CN103655122A - 融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，直流伺服电机驱动器与膝关节外骨骼相连接，控制器与直流伺服电机驱动器和多通道功能性电刺激器相连接；控制器通过直流伺服电机驱动器控制膝关节外骨骼，控制多通道功能性电刺激器，膝关节外骨骼与多通道功能性电刺激器协同工作，并通过控制器控制两者的同步性。本发明通过功能性电刺激发挥病人肌肉的自主力量，康复机器人实施辅助功能，共同作用，为瘫痪病人提供最优的膝关节康复训练。膝关节外骨骼和功能性电刺激的同步性由控制器保证；膝关节外骨骼采用钢丝牵拉的方式驱动膝关节运动，钢丝与弹簧和拉力传感器相连，提供更好的力控制，并为康复运动的主动控制提供了可能。
Description
技术领域
本发明涉及膝关节外骨骼，具体地，涉及一种融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统。
背景技术
功能性电刺激(Functional Electrical Stimulation，FES)利用人工弱电流脉冲信号刺激瘫痪病人骨骼肌，有利于运动功能的恢复。功能性电刺激以肌肉为驱动器使瘫痪病人产生运动，可为患者带来一些生理学益处，例如，功能性电刺激可以保持肌肉活力，并防止肌肉萎缩。外骨骼机器人是一种可穿戴机器人，可以用于下肢有运动障碍病人的康复。康复医疗领域的外骨骼系统并不少见，例如瑞士HOCOMA公司研制的Locomat训练系统。外骨骼机器人可以为瘫痪病人提供较大的力矩辅助，并对一些不易实现的运动，如髋关节的屈曲等有很好的帮助作用。然而，功能性电刺激和外骨骼机器人分别有其缺点。功能性电刺激会带来肌肉疲劳，并且对于一些长期瘫痪的病人而言，其产生的转矩不足，而且控制困难。外骨骼机器人对于患者而言只是一种被动的训练，对于病人运动功能的恢复效果有限。因此，将功能性电刺激和外骨骼机器人结合既可以提高患者的肌肉活力，又易于控制，会为瘫痪病人带来更好的康复效果。目前，下肢外骨骼与功能性电刺激相结合，尤其是为功能性电刺激提供自适应力矩补偿的下肢外骨骼系统还较为少见。
经文献检索发现，中国专利公开号为CN102327173A，专利名称为：外骨骼可穿戴下肢康复机器人，申请日为2011年9月29日。该设备提供了一种外骨骼可穿戴下肢康复机器人，采用谐波减速器传动及盘式电机驱动。该装置存在一些不足：1、该下肢康复机器人采用刚性驱动器，只能实现被动的辅助方式；2、该下肢康复机器人缺乏功能性电刺激模块，无法为患者提供生理性辅助。
发明内容
本发明针对现有技术中存在的上述不足，提供了一种融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，包括具有柔性的膝关节外骨骼、直流伺服电机驱动器3、多通道功能性电刺激器5以及控制器4；所述直流伺服电机驱动器3与膝关节外骨骼相连接，所述控制器4分别与直流伺服电机驱动器3和多通道功能性电刺激器5相连接；
其中，控制器4通过直流伺服电机驱动器3控制膝关节外骨骼，同时控制多通道功能性电刺激器5，膝关节外骨骼与多通道功能性电刺激器5协同工作，并通过控制器4控制两者的同步性。
优选地，所述膝关节外骨骼包括相互连接的腿部固定机构和系统支架机构，其中：
所述腿部固定机构1包括：拉力传感器6、支撑板7、牵拉钢丝8、拉簧9、钢丝支架10、铝型材11、关节支撑板12、钢丝导块13、第一带座轴承14、膝关节滑轮15、轴固定座16、接触力传感器17、腿挡板18、腿支撑板19、腿护板20、关节角度传感器21、光轴22；拉力传感器6和拉簧9分别与牵拉钢丝8连接，钢丝由钢丝支架10支撑；钢丝支架10与铝型材11连接；关节支撑板12分别与铝型材11、钢丝导块13和第一带座轴承14连接；膝关节滑轮15与光轴22连接；轴固定座16与光轴22连接；接触力传感器17固定于腿挡板18上；前后两块腿挡板18与两块腿支撑板19连接；腿护板20用于绑缚于患者小腿上；关节角度传感器21与患者膝关节同轴；
所述系统支架机构2包括：支撑底板23、U型固定板24、固定支座25、电机支撑座26、直流伺服电机27、电机支撑盖28、电机固定板29、光轴30、滑轮31、联轴器32、钢丝导块33、直齿轮34、第二带座轴承35、轴承固定板36；支撑底板23由U型固定板24固定于硬板椅上；电机支撑座26与固定支座25和支撑底板23连接，并用于固定直流伺服电机27；直流伺服电机27由电机支撑座26和电机支撑盖28固定；电机固定板29用于固定支撑两根光轴30的带座轴承和直流伺服电机27的输出轴；两个滑轮31用于缠绕钢丝，并与光轴30相连；钢丝导块33与支撑底板23连接；三个直齿轮34相连；三个第二带座轴承35分别与光轴30和轴承固定板36相连；轴承固定板36与支撑底板23连接。
优选地，所述多通道功能性电刺激器5包括两个通道，分别为通道I和通道II，其中，每个通道均包含有两个电极片，通道I用于刺激下肢股直肌，通道II用于刺激腘绳肌，并由膝关节外骨骼补偿多通道功能性电刺激器5不足的力矩。
优选地，所述拉力传感器6与牵拉钢丝8串联，用于测量钢丝上的拉力；接触力传感器17用于测量人腿部和腿挡板18之间的接触力；关节角度传感器21用于测量膝关节的转动角度。
优选地，所述控制器4内部设有协同程序运行模块，所述协同程序运行模块用于控制多通道功能性电刺激器5和膝关节外骨骼的同步工作，所述同程序运行模块的控制过程包括如下步骤：
步骤1，预先设定膝关节运动轨迹，多通道功能性电刺激器5的输出电流幅值由控制器4调节；
步骤2，由关节角度传感器21测量的膝关节角度作为反馈量，通过中枢模式发生器算法对原始信号进行适应性平滑，关节角度传感器21输出通过逆动力学模型得到估计的膝关节运动总力矩；膝关节运动总力矩乘以增益即为膝关节外骨骼应输出的辅助力矩；
步骤3，由关节角度传感器21测得的关节角度值和参考运动轨迹之差通过控制器4来动态地调节增益，实现辅助力矩的自适应调节；
步骤4，与钢丝串联的拉力传感器6对膝关节外骨骼辅助力矩进行闭环控制；接触力传感器17对患者腿部和膝关节外骨骼之间的接触力进行检测，以实现零阻抗控制。
优选地，所述中枢模式发生器算法具体为：中枢模式发生器包括两个具有互抑制神经元功能的神经振荡器模型，由关节角度传感器(21)测得的膝关节角度作为中枢模式发生器的输入，通过调节神经振荡器的参数信息，使得输出的信号和膝关节角度相位保持一致，并提取周期性膝关节角度的主要成分，滤除部分干扰信号，输出的信号作为对膝关节角度估计值，输入逆动力学模型。
优选地，所述神经振荡器模型采用松冈(Matsuoka)神经振荡器模型。
优选地，所述逆动力学模型具体为：将膝关节和小腿视作单摆模型，并考虑膝关节的弹性和摩擦，由拉格朗日方程求得单自由度的动力学方程。该逆动力学模型的输入为中枢模式发生器输出的估计关节角度值，输出为膝关节摆动所需的关节转矩。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过具有柔性的膝关节外骨骼为功能性电刺激提供自适应的力矩补偿，为患者提供一种综合的康复手段，有以下优点：
1、外骨骼技术和功能性电刺激技术结合
通过功能性电刺激发挥病人肌肉的自主力量，在此基础上，康复机器人实施辅助功能，共同作用，为瘫痪病人提供最优的膝关节康复训练。膝关节外骨骼和功能性电刺激的同步性由控制器保证。
2、柔性的膝关节外骨骼驱动方式
膝关节外骨骼采用钢丝牵拉的方式驱动膝关节运动，钢丝与弹簧和拉力传感器相连，提供更好的力控制，并为康复运动的主动控制提供了可能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构等轴侧图；
图2为本发明的膝关节外骨骼腿部固定机构等轴侧图；
图3为本发明的膝关节外骨骼系统支架机构等轴侧图；
图中：1为腿部固定机构，2为系统支架机构，3为直流伺服电机驱动器，4为控制器，5为多通道功能性电刺激器，6为拉力传感器，7为支撑板，8为牵拉钢丝，9为拉簧，10为钢丝支架，11为铝型材，12为关节支撑板，13为钢丝导块，14为第一带座轴承，15为膝关节滑轮，16为轴固定座，17为接触力传感器，18为腿挡板，19为腿支撑板，20为腿护板，21为关节角度传感器，22为光轴，23为支撑底板，24为U型固定板，25为固定支座，26为电机支撑座，27为直流伺服电机，28为电机支撑盖，29为电机固定板，30为光轴，31为滑轮，32为联轴器，33为钢丝导块，34为直齿轮，35为第二带座轴承，36为轴承固定板，I为通道I，II为通道II。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。
请同时参阅图1至图3。
本实施例提供了一种融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，包括具有柔性的膝关节外骨骼、直流伺服电机驱动器3、多通道功能性电刺激器5以及控制器4；所述直流伺服电机驱动器3与膝关节外骨骼相连接，所述控制器4分别与直流伺服电机驱动器3和多通道功能性电刺激器5相连接；
其中，控制器4通过直流伺服电机驱动器3控制膝关节外骨骼，同时控制多通道功能性电刺激器5，膝关节外骨骼与多通道功能性电刺激器5协同工作，并通过控制器4控制两者的同步性。
进一步地，所述膝关节外骨骼包括相互连接的腿部固定机构和系统支架机构，其中：
所述腿部固定机构1包括：拉力传感器6、支撑板7、牵拉钢丝8、拉簧9、钢丝支架10、铝型材11、关节支撑板12、钢丝导块13、第一带座轴承14、膝关节滑轮15、轴固定座16、接触力传感器17、腿挡板18、腿支撑板19、腿护板20、关节角度传感器21、光轴22；拉力传感器6和拉簧9分别与牵拉钢丝8连接，钢丝由钢丝支架10支撑；钢丝支架10与铝型材11连接；关节支撑板12分别与铝型材11、钢丝导块13和第一带座轴承14连接；膝关节滑轮15与光轴22连接；轴固定座16与光轴22连接；接触力传感器17固定于腿挡板18上；前后两块腿挡板18与两块腿支撑板19连接；腿护板20用于绑缚于患者小腿上；关节角度传感器21与患者膝关节同轴；
所述系统支架机构2包括：支撑底板23、U型固定板24、固定支座25、电机支撑座26、直流伺服电机27、电机支撑盖28、电机固定板29、光轴30、滑轮31、联轴器32、钢丝导块33、直齿轮34、第二带座轴承35、轴承固定板36；支撑底板23由U型固定板24固定于硬板椅上；电机支撑座26与固定支座25和支撑底板23连接，并用于固定直流伺服电机27；直流伺服电机27由电机支撑座26和电机支撑盖28固定；电机固定板29用于固定支撑两根光轴30的带座轴承和直流伺服电机27的输出轴；两个滑轮31用于缠绕钢丝，并与光轴30相连；钢丝导块33与支撑底板23连接；三个直齿轮34相连；三个第二带座轴承35分别与光轴30和轴承固定板36相连；轴承固定板36与支撑底板23连接。
进一步地，所述多通道功能性电刺激器5包括两个通道，分别为通道I和通道II，其中，每个通道均包含有两个电极片，通道I用于刺激下肢股直肌，通道II用于刺激腘绳肌，并由膝关节外骨骼补偿多通道功能性电刺激器5不足的力矩。
进一步地，所述拉力传感器6与牵拉钢丝8串联，用于测量钢丝上的拉力；接触力传感器17用于测量人腿部和腿挡板18之间的接触力；关节角度传感器21用于测量膝关节的转动角度。
进一步地，所述控制器4内部设有协同程序运行模块，所述协同程序运行模块用于控制多通道功能性电刺激器5和膝关节外骨骼的同步工作，所述同程序运行模块的控制过程包括如下步骤：
步骤1，预先设定膝关节运动轨迹，多通道功能性电刺激器5的输出电流幅值由控制器4调节；
步骤2，由关节角度传感器21测量的膝关节角度作为反馈量，通过中枢模式发生器算法对原始信号进行适应性平滑，关节角度传感器21输出通过逆动力学模型得到估计的膝关节运动总力矩；膝关节运动总力矩乘以增益即为膝关节外骨骼应输出的辅助力矩；
步骤3，由关节角度传感器21测得的关节角度值和参考运动轨迹之差通过控制器4来动态地调节增益，实现辅助力矩的自适应调节；
步骤4，与钢丝串联的拉力传感器6对膝关节外骨骼辅助力矩进行闭环控制；接触力传感器17对患者腿部和膝关节外骨骼之间的接触力进行检测，以实现零阻抗控制。
进一步地，所述中枢模式发生器算法具体为：中枢模式发生器选用包含两个互抑制神经元的松冈(Matsuoka)神经振荡器模型，由关节角度传感器(21)测得的反馈角度值作为中枢模式发生器的输入。通过调节神经振荡器的参数信息，使得输出的信号和关节角度相位保持一致，并提取周期性关节角度的主要成分，滤除部分干扰信号。输出的信号作为对关节角度的估计，输入逆动力学模型。
进一步地，所述逆动力学模型具体为：将膝关节和小腿视作单摆模型，并考虑膝关节的弹性和摩擦，由拉格朗日方程求得单自由度的动力学方程。该逆动力学模型的输入为中枢模式发生器输出的估计关节角度值，输出为膝关节摆动所需的关节转矩。
本实施例具体为：
膝关节外骨骼具有柔性结构，其上设有拉力传感器6、接触力传感器17和关节角度传感器21，膝关节外骨骼为自主设计的机构，多通道功能性电刺激器5可以采用德国的Rehastim2。
本实施例通过控制器4实现两者之间任意力矩的分配，此外，多通道功能性电刺激器5产生的疲劳现象由膝关节外骨骼补偿。如图1所示，本实施例包括具有柔性的膝关节外骨骼、直流伺服电机驱动器3、多通道功能性电刺激器5以及控制器4。膝关节外骨骼包括系统支架机构2和腿部固定机构1，其中，系统支架机构2固定于硬板椅上，腿部固定机构1与系统支架机构2连接并用于固定坐于硬板椅上人的小腿。
如图2所示，膝关节外骨骼的腿部固定机构包括：拉力传感器6、支撑板7、牵拉钢丝8、拉簧9、钢丝支架10、铝型材11、关节支撑板12、钢丝导块13、第一带座轴承14、膝关节滑轮15、轴固定座16、接触力传感器17、腿挡板18、腿支撑板19、腿护板20、关节角度传感器21、光轴22。
其中拉力传感器6、拉簧9与钢丝8串联，钢丝由钢丝支架10支撑，一端固定于膝关节处的滑轮，另一端与系统支架上的滑轮相连。钢丝支架10与铝型材11连接，通过T型螺栓固定。关节支撑板12与铝型材11、钢丝导块13、第一带座轴承14连接。膝关节滑轮15与光轴22连接。轴固定座16与光轴22连接，通过紧定螺钉固定。接触力传感器17固定于腿挡板18上。前后两块腿挡板18与两块腿支撑板19连接。腿护板20绑缚于人小腿上。21为关节角度传感器，与膝关节同轴。
如图3所示，膝关节外骨骼的系统支架机构2包括：支撑底板23、U型固定板24、固定支座25、电机支撑座26、直流伺服电机27、电机支撑盖28、电机固定板29、光轴30、滑轮31、联轴器32、钢丝导块33、直齿轮34、第二带座轴承35、轴承固定板36。
支撑底板23由U型固定板24固定于硬板椅上，并通过紧定螺钉固定。电机支撑座26与固定支座25和支撑底板23连接，并用于固定直流伺服电机27。直流伺服电机27由电机支撑座26和电机支撑盖28固定。电机固定板29用于固定支撑两根光轴30的带座轴承和直流伺服电机27的输出轴。两个滑轮31用于缠绕钢丝，并与光轴30相连。钢丝导块33与支撑底板23连接。三个直齿轮34相连。三个第二带座轴承35与光轴30和轴承固定板36相连。轴承固定板36与支撑底板23连接。
本发明使用过程如下：膝关节外骨骼固定于硬板椅上，要求固定于平面上。患者坐于椅上，并用腿护板20绑缚住人的小腿。控制器通过预设的程序控制功能性电刺激，分别刺激下肢的股直肌和腘绳肌，使膝关节进行屈曲和伸展运动。同时，控制器控制膝关节外骨骼和功能性电刺激同步工作。控制器通过伺服电机驱动器3控制伺服电机按照一定的模式运动。
控制器内部运行协同程序，实现功能性电刺激和膝关节外骨骼的同步工作。首先预先设定膝关节运动轨迹，功能性电刺激器的输出电流幅值由前馈控制器调节。由关节角度传感器测量的膝关节角度作为反馈量，通过中枢模式发生器算法对原始信号进行适应性平滑，其输出通过逆动力学模型得到估计的膝关节运动总力矩。总力矩乘以增益即为膝关节外骨骼应输出的辅助力矩。此外，由膝关节角度传感器测得的关节角度值和参考运动轨迹之差通过比例-微分控制器来动态地调节增益，这样实现辅助力矩的自适应调节。与钢丝串联的拉力传感器用于膝关节外骨骼辅助力矩的闭环控制。接触力传感器用于腿部和外骨骼接触力的检测，以实现零阻抗控制。
在本实施例中，系统支架机构固定于硬板椅上，腿部固定机构与系统支架机构连接并固定使用者的小腿；膝关节外骨骼由直流伺服电机驱动，直流伺服电机通过齿轮传动驱动两个卷有钢丝的滑轮，两根钢丝中串联有弹簧和拉力传感器用于自适应的力矩补偿，牵拉钢丝末端固定在和膝关节同轴的滑轮上，这样直流伺服电机的正反转即可牵动膝关节进行屈曲和伸展运动；此外，该膝关节外骨骼配合多通道功能性电刺激协同工作，使用电刺激器分别刺激下肢股直肌和腘绳肌；协同程序运行模块使多通道功能性电刺激和膝关节外骨骼同步工作，并实现两者力矩的自适应分配。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (7)
1.一种融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，包括具有柔性的膝关节外骨骼、直流伺服电机驱动器(3)、多通道功能性电刺激器(5)以及控制器(4)；所述直流伺服电机驱动器(3)与膝关节外骨骼相连接，所述控制器(4)分别与直流伺服电机驱动器(3)和多通道功能性电刺激器(5)相连接；
其中，控制器(4)通过直流伺服电机驱动器(3)控制膝关节外骨骼，同时控制多通道功能性电刺激器(5)，膝关节外骨骼与多通道功能性电刺激器(5)协同工作，并通过控制器(4)控制两者的同步性。
2.根据权利要求1所述的融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，所述膝关节外骨骼包括相互连接的腿部固定机构和系统支架机构，其中：
所述腿部固定机构(1)包括：拉力传感器(6)、支撑板(7)、牵拉钢丝(8)、拉簧(9)、钢丝支架(10)、铝型材(11)、关节支撑板(12)、钢丝导块(13)、第一带座轴承(14)、膝关节滑轮(15)、轴固定座(16)、接触力传感器(17)、腿挡板(18)、腿支撑板(19)、腿护板(20)、关节角度传感器(21)、光轴(22)；拉力传感器(6)和拉簧(9)分别与牵拉钢丝(8)连接，钢丝由钢丝支架(10)支撑；钢丝支架(10)与铝型材(11)连接；关节支撑板(12)分别与铝型材(11)、钢丝导块(13)和第一带座轴承(14)连接；膝关节滑轮(15)与光轴(22)连接；轴固定座(16)与光轴(22)连接；接触力传感器(17)固定于腿挡板(18)上；前后两块腿挡板(18)与两块腿支撑板(19)连接；腿护板(20)用于绑缚于患者小腿上；关节角度传感器(21)与患者膝关节同轴；
所述系统支架机构(2)包括：支撑底板(23)、U型固定板(24)、固定支座(25)、电机支撑座(26)、直流伺服电机(27)、电机支撑盖(28)、电机固定板(29)、光轴(30)、滑轮(31)、联轴器(32)、钢丝导块(33)、直齿轮(34)、第二带座轴承(35)、轴承固定板(36)；支撑底板(23)由U型固定板(24)固定于硬板椅上；电机支撑座(26)与固定支座(25)和支撑底板(23)连接，并用于固定直流伺服电机(27)；直流伺服电机(27)由电机支撑座(26)和电机支撑盖(28)固定；电机固定板(29)用于固定支撑两根光轴(30)的带座轴承和直流伺服电机(27)的输出轴；两个滑轮(31)用于缠绕钢丝，并与光轴(30)相连；钢丝导块(33)与支撑底板(23)连接；三个直齿轮(34)相连；三个第二带座轴承(35)分别与光轴(30)和轴承固定板(36)相连；轴承固定板(36)与支撑底板(23)连接。
3.根据权利要求1所述的融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，所述多通道功能性电刺激器(5)包括两个通道，分别为通道I和通道II，其中，每个通道均包含有两个电极片，通道I用于刺激下肢股直肌，通道II用于刺激腘绳肌，并由膝关节外骨骼补偿多通道功能性电刺激器(5)不足的力矩。
4.根据权利要求2所述的融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，所述拉力传感器(6)与牵拉钢丝(8)串联，用于测量钢丝上的拉力；接触力传感器(17)用于测量人腿部和腿挡板(18)之间的接触力；关节角度传感器(21)用于测量膝关节的转动角度。
5.根据权利要求2所述的融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，所述控制器(4)内部设有协同程序运行模块，所述协同程序运行模块用于控制多通道功能性电刺激器(5)和膝关节外骨骼的同步工作，所述同程序运行模块的控制过程包括如下步骤：
步骤1，预先设定膝关节运动轨迹，多通道功能性电刺激器(5)的输出电流幅值由控制器(4)调节；
步骤2，由关节角度传感器(21)测量的膝关节角度作为反馈量，通过中枢模式发生器算法对原始信号进行适应性平滑，关节角度传感器(21)输出通过逆动力学模型得到估计的膝关节运动总力矩；膝关节运动总力矩乘以增益即为膝关节外骨骼应输出的辅助力矩；
步骤3，由关节角度传感器(21)测得的关节角度值和参考运动轨迹之差通过控制器(4)来动态地调节增益，实现辅助力矩的自适应调节；
步骤4，与钢丝串联的拉力传感器(6)对膝关节外骨骼辅助力矩进行闭环控制；接触力传感器(17)对患者腿部和膝关节外骨骼之间的接触力进行检测，以实现零阻抗控制。
6.根据权利要求5所述的融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，所述中枢模式发生器算法具体为：中枢模式发生器包括两个具有互抑制神经元功能的神经振荡器模型，由关节角度传感器(21)测得的膝关节角度作为中枢模式发生器的输入，通过调节神经振荡器的参数信息，使得输出的信号和膝关节角度相位保持一致，并提取周期性膝关节角度的主要成分，滤除部分干扰信号，输出的信号作为对膝关节角度估计值，输入逆动力学模型。
7.根据权利要求5或6所述的融合功能性电刺激的膝关节外骨骼系统，其特征在于，所述逆动力学模型具体为：将患者的膝关节和小腿视作单摆模型，同时考虑膝关节的弹性和摩擦，由拉格朗日方程求得单自由度的动力学方程，所述逆动力学模型的输入为中枢模式发生器输出的膝关节角度估计值，逆动力学模型的输出为膝关节摆动所需的关节转矩。
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Cited By (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106334265A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-18 | 天津大学 | 以功能性肌肉电刺激驱动的外骨骼助行系统及助行方法 |
| CN107224669A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-03 | 上海理工大学 | 自适应穿戴式柔顺外骨骼康复机械手的控制系统 |
| CN107261325A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-10-20 | 长安大学 | 一种偏瘫患者行走训练防过伸方法及装置 |
| CN107693305A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-02-16 | 河南理工大学 | 一种腿部训练康复多功能机器人 |
| CN108421162A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-08-21 | 曹福成 | 生物反馈闭链电刺激下肢康复机器人 |
| CN109223444A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-18 | 上海电气集团股份有限公司 | 康复机器人及其人机协同交互力控制方法 |
| CN109620650A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-04-16 | 张节伟 | 一种腿部手术患者用智能康复支架 |
| CN110711114A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-01-21 | 河北工业大学 | 一种基于动力学模型的外骨骼自抗扰控制方法 |
| CN110974602A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种上肢外骨骼运动关节保护装置 |
| CN111408042A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-14 | 浙江迈联医疗科技有限公司 | 功能性电刺激和下肢外骨骼智能分配方法、装置、存储介质及系统 |
| CN112155940A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-01 | 上海电气集团股份有限公司 | 基于康复机器人的康复运动控制方法、系统、设备及介质 |
| CN114146373A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-08 | 李信达 | 一种膝部康复与训练装置 |
| KR20220053746A (ko) | 2020-10-22 | 2022-05-02 | 고려대학교 산학협력단 | 사용자 피로도 기반의 기능적 전기자극과 진동자극 제어시스템 및 제어방법 |
| CN115006190A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-09-06 | 南京航空航天大学 | 一种坐式可变刚度外骨骼及变柔顺性按需辅助控制方法 |
| US11654280B2 (en) | 2018-02-13 | 2023-05-23 | Ekso Bionics Holdings, Inc. | Structural integration and enhanced control of functional electrical stimulation in an exoskeleton device |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102327173A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-01-25 | 上海交通大学 | 外骨骼可穿戴下肢康复机器人 |
| CN103200909A (zh) * | 2010-09-27 | 2013-07-10 | 范德比尔特大学 | 行动辅助设备 |
| CN103315880A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-09-25 | 上海交通大学 | 基于记忆合金驱动的手部外骨骼康复系统 |
-
2013
- 2013-12-17 CN CN201310697801.3A patent/CN103655122B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103200909A (zh) * | 2010-09-27 | 2013-07-10 | 范德比尔特大学 | 行动辅助设备 |
| CN102327173A (zh) * | 2011-09-29 | 2012-01-25 | 上海交通大学 | 外骨骼可穿戴下肢康复机器人 |
| CN103315880A (zh) * | 2013-06-03 | 2013-09-25 | 上海交通大学 | 基于记忆合金驱动的手部外骨骼康复系统 |
Cited By (20)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106334265A (zh) * | 2016-09-19 | 2017-01-18 | 天津大学 | 以功能性肌肉电刺激驱动的外骨骼助行系统及助行方法 |
| CN106334265B (zh) * | 2016-09-19 | 2019-01-08 | 天津大学 | 以功能性肌肉电刺激驱动的外骨骼助行系统 |
| CN107224669A (zh) * | 2017-05-24 | 2017-10-03 | 上海理工大学 | 自适应穿戴式柔顺外骨骼康复机械手的控制系统 |
| CN107261325A (zh) * | 2017-07-17 | 2017-10-20 | 长安大学 | 一种偏瘫患者行走训练防过伸方法及装置 |
| CN107261325B (zh) * | 2017-07-17 | 2023-10-27 | 长安大学 | 一种偏瘫患者行走训练防过伸方法及装置 |
| CN107693305A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-02-16 | 河南理工大学 | 一种腿部训练康复多功能机器人 |
| US11654280B2 (en) | 2018-02-13 | 2023-05-23 | Ekso Bionics Holdings, Inc. | Structural integration and enhanced control of functional electrical stimulation in an exoskeleton device |
| CN108421162A (zh) * | 2018-04-08 | 2018-08-21 | 曹福成 | 生物反馈闭链电刺激下肢康复机器人 |
| CN108421162B (zh) * | 2018-04-08 | 2023-07-07 | 曹福成 | 生物反馈闭链电刺激下肢康复机器人 |
| CN109223444A (zh) * | 2018-10-23 | 2019-01-18 | 上海电气集团股份有限公司 | 康复机器人及其人机协同交互力控制方法 |
| CN109620650B (zh) * | 2018-10-25 | 2021-05-11 | 张节伟 | 一种腿部手术患者用智能康复支架 |
| CN109620650A (zh) * | 2018-10-25 | 2019-04-16 | 张节伟 | 一种腿部手术患者用智能康复支架 |
| CN110711114A (zh) * | 2019-10-17 | 2020-01-21 | 河北工业大学 | 一种基于动力学模型的外骨骼自抗扰控制方法 |
| CN110974602A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 中国医学科学院生物医学工程研究所 | 一种上肢外骨骼运动关节保护装置 |
| CN111408042A (zh) * | 2020-03-27 | 2020-07-14 | 浙江迈联医疗科技有限公司 | 功能性电刺激和下肢外骨骼智能分配方法、装置、存储介质及系统 |
| CN111408042B (zh) * | 2020-03-27 | 2023-03-21 | 浙江迈联医疗科技有限公司 | 功能性电刺激和下肢外骨骼智能分配方法、装置、存储介质及系统 |
| CN112155940A (zh) * | 2020-10-12 | 2021-01-01 | 上海电气集团股份有限公司 | 基于康复机器人的康复运动控制方法、系统、设备及介质 |
| KR20220053746A (ko) | 2020-10-22 | 2022-05-02 | 고려대학교 산학협력단 | 사용자 피로도 기반의 기능적 전기자극과 진동자극 제어시스템 및 제어방법 |
| CN114146373A (zh) * | 2021-12-17 | 2022-03-08 | 李信达 | 一种膝部康复与训练装置 |
| CN115006190A (zh) * | 2022-04-06 | 2022-09-06 | 南京航空航天大学 | 一种坐式可变刚度外骨骼及变柔顺性按需辅助控制方法 |
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