿轮组 处以监控所述齿轮组的齿轮旋转情况的传感装置 。 3.根据权利要求2所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 所述齿轮组包括两 个直齿轮， 两个所述直齿轮分别设置在所述肩部、 前臂和 后臂上， 其中一所述直齿轮固定设 置、 而另一所述直齿轮可旋转地设置， 且其上同轴设置一第一锥齿轮； 还包括一与所述第一 锥齿轮啮合的第二锥齿轮， 所述第二锥齿轮通过旋转轴 可旋转地设置在所述肩部、 前臂和 后臂上， 藉此结构以使得所述肩部与前臂或前臂与后臂发生相当转动时， 通过固定设置的 所述直齿轮驱动另一直齿轮旋转， 由所述直齿轮上固定的第一锥齿轮带动第二锥齿轮旋 转。 4.根据权利要求3所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 所述传感装置包括 套设在所述旋转轴外的正六边形的载体， 所述六边形载体内侧均匀设置六个摩擦电传感 器， 所述旋转轴上固定设置一拨块， 所述拨块的自由端随所述旋转轴旋转而旋转时能接触 所述摩擦电传感器， 使得所述摩擦电传感器产生电信号， 所述电信号通过滤波放大电路进 行过滤和放大， 并通过AD转换电路转换成数字信号给 所述信号 转换模块。 5.根据权利要求4所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 所述摩擦电传感器 包括敏感层、 封装层和电极层； 所述敏感层采用水凝胶制成。 6.根据权利要求5所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 所述水凝胶采用如 下方式制备而成： S11)将聚乙烯醇以质量比6:94或8:92加入去离子水中， 并在90 ±2℃的水浴下进行搅 拌， 直至聚乙烯醇溶解， 得到聚乙烯醇溶 液； S12)将去离 子水， 氯化钙与玉米淀粉以质量比12:1:2进行混合， 得到混合溶 液； S13)将聚乙烯醇溶液和 混合溶液以质量比1:15混合， 并在60 ±2℃的温度下加热并搅 拌30至40分钟， 以形成凝胶预聚物； S14)将凝胶预聚物在真空干燥箱中抽真空后静置 5分钟以上， 以去除气泡； S15)将预聚物放在70 ±2℃下加热1.5小时以上， 以得到所述水凝胶。 7.根据权利要求5所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于， 所述摩擦电传感器 通过以下步骤制备而成： S21)制备一带有 凹槽的基底层， 所述基底层由共聚酯制成， 所述共聚酯为Ecoflex硅胶 A与B， 按照1:1体积或重量比制成共聚酯预聚物， 所述共聚酯制备需将所述共聚酯预聚物60权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115157222 A 2℃加热30min； S22)将所述水凝胶置于凹槽处， 并在60 ±2℃的温度下将一银导线 的一端埋设在所述 水凝胶内部； 所述银导线另一端连接柔性电极， 用铜胶带粘附在所述水凝胶表面以固定所 述银导线； S23)用所述共聚酯预聚物制备所述封装层对所述水凝胶进行封装， 在60 ±2℃的温度 下加热使得基底层和封装层凝固， 得到所述摩擦电传感器。 8.根据权利要求3所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 所述拨块的自由端 的端面上设置有正极性摩擦层， 所述正极性摩擦层是 由铜镍合金或铜或镍制成的薄片， 以 通过所述正极性摩擦层与摩擦电传感器的封装层 摩擦时产生电信号。 9.根据权利要求3所述的基于外骨骼的人机交互系统， 其特征在于： 还包括一用以分辨 所述齿轮旋转方向的方向辨别装置， 所述方向辨别装置包括一底座， 所述底座上设置一滑 槽， 所述滑槽内可移动地设置有一长条形的移动块， 所述滑槽的两端 各设置一接触传感器， 所述底座上对称枢轴设置两个三角形 的三角块， 所述移动块上设置两个凸出 的凸块， 两所 述三角块设置在两所述凸块之间， 所述旋转轴 上固定设置一拨片， 所述拨片位于两所述三 角块之间， 以在所述拨片 旋转时通过与所述三角块的接触， 使得所述三角块旋转， 并借助所 述三角块的旋转通过与所述凸块的接触， 驱动所述移动块沿所述滑槽移动， 进而使得所述 移动块接触所述接触传感器。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115157222 A 3