本發(fā)明屬于柔性外骨骼機(jī)器人技術(shù)和可穿戴型助力機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人。

背景技術(shù)：

伴隨老年人肌力機(jī)能、心肺功能的退化，步行所占日?；顒拥谋壤鸩綔p少，從而導(dǎo)致各種疾病罹患率大幅上升，如此惡性循環(huán)最終導(dǎo)致運(yùn)動能力的完全喪失。另外，輕度中風(fēng)患者也會造成下肢運(yùn)動能力的部分失能，影響患者的行動能力。針對下肢運(yùn)動能力下降的老人或者下肢運(yùn)動部分失能人群的特殊要求，可穿戴型膝關(guān)節(jié)機(jī)器人可以很方便穿戴在他們身上，當(dāng)人行走時機(jī)器人能夠?yàn)槿颂峁┲?，以此來增加下肢運(yùn)動能力下降的老人或者下肢運(yùn)動部分失能人群的力量和耐力。

目前大多數(shù)可穿戴型膝關(guān)節(jié)機(jī)器人裝備的開發(fā)集中于功能的實(shí)現(xiàn)上，而在穿戴的便利性方面的設(shè)計(jì)存在很大的不足，不能自如快速的穿脫，并且穿戴的舒適性也欠佳。另外，這類機(jī)器人的部件較多，自重比較重。而當(dāng)前的電池能源最多只能維持幾個小時，一旦電池沒電，對于老年人來講，根本不能承受那么如此多的附加物。再有，這類外骨骼機(jī)器人龐大而繁雜，而不像是一個穿戴在人身上的輔助器械，很難達(dá)到用戶的心理認(rèn)同感。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人?？纱┐餍拖リP(guān)節(jié)助力機(jī)器人主要以微型氣泵為氣動動力源，作用于膝關(guān)節(jié)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合的柔性作用方式，基于 足底薄膜壓力傳感器組對步態(tài)周期的實(shí)時反饋，控制系統(tǒng)部件對可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時控制，在人行走過程中按照步態(tài)周期提供作用于輔助膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到為下肢運(yùn)動能力下降或者下肢運(yùn)動部分失能人群提供柔性行走輔助的目的，并且可以改善肌肉活力，提高他們的自理能力和健康狀況。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是：

一種可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人，包括：

控制系統(tǒng)部件，包括氣泵系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)、電池組件，以及氣管組件；

柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其適合穿戴于使用者左腿和/或右腿的膝關(guān)節(jié)，能夠?yàn)樽笸群?或右腿的膝關(guān)節(jié)提供輔助伸展和彎曲的轉(zhuǎn)矩；

足底薄膜壓力傳感器組，其適合穿戴于所述使用者的左腳和/或右腳，用于識別左腳和/或右腳的步態(tài)周期，包括腳與地面接觸的支撐期和騰空挪動的擺動期，為所述控制系統(tǒng)部件中的電氣控制系統(tǒng)提供步態(tài)參數(shù)；所述電氣控制系統(tǒng)根據(jù)所述步態(tài)參數(shù)控制所述氣泵系統(tǒng)工作。

優(yōu)選地，所述柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括大腿固定板、小腿固定板、氣囊、轉(zhuǎn)軸、扭力彈簧、彈簧固定壓板、彈簧固定件；

所述的大腿固定板、小腿固定板采用碳纖維材料、鎂鋁合金金或硬鋁合金材料制成。

優(yōu)選地，所述的柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣囊包括內(nèi)部的橡膠內(nèi)膽和和外部的帆布保護(hù)套，橡膠內(nèi)膽在帆布保護(hù)套的內(nèi)部；所述的氣囊為橫截面為四邊形的柱型結(jié)構(gòu)，隨著輸入壓力增大，所述氣囊由無壓力、無固定角度狀態(tài)變成180°的固定角度，從而輔助膝關(guān)節(jié)繃直。

優(yōu)選地，所述帆布保護(hù)套其中兩個鄰邊留有帆布縫合面，魔術(shù)貼固定帶縫制在所述帆布縫合面；所述魔術(shù)貼固定帶將所述氣囊固定在所述大腿固定板和小腿固定板上，氣囊氣壓作用力將直接傳導(dǎo)到大腿固定板和小腿固定板上。

優(yōu)選地，所述足底薄膜壓力傳感器組實(shí)時采集和反饋的步態(tài)參數(shù)信息，所述電氣控制系統(tǒng)控制氣泵系統(tǒng)工作，并對所述氣泵系統(tǒng)進(jìn)、出流量進(jìn)行實(shí)時的閉環(huán)控制，按照步態(tài)周期為所述柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)中的氣囊提供正壓或負(fù)壓。

優(yōu)選地，當(dāng)穿戴了所述柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的腿處于支撐期時，所述氣泵系統(tǒng)為該腿的柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣囊提供負(fù)壓；當(dāng)該腿處于擺動期時，所述氣泵系統(tǒng)為該腿的柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)的氣囊提供正壓。

優(yōu)選地，所述氣囊與所述扭力彈簧形成使小腿固定板相對大腿固定板轉(zhuǎn)動的一對作用力和反作用力，當(dāng)所述氣泵系統(tǒng)通過所述氣管組件對所述氣囊充氣時，所述氣囊內(nèi)的氣壓不斷增大并克服扭力彈簧的扭轉(zhuǎn)力，由無壓力、無固定角度狀態(tài)逐漸達(dá)到固定角度180°，使小腿固定板相對大腿固定板轉(zhuǎn)動并使膝關(guān)節(jié)繃直的，為膝關(guān)節(jié)提供伸展的轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選地，所述氣泵系統(tǒng)通過所述氣管組件對所述氣囊抽氣時，氣囊內(nèi)壓強(qiáng)迅速變小，扭力彈簧受自身扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力的作用恢復(fù)到自由位置；受扭力彈簧扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力作用，小腿固定板相對大腿固定板做逆時針旋轉(zhuǎn)，并能達(dá)到輔助膝關(guān)節(jié)跨步所需的角度，為右腿膝關(guān)節(jié)提供跨步彎曲的轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選地，所述柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過柔性固定帶固定在使用者的大腿、膝關(guān)節(jié)和小腿相應(yīng)部位，從而提供膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的轉(zhuǎn)矩。

優(yōu)選地，所述氣泵系統(tǒng)包括氣泵A和氣泵B；所述柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)包括適于穿戴于左腿的第一柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)和適于穿戴于右腿的第二柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)；

所述氣泵A能夠通過所述氣管組件為所述第一柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供正壓，以及為所述第二柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供負(fù)壓；

所述氣泵B能夠通過所述氣管組件為所述第二柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供正壓，以及為所述第一柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供負(fù)壓；

所述控制系統(tǒng)部件根據(jù)所述足底薄膜壓力傳感器組對所述氣泵A和氣泵B進(jìn)行控制，使得在左腳處于騰空挪動的擺動期、右腳處于支撐期時，所述氣泵B工作、所述氣泵A不工作；在右腳處于騰空挪動的擺動期、左腳處于支撐期時，所述氣泵A工作、所述氣泵B不工作。

本發(fā)明優(yōu)異的效果是：

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人以微型直流氣泵作為膝關(guān)節(jié)柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供氣動動力源，作用于膝關(guān)節(jié)的左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)和右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合柔性作用方式，基于足底薄膜壓力傳感器組對步態(tài)參數(shù)的實(shí)時反饋，控制系統(tǒng)部件對機(jī)器人柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時控制，增強(qiáng)了機(jī)器人執(zhí)行動作與人自然步態(tài)的協(xié)調(diào)性，提高了機(jī)器人的執(zhí)行效率和人機(jī)交互的效率。

相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人執(zhí)行部分采用氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合柔性作用方式，質(zhì)量較輕，克服了一般腿部助力裝備或者外骨骼機(jī)器人等剛性機(jī)構(gòu)執(zhí)行件體積大和質(zhì)量大的缺點(diǎn)，有效減少了由于腿部必須附加的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而帶來的負(fù)荷，并減少行走過程中這部分負(fù)荷帶來的能量消耗。并且，氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合柔性作用方式克服了一般腿部助力裝備或者外骨骼機(jī)器人等剛性機(jī)構(gòu)慣性大，容易造成人膝關(guān)節(jié)損傷，安全性差、舒適性差等缺點(diǎn)，顯著提高了裝備的安全性和舒適性。

本發(fā)明特別適合老年人和下肢部分失能患者，在行走過程為膝關(guān)節(jié)提供輔助伸展和彎曲的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到輔助老年人和下肢部分失能患者行走的目的，并且可以幫助老年人和下肢部分失能患者改善肌肉活力，提高他們的自理能力和健康狀況。

附圖說明

圖1是本發(fā)明所述可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的組成圖；

圖2是本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)部件組成圖；

圖3是本發(fā)明所述的左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)外形圖(伸展?fàn)顟B(tài))。

圖4是本發(fā)明所述的左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)爆炸圖(組成圖，伸展?fàn)顟B(tài))。

圖5是本發(fā)明所述的右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)外形圖(彎曲狀態(tài))。

圖6是本發(fā)明所述的右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)爆炸圖(組成圖，彎曲狀態(tài))。

圖7是本發(fā)明所述的膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人一個步態(tài)周期內(nèi)左腳處于騰空挪動的擺動期，右腳處于支撐期的工作原理圖；

圖8是本發(fā)明所述的膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人一個步態(tài)周期內(nèi)左腳處于支撐期，右腳處于騰空挪動的擺動期的工作原理圖；

其中各附圖標(biāo)記含義如下：

1.控制系統(tǒng)部件；2.左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)；3.右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)；4.左腳足底薄膜壓力傳感器組；5.右腳足底薄膜壓力傳感器組。

101.本體；102.上蓋；103.微型氣泵(A)；104.微型氣泵(B)；105.電氣控制系統(tǒng)；106.直流電池組件；107.柔性固定帶；108.氣泵固定支架；109.電池組固定支架；110.緊固件；111.氣管；112.氣管；113.氣管；114.氣管。

201.左腿大腿固定板；202.左腿小腿固定板；203.氣囊；204.轉(zhuǎn)軸；205.扭力彈簧； 206.彈簧固定壓板；207.彈簧固定件；208.彈簧保護(hù)罩；209.柔性固定帶；210.魔術(shù)貼固定帶；111.氣管；112氣管；213.緊固件；214.鉚釘。

301.右腿大腿固定板；302.右腿小腿固定板；303.氣囊；304.轉(zhuǎn)軸；305.扭力彈簧；306.彈簧固定壓板；307.彈簧固定件；308.彈簧保護(hù)罩；309.柔性固定帶；310.魔術(shù)貼固定帶；113.氣管；114.氣管；313.緊固件；314.鉚釘。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施案例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明的限定。

圖1是本發(fā)明所述可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的組成圖。如圖1所示，一種可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人，主要由控制系統(tǒng)部件1、左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2、右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3、左腳足底薄膜壓力傳感器組4、右腳足底薄膜壓力傳感器組5等組成。如圖所示，左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3分別作用于左、右腿膝關(guān)節(jié)，二者采用氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合的作用方式。控制系統(tǒng)部件1依據(jù)左腳足底薄膜壓力傳感器組4和右腳足底薄膜壓力傳感器組5提供步態(tài)周期參數(shù)對左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2和右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的氣囊氣壓的進(jìn)行控制，為左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)和右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供正壓和負(fù)壓，在人行走過程中提供作用于輔助膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的柔性轉(zhuǎn)矩。

圖2是本發(fā)明所述的控制系統(tǒng)部件1組成圖。如圖2所示，所述的控制系統(tǒng)部件包括本體101、上蓋102、微型氣泵(A)103、微型氣泵(B)104、電氣控制系統(tǒng)105、直流電池組件106、柔性固定帶107、氣泵固定支架108、電池組固定支架109、緊固件110、氣管111、氣管112、氣管113以及氣管114等組成。所述本體101為所述控制系統(tǒng)部件1的承載單元，通過上蓋102對本體101 內(nèi)部的零部件進(jìn)行密封和保護(hù)。所述電氣控制系統(tǒng)105通過緊固件110固定在本體101上，是所述膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的控制單元，對所述微型氣泵(A)103、微型氣泵(B)104、左腳足底薄膜壓力傳感器組4和右腳足底薄膜壓力傳感器組5等進(jìn)行控制。微型氣泵(A)103、微型氣泵(B)104為直流活塞式氣泵，通過緊固件110固定在本體101上，是所述膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的氣動發(fā)生部件。氣管111、氣管112、氣管113和氣管114為氣壓輸送通道。所述直流電池組件106，采用可重復(fù)充電的鋰電池，通過電池組固定支架109固定在本體101上，主要為所述微型氣泵(A)103、微型氣泵(B)104、左腳薄膜壓力傳感器組4、右腳足底薄膜壓力傳感器組5以及電氣控制系統(tǒng)105供電。所述左腳足底薄膜壓力傳感器組4和右腳足底薄膜壓力傳感器組5，在行走過程中測量從腳跟著地到腳趾離地的過程(一個步行動作)，識別步態(tài)周期，包括雙腳與地面接觸的支撐期和腳騰空挪動的擺動期，為電氣控制系統(tǒng)105提供步態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而所述電氣控制系統(tǒng)105對微型氣泵(A)103和微型氣泵(B)104的正壓和負(fù)壓進(jìn)行實(shí)時控制，從而實(shí)現(xiàn)與人行走步態(tài)同步的輸出控制。

圖3是本發(fā)明所述的左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2外形圖(伸展?fàn)顟B(tài))，圖4是本發(fā)明所述的左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2爆炸圖(組成圖，伸展?fàn)顟B(tài))。所述左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2主要由左腿大腿固定板201、左腿小腿固定板202、氣囊203、轉(zhuǎn)軸204、扭力彈簧205、彈簧固定壓板206、彈簧固定件207、彈簧保護(hù)罩208、柔性固定帶209、魔術(shù)貼固定帶210、氣管111、氣管112、緊固件213和鉚釘214等組成。

左腿大腿固定板201、左腿小腿固定板202采用輕質(zhì)高強(qiáng)度碳纖維材料制成，起力的傳導(dǎo)和支撐的作用。左腿小腿固定板202安裝在左腿大腿固定板201的轉(zhuǎn)軸204上，左腿大腿固定板201上有對左腿小腿固定板202的可調(diào)節(jié)限位臺， 可根據(jù)用戶跨步過程中膝關(guān)節(jié)伸展和彎曲的最大和最小角度進(jìn)行調(diào)整，并通過螺釘緊固件固定，從而實(shí)現(xiàn)左腿小腿固定板202繞轉(zhuǎn)軸在固定角度范圍內(nèi)的旋轉(zhuǎn)。扭力彈簧205安裝在轉(zhuǎn)軸上204，并通過彈簧固定件207、彈簧固定壓板206以及緊固件213等分別固定在左腿大腿固定板201和左腿小腿固定板202上，然后外部有彈簧保護(hù)罩208進(jìn)行封閉保護(hù)。所述扭力彈簧205的自由角度(自由位置時的角度值)為120°，最大撓度200°。所述自由角度角度120°是人在行走邁步過程中膝關(guān)節(jié)通常彎曲的最大角度，該角度可以根據(jù)用戶的差異，可以選取不同自由角度的扭力彈簧。

所述氣囊203包括內(nèi)部的橡膠內(nèi)膽和和外部的帆布保護(hù)套，橡膠內(nèi)膽在帆布保護(hù)套的內(nèi)部。所述氣囊203橫截面為四邊形的柱型結(jié)構(gòu)形式，隨著所述氣泵輸入壓力增大，所述氣囊203可由無壓力、無固定角度狀態(tài)變成180°的固定角度，并具有較強(qiáng)的壓力，即輔助膝關(guān)節(jié)繃直。帆布保護(hù)套其中兩個鄰邊留有帆布縫合面，魔術(shù)貼固定帶210可以縫制在帆布面縫合。通過魔術(shù)貼固定帶210可以將所述氣囊203固定在左腿大腿固定板201和左腿小腿固定板202，氣囊203氣壓作用力將直接傳到左腿大腿固定板201和左腿小腿固定板202上。所述柔性固定帶209用柔韌性較好的自粘布和彈力帶制成，并通過鉚釘214固定在所述左腿大腿固定板201和左腿小腿固定板202。所述左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2通過柔性固定帶209固定在用戶左腿大腿、膝關(guān)節(jié)和小腿相應(yīng)部位，為用戶提供左腿膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的轉(zhuǎn)矩。

所述左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2主要是依靠安裝在所述左腿大腿固定板201和左腿小腿固定板202上的氣囊203氣壓與扭力彈簧205扭轉(zhuǎn)力實(shí)現(xiàn)輔助膝關(guān)節(jié)伸展和彎曲的。具體說，氣囊203與扭力彈簧205形成使左腿小腿固定板202相對左腿大腿固定板201轉(zhuǎn)動的一對作用力和反作用力，當(dāng)所述微型氣泵(A)103 對氣囊203充氣，氣囊203內(nèi)的氣壓不斷增大時，并克服扭力彈簧205的扭轉(zhuǎn)力，由無壓力、無固定角度狀態(tài)逐漸達(dá)到氣囊固定角度180°，使左腿小腿固定板202相對左腿大腿固定板201順時針轉(zhuǎn)動并達(dá)到使膝關(guān)節(jié)繃直的180°，為左腿膝關(guān)節(jié)提供伸展的轉(zhuǎn)矩，即輔助左腿膝關(guān)節(jié)繃直，此時扭力彈簧的扭轉(zhuǎn)力最大。微型氣泵(B)104對氣囊203抽氣時，氣囊203內(nèi)壓強(qiáng)迅速變小，扭力彈簧205受自身扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力的作用恢復(fù)到自由位置。受扭力彈簧205扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力作用，左腿小腿固定板202相對左腿大腿固定板201做逆時針旋轉(zhuǎn)，并能達(dá)到輔助膝關(guān)節(jié)跨步所需的120°極限角度，為左腿膝關(guān)節(jié)提供跨步彎曲的轉(zhuǎn)矩。

圖5是本發(fā)明所述的右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3外形圖(負(fù)壓時的彎曲狀態(tài))，圖6是本發(fā)明所述的右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3爆炸圖(組成圖，負(fù)壓時的彎曲狀態(tài))。所述右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3主要由右腿大腿固定板301、右腿小腿固定板302、氣囊303、轉(zhuǎn)軸304、扭力彈簧305、彈簧固定壓板306、彈簧固定件307、彈簧保護(hù)罩308、柔性固定帶309、魔術(shù)貼固定帶310、氣管113、氣管114、緊固件313和鉚釘314等組成。所述右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3通過柔性固定帶309固定在用戶右腿大腿、膝關(guān)節(jié)和小腿相應(yīng)部位，為用戶提供右腿膝關(guān)節(jié)彎曲和伸展的轉(zhuǎn)矩。

所述右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3中的除了右腿大腿固定板301、右腿小腿固定板302、彈簧保護(hù)罩308與左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2中的左腿大腿固定板201、左腿小腿固定板202以及彈簧保護(hù)罩308形式有差異外，右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3與左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2中對應(yīng)位置的零部件是通用的，具有互換性。另外，如圖3、4、5和6所示，右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3與左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2相比較，除了右腿小腿固定板302擺動方向相反，二者其他零部件安裝關(guān)系相同。所以，在此不再對右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3零部件安裝關(guān)系及結(jié)構(gòu)機(jī)理進(jìn)行贅述。

圖7是本發(fā)明所述的膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人一個步態(tài)周期內(nèi)左腳處于騰空挪動的擺動期，右腳處于支撐期的工作原理圖；圖8是本發(fā)明所述的膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人一個步態(tài)周期內(nèi)左腳處于支撐期，右腳處于騰空挪動的擺動期的工作原理圖。在一個步態(tài)周期內(nèi)，首先以左腳騰空挪動的擺動期，右腳支撐期為例，如圖7所示，當(dāng)左腳處于騰空挪動的擺動期時，左腳足底薄膜壓力傳感器組4測量從左腳趾離地到左腳跟著地的過程(一個步行動作)，識別步態(tài)周期；同樣，右腳足底薄膜壓力傳感器組5測量從右腳跟著地到腳趾離地的過程(一個步行動作)，識別步態(tài)周期，從而實(shí)現(xiàn)左右腳步態(tài)周期的測量和識別，為電氣控制系統(tǒng)105提供左腿和右腿的步態(tài)數(shù)據(jù)。進(jìn)而所述電氣控制系統(tǒng)105對微型氣泵(B)104進(jìn)行輸出實(shí)時控制，微型氣泵(B)104通過氣管112為所述左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2中的氣囊203進(jìn)行抽氣(負(fù)壓控制)，氣囊203內(nèi)壓強(qiáng)迅速變小，扭力彈簧205受自身扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力的作用恢復(fù)到自由位置。受扭力彈簧205扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力作用，左腿小腿固定板202相對左腿大腿固定板201做逆時針旋轉(zhuǎn)，為左腿膝關(guān)節(jié)提供跨步彎曲的轉(zhuǎn)矩。微型氣泵(B)104通過氣管113為所述右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3中的氣囊303進(jìn)行充氣(正壓控制)，當(dāng)所述微型氣泵(B)104對氣囊303充氣，氣囊303內(nèi)的氣壓不斷增大時，并克服扭力彈簧305的扭轉(zhuǎn)力，由無壓力、無固定角度狀態(tài)逐漸達(dá)到氣囊固定角度180°，使右腿小腿固定板302相對右腿大腿固定板301逆時針轉(zhuǎn)動并達(dá)到使膝關(guān)節(jié)繃直的180°，為右腿膝關(guān)節(jié)提供伸展的轉(zhuǎn)矩，即輔助右腿膝關(guān)節(jié)繃直，此時扭力彈簧的扭轉(zhuǎn)力最大。在左腳騰空挪動的擺動期微型氣泵A(103)不工作。

隨后，左腳逐漸進(jìn)入支撐期，右腳逐漸進(jìn)入騰空挪動的擺動期。如圖8所示，所述電氣控制系統(tǒng)105對微型氣泵(A)103進(jìn)行實(shí)時流量進(jìn)出控制，通過氣管111為所述左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2中的氣囊203進(jìn)行充氣(正壓控制)，氣囊 203內(nèi)壓強(qiáng)迅速增大，并克服扭力彈簧205的扭轉(zhuǎn)力，由無壓力、無固定角度狀態(tài)逐漸達(dá)到氣囊固定角度180°，使左腿小腿固定板202相對左腿大腿固定板201順時針轉(zhuǎn)動并使膝關(guān)節(jié)繃直，為右腿膝關(guān)節(jié)提供伸展的轉(zhuǎn)矩，此時扭力彈簧的扭轉(zhuǎn)力最大。同時，微型氣泵(A)103通過氣管114為所述右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3中的氣囊303進(jìn)行抽氣(負(fù)壓控制)，氣囊303內(nèi)壓強(qiáng)迅速變小，扭力彈簧305受自身扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力的作用恢復(fù)到自由位置。受扭力彈簧305扭轉(zhuǎn)恢復(fù)力作用，右腿小腿固定板302相對右腿大腿固定板301做順時針旋轉(zhuǎn)，為右腿膝關(guān)節(jié)提供跨步彎曲的轉(zhuǎn)矩。在右腳騰空挪動的擺動期微型氣泵B(104)不工作。

以上是所述膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人實(shí)現(xiàn)一個跨步周期的行走輔助功用。如此循環(huán)往復(fù)，所述膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人的左腳足底薄膜壓力傳感器組4和右腳足底薄膜壓力傳感器組5，在行走過程識別步態(tài)周期，為電氣控制系統(tǒng)105提供步態(tài)數(shù)據(jù)，進(jìn)而所述電氣控制系統(tǒng)105對微型氣泵(A)103和微型氣泵(B)104進(jìn)行實(shí)時控制，按照步態(tài)適時為左腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)2的氣囊203和右腿柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)3的氣囊303提供正壓和負(fù)壓，并最終形成作用于膝關(guān)節(jié)的彎曲和伸展的轉(zhuǎn)矩，達(dá)到在行走過程中，為膝關(guān)節(jié)提供人的步態(tài)同步的伸展和彎曲的柔性轉(zhuǎn)矩，實(shí)現(xiàn)氣動柔性行走輔助。

本發(fā)明可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人以微型直流氣泵作為膝關(guān)節(jié)柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供氣動動力源，采用氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合柔性作用方式，基于足底薄膜壓力傳感器組對步態(tài)參數(shù)的實(shí)時反饋，控制系統(tǒng)部件對機(jī)器人柔性執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時控制，增強(qiáng)了機(jī)器人執(zhí)行動作與人自然步態(tài)的協(xié)調(diào)性，提高了機(jī)器人的執(zhí)行效率和人機(jī)交互的效率。并且，本發(fā)明可穿戴型膝關(guān)節(jié)助力機(jī)器人執(zhí)行部分采用氣囊增壓與扭力彈簧蓄能相結(jié)合柔性作用方式，克服了一般腿部助力裝備或者外骨骼機(jī)器人等剛性機(jī)構(gòu)慣性大、體積大和質(zhì)量大的缺點(diǎn)，顯 著提高了裝備的安全性和舒適性，并且有效減少了由于腿部必須附加的執(zhí)行機(jī)構(gòu)而帶來的負(fù)荷，并減少行走過程中這部分負(fù)荷帶來的能量消耗。本發(fā)明特別適合老年人和下肢部分失能患者，在行走過程為膝關(guān)節(jié)提供輔助伸展和彎曲的轉(zhuǎn)矩，從而達(dá)到輔助老年人和下肢部分失能患者行走的目的，并且可以幫助老年人和下肢部分失能患者改善肌肉活力，提高他們的自理能力和健康狀況。

以上所述的實(shí)施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實(shí)施方式的一種，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。