CN109009863B - 一种腰部康复训练装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种腰部康复训练装置及检测方法，所述装置包括主框架，在主框架内设有活动架单元、胸腔活动单元、下肢外骨骼、形状记忆合金驱动器单元和检测模块单元；所述检测方法，包括7个步骤。与现有的技术相比本发明具有如下优点：现有的腰部康复训练设备，都是固定人体腰部以上的部位，活动人体腰部以下的部位来实现康复训练。本发明将腰部看成是一个球关节，通过新型下肢外骨骼把人体腰部以下的部位固定，通过胸腔活动单元实现人体腰部及以上的部位围绕着腰部冠状轴的前屈后伸，矢状轴的侧弯和垂直轴的旋转运动。同时，提供了一种形状记忆合金驱动器，可以实现轴向的快速伸缩运动。
Description
技术领域
本发明涉及医疗康复训练器械领域，具体是一种腰部康复训练装置及检测方法。
背景技术
腰椎也就是腰部，是人体脊椎最大、最重要的部分，它连接着胸腔和骨盆。人体腰关节可以实现脊椎绕冠状轴的前屈后伸，绕矢状轴的侧弯和绕垂直轴的旋转3个自由度。随着人口老龄化的加剧、意外事故的发生和自然灾害等因素导致人体腰部运动功能障碍的人数逐年增多,特别是在各种运动和劳动中，因腰部受到额外的作用力而加重其负荷，极易因疲劳而引发各种腰部疾病。传统的康复训练主要依靠康复治疗师的徒手训练以及经验和水平，训练工作量大，重复性强，训练效率不高，再加上康复训练师资紧缺，达不到满意的训练效果。因此人们对腰部康复训练的装置、方法、水平和效率提出了新要求。腰关节是由腰的运动引申出的一个虚拟关节，为了实现更好的康复训练效率，腰部康复训练装置应该具有类似腰关节的运动自由度，在进行腰关节康复时，因使其3个旋转运动均达到正常情况下的最大范围。康复训练装置的出现能有效解决上述问题，使用康复训练装置可以很好的保证康复训练的效果，还可以把康复训练师从繁重、重复性的工作中解放出来，弥补康复训练师紧缺而导致许多患者错过了最佳的康复训练时期。
中国发明专利(申请号CN210410491844.0)公开了一种六自由度并联腰部康复训练装置，利用了柔索和人工气动肌肉联合动作，实现了腰部的康复训练。但是柔索驱动是电机带动齿轮驱动绳索完成，电机带动齿轮传动属于刚性传动，容易造成训练者腰部的再次损伤。柔索驱动的旋转运动范围有限，很难实现全运动范围内的康复训练。人工气动肌肉需要配备气源，增加了该设备的成本投入，降低了该训练装置的可移动性。由于该训练装置没有对训练者下肢有连接和支撑功能，在训练过程中，导致训练者相对于站立平台有相对的滑动，甚至有训练者从站立平台上掉下来的可能性，容易给训练者带来不必要的伤害。骨盆连接着人体的腰部和下肢，由于该训练装置没有固定骨盆和下肢的相对运动，从而影响了对腰部的训练效果。该腰部训练装置的自动化程度不高，很难满足市场需求。
中国发明专利(申请号CN200610023447.6)公开了一种柔性并联式形状记忆合金驱动器。利用了四根SMA弹簧和一根普通弹簧构成一种柔性并联结构，在室温状态下，普通弹簧处于压缩状态，SMA弹簧处于拉伸状态，在柔性并联结构作用下，活动挡板根据四根SMA弹簧的加热、冷却情况，产生不同形式的运动，实现了柔性并联式形状记忆合金驱动器可沿轴线方向前、后移动。在普通弹簧的作用下，该柔性并联式形状记忆合金驱动器的行程受到了很大的限制，该驱动器不能实现大范围的伸缩运动。形状记忆合金的加热和冷却方式有很多种，该柔性并联式形状记忆合金驱动器的SMA弹簧的加热和冷却方式没有明确，因选择的加热和冷却方式不同，SMA弹簧的收缩和伸长的快慢不同。该柔性并联式形状记忆合金驱动器的SMA弹簧的内部和外部没有导向装置，SMA弹簧轴向伸缩的线性度不能保证。该柔性并联式形状记忆合金驱动器伸缩的长度不能自动检测，所以不利于实现自动控制。该柔性并联式形状记忆合金驱动器有一个普通弹簧和四根 SMA弹簧组成，四根SMA弹簧呈正方形分布，普通弹簧布置在正方形的中间并且与四个SMA弹簧平行，使得该驱动器的径向尺寸变大，占用空间，不便于安装等。
发明内容
本发明的目的是提供了一种形状记忆合金驱动的腰部康复训练装置及检测方法，同时提供了一种形状记忆合金驱动器，可以实现轴向的快速伸缩运动，用于该腰部康复训练装置的驱动单元,并且提出了形状记忆合金弹簧的设计方法和形状记忆合金驱动器的控制方法。设计了一个活动架单元，根据训练者的身高，可以实现上下自动调节，用于满足不同身高的训练者。设计了一个胸腔活动单元，使用了四个形状记忆合金驱动器驱动胸部固定带完成训练者的腰部康复训练功能。设计了一种新型下肢外骨骼，用于固定训练者的骨盆和下肢，设计了腰部康复训练装置的检测系统并引入了现代控制方法，提高了该腰部康复训练装置的自动化水平，提高了系统的安全性和可靠性。引入了触摸屏、视觉传感技术、传感器、数据采集卡、图像采集卡、工控机等技术和设备，提高了该腰部康复训练装置的人机交互能力、自动化和智能化水平，以解决现有技术存在的问题。
为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：
一种腰部康复训练装置，包括主框架100，在主框架100内设有活动架单元200、胸腔活动单元300、下肢外骨骼400、形状记忆合金驱动器单元600和检测模块单元；
所述形状记忆合金驱动器单元600为圆形杆状，能够沿着该形状记忆合金驱动器单元600的轴进行轴向伸缩；
在主框架100的内部设有活动架单元200，在主框架100与活动架单元200 之间设有活动架侧形状记忆合金驱动器610，通过主框架100与活动架单元200 之间的活动架侧形状记忆合金驱动器610实现活动架单元200相对于主框架100 的移动；
活动架单元200为矩形结构件，在活动架单元200内设有胸腔活动单元300，在胸腔活动单元300与活动架单元200之间设有活动单元侧形状记忆合金驱动器 620，通过胸腔活动单元300与活动架单元200之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器620，实现胸腔活动单元300相对于活动架单元200的相对位置调节,所述的相对位置调节为移动或转动，主框架100的底部与下肢外骨骼400相连接；
在主框架100、胸腔活动单元300和形状记忆合金驱动器单元600中分别设有检测模块单元，检测模块单元均与工控机相连接，工控机接收检测模块单元反馈的信息并进行分析判断，向形状记忆合金驱动器单元600发出控制指令，实现活动架单元200相对于主框架100在竖直方向上的高低调节，胸腔活动单元300 相对于活动架单元200的相对位置调节。
一种腰部康复训练装置的检测方法，按如下步骤检测并控制本装置的运行精度：
步骤1：本装置正常启动；
步骤2：人工输入参数；
步骤3：工控机按步骤2接收到的参数，驱动活动架侧形状记忆合金驱动器 610、驱动活动单元侧形状记忆合金驱动器620、外骨骼侧形状记忆合金驱动器 630伸缩到指定位置，完成训练准备；
步骤4：实时监测与校准由工控机根据预先编制好的控制程序，驱动活动单元侧形状记忆合金驱动器620伸缩，胸部固定带310按照预定的轨迹进行运动；
由CMOS摄像机720实时监测胸部固定带310的位姿，将监测图像通过图像采集卡实时反馈给工控机，工控机上的视觉信息处理系统经过分析，控制驱动胸腔活动单元300的活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩；
如果发现实际的运动与预定的轨迹发生异常，且超过预先设定的报警值，则本装置应立即停止训练并报警；
如果发现实际的运动与预定的轨迹发生异常，超过预先设定的临界值但未超过报警值，则由工控机将姿态角传感器730反馈的信号换算成前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，再由工控机将检测值与给定值进行比较得出偏差，通过电流调节器和电流换向器控制四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620的电流大小和方向，完成活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩，使胸部固定带310 调校后的运动符合预定的轨迹运动；
如果发现实际的运动与预定的轨迹未发生异常，或未超过预先设定的临界值，则继续按原程序执行；
即在CMOS摄像机720和姿态角传感器730的共同作用下，实现了训练者的双重保护，提高了该腰部康复训练装置的运动精度、安全性和可靠性，提高了该腰部康复训练装置的自动化程度和智能化水平；
步骤5：训练完成后，令状记忆合金驱动器单元600停止工作，等待训练者离开本腰部康复训练装置；
步骤6：待训练者移动至本装置的安全区域后，令活动架单元200，胸腔活动单元300，下肢外骨骼400复位，红外线测距传感器710，CMOS摄像机720，姿态角传感器730，温度传感器740数据清零；
步骤7：关闭电源。
与现有的技术相比本发明具有如下优点：
1现有的腰部康复训练设备，都是固定人体腰部以上的部位，活动人体腰部以下的部位来实现康复训练。本发明将腰部看成是一个球关节，通过新型下肢外骨骼把人体腰部以下的部位固定，通过胸腔活动单元实现人体腰部及以上的部位围绕着腰部冠状轴的前屈后伸，矢状轴的侧弯和垂直轴的旋转运动。
2发明了一种形状记忆合金驱动器，将半导体热泵包裹在形状记忆合金丝上，把包裹半导体热泵的形状记忆合金丝卷制成弹簧状，形状记忆合金弹簧一端与形状记忆合金驱动器的导杆末端相连，另一端与形状记忆合金驱动器套筒内顶端相连，当半导体热泵对形状记忆合金弹簧加热时，形状记忆合金弹簧缩短，形状记忆合金驱动器伸长。改变半导体热泵的电流方向时，由半导体热泵的冷端对形状记忆合金弹簧冷却，形状记忆合金弹簧伸长，形状记忆合金驱动器缩短。改变半导体热泵的电流大小，可以实现形状记忆合金弹簧伸缩的快慢，即实现形状记忆合金驱动器缩伸的快慢。与传动的驱动方式相比，本发明所述的形状记忆合金驱动器具有如下优点：行程大，动作速度快，结构紧凑，性能可靠稳定，使用寿命长，无噪声、无振动，制冷不需要制冷剂等。
3提出了形状记忆合金弹簧的设计方法，同时提出了形状记忆合金驱动器的控制方法。形状记忆合金驱动器的控制采用温度反馈和位移反馈双闭环控制，其中温度反馈为内环控制，用于控制形状记忆合金驱动器伸缩的快慢，位移反馈为外环控制，用于控制形状记忆合金驱动器的伸缩。
4本发明利用所设计的形状记忆合金驱动器驱动活动架单元带动胸腔活动单元实现上下自动升降，以满足不同的训练者的身高要求。利用所设计的形状记忆合金驱动器驱动活动架单元和胸腔活动单元，使得该腰部康复训练装置的机械结构大大简化，避免了使用传统的机械传动，降低了设备的整体重量，增强了柔顺性，易于实现精确定位和控制。
5本发明中所设计的新型下肢外骨骼由形状记忆合金驱动器驱动，使得该新型下肢外骨骼的机械结构简单，灵活性强，安全性和可靠性高。
6本发明充分利用了大量的自动化元器件和现代控制方法，提高了系统的安全性和可靠性，提高了设备的自动化程度、人机交互能力和智能化水平。CMOS 摄像机和姿态角传感器实时监测胸部固定带的位姿和角度变化，双重保护了人体腰部免受二次训练的伤害。通过粘贴在形状记忆合金弹簧上的温度传感器，能实时检测形状记忆合金弹簧的温度，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧供电电流的大小，形成温度反馈回路，实现形状记忆合金驱动器伸缩的快慢。通过安装在形状记忆合金驱动器上的红外线测距传感器，能实时检测形状记忆合金驱动器的伸缩长度，通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧供电的电流方向，形成位移闭环控制。温度反馈和位移反馈双闭环控制提高了形状记忆合金驱动器的精度，提高了活动架单元和新型下肢外骨骼升降的精度，以及胸部固定带的运动精度，保证了训练者在训练过程中的安全，提高了该腰部康复训练装置的安全性、可靠性和精确性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为本发明的活动架示意图。
图3为本发明的胸腔活动单元示意图。
图4为本发明的新型下肢外骨骼示意图。
图5为本发明的形状记忆合金驱动器爆炸视图。
图6为本发明的包裹半导体热泵的形状记忆合金丝截面图。
图7为本发明的形状记忆合金驱动器控制框图。
图8为本发明的检测流程图。
具体实施方式
结合附图说明本发明的具体实施方案。
参见图1，一种腰部康复训练装置，包括主框架100，所述主框架100是由铝合金杆组成的长方体框架。主框架100放置在地面上。
在主框架100内设有矩形铝合金活动架单元200、胸腔活动单元300、下肢外骨骼400、形状记忆合金驱动器单元600和检测模块单元。
所述形状记忆合金驱动器单元600为圆形杆状，能够沿着该形状记忆合金驱动器单元600的轴进行轴向伸缩。
结合图1、2和3，进一步说，形状记忆合金驱动器单元600包括活动架侧形状记忆合金驱动器610，活动单元侧形状记忆合金驱动器620和外骨骼侧形状记忆合金驱动器630。
在主框架100的顶部配有第一附加杆110、第二附加杆120和第三附加杆 130，第一附加杆110的底端、第二附加杆120的底端和第三附加杆130的底端分别经一个活动架侧形状记忆合金驱动器610与活动架单元200相连接。
在主框架100的内部设有活动架单元200，在主框架100与活动架单元200 之间设有活动架侧形状记忆合金驱动器610，通过主框架100与活动架单元200 之间的活动架侧形状记忆合金驱动器610，实现活动架单元200相对于主框架100 竖直方向的移动。
进一步说，与第一附加杆110、第二附加杆120和第三附加杆130相连的活动架侧形状记忆合金驱动器610均与工控机相连，且在工控机的控制下，同步伸缩，实现对活动架单元200与主框架100相对高度的调节。
活动架单元200为矩形结构件，在活动架单元200内设有胸腔活动单元300。胸腔活动单元300包括胸部固定带310，胸部固定带连接件320，如图3所示。在胸腔活动单元300与活动架单元200之间设有活动单元侧形状记忆合金驱动器 620，通过胸腔活动单元300与活动架单元200之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器620，实现胸腔活动单元300相对于活动架单元200的相对位置调节，所述的相对位置调节为移动或转动，主框架100的底部与下肢外骨骼400相连接。
检测模块单元设置在主框架100、胸腔活动单元300和形状记忆合金驱动器单元600中，检测模块单元均与工控机相连接，工控机接收检测模块单元反馈的信息，并进行分析判断，向形状记忆合金驱动器单元600发出控制指令，实现活动架单元200相对于主框架100在竖直方向上的高低调节，胸腔活动单元300 相对于活动架单元200的相对位置调节。
参见图5，形状记忆合金驱动器单元600包括形状记忆合金弹簧631、导杆 632、套筒633和顶盖634。其中，
导杆632的杆身上套有形状记忆合金弹簧631，形状记忆合金弹簧631上设有温度传感器740，形状记忆合金弹簧631的一端与导杆632端部相连接。
导杆632的另一端穿过套筒633后与顶盖634相连接。
形状记忆合金弹簧631的另一端与靠近温度传感器740另一侧的套筒633 内顶部相连接，在靠近顶盖634一侧的套筒633端部，以及顶盖634上设有红外线测距传感器710。
形状记忆合金弹簧631的弹簧丝表面包裹有半导体热泵，当半导体热泵对形状记忆合金弹簧631进行加热或者冷却时，形状记忆合金弹簧631的长度对应地缩短或伸长，从而使得导杆632相对于套筒633的距离发生变化，实现形状记忆合金驱动器单元600的伸长或缩短。
红外线测距传感器710用以检测导杆632相对于套筒633的距离变化量。
温度传感器740用以检测形状记忆合金弹簧631的温度变化量。
红外线测距传感器710与温度传感器740的检测值均反馈至工控机，由工控机针对数据进行换算与校准，获得精确的形状记忆合金驱动器单元600的长度值。
进一步说，给半导体热泵通电，令半导体热泵对形状记忆合金弹簧631加热时，形状记忆合金弹簧631的长度缩短，带动导杆632相对于套筒633向外运动，即形状记忆合金驱动器单元600伸长。当改变半导体热泵中的电流方向，令半导体热泵对形状记忆合金弹簧631进行冷却，使得形状记忆合金弹簧631伸长，带动导杆632相对于套筒633向内运动，即形状记忆合金驱动器单元600缩短。
更进一步说，通过改变加载在半导体热泵上的电流方向与大小，改变形状记忆合金驱动器单元600伸缩与伸缩速率。改变半导体热泵的电流方向，可以实现形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，即实现形状记忆合金驱动器的缩短或伸长。改变半导体热泵的电流大小，可以实现形状记忆合金弹簧伸长或缩短的快慢，即实现形状记忆合金驱动器缩短或伸长的快慢。
温度传感器740采用PT100的热敏电阻，粘贴在形状记忆合金弹簧631上，用于实时检测形状记忆合金弹簧631的温度，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧631供电的电流大小，形成温度反馈回路，控制形状记忆合金弹簧631 伸长或缩短的快慢，从而进一步控制形状记忆合金驱动器单元600缩短或伸长的快慢。
红外线测距传感器710的发射端安装在套筒633上，接收端安装在顶盖634 上与发射端相对的位置，用于实时检测形状记忆合金弹簧631的伸缩。通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧631供电的电流方向，形成位移反馈回路，控制形状记忆合金弹簧631的伸长或缩短，从而进一步控制形状记忆合驱动器单元 600的缩短或伸长。
温度反馈回路和位移反馈回路形成了形状记忆合金驱动器的双闭环控制，提高了形状记忆合金驱动器的控制精度。
形状记忆合金弹簧631为形状记忆合金丝构成，在形状记忆合金丝的表面上包裹有半导体热泵。
进一步说，形状记忆合金驱动器单元600包括活动架侧形状记忆合金驱动器 610、活动单元侧形状记忆合金驱动器620和外骨骼侧形状记忆合金驱动器630。其中，活动架侧形状记忆合金驱动器610设置在主框架100与活动架单元200 之间，通过活动架侧形状记忆合金驱动器610调节活动架单元200相对于主框架 100的垂直距离。
在胸腔活动单元300与活动架单元200之间设有活动单元侧形状记忆合金驱动器620，通过设有活动单元侧形状记忆合金驱动器620调节胸腔活动单元300 相对于活动架单元200的相对位置。
参见图4，下肢外骨骼400包括大腿段支架430和小腿段支架450，在大腿段支架430与小腿段支架450之间设有外骨骼侧形状记忆合金驱动器630，通过外骨骼侧形状记忆合金驱动器630调节相邻的大腿段支架430和小腿段支架450 的相对长度。
检测模块单元包括红外线测距传感器710、CMOS摄像机720、姿态角传感器 730和温度传感器740。其中，
参见图5，红外线测距传感器710和温度传感器740设置在形状记忆合金驱动器单元600中，用于检测形状记忆合金驱动器单元600中形状记忆合金弹簧的温度变化量，以及形状记忆合金驱动器单元600的伸缩量。
参见图2，CMOS摄像机720设置在主框架100上，用以捕捉并向工控机反馈胸部固定带310的位姿图像，由工控机通过图像采集卡以及视觉信息处理系统分析获得胸部固定带310的位姿参数，再由工控机将换算得到的胸部固定带310 的位姿参数与人工设定的参数进行实时判断，并控制胸腔活动单元300与活动架单元200之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩。
参见图3，姿态角传感器730安装在胸部固定带310上，用以实时检测胸部固定带310的前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，并将检测数据实时送给数据采集卡，由数据采集卡将采集到的数据实时反馈给工控机，由工控机换算得到胸部固定带310的实际旋转角与人工设定的旋转角之间的偏差，并控制活动架单元 200与胸腔活动单元300之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩。
通过检测模块单元保证了本腰部康复训练装置的安全性、可靠性和精确性，避免训练者腰部受到二次伤害，提高了该装置的自动化程度和智能化水平。
参见图2，主框架100为矩形的框架结构件，在主框架100顶端的一对边之间设有第一附加杆110和第三附加杆130第一附加杆110和第三附加杆130相互并行，且在第一附加杆110和第三附加杆130之间设有第二附加杆120。
第一附加杆110、第二附加杆120和第三附加杆130分别与1根活动架侧形状记忆合金驱动器610相连接。
活动架侧形状记忆合金驱动器610与工控机相连，由工控机根据人工输入的训练者的身高、下肢长等参数，控制三个活动架侧形状记忆合金驱动器610同步伸缩，使该腰部康复训练装置的活动架单元到达训练者的胸部合适的位置。
活动架单元200呈矩形，由4个活动支架210围成，相邻的活动支架210 之间设有斜拉杆220，即活动架单元200的四个拐角分别设有1根斜拉杆220。活动架侧形状记忆合金驱动器610竖直向下延伸，且分别与相邻的活动支架210 连接在一起。活动架侧形状记忆合金驱动器610与工控机相连，且在工控机的控制下，带动活动架单元200沿着主框架100的竖直方向移动。
参见图3，胸部固定带310为环形，在胸腔活动单元300与斜拉杆220之间设有4个活动单元侧形状记忆合金驱动器620，4个活动单元侧形状记忆合金驱动器620均处在同一个水平面内。活动单元侧形状记忆合金驱动器620均与工控机相连，且在工控机的控制下，实线胸部固定带310沿着矢状轴、冠状轴和垂直轴的转动。
参见图4，下肢外骨骼400包括一个骨盆固定带410、两个骨盆固定带连接件420、两个大腿段支架430、两个大腿绷带440、两个小腿段支架450、两个小腿绷带460和两个形状记忆合金驱动器单元600。
所述形状记忆合金驱动器单元600为外骨骼侧形状记忆合金驱动器630，其中骨盆固定带410为环形，骨盆固定带410的两侧分别设有一个骨盆固定带连接件420，每个骨盆固定带连接件420均与大腿段支架430相连接，每个大腿段支架430均通过外骨骼侧形状记忆合金驱动器630与一个小腿段支架450活动连接，每个小腿段支架450均与主框架100固定连接。
所述大腿段支架430和小腿段支架450均呈H形状，且均由两个竖板和一个横板组成。
在构成小腿段支架450的竖板顶部端面上设有长方形孔，该长方形孔的轮廓与构成大腿段支架430的竖板的水平截面轮廓相匹配，构成大腿段支架430的竖板插在构成小腿段支架450的竖板的长方形孔内。
大腿段支架430的横板与小腿段支架450的横板之间通过外骨骼侧形状记忆合金驱动器630连接，外骨骼侧形状记忆合金驱动器630的顶盖顶端连接大腿段支架430的横板的下端面，外骨骼侧形状记忆合金驱动器630的套筒底端连接小腿段支架450的横板的上端面。
在主框架100上设有底板，主框架100的底板与小腿段支架450的竖板底端固定连接。
外骨骼侧形状记忆合金驱动器630与工控机相连，并根据工控机给定的参数进行伸缩，实现大腿段支架430与小腿段支架450的相对高度调节，完成下肢外骨骼400的高度调节。
在主框架100顶端的四个拐角处分别安装了CMOS摄像机720，用于实时监测胸部固定带的位姿，并将胸腔固定带的位姿参数通过图像采集卡实时传送给工位机，经过工控机上的视觉信息处理系统分析，将实际值与给定值进行比较，实时做出判断，并控制与胸腔活动单元300相连的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩。
进一步说，胸腔活动单元300包括一个胸部固定带310，两个胸部固定带连接件320。
在胸部固定带310的两侧分别设有一个胸部固定带连接件320，每个胸部固定带连接件320与活动架单元200之间设有两个形状记忆合金驱动器单元600。优选的方案是，每个胸部固定带连接件320与相邻的两个斜拉杆220之间均设有活动单元侧形状记忆合金驱动器620。
在胸部固定带310上设有姿态角传感器730，用于实时检测人体胸部及以上部位相对于腰部的前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，并将检测数据实时送给数据采集卡，数据采集卡将采集到的数据实时反馈给工控机，工控机将实际值与给定值比较，得出偏差，并控制驱动胸腔活动单元300的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620相互伸缩。
CMOS摄像机720和姿态角传感器730的双重保护，保证了本装置的安全性、可靠性和精确性，避免训练者腰部受到二次伤害，提高了该装置的自动化程度和智能化水平。
优选的方案是，形状记忆合金弹簧631的尺寸应符合：节距
其中λ0＝(0.125-0.14)d1，螺旋角
上述公式中的参数含义分别为：d1代表形状记忆合金丝直径，d2代表形状记忆合金弹簧直径，λ代表变形位移，λ0代表初始位移，m代表圈数。
形状记忆合金弹簧的几何尺寸按如下方法获得：首先，获取形状记忆合金弹簧631在在工作环境下的最大工作载荷Wmax、变形位移λ和使用温度T。详细步骤如下：以NiTi合金作为本形状记忆合金弹簧的材质。
步骤1：确定许用切应力[τ]。
步骤2：确定最大切应变γmax。
步骤3由最大工作载荷Wmax和最大切应力τmax,则弹簧直径d2与形状记忆合金丝直径d1的三次方之比为：
步骤4：获取构成形状记忆合金弹簧631的形状记忆合金丝直径d1和形状记忆合金弹簧直径d2，并计算旋绕比
并判断5≤B≤14：
若有B＜5或B＞14，则重选形状记忆合金丝的直径d1；
若有5≤B≤14，则确定之后的形状记忆合金丝的直径d1须满足
其中,Z＝1为静载荷，
为动载荷。
步骤5：获取形状记忆合金弹簧圈数
其中λmax为载荷Wmax时的变形量，且总圈数m总＝m+2。
步骤6：获取形状记忆合金弹簧极限变形λf≤1.2λmax。
步骤7：获取形状记忆合金弹簧极限载荷
其中τf为极限变形下的切应力。
步骤8：获得形状记忆合金弹簧的几何尺寸。
节距
其中初始位移λ0＝(0.125-0.14)d1，螺旋角
一种腰部康复训练装置的检测方法，形状记忆合金驱动器单元600包括形状记忆合金弹簧631、导杆632、套筒633和顶盖634。其中，
形状记忆合金弹簧631由形状记忆合金丝绕成，在形状记忆合金丝上包裹了半导体热泵，形状记忆合金弹簧631的一端与形状记忆合金驱动器的导杆632 末端相连，另一端与形状记忆合金驱动器的套筒633内顶部相连。
当半导体热泵对形状记忆合金弹簧631加热时，形状记忆合金弹簧由于内部晶体结构发生变化而收缩，使得形状记忆合金驱动器的导杆相对于套筒向外运动，即形状记忆合金驱动器单元600伸长。改变半导体热泵的电流方向时，由半导体热泵的冷端对形状记忆合金弹簧冷却，形状记忆合金弹簧伸长，使得形状记忆合金驱动器的导杆相对于套筒向内运动，即形状记忆合金驱动器单元600缩短。
本形状记忆合金驱动器单元600采用温度反馈和位移反馈双闭环控制，其中温度控制为内环，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧供电电流的大小，控制形状记忆合金弹簧伸缩的快或慢，从而控制形状记忆合金驱动器伸缩的慢或快。通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧供电的电流方向，控制形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，从而控制形状记忆合金驱动器的缩短或伸长。
参见图8，本发明所提供的腰部康复训练装置的检测方法，按如下步骤检测并控制本装置的运行精度：
步骤1：本装置正常启动。触摸屏、工控机、形状记忆合金驱动器单元600 上电，红外线测距传感器710、CMOS摄像机720、姿态角传感器730和温度传感器740复位，数据采集卡和图像采集卡清零。
步骤2：人工输入参数。在触摸屏上输入训练者身高、下肢长，胸围尺寸，腰部前屈后伸、侧弯和旋转的最大角度，胸部固定带310的位姿等参数及误差范围的允许值。
步骤3：工控机按步骤2接收到的参数，驱动活动架侧形状记忆合金驱动器 610、驱动活动单元侧形状记忆合金驱动器620和外骨骼侧形状记忆合金驱动器 630伸缩到指定位置，完成训练准备。
步骤4：实时监测与校准由工控机根据预先编制好的控制程序，驱动活动单元侧形状记忆合金驱动器620伸缩，胸部固定带310按照预定的轨迹进行运动。
由CMOS摄像机720实时监测胸部固定带310的位姿，将监测图像通过图像采集卡实时反馈给工控机，工控机上的视觉信息处理系统经过分析，控制驱动胸腔活动单元300的活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩。
如果发现实际的运动与预定的轨迹发生异常，且超过预先设定的报警值，则本装置应立即停止训练并报警。
如果发现实际的运动与预定的轨迹发生异常，超过预先设定的临界值但未超过报警值，则由工控机将姿态角传感器730反馈的信号换算成前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，再由工控机将检测值与给定值进行比较得出偏差，通过电流调节器和电流换向器控制四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620的电流大小和方向，完成活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩，使胸部固定带310 调校后的运动符合预定的轨迹运动。
如果发现实际的运动与预定的轨迹未发生异常，或未超过预先设定的临界值，则继续按原程序执行。
即在CMOS摄像机720和姿态角传感器730的共同作用下，实现了训练者的双重保护，提高了该腰部康复训练装置的运动精度、安全性和可靠性，提高了该腰部康复训练装置的自动化程度和智能化水平。
步骤5：训练完成后，令状记忆合金驱动器单元600停止工作，等待训练者离开本腰部康复训练装置。
步骤6：待训练者移动至本装置的安全区域后，令活动架单元200，胸腔活动单元300，下肢外骨骼400复位，红外线测距传感器710，CMOS摄像机720，姿态角传感器730，温度传感器740数据清零。
步骤7：关闭电源。
为了更好地解释本发明的结构特点，现换一角度详细说明本发明的技术构造与原理如下：
如图1所示，腰部康复训练装置包括：一个主框架100。所述主框架100是由铝合金杆组成的长方体框架。主框架100放置在地面上。
主框架100内包括矩形铝合金活动架单元200，胸腔活动单元300，下肢外骨骼400，人体模型500，形状记忆合金驱动器单元600和检测模块单元。
如图2所示，在主框架100的顶端配有3个第一附加杆110、第二附加杆120、第三附加杆130。在第一附加杆110、第二附加杆120、第三附加杆130下面分别连接了三个活动架侧形状记忆合金驱动器610。三个活动架侧形状记忆合金驱动器610下面连接了活动支架210，活动支架210的四个拐角分别设置了斜拉杆 220。工控机根据在触摸屏上输入的训练者的身高、下肢长等参数，控制三个活动架侧形状记忆合金驱动器610同步伸缩，使该腰部康复训练装置的活动架单元到达训练者的胸部合适的位置。
在长方体铝合金框架顶端的四个拐角处分别安装了CMOS摄像机720，用于实时监测胸部固定带的位姿，并将胸腔固定带的位姿参数通过图像采集卡实时传送给工位机，经过工控机上的视觉信息处理系统分析，将实际值与给定值进行比较，实时做出判断，并控制驱动胸部固定带310的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩。
如图3所示，胸腔活动单元300包括一个胸部固定带310，两个胸部固定带连接件320和四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620。在胸部固定带上设有姿态角传感器730，用于实时检测人体胸部及以上部位相对于腰部的前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，并将检测数据实时送给数据采集卡，数据采集卡将采集到的数据实时反馈给工控机，工控机将实际值与给定值比较，得出偏差，并控制驱动胸部固定带310的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620相互伸缩，完成胸部相对于腰部的转动。
CMOS摄像机和姿态角传感器的双重保护，保证了该腰部康复训练装置的安全性、可靠性和精确性，避免训练者腰部受到二次伤害，提高了该装置的自动化程度和智能化水平。
如图4所示，下肢外骨骼400包括一个骨盆固定带410，两个骨盆固定带连接件420，两个大腿段支架430，两个大腿绷带440，两个小腿段支架450，两个小腿绷带460，两个外骨骼侧形状记忆合金驱动器630。骨盆固定带410通过骨盆固定带连接件420与大腿段支架430连接，大腿段支架430由两个竖板和一个横板组成，竖板与小腿段支架450的竖板中的长方形孔配合，小腿段支架450 由两个竖板和一个横板组成，竖板上端做成长方形孔，与大腿段支架430的竖板配合。大腿段支架430与小腿段支架450通过外骨骼侧形状记忆合金驱动器630 连接，外骨骼侧形状记忆合金驱动器630的顶盖顶端连接大腿段支架430的横板的下端面，外骨骼侧形状记忆合金驱动器630的套筒底端连接小腿段支架450 的横板的上端面。小腿段支架450固定在主框架100的底板上。外骨骼侧形状记忆合金驱动器630根据工控机给定的参数进行伸缩，实现该腰部康复训练装置的下肢大小腿段的相对伸缩，完成下肢外骨骼400的自动升降。
本发明中所设计的形状记忆合金驱动器如图5所示，包括形状记忆合金弹簧 631，导杆632，套筒633，顶盖634，红外线测距传感器710，温度传感器740。形状记忆合金弹簧631一端与导杆632的底端挡板连接，另一端与套筒633内顶端连接，顶盖634与导杆632末端连接。当给形状记忆合金弹簧631加热时，形状记忆合金弹簧631的长度缩短，带动导杆632相对于套筒633向外运动，即形状记忆合金驱动器伸长当改变电流方向时，半导体热泵对形状记忆合金丝冷却，使得形状记忆合金弹簧631伸长，带动导杆632相对于套筒633向内运动，即形状记忆合金驱动器缩短。改变半导体热泵的电流方向，可以实现形状记忆合金弹簧的伸缩，即实现形状记忆合金驱动器的伸缩改变半导体热泵的电流大小，可以实现形状记忆合金弹簧伸缩的快慢，即实现形状记忆合金驱动器伸缩的快慢。
温度传感器740采用PT100的热敏电阻，粘贴在形状记忆合金弹簧631上，用于实时检测形状记忆合金弹簧631的温度，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧631供电的电流大小，形成温度反馈回路，控制形状记忆合金弹簧631 伸缩的快慢，从而进一步控制形状记忆合金驱动器单元600伸缩的快慢。
红外线测距传感器710的发射端安装在套筒633上，接收端安装在顶盖634 上与发射端相对的位置，用于实时检测形状记忆合金弹簧631的伸缩，通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧631供电的电流方向，形成位移反馈回路，控制形状记忆合金弹簧631的伸缩，从而进一步控制形状记忆合驱动器单元600的伸缩。
温度反馈回路和位移反馈回路形成了形状记忆合金驱动器的双闭环控制，提高了形状记忆合金驱动器的控制精度。
包裹半导体热泵的形状记忆合金丝截面如图6所示，包括形状记忆合金丝 631A和半导体热泵631B。
所述的形状记忆合金弹簧的设计方法如下：
在设计形状记忆合金弹簧时，最大工作载荷Wmax、变形位移λ和使用温度T 三个参数一般给定。假设该驱动器的形状记忆合金弹簧采用的是NiTi合金，设计步骤如下：
(1)确定许用切应力[τ]。NiTi合金母相的屈服应力σb一般为： (600-800)MPa，则许用切应力[τ]＝0.5*σb＝0.5*600＝300MPa。
(2)在交变载荷作用下的NiTi合金弹簧，若使用循环次数大于等于106，则取γmax≤2％，若使用循环次数小于等于103，则取γmax≤4％，在使用温度T下对应γmax的切应力τmax通过数学模型
来确定，并且τmax≤[τ]。
(3)由最大工作载荷Wmax和最大切应力τmax可得，
(4)确定形状记忆合金丝直径d1和形状记忆合金弹簧直径d2。初步由经验确定d1,则
并计算旋绕比
并判断5≤B≤14：
若有B＜5或B＞14，则重选形状记忆合金丝的直径d1；
若有5≤B≤14，则确定之后的形状记忆合金丝的直径d1须满足
其中,Z＝1为静载荷，
为动载荷。
(5)形状记忆合金弹簧圈数
其中λmax为载荷Wmax时的变形量，且总圈数m总＝m+2。
(6)形状记忆合金弹簧极限变形λf≤1.2λmax。
(7)形状记忆合金弹簧极限载荷
其中τf为极限变形下的切应力。
(8)形状记忆合金弹簧的几何尺寸计算。
节距
其中λ0＝(0.125-0.14)d1，螺旋角
所述的形状记忆合金驱动器的控制方法如图7所示。形状记忆合金驱动器采用温度反馈和位移反馈双闭环控制，其中温度控制为内环，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧供电电流的大小，控制形状记忆合金弹簧伸缩的快慢，从而控制形状记忆合金驱动器伸缩的快慢通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧供电的电流方向，控制形状记忆合金弹簧的伸缩，从而控制形状记忆合金驱动器的伸缩。
参见图8，本发明所述一种腰部康复训练装置的检测方法如下：
(1)腰部康复训练装置正常启动。触摸屏、工控机、形状记忆合金驱动器单元600上电红外线测距传感器710、CMOS摄像机720、姿态角传感器730和温度传感器740复位，数据采集卡和图像采集卡清零。
(2)参数输入。在触摸屏上输入训练者身高、下肢长，胸围尺寸，腰部前屈后伸、侧弯和旋转的最大角度，胸部固定带310的位姿等参数及误差范围的允许值。
(3)训练者就位，腰部康复训练装置根据训练者的各个参数进行调整。训练者站立在主框架100的底板上，工控机根据(2)中输入的训练者的各项参数，控制三个活动架侧形状记忆合金驱动器610同步伸缩，实现活动架的自动升降，到达训练者胸部位置控制胸腔活动单元300的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620驱动胸部固定带310与训练者的胸部良好接触。控制两个外骨骼侧形状记忆合金驱动器630同步伸缩，实现下肢固定装置的自动升降，完成新型下肢外骨骼的就位。将大腿绷带440和小腿绷带460分别绑在训练者的大腿和小腿上，准备训练。
(4)检测开始。根据预先编制好的控制程序，工控机控制腰部康复训练装置的胸腔活动单元300的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620伸缩，实现胸部固定带310带动训练者的胸部及以上部位围绕腰部按照预定的轨迹进行运动。
四个CMOS摄像机720实时监测胸部固定带310的位姿和训练者500的状态，将监测图像通过图像采集卡实时反馈给工控机，工控机上的视觉信息处理系统经过分析，控制驱动胸部固定带310的四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620 的伸缩。如果发现异常，腰部康复训练装置应立即停止训练并报警。姿态角传感器730实时检测胸部固定带带动训练者胸部及以上部位围绕腰部的前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，将检测数据通过数据采集卡实时反馈给工控机，工控机将检测值与给定值进行比较得出偏差，通过电流调节器和电流换向器控制四个活动单元侧形状记忆合金驱动器620的电流大小和方向，完成活动单元侧形状记忆合金驱动器620的伸缩，实现胸部固定带310按照预定的轨迹运动。在CMOS 摄像机720和姿态角传感器730的共同作用下，实现了训练者的双重保护，提高了该腰部康复训练装置的安全性和可靠性，提高了该腰部康复训练装置的自动化程度和智能化水平。
(5)检测完成。康复训练结束后，手动松开绑在人体大腿上的绷带440和小腿上的绷带460，训练者离开腰部康复训练装置。
(6)结束。活动架200，胸部活动单元300，下肢外骨骼400复位，红外线测距传感器710，CMOS摄像机720，姿态角传感器730，温度传感器740数据清零。
(7)关闭电源。
Claims (9)
1.一种腰部康复训练装置，包括主框架(100)，其特征在于：在主框架(100)内设有活动架单元(200)、胸腔活动单元(300)、下肢外骨骼(400)、形状记忆合金驱动器单元(600)和检测模块单元；
所述形状记忆合金驱动器单元(600)为圆形杆状，能够沿着该形状记忆合金驱动器单元(600)的轴进行轴向伸缩；
在主框架(100)的内部设有活动架单元(200)；在主框架(100)与活动架单元(200)之间设有活动架侧形状记忆合金驱动器(610)；通过主框架(100)与活动架单元(200)之间的活动架侧形状记忆合金驱动器(610)实现活动架单元(200)相对于主框架(100)在竖直方向的移动；
活动架单元(200)为矩形结构件；在活动架单元(200)内设有胸腔活动单元(300)；在胸腔活动单元(300)与活动架单元(200)之间设有活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)；通过胸腔活动单元(300)与活动架单元(200)之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)实现胸腔活动单元(300)相对于活动架单元(200)的相对位置调节，所述的相对位置调节为移动或转动，主框架(100)的底部与下肢外骨骼(400)相连接；
检测模块单元设置在主框架(100)、胸腔活动单元(300)、下肢外骨骼(400)和形状记忆合金驱动器单元(600)之中；
所述形状记忆合金驱动器单元(600)包括形状记忆合金弹簧(631)、导杆(632)、套筒(633)和顶盖(634)；其中，
导杆(632)的杆身上套有形状记忆合金弹簧(631)；形状记忆合金弹簧(631)上设有温度传感器(740)，形状记忆合金弹簧(631)的一端与导杆(632)端部相连接；
导杆(632)的另一端穿过套筒(633)后与顶盖(634)相连接；
形状记忆合金弹簧(631)的另一端与靠近温度传感器(740)另一侧的套筒(633)内顶部相连接；在靠近顶盖(634)一侧的套筒(633)端部、以及顶盖(634)上设有红外线测距传感器(710)；
形状记忆合金弹簧(631)的表面包裹有半导体热泵；当半导体热泵对形状记忆合金弹簧(631)进行加热或者冷却时，形状记忆合金弹簧(631)的长度对应地缩短或伸长，从而使得导杆(632)相对于套筒(633)的距离发生变化，实现形状记忆合金驱动器单元(600)的伸长或缩短；
红外线测距传感器(710)用于检测导杆(632)相对于套筒(633)的距离变化量；
温度传感器(740)用于检测形状记忆合金弹簧(631)的温度变化量。
2.根据权利要求1所述的一种腰部康复训练装置，其特征在于：给半导体热泵通电，令半导体热泵对形状记忆合金弹簧(631)加热时，形状记忆合金弹簧(631)的长度缩短，带动导杆(632)相对于套筒(633)向外运动，即形状记忆合金驱动器单元(600)伸长；当改变半导体热泵中的电流方向，令半导体热泵对形状记忆合金弹簧(631)进行冷却，使得形状记忆合金弹簧(631)伸长，带动导杆(632)相对于套筒(633)向内运动，即形状记忆合金驱动器单元(600)缩短。
3.根据权利要求1所述的一种腰部康复训练装置，其特征在于：形状记忆合金驱动器单元(600)包括活动架侧形状记忆合金驱动器(610)、活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)和外骨骼侧形状记忆合金驱动器(630)；其中，活动架侧形状记忆合金驱动器(610)设置在主框架(100)与活动架单元(200)之间；通过活动架侧形状记忆合金驱动器(610)调节活动架单元(200)相对于主框架(100)的垂直距离；
在胸腔活动单元(300)与活动架单元(200)之间设有活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)；通过设有活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)调节胸腔活动单元(300)相对于活动架单元(200)的位置；
下肢外骨骼(400)包括大腿段支架(430)和小腿段支架(450)；在大腿段支架(430)与小腿段支架(450)之间设有外骨骼侧形状记忆合金驱动器(630)；通过外骨骼侧形状记忆合金驱动器(630)调节相邻的大腿段支架(430)和小腿段支架(450)的相对长度。
4.根据权利要求1所述的一种腰部康复训练装置，其特征在于：检测模块单元包括红外线测距传感器(710)、CMOS摄像机(720)、姿态角传感器(730)和温度传感器(740)；其中，
红外线测距传感器(710)和温度传感器(740)设置在形状记忆合金驱动器单元(600)中，用于检测形状记忆合金驱动器单元(600)中形状记忆合金弹簧的温度变化量、以及形状记忆合金驱动器单元(600)的伸缩量；
CMOS摄像机(720)设置在主框架(100)上，用于捕捉并向工控机反馈胸部固定带(310)的位姿图像，由工控机通过图像采集卡以及视觉信息处理系统分析获得胸部固定带(310)的位姿参数；再由工控机将换算得到的胸部固定带(310)的位姿参数与人工设定的参数进行实时判断，并控制胸腔活动单元(300)与活动架单元(200)之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)的伸缩；
姿态角传感器(730)安装在胸部固定带(310)上，用于实时检测胸部固定带(310)的前屈后伸角度、侧弯角度和旋转角度，并将检测数据实时送给数据采集卡，由数据采集卡将采集到的数据实时反馈给工控机；由工控机换算得到胸部固定带(310)的实际旋转角与人工设定的旋转角之间的偏差，并控制活动架单元(200)与胸腔活动单元(300)之间的活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)的伸缩。
5.根据权利要求3所述的一种腰部康复训练装置，其特征在于：主框架(100)为矩形的框架结构件；在主框架(100)顶端的一对边之间设有第一附加杆(110)和第三附加杆(130)；第一附加杆(110)和第三附加杆(130)相互并行，且在第一附加杆(110)和第三附加杆(130)之间设有第二附加杆(120)；
第一附加杆(110)、第二附加杆(120)和第三附加杆(130)分别与1根活动架侧形状记忆合金驱动器(610)相连接；
活动架单元(200)呈矩形，由4个活动支架(210)围成；相邻的活动支架(210)之间设有斜拉杆(220)；活动架侧形状记忆合金驱动器(610)竖直向下延伸，且分别与相邻的活动支架(210)连接在一起；活动架侧形状记忆合金驱动器(610)与工控机相连，且在工控机的控制下，带动活动架单元(200)沿着主框架(100)的竖直方向移动；
胸部固定带(310)为环形；在胸腔活动单元(300)与斜拉杆(220)之间设有4个活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)；4个活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)均处在同一个水平面内；活动单元侧形状记忆合金驱动器(620)均与工控机相连，且在工控机的控制下，实线胸部固定带(310)沿着矢状轴、冠状轴和垂直轴的转动。
6.根据权利要求1或3所述的一种腰部康复训练装置，其特征在于：下肢外骨骼(400)包括一个骨盆固定带(410)、两个骨盆固定带连接件(420)、两个大腿段支架(430)、两个大腿绷带(440)、两个小腿段支架(450)、两个小腿绷带(460)和两个形状记忆合金驱动器单元(600)；所述形状记忆合金驱动器单元(600)为外骨骼侧形状记忆合金驱动器(630)；其中，骨盆固定带(410)的两侧分别设有一个骨盆固定带连接件(420)；每个骨盆固定带连接件(420)均与大腿段支架(430)相连接；每个大腿段支架(430)均通过外骨骼侧形状记忆合金驱动器(630)与一个小腿段支架(450)活动连接；每个小腿段支架(450)均与主框架(100)固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种腰部康复训练装置，其特征在于：形状记忆合金弹簧(631)的尺寸应符合：
节距
其中λ0＝(0.125-0.14)d1；螺旋角
节距t和螺旋角β的公式中的参数含义分别为：d1代表形状记忆合金丝直径，d2代表形状记忆合金弹簧直径，λ代表变形位移，λ0代表初始位移，m代表圈数。
8.根据权利要求1、2、3、4、5或7所述一种腰部康复训练装置，其特征在于：形状记忆合金驱动器单元(600)包括形状记忆合金弹簧(631)、导杆(632)、套筒(633)和顶盖(634)；其中，
形状记忆合金弹簧(631)由形状记忆合金丝绕成；在形状记忆合金丝上包裹了半导体热泵；形状记忆合金弹簧(631)的一端与形状记忆合金驱动器的导杆(632)末端相连，另一端与形状记忆合金驱动器的套筒(633)内顶部相连；
当半导体热泵对形状记忆合金弹簧(631)加热时，形状记忆合金弹簧由于内部晶体结构发生变化而收缩，使得形状记忆合金驱动器的导杆相对于套筒向外运动，即形状记忆合金驱动器单元(600)伸长；改变半导体热泵的电流方向时，由半导体热泵的冷端对形状记忆合金弹簧冷却，形状记忆合金弹簧伸长，使得形状记忆合金驱动器的导杆相对于套筒向内运动，即形状记忆合金驱动器单元(600)缩短；
本形状记忆合金驱动器单元(600)采用温度反馈和位移反馈双闭环控制，其中温度控制为内环，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧供电电流的大小，控制形状记忆合金弹簧伸缩的快或慢，从而控制形状记忆合金驱动器伸缩的慢或快；通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧供电的电流方向，控制形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，从而控制形状记忆合金驱动器的缩短或伸长。
9.根据权利要求6所述一种腰部康复训练装置，其特征在于：形状记忆合金驱动器单元(600)包括形状记忆合金弹簧(631)、导杆(632)、套筒(633)和顶盖(634)；其中，
形状记忆合金弹簧(631)由形状记忆合金丝绕成；在形状记忆合金丝上包裹了半导体热泵；形状记忆合金弹簧(631)的一端与形状记忆合金驱动器的导杆(632)末端相连，另一端与形状记忆合金驱动器的套筒(633)内顶部相连；
当半导体热泵对形状记忆合金弹簧(631)加热时，形状记忆合金弹簧由于内部晶体结构发生变化而收缩，使得形状记忆合金驱动器的导杆相对于套筒向外运动，即形状记忆合金驱动器单元(600)伸长；改变半导体热泵的电流方向时，由半导体热泵的冷端对形状记忆合金弹簧冷却，形状记忆合金弹簧伸长，使得形状记忆合金驱动器的导杆相对于套筒向内运动，即形状记忆合金驱动器单元(600)缩短；
本形状记忆合金驱动器单元(600)采用温度反馈和位移反馈双闭环控制，其中温度控制为内环，通过电流调节器控制给形状记忆合金弹簧供电电流的大小，控制形状记忆合金弹簧伸缩的快或慢，从而控制形状记忆合金驱动器伸缩的慢或快；通过电流换向器控制给形状记忆合金弹簧供电的电流方向，控制形状记忆合金弹簧的伸长或缩短，从而控制形状记忆合金驱动器的缩短或伸长。
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Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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|---|---|---|---|---|
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| CN104800040A (zh) * | 2015-03-06 | 2015-07-29 | 合肥工业大学 | 一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置和方法 |
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