CN109771895A - 一种辅助行走恢复的控制方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助行走恢复的控制方法及装置，该控制方法通过腿部关节训练装置、脚踏装置和上位机的配合，可达到自主训练的效果，提高了治疗效果；且该控制方法智能化程度高，使用过程中无需全程看护，减轻了看护人员的负担；另外，该控制方法能感应患者的动作，并根据患者的实际动作情况给予相应地辅助，减轻了患者的运动强度，可有效地避免二次创伤的发生。

Description

一种辅助行走恢复的控制方法及装置

技术领域

本发明涉及辅助行走恢复领域，具体而言，涉及一种辅助行走恢复的控制方法及装置。

背景技术

腿部损伤是临床较常见的创伤之一，腿部损伤的致残率较高，腿部损伤在进行临床手术后一般都需要进行行走恢复的治疗，但行走恢复的治疗效果一直困扰着患者和医疗师。如果行走恢复的治疗效果不佳，会影响患者的步行能力，严重影响患者的生活质量和患者的劳动能力，对患者的生活造成较大的影响。因此，各个厂商一直在研究更好的方法及装置来辅助用户进行行走恢复，以提高治疗效果。

现有的行走恢复方法，通常都是由看护人员搀扶行走，或者在看护下使用较简易的装置进行行走恢复训练；使用现有的行走恢复方法，治疗效果较差，且极容易造成二次创伤，对患者的保护远远不够；另外，现有的装置智能化程度较差，不能根据患者的实际情况进行调节，使用时需要看护人员进行全程看护，加大了看护人员的负担。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种辅助行走恢复的控制方法及装置，该控制方法有治疗效果好、智能化程度高的优点；另外，该控制方法还能对患者起到很好的保护，避免了二次创伤的发生。

相应的，本发明实施例提供一种辅助行走恢复的控制方法及装置，所述控制方法包括：

基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中；

基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中；

上位机对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果；

上位机基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中；

伺服驱动器基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转。

可选的实施方式，所述行走恢复控制方法还包括：

伺服驱动器实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值，及实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值；

若否，伺服驱动器基于所述第一控制指令控制所述第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转和/或伺服驱动器基于所述第二控制指令控制所述第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转；

若是，伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第一伺服电机和/或伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第二伺服电机。

可选的实施方式，所述基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中，包括：

基于脚踏装置上的第一压力传感器获得第一电压信号，将所述第一电压信号输入到MCU中；基于脚踏装置上的第二压力传感器获得第二电压信号，将所述第二电压信号输入到MCU中；

MCU基于A/D转换将所述第一电压信号转换为相应的第一压力数字值，将所述第一压力数字值存储在MCU的第一寄存器中；MCU基于A/D转换将所述第二电压信号转换为相应的第二压力数字值，将所述第二压力数字值存储在MCU的第二寄存器中；

上位机基于I2C串行总线读取第一寄存器中的第一压力数字值和第二寄存器中的第二压力数字值，获得第一压力数字值和第二压力数字值。

可选的实施方式，所述基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中，包括：

基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度；

所述第一绝对式编码器、第二绝对式编码器基于并行I/O通信接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度传输到MCU中；

MCU基于串行接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中。

可选的实施方式，所述上位机对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果，包括：

上位机根据所述第一压力数字值分析出所述第一压力传感器当前处于压力值减小或者增大趋势，且判断所述第一旋转角度是否在预设角度范围内，获得第一分析判断结果；

上位机根据所述第二压力数字值分析出所述第二压力传感器当前处于压力值增大或者减小趋势，且判断所述第二旋转角度是否在预设角度范围内，获得第二分析判断结果。

可选的实施方式，所述上位机基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中，包括：

上位机基于第一分析判断结果产生第一控制指令，所述第一控制指令为电机正转指令、或电机反转指令、或电机停转指令；上位机基于第二分析判断结果产生第二控制指令，所述第二控制指令为电机正转指令、或电机反转指令、或电机停转指令；

上位机基于串行接口将所述第一控制指令、第二控制指令传输至MCU中；

MCU对所述第一控制指令进行解析，获得第一解析结果，且对所述第二控制指令进行解析，获得第二解析结果，并将所述第一解析结果和第二解析结果传输至伺服驱动器中。

可选的实施方式，所述伺服驱动器基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转，包括：

伺服驱动器基于MCU对第一控制指令进行解析，获得的第一解析结果产生相应的第一驱动器电信号，伺服驱动器基于MCU对第二控制指令进行解析，获得的第二解析结果产生相应的第二驱动器电信号；

所述伺服驱动器将所述第一驱动器电信号和第二驱动器电信号分别发送至第一伺服电机和第二伺服电机中；

所述第一伺服电机基于第一驱动器电信号运行，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且所述第二伺服电机基于第二驱动器电信号运行，驱动第二腿部关节训练装置的运转。

本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的控制方法，该控制方法通过腿部关节训练装置、脚踏装置和上位机的配合，可达到自主训练的效果，治疗效果好；且在行走恢复过程中无需看护人员全程看护，减轻了看护人员的负担；另外，该控制方法能感应患者的动作，并根据患者的实际动作情况给予相应地辅助，减轻了患者的运动强度，可有效地避免二次创伤的发生。

另外，本发明实施例还提供了一种辅助行走恢复的装置，所述装置包括：

脚踏装置：用于基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中；

第一腿部关节训练装置：用于基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，将所述第一旋转角度反馈至上位机中；用于基于第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机驱动第一腿部关节训练装置的运转；

第二腿部关节训练装置：用于基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第二旋转角度反馈至上位机中；用于基于第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机驱动第二腿部关节训练装置的运转；

上位机：用于对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果；用于基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中；

伺服驱动器：用于基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机。

可选的实施方式，所述伺服驱动器还用于实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值，及实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值；

若否，伺服驱动器基于所述第一控制指令控制所述第一伺服电机和/或伺服驱动器基于所述第二控制指令控制所述第二伺服电机；

若是，伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第一伺服电机和/或伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第二伺服电机。

可选的实施方式，所述装置还包括MCU；

用于基于A/D转换将所述第一电压信号转换为相应的第一压力数字值，将所述第一压力数字值存储在MCU的第一寄存器中；用于基于A/D转换将所述第二电压信号转换为相应的第二压力数字值，将所述第二压力数字值存储在MCU的第二寄存器中；

用于基于串行接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中；

用于对所述第一控制指令进行解析，获得第一解析结果，且对所述第二控制指令进行解析，获得第二解析结果，并将所述第一解析结果和第二解析结果传输至伺服驱动器中。

本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的装置，该装置通过脚踏装置、第一腿部关节训练装置、第二腿部关节训练装置、伺服驱动器、MCU和上位机的配合，可达到自主训练的效果，治疗效果好，且在行走恢复过程中无需看护人员全程看护，减轻了看护人员的负担；另外，该装置能感应患者的动作，并根据患者的实际动作情况给予相应地辅助，减轻了患者的运动强度，可有效地避免二次创伤的发生。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见的，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例中控制方法的流程示意图；

图2是本发明实施例中控制方法的详细流程示意图；

图3是本发明实施例中装置模块的组成示意图；

图4是本发明实施例中装置模块的详细组成示意图；

图5是本发明实施例中脚踏装置的三维结构视图；

图6是本发明实施例中第一腿部关节训练装置的三维结构视图；

图7是本发明实施例中装置在水平状态下的三维结构示意图；

图8是本发明实施例中装置在垂直状态下的三维结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

需要说明的是，由于用户的行走是一个连续且循环的过程，因此在本发明实施例中，仅对用户抬起左脚和相应下踩右脚的这一过程进行阐述，用户抬起右脚和相应下踩左脚的这一过程就不详细阐述。

请参阅图1，图1是本发明实施例中控制方法的流程示意图。

如图1所示，一种辅助行走恢复的控制方法，所述控制方法包括：

S11：基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中。

需要说明的是，为了方便阐述，在本发明实施例中，基于脚踏装置上的第一压力传感器感应的是用户左脚的动作，基于脚踏装置上的第二压力传感器感应的是用户右脚的动作。

用户进行行走恢复，用户的左脚进行抬脚动作，用户的右脚则相应进行下踩动作。

具体的，当用户的左脚进行抬脚动作时，由于抬脚的过程是一个连续的动作，因此基于第一脚踏上的第一压力传感器会获得多个第一电压信号，所述第一压力传感器将多个第一电压信号依次输入到MCU中，MCU基于A/D转换将所述多个第一电压信号依次转换为相应的多个第一压力数字值，并将所述多个第一压力数字值存储在MCU的第一寄存器中；然后，上位机基于I2C串行总线依次读取第一寄存器中的多个第一压力数字值，所述多个第一压力数字值依次反馈到上位机中。

相应的，当用户的右脚会进行下踩动作时，由于下踩的过程同样是一个连续的动作，因此基于第二脚踏上的第二压力传感器会获得多个第二电压信号，所述第二压力传感器将多个第二电压信号依次输入到MCU中，MCU基于A/D转换将所述多个第二电压信号依次转换为相应的多个第二压力数字值，并将所述多个第二压力数字值存储在MCU的第二寄存器中；然后，上位机基于I2C串行总线依次读取第二寄存器中的多个第二压力数字值，所述多个第二压力数字值依次反馈到上位机中。

需要说明的是，MCU是微控制单元的缩写，MCU是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口、甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机；MCU可为不同的应用场合做不同组合控制，有功能完整、使用方便以及灵活性好等优点。

需要说明的是，I2C总线是由Philips公司开发的一种简单、双向二线制同步串行总线，它只需要两根线即可在连接于总线上的器件之间传送信息；采用I2C总线，有使用灵活、开发时间短、电流消耗低、抗高噪声干扰以及便于调试和诊断等优点。

S12：基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中。

需要说明的是，为了与用户的双腿相对应，在本发明实施例中，需要采用两个结构完全相同的腿部关节训练装置，并以第一腿部关节训练装置、第二腿部关节训练装置进行区分；另外，为了方便阐述，在本发明实施例中，所述第一腿部关节训练装置对应的是用户的左腿，所述第二腿部关节训练装置对应的是用户的右腿。

用户进行行走恢复，当用户的左脚进行抬脚动作时，所述第一腿部关节训练装置会抬起用户的左腿，辅助用户进行抬脚动作；在这一连续过程中，基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器会依次获得多个第一旋转角度，第一绝对式编码器基于并行I/O通信接口将所述多个第一旋转角度依次传输到MCU中，MCU再基于串行接口依次将所述多个第一旋转角度反馈至上位机中。

相应的，当用户的右脚进行下踩动作时，所述第二腿部关节训练装置会下拉用户的右腿，辅助用户进行下踩动作；在这一连续过程中，基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器会依次获得多个第二旋转角度，第二绝对式编码器基于并行I/O通信接口将所述多个第二旋转角度依次传输到MCU中，MCU再基于串行接口依次将所述多个第二旋转角度反馈至上位机中。

S13：上位机对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果。

用户进行行走恢复，当用户的左脚进行抬脚动作时，上位机会依次接收到多个第一压力数字值；上位机根据所述第一压力数字值分析出所述第一压力传感器当前处于压力值减小的趋势，以此分析出所述用户的左脚正在进行抬脚动作。

另外，上位机会依次接收到多个第一旋转角度，上位机依次对所述多个第一旋转角度进行判断，判断所述第一旋转角度是否在预设角度范围内。

上位机基于所述分析和判断过程获得第一分析判断结果。

相应的，当用户的右脚进行下踩动作时，上位机会依次接收到多个第二压力数字值；上位机根据所述第二压力数字值分析出所述第二压力传感器当前处于压力值增大的趋势，以此分析出所述用户的右脚正在进行下踩动作。

另外，上位机会依次接收到多个第二旋转角度，上位机依次对所述多个第二旋转角度进行判断，判断所述第二旋转角度是否在预设角度范围内。

上位机基于所述分析和判断过程获得第二分析判断结果。

需要说明的是，在本发明实施例中，上位机内预设角度范围为0到30°但不包括0°和30°，也就是0°和30°这两个值不在预设角度范围内。一般来说，人体进行行走时，大腿的抬起角度一般不会超过30°，因此需要控制所述第一腿部关节训练装置和第二腿部关节训练装置的活动角度在0到30°这个范围内，以便更好地进行行走恢复。

S14：上位机基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中。

在本发明具体实施过程中，上位机获得第一分析判断结果后，会基于第一分析判断结果产生第一控制指令；由于第一腿部关节训练装置的运转受控于设置在第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，因此所述第一控制指令主要用于对第一伺服电机的运行进行控制，所以所述第一控制指令为电机正转指令、或电机反转指令、或电机停转指令。

具体的，在本发明具体实施过程中，当第一分析判断结果为：上位机分析出用户的左脚正在进行抬脚动作，且所述第一旋转角度在预设角度范围内。

此时，上位机基于上述第一分析判断结果产生电机正转指令，并将所述电机正转指令传输至MCU中；MCU对所述电机正转指令进行解析，并获得第一解析结果；然后，MCU将所述第一解析结果传输到伺服驱动器中。

当第一分析判断结果为：上位机分析出用户的左脚正在进行抬脚动作，但所述第一旋转角度不在预设角度范围内。

此时，上位机基于上述第一分析判断结果产生电机停转指令，并将所述电机停转指令传输至MCU中；MCU对所述电机停转指令进行解析，并获得第一解析结果；然后，MCU将所述第一解析结果传输到伺服驱动器中。

相应的，在本发明具体实施过程中，当第二分析判断结果为：上位机分析出用户的右脚正在进行下踩动作，且所述第二旋转角度在预设角度范围内。

此时，上位机基于上述第二分析判断结果产生电机反转指令，并将所述电机反转指令传输至MCU中；MCU对所述电机反转指令进行解析，并获得第一解析结果；然后，MCU将所述第一解析结果传输到伺服驱动器中。

当第二分析判断结果为：上位机分析出用户的由脚正在进行下踩动作，但所述第二旋转角度不在预设角度范围内。

此时，上位机基于上述第二分析判断结果产生电机停转指令，并将所述电机停转指令传输至MCU中；MCU对所述电机停转指令进行解析，并获得第二解析结果；然后，MCU将所述第二解析结果传输到伺服驱动器中。

需要说明的是，所述第一解析结果和第二解析结果包括高低电平指令和差分脉冲。MCU根据上位机提供的控制指令并基于开关三极管产生相应的高低电平指令，所述高低电平指令用于控制伺服驱动器的运行；MCU根据上位机提供的控制指令并基于定时器产生差分脉冲，所述差分脉冲用于参数的传递。

S15：伺服驱动器基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转。

伺服驱动器接收到所述第一解析结果后，产生相应的第一驱动器电信号，所述第一驱动器电信号传输到第一伺服电机中；第一伺服电机基于所述第一驱动器电信号以特定的转速进行正转或反转，或停转。

在本发明具体实施过程中，当第一分析判断结果为：上位机分析出用户的左脚正在进行抬脚动作，且所述第一旋转角度在预设角度范围内；伺服驱动器会相应产生第一驱动器电信号，所述第一伺服电机基于所述第一驱动器电信号以特定的转速进行正转，驱动第一腿部关节训练装置不断抬起用户的大腿，辅助用户进行抬脚。

当第一分析判断结果为：上位机分析出用户的左脚正在进行抬脚动作，但所述第一旋转角度不在预设角度范围内；伺服驱动器会相应产生第一驱动器电信号，所述第一伺服电机基于所述第一驱动器电信号停转，此时第一伺服电机不会驱动第一腿部关节训练装置辅助用户进行抬脚。

相应的，当第二分析判断结果为：上位机分析出用户的右脚正在进行下踩动作，且所述第二旋转角度在预设角度范围内；伺服驱动器会相应产生第二驱动器电信号，所述第二伺服电机基于所述第二驱动器电信号以特定的转速进行反转，驱动第一腿部关节训练装置不断下拉用户的大腿，辅助用户进行下踩。

当第二分析判断结果为：上位机分析出用户的由脚正在进行下踩动作，但所述第二旋转角度不在预设角度范围内；伺服驱动器会相应产生第二驱动器电信号，所述第二伺服电机基于所述第二驱动器电信号停转，此时第二伺服电机不会驱动第二腿部关节训练装置辅助用户进行下踩。

实施例二：

请参阅图2，图2是本发明实施例中控制方法的详细流程示意图。

如图2所示，一种辅助行走恢复的控制方法，所述控制方法包括：

S21：基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中。

S22：基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中。

S23：上位机对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果。

S24：上位机基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中。

需要说明的是，在本发明实施例中，S21至S24与实施例一中S11至S14相同，因此在实施例二中就不对S21至S24进行详细描述。

S25：伺服驱动器实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值，及实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值。

需要说明的是，在伺服电机运行过程中，伺服电机会实时产生一个电机力矩，伺服电机能将所述电机力矩转换为相应电机力矩等效电压，所述电机力矩等效电压可传输到其它设备上。

用户进行行走恢复时，第一伺服电机会将其第一电机力矩等效电压反馈到伺服驱动器中，伺服实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值。

同时，第二伺服电机会将第二电机力矩等效电压反馈到伺服驱动器中，伺服实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值。

S26：若否，伺服驱动器基于所述第一控制指令控制所述第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转和/或伺服驱动器基于所述第二控制指令控制所述第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转；

在本发明具体实施过程中，用户的左脚做抬脚动作时，用户的左腿会为第一腿部训练装置提供一定的力矩，此时第一伺服电机的等效力矩相对较小，反馈到伺服驱动器的第一电机力矩等效电压不会大于预设阈值，此时伺服驱动器可将所述第一驱动器电信号传输到第一伺服电机中，控制第一伺服电机的运行。

相应的，用户的右脚做下踩动作时，用户的右腿会为第二腿部训练装置提供一定的力矩，此时第二伺服电机的等效力矩相对较小，反馈到伺服驱动器的第二电机力矩等效电压不会大于预设阈值，此时伺服驱动器可将所述第二驱动器电信号传输到第二伺服电机中，控制第二伺服电机的运行。

S27：若是，伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第一伺服电机和/或伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第二伺服电机。。

但是，当用户的左腿产生痉挛时，用户的左腿不再为第一腿部训练装置提供一定的力矩，此时第一伺服电机的等效力矩相对较大，反馈到伺服驱动器的第一电机力矩等效电压会大于预设阈值；此时伺服驱动器不会将所述第一驱动器电信号传输到第一伺服电机中，而是发送停止运转指令到第一伺服电机中，控制第一伺服电机停止运转。

同样，当用户的右腿产生痉挛时，用户的右腿不再为第二腿部训练装置提供一定的力矩，此时第二伺服电机的等效力矩相对较大，反馈到伺服驱动器的第二电机力矩等效电压会大于预设阈值；此时伺服驱动器不会将所述第二驱动器电信号传输到第二伺服电机中，而是发送停止运转指令到第二伺服电机中，控制第二伺服电机停止运转。

本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的控制方法，该控制方法通过腿部关节训练装置、脚踏装置和上位机的配合，可达到自主训练的效果，治疗效果好；且在行走恢复过程中无需看护人员全程看护，减轻了看护人员的负担；另外，该控制方法能感应患者的动作，并根据患者的实际动作情况给予相应地辅助，减轻了患者的运动强度，可有效地避免二次创伤的发生。

实施例三：

图3是本发明实施例中装置模块的组成示意图；

如图3所示，本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的装置，所述装置包括：

脚踏装置：用于基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中。

图5是发明实施例中脚踏装置的三维结构视图。

如图5所示，所述脚踏装置包括脚踏固定框31，以及设置在脚踏固定框上且关于脚踏固定框中心线镜像对称的第一脚踏32和第二脚踏33；需要说明的是，由于所述第一脚踏32和第二脚踏33的结构相同，因此在本发明实施例中只对第一脚踏32进行详细描述。

所述第一脚踏32包括第一踏板组件和第一传感支撑模块，所述第一踏板组件连接固定在第一传感支撑模块上。

具体的，所述第一传感支撑模块包括第一滑轨、第一滑块、第一传感器固定座、第一压力传感器、第一弹簧、第一限位架和第一固定块。其中，所述第一滑轨固定在所述脚踏固定框31上，所述第一滑块与所述第一滑轨滑动连接；所述第一滑块上固定有所述第一传感器固定座，所述第一压力传感器固定在所述第一传感器固定座上；所述第一弹簧的一端连接在所述脚踏固定框31上，另一端与所述第一压力传感器连接，所述第一压力传感器配合第一弹簧和第一传感器固定座可以感应压力的变化；另外，所述第一限位架用于限制所述滑块的行程，所述第一固定块用于第一传感支撑模块和第一踏板组件的连接。

在本发明具体实施过程中，用户的脚掌固定在所述第一踏板组件上；

当用户进行抬脚动作时，所述第一脚踏上的第一踏板组件带动所述第一滑块沿第一滑轨向上滑动；此时，所述第一弹簧开始收缩，所述第一脚踏上的第一压力传感器感应到的第一压力不断减小。

当用户进行下踩动作时，所述第一脚踏上的第一踏板组件带动所述第一滑块沿第一滑轨向下滑动；此时，所述第一弹簧开始拉伸，所述第一脚踏上的第一压力传感器感应到的第一压力不断增大。

第一腿部关节训练装置：用于基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，将所述第一旋转角度反馈至上位机中；用于基于第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机驱动第一腿部关节训练装置的运转。

图6是发明实施例中第一腿部关节训练装置的三维结构视图。

如图6所示，所述第一腿部关节训练装置包括第一结构支臂41、第二结构支臂42以及大腿支撑结构组件43；所述第二结构支臂42的一端基于转轴44与第一结构支臂41铰接，所述第一大腿支撑结构组件43固定在第二结构支臂42的另一端上。

在本发明具体实施过程中，用户的腿部固定在所述第一大腿支撑结构组件43上。

其中，所述第一结构支臂41上设置有第一伺服电机和第一减速器，所述第一伺服电机的输出轴与所述第一减速器的输入端相连。所述第一减速器的输出端上连接有第一伞形齿轮，所述第二结构支臂42上连接有第二伞形齿轮，第一伞形齿轮与第二伞形齿轮的配合可将第一伺服电机的动力经第一减速器传输到第二结构支臂42、大腿支撑结构43组件上，带动第二结构支臂42、大腿支撑结构组件43以转轴44为圆心转动。

当所述第一伺服电机正转时，即所述第一伺服电机沿顺时针转动时，基于第一伞形齿轮与第二伞形齿轮的配合可将第一伺服电机的动力经第一减速器传输到第二结构支臂42、大腿支撑结构43组件，带动第二结构支臂42、大腿支撑结构组件43以转轴44为圆心顺时针转动，使大腿支撑结构组件43可以抬起固定在大腿支撑结构组件43上的腿部，辅助用户进行抬脚动作。

当所述第一伺服电机反转时，即所述第一伺服电机沿逆时针转动时，基于第一伞形齿轮与第二伞形齿轮的配合可将第一伺服电机的动力经第一减速器传输到第二结构支臂42、大腿支撑结构43组件，带动第二结构支臂42、大腿支撑结构组件43以转轴44为圆心逆时针转动，使大腿支撑结构组件43可以下拉固定在大腿支撑结构组件43上的腿部，辅助用户进行下踩动作。

另外，所述第一结构支臂42的顶部还固定有第一绝对式编码器，所述第一绝对式编码器上连接有第一同步轮，所述转轴44的一端上连接有第二同步轮，所述第一同步轮和第二同步轮通过第一同步带连接。在本发明实施例中，所述第一绝对式编码器主要用于测量第一伺服电机的第一旋转角度：当所述第二结构支臂42、第一大腿支撑结构组件43以转轴44为中心旋转时，连接在转轴44上的第二同步轮也会随转轴44转动；由于第一同步轮和第二同步轮通过第一同步带连接，因此第一同步轮的转动角度与第二同步轮同步，因此所述第一绝对式编码器可以测量第一伺服电机的第一旋转角度。

第二腿部关节训练装置：用于基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第二旋转角度反馈至上位机中；用于基于第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机驱动第二腿部关节训练装置的运转。

由于第一腿部关节训练装置和第二腿部关节训练装置的结构以及运行原理完全相同，因此在本发明实施例中就不再阐述。

上位机：用于对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果；用于基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中。

伺服驱动器：用于基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机。

需要说明的是，伺服器驱动器是用来控制伺服电机的一种控制器，其作用类似于变频器作用于普通交流马达，属于伺服系统的一部分，主要应用于高精度的定位系统；一般是通过位置、速度和力矩三种方式对伺服电机进行控制，实现高精度的传动系统定位，目前是传动技术的高端产品。

在本发明实施例中，所述伺服驱动器对所述第一伺服电机和第二伺服电机进行控制。

特别的，在本发明实施例中，所述伺服驱动器中还设置有电压比较器，所述电压比较器用于实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值，及实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值。

实施例四：

图4是本发明实施例中装置模块的详细组成示意图；

如图4所示，本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的装置，所述装置包括脚踏装置、第一腿部关节训练装置、第二腿部关节训练装置、上位机、伺服驱动器以及MCU。

由于所述脚踏装置、第一腿部关节训练装置、第二腿部关节训练装置、上位机、伺服驱动器在实施例三中已经详细阐述，因此在实施例四中只对MCU进行阐述。

需要说明的是，MCU是微控制单元的缩写，MCU是把中央处理器的频率与规格做适当缩减，并将内存、计数器、USB、A/D转换、UART、PLC、DMA等周边接口、甚至LCD驱动电路都整合在单一芯片上，形成芯片级的计算机；MCU可为不同的应用场合做不同组合控制，有功能完整、使用方便以及灵活性好等优点。

在本发明实施例中，MCU用于基于A/D转换将所述第一电压信号转换为相应的第一压力数字值，将所述第一压力数字值存储在MCU的第一寄存器中；用于基于A/D转换将所述第二电压信号转换为相应的第二压力数字值，将所述第二压力数字值存储在MCU的第二寄存器中；

用于基于串行接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中；

用于对所述第一控制指令进行解析，获得第一解析结果，且对所述第二控制指令进行解析，获得第二解析结果，并将所述第一解析结果和第二解析结果传输至伺服驱动器中。

实施例五：

图7是本发明实施例中装置在水平状态下的三维结构示意图；

图8是本发明实施例中装置在垂直状态下的三维结构示意图。

结合图7和图8，本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的装置，所述装置包括脚踏装置1、第一腿部关节训练装置2、第二腿部关节训练装置3、控制模块4以及支撑组件5。

具体的，所述控制模块4包括实施例三、实施例四中所述的上位机以及伺服驱动器，所述控制模块4设置在所述支撑组件5内。

具体的，所述脚踏装置1、第一腿部关节训练装置2、第二腿部关节训练装置3依次固定在所述支撑组件5上；由于所述脚踏装置1、第一腿部关节训练装置2、第二腿部关节训练装置3在实施例三中已经详细阐述，因此在实施例五中就不再详细阐述。

如图7所示，在本发明具体实施过程中，当用户需要平躺地进行行走恢复时，所述支撑组件5对用户进行支撑，用户可平躺在所述支撑组件5上进行行走恢复。

另外，当用户需要直立地进行行走恢复时，所述脚踏装置1、第一腿部关节训练装置2、第二腿部关节训练装置3以及支撑组件5可以相应地转动90°至如图8所示的状态，用户可直立地倚靠在所述支撑组件5上进行行走恢复。

本发明实施例提供了一种辅助行走恢复的装置，该装置通过脚踏装置、第一腿部关节训练装置、第二腿部关节训练装置、伺服驱动器、MCU和上位机的配合，可达到自主训练的效果，治疗效果好，且在行走恢复过程中无需看护人员全程看护，减轻了看护人员的负担；另外，该装置能感应患者的动作，并根据患者的实际动作情况给予相应地辅助，减轻了患者的运动强度，可有效地避免二次创伤的发生。

另外，以上对本发明实施例所提供的一种辅助行走恢复的控制方法及装置进行了详细介绍，本文中应采用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种辅助行走恢复的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中；

基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中；

上位机对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果；

上位机基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中；

伺服驱动器基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述控制方法还包括：

伺服驱动器实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值，及实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值；

若否，伺服驱动器基于所述第一控制指令控制所述第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转和/或伺服驱动器基于所述第二控制指令控制所述第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转；

若是，伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第一伺服电机和/或伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第二伺服电机。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中，包括：

基于脚踏装置上的第一压力传感器获得第一电压信号，将所述第一电压信号输入到MCU中；基于脚踏装置上的第二压力传感器获得第二电压信号，将所述第二电压信号输入到MCU中；

MCU基于A/D转换将所述第一电压信号转换为相应的第一压力数字值，将所述第一压力数字值存储在MCU的第一寄存器中；MCU基于A/D转换将所述第二电压信号转换为相应的第二压力数字值，将所述第二压力数字值存储在MCU的第二寄存器中；

上位机基于I2C串行总线读取第一寄存器中的第一压力数字值和第二寄存器中的第二压力数字值，获得第一压力数字值和第二压力数字值。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中，包括：

基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，且基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度；

所述第一绝对式编码器、第二绝对式编码器基于并行I/O通信接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度传输到MCU中；

MCU基于串行接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中。

5.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述上位机对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果，包括：

上位机根据所述第一压力数字值分析出所述第一压力传感器当前处于压力值减小或者增大趋势，且判断所述第一旋转角度是否在预设角度范围内，获得第一分析判断结果；

上位机根据所述第二压力数字值分析出所述第二压力传感器当前处于压力值增大或者减小趋势，且判断所述第二旋转角度是否在预设角度范围内，获得第二分析判断结果。

6.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述上位机基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中，包括：

上位机基于第一分析判断结果产生第一控制指令，所述第一控制指令为电机正转指令、或电机反转指令、或电机停转指令；上位机基于第二分析判断结果产生第二控制指令，所述第二控制指令为电机正转指令、或电机反转指令、或电机停转指令；

上位机基于串行接口将所述第一控制指令、第二控制指令传输至MCU中；

MCU对所述第一控制指令进行解析，获得第一解析结果，且对所述第二控制指令进行解析，获得第二解析结果，并将所述第一解析结果和第二解析结果传输至伺服驱动器中。

7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述伺服驱动器基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机，驱动第二腿部关节训练装置的运转，包括：

伺服驱动器基于MCU对第一控制指令进行解析，获得的第一解析结果产生相应的第一驱动器电信号，伺服驱动器基于MCU对第二控制指令进行解析，获得的第二解析结果产生相应的第二驱动器电信号；

所述伺服驱动器将所述第一驱动器电信号和第二驱动器电信号分别发送至第一伺服电机和第二伺服电机中；

所述第一伺服电机基于第一驱动器电信号运行，驱动第一腿部关节训练装置的运转，且所述第二伺服电机基于第二驱动器电信号运行，驱动第二腿部关节训练装置的运转。

8.一种辅助行走恢复的装置，其特征在于，所述装置包括：

脚踏装置：用于基于脚踏装置上的第一压力传感器和第二压力传感器分别获得第一电压信号和第二电压信号，将所述第一电压信号和第二电压信号转换为第一压力数字值和第二压力数字值并反馈至上位机中；

第一腿部关节训练装置：用于基于第一腿部关节训练装置上的第一绝对式编码器获得第一旋转角度，将所述第一旋转角度反馈至上位机中；用于基于第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机驱动第一腿部关节训练装置的运转；

第二腿部关节训练装置：用于基于第二腿部关节训练装置上的第二绝对式编码器获得第二旋转角度，将所述第二旋转角度反馈至上位机中；用于基于第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机驱动第二腿部关节训练装置的运转；

上位机：用于对所述第一压力数字值和第一旋转角度进行分析判断，获取第一分析判断结果，且上位机对所述第二压力数字值和第二旋转角度进行分析判断，获取第二分析判断结果；用于基于第一分析判断结果及第二分析判断结果分别产生第一控制指令及第二控制指令，并将第一控制指令及第二控制指令传输至伺服驱动器中；

伺服驱动器：用于基于所述第一控制指令控制第一腿部关节训练装置上的第一伺服电机，且基于所述第二控制指令控制第二腿部关节训练装置上的第二伺服电机。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述伺服驱动器还用于实时判断第一伺服电机反馈的第一电机力矩等效电压是否大于预设阈值，及实时判断第二伺服电机反馈的第二电机力矩等效电压是否大于预设阈值；

若否，伺服驱动器基于所述第一控制指令控制所述第一伺服电机和/或伺服驱动器基于所述第二控制指令控制所述第二伺服电机；

若是，伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第一伺服电机和/或伺服驱动器生成停止运转指令并发送至所述第二伺服电机。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述装置还包括MCU；

用于基于A/D转换将所述第一电压信号转换为相应的第一压力数字值，将所述第一压力数字值存储在MCU的第一寄存器中；且用于基于A/D转换将所述第二电压信号转换为相应的第二压力数字值，将所述第二压力数字值存储在MCU的第二寄存器中；

用于基于串行接口将所述第一旋转角度和第二旋转角度反馈至上位机中；

用于对所述第一控制指令进行解析，获得第一解析结果，且对所述第二控制指令进行解析，获得第二解析结果，并将所述第一解析结果和第二解析结果传输至伺服驱动器中。