CN107595544A - 一种下肢康复设备控制方法、系统和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种下肢康复设备控制方法、系统和装置，该方法包括：测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断运动相；基于运动相更新下肢康复设备的运行参数。系统执行对应方法。装置包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、驱动组件和压力传感器单元，第二连接件与第一、三连接件转动连接，压力传感器设置于第三连接件，驱动组件用于转动第一连接件与第二连接件。本发明通过压力传感器单元获取足底压力，基于足底压力的变化过程和对应的时间判断下肢康复设备的状态，基于该状态控制下肢康复设备以辅助下肢进行对应的运动，能够自动调节下肢康复设备的运动参数以灵活适应当前下肢的运动需求。
Description
技术领域
本发明涉及康复设备领域，尤其涉及一种下肢康复设备控制方法、系统和装置。
背景技术
行走不便的人需要支持行走的下肢康复设备，现有的下肢康复设备主要是基于机械的结构以固定下肢，或者使用液压或者气压的方式推动机械结构以支持下肢的运动。
第一种方式结构结构，价格低廉可以适应一般的用户的需求，但是功能不强；第二种方式则智能化程度低，使用不便。
发明内容
为了解决上述问题，本发明通过提供一种下肢康复设备控制方法、系统和装置,可以根据行走姿态改变下肢康复设备的运动参数，使用方便。
本发明采用的技术方案一方面为一种下肢康复设备控制方法，包括步骤：测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断所述下肢康复设备所处的运动相；基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
优选地，测量足底压力值的大小，当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值，标记该变化过程为抬腿相；当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，标记该变化过程为支持相；其中，支持相的持续时间大于时间阈值则更新标记为慢速支持相，否则更新标记为快速支持相；归类抬腿相、支持相、慢速支持相和快速支持相为运动相，基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
优选地，所述下肢康复设备包括驱动组件和运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢运动。
优选地，当所述下肢康复设备处于抬腿相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行弯曲运动；当所述下肢康复设备处于支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行伸展运动；当所述下肢康复设备处于慢速支持相或快速支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行对应时间长度的伸展运动。
本发明采用的技术方案另一方面为一种下肢康复设备控制系统，包括：测量模块，用于测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断所述下肢康复设备所处的运动相；控制模块，用于基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
优选地，测量模块，用于测量足底压力值的大小，其中，当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值，标记该变化过程为抬腿相；当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，标记该变化过程为支持相；支持相的持续时间大于时间阈值则更新标记为慢速支持相，否则更新标记为快速支持相；归类抬腿相、支持相、慢速支持相和快速支持相为运动相，基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
优选地，所述下肢康复设备包括驱动组件和运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢运动。
优选地，当所述下肢康复设备处于抬腿相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行弯曲运动；当所述下肢康复设备处于支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行伸展运动；当所述下肢康复设备处于慢速支持相或快速支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行对应时间长度的伸展运动。
本发明采用的技术方案另一方面为一种下肢康复设备控制装置，包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、驱动组件和压力传感器单元，所述第一连接件与所述第二连接件转动连接，所述第二连接件与所述第三连接件转动连接，所述压力传感器设置于所述第三连接件，所述驱动组件用于驱动所述第一连接件与所述第二连接件之间的转动。
优选地，所述压力传感器单元包括应变片、电桥电路和计算芯片，所述应变片连接所述电桥电路，所述电桥电路连接所述计算芯片，所述计算芯片连接所述驱动组件。
本发明的有益效果为通过压力传感器单元获取足底压力，基于足底压力的变化过程和对应的时间判断下肢康复设备的状态，基于该状态控制下肢康复设备以辅助下肢进行对应的运动，能够自动调节下肢康复设备的运动参数以灵活适应当前下肢的运动需求。
附图说明
图1所示为基于本发明实施例的一种下肢康复设备控制方法的示意图；
图2所示为基于本发明实施例的一种传感器控制下肢康复设备的方法的示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进行说明。
基于发明的实施例1，如图1所示一种下肢康复设备控制方法，包括步骤：测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断所述下肢康复设备所处的运动相；基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
人体的下肢主要包括三个部分，大腿部，小腿部和脚掌部，而人需要行走，主要是靠脚掌接触地面，小腿支持身体，通过小腿和大腿之间的伸展和弯曲来带动人体前进。而一般的下肢康复设备，主要也是通过机械结构固定大腿、小腿和脚掌，通过驱动装置带动大腿和小腿之间的弯曲以实现支持人的行走。
由于人在行走时，一只脚的脚掌会悬空，此时脚掌是不对位于下方机械结构(一般包括一个接触脚底的板)产生压力的，同时另一个脚掌会由于支撑人体的重量而对下方的机械结构造成压力(即下称的脚底压力)，因此，根据脚底压力的大小和对应的变化，可以知道人体的一只脚在进行何种运动姿态，根据这个姿态来决定采取何种运动参数来控制下肢康复设备。
测量足底压力值的大小，当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值，标记该变化过程为抬腿相；当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，标记该变化过程为支持相；其中，支持相的持续时间大于时间阈值则更新标记为慢速支持相，否则更新标记为快速支持相；归类抬腿相、支持相、慢速支持相和快速支持相为运动相，基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
人在行走时，由于两脚交替的关系，脚底压力并不是恒定的，而是变化的，排除跌倒等意外情况，一只脚的脚底压力会随着另一只脚与地面接触的压力变化，即人体的重量会在两个腿之间进行分配；当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值(理想状况下，压力阈值应该为0，但是考虑到脚底的机械结构和脚底接触的情况下，仍有可能产生一定的压力，因此该压力阈值实质为压力最小值或者某一个合适的值)时，说明该脚掌正在准备离开地面，即抬脚过程中，则标记这个过程为抬脚相(在该相位下，需要驱动组件为抬腿提供一个弯曲的助力)；反之当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，则说明该脚掌正在接触实地，标记该变化过程为支持相(在该相位下，需要驱动组件为抬腿提供一个伸展的助力)；如果支持相的情况下，驱动组件提供的助力消失或者减少会导致用户无法正常站立，因此必须要避免这个情况，所述，根据支持相的持续的时间改变驱动组件的运动参数，例如适当延长助力持续时间等；或者出于强迫用户改善行走的目的，缩小助力持续时间以让用户更多的利用自己的力量进行行走等。
所述下肢康复设备包括驱动组件和运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢运动。
当所述下肢康复设备处于抬腿相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行弯曲运动；当所述下肢康复设备处于支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行伸展运动；当所述下肢康复设备处于慢速支持相或快速支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行对应时间长度的伸展运动。
基于发明的实施例2的一种下肢康复设备控制系统，包括：测量模块，用于测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断所述下肢康复设备所处的运动相；控制模块，用于基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
测量模块，用于测量足底压力值的大小，其中，当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值，标记该变化过程为抬腿相；当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，标记该变化过程为支持相；支持相的持续时间大于时间阈值则更新标记为慢速支持相，否则更新标记为快速支持相；归类抬腿相、支持相、慢速支持相和快速支持相为运动相，基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
所述下肢康复设备包括驱动组件和运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢运动。
当所述下肢康复设备处于抬腿相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行弯曲运动；当所述下肢康复设备处于支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行伸展运动；当所述下肢康复设备处于慢速支持相或快速支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行对应时间长度的伸展运动。
基于发明的实施例3的一种下肢康复设备控制装置，包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、驱动组件和压力传感器单元，所述第一连接件与所述第二连接件转动连接，所述第二连接件与所述第三连接件转动连接，所述压力传感器设置于所述第三连接件，所述驱动组件用于驱动所述第一连接件与所述第二连接件之间的转动。
所述第一连接件包括支撑杆和包裹结构，用于固定大腿部，所述第二连接件结构和第一连接件类似，用于固定小腿部，所述第三连接件包括底板，用于固定脚掌，所述驱动组件包括气缸、液压缸等冲程结构，连接第一、二连接件并驱动其转动，所述压力传感器设置于第三连接件以获取脚掌对第三连接件的压力。
所述压力传感器单元包括应变片、电桥电路和计算芯片，所述应变片连接所述电桥电路，所述电桥电路连接所述计算芯片，所述计算芯片连接所述驱动组件。
应变片和脚壳(即底板)紧密贴合，脚壳有变形时，应变片也随之产生变形，也就是由极细的金属丝绕成的应变片的阻值发生变化。这样就将机械变形转化为电阻变化，再由电桥电路将电阻变化转为电压变化完成对信号的采集。将采集得到的电信号传送至中央处理器，由中央处理器对采集的信号进行处理分析，再将处理得到的控制信号传至驱动组件，进而控制驱动输出。这样就可以实现通过压力控制驱动组件的目的。
基于发明的实施例4，如图2所示的一种传感器控制下肢康复设备的方法。
相关的力学变化：足底压力传感器可直接检测到足底压力,将运动模式划分支撑相和摆动相。摆动相的屈曲阶段，腿部处于悬空状态，此时F＝0；摆动相的伸展阶段，腿部处于悬空状态，此时F＝0；当进入支撑相屈曲阶段，脚部着地，F>0，F增大；进入支撑相伸展时，身体直立，F>0,F不断增大至最大；进入支撑相的预摆动阶段，F>0,F减小至为0，最终完成一个周期的步态。
设定K为摆动相与支撑相临界力，t0为支撑相时间(人为设定快速模式与慢速模式分界时间)脚底力传感器需要检测脚跟是否着地，判断是否进入支撑相。人在行走过程中，脚触地后承受身体的重量，脚部会发生形变，力传感器可以采集这个形变信号。当样机处于支撑相时，脚底力传感器会有力信号，经过A/D转换后F>K；切换到摆动相后，F＝K。
控制过程：开始状态，对系统初始化。压力传感器采集力信号，中央控制器判断信号，当支撑力F>K时，控制器发出指令，切换至支撑相驱动；当支撑力判断不是F>K时，接着判断支撑力是否F＝K，若F<K时，则返回初始状态。当驱动切换至支撑相驱动时，说明进入支撑相期，此过程的驱动力保持不变，此时满足力信号F＝K。接着判断步行速度，当T>T0,控制器发出指令，切换至慢速驱动；当T<T0，控制器发出指令，切换至快速驱动。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，都应属于本发明的保护范围。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。
Claims (10)
1.一种下肢康复设备控制方法，其特征在于，包括步骤：
测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断所述下肢康复设备所处的运动相；
基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
2.根据权利要求1所述的一种下肢康复设备控制方法，其特征在于，测量足底压力值的大小，当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值，标记该变化过程为抬腿相；
当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，标记该变化过程为支持相；
其中，支持相的持续时间大于时间阈值则更新标记为慢速支持相，否则更新标记为快速支持相；
归类抬腿相、支持相、慢速支持相和快速支持相为运动相，基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
3.根据权利要求2所述的一种下肢康复设备控制方法，其特征在于，所述下肢康复设备包括驱动组件和运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢运动。
4.根据权利要求3所述的一种下肢康复设备控制方法，其特征在于，当所述下肢康复设备处于抬腿相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行弯曲运动；
当所述下肢康复设备处于支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行伸展运动；
当所述下肢康复设备处于慢速支持相或快速支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行对应时间长度的伸展运动。
5.一种下肢康复设备控制系统，其特征在于，包括：
测量模块，用于测量足底压力值，根据该足底压力值的变化过程、过程对应的持续时间判断所述下肢康复设备所处的运动相；
控制模块，用于基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
6.根据权利要求5所述的一种下肢康复设备控制系统，其特征在于，测量模块，用于测量足底压力值的大小，其中，
当足底压力值从最大值逐渐减少至压力阈值，标记该变化过程为抬腿相；
当足底压力值从压力阈值逐渐增加至最大值，标记该变化过程为支持相；
支持相的持续时间大于时间阈值则更新标记为慢速支持相，否则更新标记为快速支持相；
归类抬腿相、支持相、慢速支持相和快速支持相为运动相，基于所述运动相更新下肢康复设备的运行参数。
7.根据权利要求6所述的一种下肢康复设备控制系统，其特征在于，所述下肢康复设备包括驱动组件和运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢运动。
8.根据权利要求7所述的一种下肢康复设备控制系统，其特征在于，当所述下肢康复设备处于抬腿相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行弯曲运动；
当所述下肢康复设备处于支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行伸展运动；
当所述下肢康复设备处于慢速支持相或快速支持相，则变更驱动组件的运动参数，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件，所述驱动组件基于运动参数驱动运动组件以辅助下肢进行对应时间长度的伸展运动。
9.一种下肢康复设备控制装置，其特征在于，包括第一连接件、第二连接件、第三连接件、驱动组件和压力传感器单元，所述第一连接件与所述第二连接件转动连接，所述第二连接件与所述第三连接件转动连接，所述压力传感器设置于所述第三连接件，所述驱动组件用于驱动所述第一连接件与所述第二连接件之间的转动。
10.根据权利要求9所述的一种下肢康复设备控制装置，其特征在于，所述压力传感器单元包括应变片、电桥电路和计算芯片，所述应变片连接所述电桥电路，所述电桥电路连接所述计算芯片，所述计算芯片连接所述驱动组件。
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