(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 202210824033.2 (22)申请日 2022.07.13 (71)申请人 山东中科先进技术有限公司 地址 250101 山东省济南市高新区未来创 业广场4号楼306房间 (72)发明人 陈春杰　王强　吴新宇　徐升　 穆新星　王富溪　 (74)专利代理 机构 北京高沃 律师事务所 1 1569 专利代理师 王爱涛 (51)Int.Cl. B25J 9/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种外骨骼一体化助力装置及方法 (57)摘要 本发明涉及一种外骨骼一体化助力装置及 方法， 属于助力机器人控制领域。 装置包括： 腰部 助力模块、 上肢助力模块、 主处理器、 无线通信模 块、 惯性测量模块和手套模块； 惯性测量模块用 于采集人体背部、 左下肢以及右下肢的传感数 据； 手套模块用于采集柔性绳的拉力； 无线通信 模块用于将采集到的传感数据和拉力传输至所 述主处理器； 主处理器用于对传感数据进行解算 得到人体运动数据； 主处理器还用于根据人体运 动数据， 并结合拉力判断人体运动意图， 根据人 体运动意图控制腰部助力模块和上肢助力模块； 腰部助力模块用于为腰部提供助力； 上肢助力模 块用于为手臂提供助力。 本发明的装置可以同时 提供腰部和上肢的助理， 提高了助力效率。 权利要求书2页 说明书7页 附图2页 CN 114952804 A 2022.08.30 CN 114952804 A 1.一种外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 包括： 腰部助力模块、 上肢助力模块、 主处 理器、 无线通信模块、 惯性测量模块和手套模块； 所述腰部助力模块、 所述上肢助力模块和所述无线通信模块均与所述主处理器连接； 所述惯性测量模块和所述手套模块均与所述无线通信模块连接； 所述手套模块通过柔性绳 与所述上肢助力模块连接； 所述惯性测量模块用于采集人体背部、 左下肢以及右下肢的传感数据； 所述传感数据 包括三轴加速度、 三轴角速度和三轴磁场； 所述手套模块用于采集所述 柔性绳的拉力； 所述无线通信模块用于将采集到的所述传感数据和所述拉力传输 至所述主处 理器； 所述主处理器用于对所述传感数据进行解算得到人体运动数据； 所述主处理器还用于 根据所述人体运动数据， 并结合所述拉力判断人体运动意图， 根据所述人体运动意图控制 所述腰部助力模块和所述上肢助力模块； 所述人体运动数据包括人体前倾的角度和角速 度； 所述人体运动意图包括下蹲、 起 立、 弯腰和直腰； 所述腰部助力模块用于为腰 部提供助力； 所述上肢助力模块用于为手臂提供助力。 2.根据权利要求1所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 所述腰部助力模块包括 依次连接的第一电机驱动单元、 第一电机和第一编码器以及依次连接的第二电机驱动单 元、 第二电机和第二编码器； 所述第一电机驱动单元、 所述第二电机驱动单元、 所述第一编码器和所述第二编码器 均与所述主处 理器连接 。 3.根据权利要求2所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 还包括： 第 一连接板、 第 二连接板、 第一绑带和第二绑带； 所述第一连接板 设置在左下肢的外侧； 所述第二连接板设 置在右下肢的外侧； 所述第一绑带绑在所述左下肢； 所述第二绑带绑在所述右下肢； 所述第一电机通过所述第 一连接板与所述第 一绑带连接； 所述第 二电机通过所述第 二 连接板与所述第二绑带 连接。 4.根据权利要求1所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 所述上肢助力模块包括 依次连接的第三电机驱动单 元、 第三电机和第三编码器； 所述第三电机驱动单 元和所述第三编码器均 与所述主处 理器连接 。 5.根据权利要求4所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 所述手套模块包括拉力 传感器、 无线通信单 元、 霍尔接 近传感器、 协处 理器、 稳压单 元和锂电池； 所述拉力传感器、 所述无线通信单元、 所述霍尔接近传感器均与所述协处理器连接； 所 述锂电池与所述稳压单元连接； 所述稳压单元分别与所述拉力 传感器、 所述无线通信单元、 所述霍尔接 近传感器和所述协处 理器连接； 所述拉力传感器还通过所述柔性绳与所述第 三电机连接； 所述无线通信单元与所述无 线通信模块连接 。 6.根据权利要求5所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 所述上肢助力模块还包 括卷筒； 所述 柔性绳通过 所述卷筒与所述第三电机连接 。 7.根据权利要求6所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 所述手套模块还包括一 双手套； 每只所述手套 上均设置有 所述拉力 传感器、 所述无线通信单元、 所述霍尔接近传感 器、 所述协处 理器、 所述稳压单 元和所述锂电池。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114952804 A 28.根据权利要求1所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 所述惯性测量模块包括 第一惯性测量传感器、 第二惯性测 量传感器和第三惯性测 量传感器； 所述第一惯性测量传 感器、 所述第二惯性测量传感器和所述第三惯性测量传感器均 与所述无线通信模块连接； 所述第一惯性测量传感器， 设置于人体背部， 用于采集人体背部的三轴加速度、 三轴角 速度和三轴磁场； 所述第二惯性测量传感器， 设置于左下肢， 用于采集左下肢的三轴加速度、 三轴角速度 和三轴磁场； 所述第三惯性测量传感器， 设置于右下肢， 用于采集右下肢的三轴加速度、 三轴角速度 和三轴磁场。 9.根据权利要求1所述的外骨骼一体化助力装置， 其特征在于， 还包括电源模块， 所述 电源模块分别与所述腰部助力模块、 所述上肢助力模块、 所述主处理器、 所述无线通信模 块、 所述惯性测量模块和所述手套模块连接； 所述电源模块用于为所述腰部助力模块、 所述 上肢助力模块、 所述主处理器、 所述无线通信模块、 所述惯性测量模块和所述手套模块供 电。 10.一种外骨骼一体化助力方法， 其特征在于， 所述外骨骼一体化助力方法应用于权利 要求1‑9任一项所述的外骨骼一体化助力装置， 方法包括： 获取人体背部、 左下肢和右下肢的传感数据以及柔性绳的拉力； 所述传感数据包括三 轴加速度、 三轴角速度和三轴磁场； 根据所述传感数据， 计算人体运动数据； 所述人体运动数据包括人体前倾的角度和角 速度； 根据所述人体运动数据， 并结合所述拉力判断人体运动意图； 所述人体运动意图包括 下蹲、 起立、 弯腰和直腰； 根据所述人体运动意图控制腰部助力模块为腰部提供助力以及控制上肢助力模块为 手臂提供助力。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114952804 A 3