CN107550617A - 一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统 - Google Patents

Abstract

一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统，包括步进电机，牵引绳索，牵引头套，微处理器模块，拉力传感器，加速度传感器，显示模块。拉力传感器与步进电机、牵引绳索及微处理器相连，加速度传感器放置在牵引绳索上，与微处理器相连。微处理器模块与显示模块相连；本发明的优点是在很多应用中，比如康复医疗器械中，需要精确控制牵引的速度、位移量及需输出较为精确的牵引力，否则容易引起医疗事故或者没有达到效果；本发明通过在医疗康复器械中，引入加速度传感器，从而精确测量牵引绳索的加速度、速度、位移量、牵引力，反馈给微控制器，再通过步进电机，精确调整输出牵引力，从而产生稳定精确的牵引力输出，以及稳定、准确的牵引状态控制。

Description

一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统

技术领域

本发明涉及电子产品技术领域，具体涉及一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统。

背景技术

医疗器械中，尤其是康复设备中，需要对人体进行牵引，辅助人体康复。在牵引过程中，需要精确输出牵引力的大小；如果测量的牵引力值偏小，则由于实际牵引力过大，造成人体伤害；如果测量的牵引力值偏大，则由于实际牵引力过小，达不到牵引效果；另外，牵引过程中，需要精确确定牵引力的速度和位移量。

现有系统及装置中，通常是使用拉力传感器测量牵引力，并把拉力值反馈给控制单元，控制单元进行相应的控制；在实际情况下，由于牵引线行程较短，牵引线一直处于一个不稳态的状态，所以牵引力的测量值是一个变值；同时，由于在牵引过程中，必然造成牵引线所经过的受力部件产生形变，从而造成牵引力测量值误差太大；现有的修正方法，通常是测量大量牵引数据，进行曲线拟合，获得一个希望输出牵引值与步进电机输出值的对应表，在系统工作时，进行查表获得输出数据，控制步进电机；但是由于医疗器械是一种机械、电子结合的装置，因此在一套机器上进行的曲线拟合所总结的规律，就可能不适合另外一套医疗器械，因此造成这种方法没有普适性。

我们的方案是采用拉力传感器，结合加速度传感器，通过测量加速度传感器的加速度，根据实时加速度传感器获取的加速度，以及对应的拉力值，进行一定的数据处理，比如积分、曲线拟合、线性回归等数据处理方法，获得较为精确的速度、位移量，以及牵引力与步进电机控制参数的关系，从而实现牵引力的自适应精确输出、康复系统的精确控制等。

发明内容

本发明为解决现有装置无法精确控制牵引力输出和不能对康复器械的精确控制等问题，做出以下设计：本发明结构包括加速度传感器、步进电机，牵引绳索，牵引头套，微处理器模块，拉力传感器，显示模块；拉力传感器与步进电机、牵引绳索及微处理器相连，加速度传感器放置在牵引绳索上，与微处理器相连。微处理器模块与显示模块相连。

所述系统通过加速度传感器获得牵引绳索的加速度，通过对加速度数据进行处理，获得牵引绳索的运行速度和位移量。

所述系统包括模型训练阶段：系统进行周期性的模型参数训练，即微控制器获取牵引行程中的步进电机输出值、牵引力检测值、加速度三者的实时数据，训练模型参数。模型中，牵引力检测值与加速度是输入变量，步进电机输出值是输出变量。

所述系统在模型参数训练结束后的系统运行时刻，根据实时牵引绳索加速度、期望绳索牵引力，依据模型进行计算，输出对应参数给步进电机。

本发明的优点是：(1)在很多应用中，比如康复医疗器械中，需要根据需求输出比较准确的牵引力，否则容易引起医疗事故或者没有达到效果；而本发明通过测量牵引绳索的加速度及牵引力，进行计算，并通过步进电机，精确调整牵引输出力，从而达到稳定精确的牵引力输出；(2)利用加速度传感器获得的实时加速度数据，进行积分可以获得速度、进一步获得位移量；根据这些参数的反馈，可以通过步进电机，从而精确控制康复医疗器械的运行，获得更好的康复效果。

附图说明

图1是本发明的结构及工作原理方框图。

具体实施方式

实施例一

如图1所示，本发明结构包括加速度传感器6、步进电机2、牵引绳索4、牵引头套5、微处理器模块1、拉力传感器3、显示模块7。拉力传感器3与步进电机2、牵引绳索4及微处理器1相连，加速度传感器6固定在牵引绳索4上，与微处理器1相连。步进电机2带动蜗杆产生牵引力。微处理器模块1与显示模块7相连。

系统通过加速度传感器获取牵引绳索的加速度，通过对加速度数据进行积分获得牵引绳索的运行速度，通过对加速度进行二次积分，获得牵引绳索的位移量；

系统包括两个阶段，即模型训练阶段和运行阶段。行系统进行周期性的模型参数训练。每隔一段时间，比如半个月，系统进行一次模型参数训练，以适应系统各个部件参数变化。

在模型训练阶段，微控制器获取牵引行程中的步进电机输出值、牵引力检测值、加速度三者的实时数据，训练模型参数。模型中，牵引力检测值与加速度是输入变量，步进电机输出值是输出变量；

在模型训练阶段结束后，进入系统运行阶段：根据实时牵引绳索加速度、期望绳索牵引力，依据模型进行计算，输出对应参数给步进电机。

Claims (5)

1.一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统，其特征在于：系统包含加速度传感器。

2.根据权利1所述的一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统，其特征在于：包括步进电机，牵引绳索，牵引头套，微处理器模块，拉力传感器，显示模块；拉力传感器与步进电机、牵引绳索及微处理器相连，加速度传感器放置在牵引绳索上，与微处理器相连；微处理器模块与显示模块相连。

3.根据权利1和权利2所述的一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统，其特征在于：系统通过加速度传感器获得牵引绳索的加速度，通过对加速度数据进行处理，获得牵引绳索的运行速度和位移量。

4.根据权利3所述的一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统，其特征在于：系统进行周期性地模型参数训练，即微控制器获取牵引行程中的步进电机输出值、牵引力检测值、加速度三者的实时数据，训练模型参数。模型中，牵引力检测值与加速度是输入变量，步进电机输出值是输出变量。

5.根据权利4所述的一种基于加速度传感器的医疗器械牵引康复系统，其特征在于：在模型参数训练结束后，系统在运行时刻，根据实时牵引绳索加速度、期望绳索牵引力，依据模型进行计算，输出对应参数给步进电机。