CN105476817A - 一种人的意念控制机器腿及康复行走方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种人的意念控制机器腿及康复行走方法，通过人健康半脑的意念控制健康肢体运动，使设置在康健腿上的主动传感器采集健康肢体运动信息，由控制装置处理采集的运动信息，并控制固定在需要康复肢体上的机械腿，从而带动康复腿被动运动，实现康复行走，包括控制装置、主动传感器、单腿假肢、腰部支撑结构，单腿假肢固定在腰部支撑结构下部，若干个主动传感器设置在可自由活动的腿部，主动传感器与控制装置相通讯，控制装置驱动单腿假肢运动。优点是：仅采用单腿假肢带动需要康复的腿，因此装置整体较为灵活，占地面积较小，自身重量较轻，便于病人自主训练，减轻护理人员负担。

Description

一种人的意念控制机器腿及康复行走方法

技术领域

本发明涉及一种康复工程技术领域的智能穿戴系统，尤其涉及一种人的意念控制机器腿及康复行走方法。

背景技术

脑血管疾病引起的半身不遂在康复训练过程中，一般采用的康复设备都较为复杂，占地面积也较大，使用不够灵活，主要作为双脚支撑，并控制双脚移动，如专利申请号：201010119161.4公开了《助行外骨骼康复机器人》。

目前，针对下肢有运动障碍的病人进行康复训练的外骨骼机器人得到了应用和推广，它突破传统康复训练方法，将机器人主动控制技术和假肢“助走”功能结合，佩戴于肢体残疾人身上进行步态康复训练。如专利申请号：200410053695.6公开了一种可穿戴式的下肢步行外骨骼，该种结构与全身康复训练仪器灵活，但是由于其需要支撑整个身体，因此其动力输出较大，需要零部件也较多，自身重量较大，不适用于半身不遂的病人使用。

专利申请号：200610155048.5，名称：一种多体位外骨骼下肢康复训练机器人，该技术自述：机器人包括机座、护栏、悬吊系统、外骨骼训练装置和计算机控制系统。它利用外骨骼和跑步机来进行步态矫正训练，通过被动式弹性阻尼器来起缓冲和部分支撑身体的作用。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种人的意念控制机器腿及康复行走方法，实现灵活方便的康复训练。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种人的意念控制康复行走方法，通过半身不隧患者健康半脑的意念控制自身半侧健康肢体运动，使设置在康健肢体上的主动传感器采集健康肢体运动信息，并将该信息发送到控制装置，由控制装置处理采集的运动信息，并发出指令控制固定在需要康复肢体上的机器腿，使机器腿与健康腿做相同运动，从而带动康复腿被动运动，实现自我控制康复行走，具体包括以下步骤：

1)将主动传感器放置在健康肢体上，用以采集健康肢体的运动信息；

2)将腰部支撑结构固定在腰部，长短可调节的连接杆贴紧需要康复的大腿部，并绑定；支撑杆绑定在需要康复的小腿部，脚部放置在足底支撑上，并固定；三个蜗轮蜗杆电动机分别带动连接杆、支撑杆、足底支撑运动；

3)主动传感器将位置信息传输到控制装置，处于髋关节、膝关节、踝关节的主动传感器依次将相对位置信息发送到控制装置，经控制装置处理后发出从动运动指令，依次驱动三个蜗轮蜗杆电动机运动，由蜗轮蜗杆电动机带动需要康复的肢体，按照健康肢体的运动方式被动运动；

4)设置在连接杆、支撑杆、足底支撑的反馈传感器将从动的运动信息反馈给控制装置，用以验证被动运动是否与健康肢体的主动运动一致，从而实现病腿向自身好腿学习运动的目的。

一种人的意念控制机器腿，包括控制装置、主动传感器、单腿假肢、腰部支撑结构，单腿假肢固定在腰部支撑结构下部，若干个主动传感器设置在可自由活动的腿部，主动传感器与控制装置相通讯，控制装置驱动单腿假肢运动。

所述的单腿假肢包括三个分别设置在髋关节、膝关节、踝关节的蜗轮蜗杆电动机，足底支撑，支撑杆，连接杆，反馈传感器；连接杆一端与腰部支撑结构活动铰接，另一端与支撑杆一端活动铰接，支撑杆另一端与足底支撑活动铰接，足底支撑上设有绑带，髋关节的蜗轮蜗杆电动机带动连接杆转动，膝关节的蜗轮蜗杆电动机带动支撑杆转动，踝关节的蜗轮蜗杆电动机带动足底支撑转动；反馈传感器设置在足底支撑，支撑杆，连接杆上，反馈传感器与控制装置相通讯。

所述的控制装置包括嵌入式微电脑、无线收发器、从动机构驱动器、锂电池，主动传感器将采集的主动动作信息发送到嵌入式微电脑，嵌入式微电脑按照设定的延时时间延时后，发送从动动作信息到从动机构驱动器，由从动机构驱动器驱动蜗轮蜗杆电动机带动单腿假肢按照健康肢体运动方式运动，反馈传感器将采集的从动动作信息发送到嵌入式微电脑；所述的锂电池为控制装置及蜗轮蜗杆电动机供电；无线收发器将主动动作信息、从动动作信息发生到手机上，并接收手机发送的指令到嵌入式微电脑。

所述的单腿假肢通过绑带与需要康复的腿固定。

所述的主动传感器通过绑带绑扎在健康腿上，用以采集健康腿的运动位置信息。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

利用传感器、控制装置实现需要康复腿的跟随被动运动，以健康肢体的运动为模板，由单腿假肢带动需要康复的肢体，实现康复训练的目的；仅采用单腿假肢带动需要康复的腿，因此装置整体较为灵活，占地面积较小，自身重量较轻，便于病人自主训练，减轻护理人员负担。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明的局部示意图。

图3是本发明控制原理图。

图4是本发明控制装置组成示意图。

图5是本发明控制流程图。

图中：1-控制装置2-主动传感器3-绑带4-蜗轮蜗杆电动机5-调节板6-腰侧支撑7-足底支撑8-上连接杆9-下连接杆10-上支撑杆11-下支撑杆12-电线。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图5，一种人的意念控制康复机械腿及康复行走方法，通过半身不隧患者健康半脑的意念控制自身半侧健康肢体运动，使设置在康健肢体上的主动传感器采集健康肢体运动信息，并将该信息发送到控制装置，由控制装置处理采集的运动信息，并发出指令控制固定在需要康复肢体上的机器腿，使机器腿与健康腿做相同运动，从而带动康复腿被动运动，实现自我控制康复行走，具体包括以下步骤：

1)将主动传感器2放置在健康肢体上，用以采集健康肢体的运动信息；

2)将腰部支撑结构固定在腰部，长短可调节的连接杆贴紧需要康复的大腿部，并绑定；支撑杆绑定在需要康复的小腿部，脚部放置在足底支撑7上，并固定；三个蜗轮蜗杆电动机4分别带动连接杆、支撑杆、足底支撑7运动；

3)主动传感器2将位置信息传输到控制装置1，处于髋关节、膝关节、踝关节的主动传感器2依次将相对位置信息发送到控制装置1，经控制装置1处理后发出从动运动指令，依次驱动三个蜗轮蜗杆电动机4运动，由蜗轮蜗杆电动机4带动需要康复的肢体，按照健康肢体的运动方式被动运动；

4)设置在连接杆、支撑杆、足底支撑7的反馈传感器将从动的运动信息反馈给控制装置1，用以验证被动运动是否与健康肢体的主动运动一致，从而实现病腿向自身好腿学习运动的目的。

利用上述相同方法原理还可实现上肢的康复运动，即利用机械臂、控制装置1实现上肢的康复：通过人健康半脑的意念控制健康上肢运动，使设置在康健手臂上的主动传感器2采集健康手臂运动信息，由控制装置1处理采集的运动信息，并控制固定在需要康复上肢的机械臂，从而带动康复手臂被动运动，实现康复运动。

人的意念控制机器腿，包括控制装置1、主动传感器2、单腿假肢、腰部支撑结构，单腿假肢固定在腰部支撑结构下部，若干个主动传感器2设置在可自由活动的腿部，主动传感器2与控制装置1相通讯，控制装置1驱动单腿假肢运动。单腿假肢通过绑带3与需要康复的腿固定。主动传感器2通过固定在不带蜗轮蜗杆电动机4的单腿假肢上的绑带3绑扎在健康腿上，用以采集健康腿的运动位置信息。

单腿假肢包括三个分别设置在髋关节、膝关节、踝关节的蜗轮蜗杆电动机4，足底支撑7，支撑杆，连接杆，反馈传感器；连接杆一端与腰部支撑结构活动铰接，另一端与支撑杆一端活动铰接，支撑杆另一端与足底支撑7活动铰接，足底支撑7上设有绑带3，髋关节的蜗轮蜗杆电动机4带动连接杆转动，膝关节的蜗轮蜗杆电动机4带动支撑杆转动，踝关节的蜗轮蜗杆电动机4带动足底支撑7转动；反馈传感器设置在足底支撑7，支撑杆，连接杆上，反馈传感器与控制装置1相通讯。

控制装置1包括嵌入式微电脑、无线收发器(优选的采用蓝牙无线收发器)、从动机构驱动器、锂电池，主动传感器2将采集的主动动作信息发送到嵌入式微电脑，嵌入式微电脑按照设定的延时时间延时后，发送从动动作信息到从动机构驱动器，由从动机构驱动器驱动蜗轮蜗杆电动机4带动单腿假肢按照健康肢体运动方式运动；所述的锂电池为控制装置1供电；无线收发器将主动动作信息、从动动作信息发生到手机上，并接收手机发送的指令到嵌入式微电脑。其中，主动传感器2和反馈传感器均采用角度传感器。

实施例：

人的意念控制机器腿，包括控制装置1、主动传感器2、单腿假肢、腰部支撑结构，单腿假肢固定在腰部支撑结构下部，若干个主动传感器2设置在不带蜗轮蜗杆电动机4的单腿假肢，可自由活动的腿部，主动传感器2与控制装置1相通讯，控制装置1驱动单腿假肢运动。单腿假肢通过绑带3与需要康复的腿固定。主动传感器2通过绑带3绑扎在健康腿上，用以采集健康腿的运动位置信息；图1中主动传感器2固定在不带蜗轮蜗杆电动机4的单腿假肢上，健康腿通过绑带3固定在不带蜗轮蜗杆电动机4的单腿假肢，以便于主动传感器2采集运动信息。

腰部支撑结构由腰侧支撑6和调节板5组成，腰侧支撑6由两个结构相同的结构组成，该结构由直角钢板制成，一端通过调节板5连接，调节板5上设有若干连接孔，用以调整腰部支撑结构的宽度以适应各种腰围的人使用，另一端与单腿假肢活动铰接，并在单腿假肢上设置限位台，限定腰部支撑结构位置，使腰部支撑结构180度翻转，实现左右腿交换使用，即同时适合左偏瘫病人和右偏瘫病人使用；也可实现卧床使用，防止腰部支撑结构伤害卧床病人身体。在腰侧支撑6上固定控制装置1的盒体，盒体内设置可充电的锂电池。

单腿假肢包括三个分别设置在髋关节、膝关节、踝关节的蜗轮蜗杆电动机4，足底支撑7，支撑杆，连接杆；连接杆一端与腰部支撑结构活动铰接，另一端与支撑杆一端活动铰接，支撑杆另一端与足底支撑7活动铰接，足底支撑7上设有绑带3，髋关节的蜗轮蜗杆电动机4带动连接杆转动，膝关节的蜗轮蜗杆电动机4带动支撑杆转动，踝关节的蜗轮蜗杆电动机4带动足底支撑7转动。连接件一端与腰侧支撑6连接，另一端与绑带3连接，连接件上设置限位台，用以限定腰侧支撑6位置；连接杆由上连接杆8和下连接杆9组成，上连接杆8内侧设有限位台，以限定腰部支撑结构位置，上连接杆8与下连接杆9通过螺栓固定，上连接杆8上设有滑槽，用以调整连接杆长度；上连接杆8与下连接杆9也可使用任意调整长度的卡扣结构或其他结构。支撑杆由上支撑杆10和下支撑杆11组成，二者连接方式及支撑杆长度调整方式与连接杆相同。连接杆与支撑杆为长度可调结构，使单腿假肢适合不同身高的人群使用。

控制装置1包括嵌入式微电脑、无线收发器、从动机构驱动器、锂电池，主动传感器2将采集的主动动作信息发送到嵌入式微电脑，嵌入式微电脑按照设定的延时时间延时后，发送从动动作信息到从动机构驱动器，由从动机构驱动器驱动蜗轮蜗杆电动机4带动单腿假肢按照健康肢体运动方式运动，单腿假肢(带蜗轮蜗杆电动机4)上设置的反馈传感器采集从动动作信息，并发送到控制装置1上，用以同主动动作信息进行对比，实现动作矫正，最终实现肢体的康复行走；锂电池为控制装置1供电，同时也通过电线12为蜗轮蜗杆电动机4供电；无线收发器将主动动作信息、从动动作信息发生到手机上，并接收手机发送的指令到嵌入式微电脑。手机通过APP可实现延时设定，查询主动动作信息，查询从动动作信息等；同时也可通过APP实现控制单腿假肢的运动，并设定相关运动参数等。还可在需要康复的肢体上设置主动传感器2以实时观察康复情况。

Claims (6)

1.一种人的意念控制康复行走方法，其特征在于，通过半身不隧患者健康半脑的意念控制自身半侧健康肢体运动，使设置在康健肢体上的主动传感器采集健康肢体运动信息，并将该信息发送到控制装置，由控制装置处理采集的运动信息，并发出指令控制固定在需要康复肢体上的机器腿，使机器腿与健康腿做相同运动，从而带动康复腿被动运动，实现自我控制康复行走，具体包括以下步骤：

1)将主动传感器放置在健康肢体上，用以采集健康肢体的运动信息；

2)将腰部支撑结构固定在腰部，长短可调节的连接杆贴紧需要康复的大腿部，并绑定；支撑杆绑定在需要康复的小腿部，脚部放置在足底支撑上，并固定；三个蜗轮蜗杆电动机分别带动连接杆、支撑杆、足底支撑运动；

3)主动传感器将位置信息传输到控制装置，处于髋关节、膝关节、踝关节的主动传感器依次将相对位置信息发送到控制装置，经控制装置处理后发出从动运动指令，依次驱动三个蜗轮蜗杆电动机运动，由蜗轮蜗杆电动机带动需要康复的肢体，按照健康肢体的运动方式被动运动；

4)设置在连接杆、支撑杆、足底支撑的反馈传感器将从动的运动信息反馈给控制装置，用以验证被动运动是否与健康肢体的主动运动一致，从而实现病腿向自身好腿学习运动的目的。

2.实现权利要求1所述方法的一种人的意念控制机器腿，其特征在于，包括控制装置、主动传感器、单腿假肢、腰部支撑结构，单腿假肢固定在腰部支撑结构下部，若干个主动传感器设置在可自由活动的腿部，主动传感器与控制装置相通讯，控制装置驱动单腿假肢运动。

3.根据权利要求2所述的一种人的意念控制机器腿，其特征在于，所述的单腿假肢包括三个分别设置在髋关节、膝关节、踝关节的蜗轮蜗杆电动机，足底支撑，支撑杆，连接杆，反馈传感器；连接杆一端与腰部支撑结构活动铰接，另一端与支撑杆一端活动铰接，支撑杆另一端与足底支撑活动铰接，足底支撑上设有绑带，髋关节的蜗轮蜗杆电动机带动连接杆转动，膝关节的蜗轮蜗杆电动机带动支撑杆转动，踝关节的蜗轮蜗杆电动机带动足底支撑转动；反馈传感器设置在足底支撑，支撑杆，连接杆上，反馈传感器与控制装置相通讯。

4.根据权利要求2或3所述的一种人的意念控制机器腿，其特征在于，所述的控制装置包括嵌入式微电脑、无线收发器、从动机构驱动器、锂电池，主动传感器将采集的主动动作信息发送到嵌入式微电脑，嵌入式微电脑按照设定的延时时间延时后，发送从动动作信息到从动机构驱动器，由从动机构驱动器驱动蜗轮蜗杆电动机，带动单腿假肢按照健康肢体运动方式运动，反馈传感器将采集的从动动作信息发送到嵌入式微电脑以判断运动是否正确；所述的锂电池为控制装置及蜗轮蜗杆电动机供电；无线收发器将主动动作信息、从动动作信息发生到手机上，并接收手机发送的指令到嵌入式微电脑。

5.根据权利要求2所述的一种人的意念控制机器腿，其特征在于，所述的单腿假肢通过绑带与需要康复的腿固定。

6.根据权利要求2所述的一种人的意念控制机器腿，其特征在于，所述的主动传感器通过绑带绑扎在健康腿上，用以采集健康腿的运动位置信息。