CN112370047A - 一种基于阵列mems技术的便携式下肢机器人步态分析方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，属于步态分析领域，一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，包括下肢机器人本体和两个侧边护架，下肢机器人本体穿戴于人的下肢上，两个侧边护架的下端均转动连接有转轴，且转轴的外端固定连接有滑轮，两个侧边护架之间由上至下依次固定连接有连接横架和前板，它通过加速度传感器向气体发生器发出信号，给保护气囊充气，实现对下肢的保护，保护气囊打开的同时止动件下落卡住滑轮的转轴，这样可给患者提供一个支撑点，有效降低了倾倒时患者所受到的伤害，另外在保护气囊打开的同时伸缩气管伸展开，从而触发压力传感器给后台远程医疗康复监护系统发出信号。
Description
技术领域
本发明涉及步态分析领域，更具体地说，涉及一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法。
背景技术
步态分析系统，主要用于检测动物神经中枢，指导动物身体四肢运动的行为检测装置，动物在步态运动的区域上运动时，运动姿态，及四肢的反应情况，通过计算机采集一系列数据，做为研究康复运动的科研仪器。人体运动是神经系统控制1000多块肌肉有节律收缩，驱动200多块骨骼绕100多个关节协同运动的结果。尽管近年来生命科学研究取得了很大进展，但是距离模拟大脑控制肢体运动的过程还非常远，因此康复医学、体育学等研究者普遍采用观察人肢体宏观运动来诊断人体运动功能疾病，评估人体康复进程，指导体育训练与选材
在临床医学中，步态分析系统是重要的定量检查与分析的手段，从而改变了沿用己久的定性分析和直观描述。利用术前测得的各种人体运动曲线、数据及分析结果，我们可对关节疾患的程度进行测定，并在此基础上对手术方案进行最优化拟定；术后数据及分析结果是评定治疗效果的最精确的客观定量指标。
患者在进行康复行走时都会借助行走器，但是目前手推式的行走器保护措施还不够健全，当患者由于失衡而向前倾倒时很容易造成下肢的二次伤害，而且在没有陪护人员的看护下，一旦发生意外将得不到及时的救助，对康复进程中的患者来说其自身的健康得不到保障。
发明内容
1．要解决的技术问题
针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，它通过下肢机器人上的加速度传感器来判断患者是否倾倒，当患者倾倒时会立即向气体发生器发出信号，从而产生氮气给保护气囊充气，实现对下肢的保护，保护气囊打开的同时将绝磁板挤入侧边护架中，以阻断永磁铁和磁铁块之间的吸力，从而使止动件下落卡住滑轮的转轴，这样可在患者倾倒的时候提供一个支撑点，有效降低了倾倒时患者所受到的伤害，而且侧边护架停在患者的身边，在自行康复训练的情况下患者可借助装置自行站立起来，进一步给患者提供了一个保障，另外在保护气囊打开的同时，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得伸缩气管伸展开，从而触发压力传感器给后台远程医疗康复监护系统发出信号。
2．技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，包括下肢机器人本体和两个侧边护架，所述下肢机器人本体穿戴于人的下肢上，两个所述侧边护架的下端均转动连接有转轴，且转轴的外端固定连接有滑轮，两个所述侧边护架之间由上至下依次固定连接有连接横架和前板，所述下肢机器人本体上安装有加速度传感器，所述前板为中空结构，所述前板的内部固定连接有于加速度传感器信号连接的气体发生器，所述前板的位于气体发生器的下方设置有保护气囊，且保护气囊与气体发生器之间连通有多个单向充气阀，所述保护气囊的上端两侧均连通有伸缩气管，且前板靠近伸缩气管的内壁固定连接有压力传感器，两个所述侧边护架均为中空结构，两个所述侧边护架靠近前板的下端均固定连接有永磁体，且侧边护架位于的永磁体到下方滑动连接有与永磁体匹配的磁铁块，所述磁铁块的下端通过连接杆固定连接有止动件，所述转轴位于止动件下方的侧壁固定套接有与其匹配的齿轮，所述前板的内壁通过弹簧固定连接有伸缩件，且伸缩件的侧壁固定连接有绝磁板，所述绝磁板贯穿至永磁体与磁铁块之间的侧边护架中；
包括以下步骤：
S1，将下肢机器人本体绑在人体下肢上，然后让人扶着侧边护架向前走，从而让步态分析系统对人的步态进行分析；
S2，当人由于失去平衡而向前倾倒时，加速度传感器向气体发生器发送信号使其产生氮气，进而使得保护气囊打开，实现对人下肢的保护；
S3，保护气囊打开的同时将绝磁板挤入侧边护架中，从而阻断永磁体对磁铁块的吸力，磁铁块在重力作用下自由下落，使得止动件对滑轮的滑动进行制动，从而阻止侧边护架向前移动。
进一步的，所述压力传感器与远程医疗康复监护系统信号连接，在患者自行康复训练的情况下，患者倾倒后压力传感器向远程医疗康复监护系统发出信号，从而及时对患者进行救助。
进一步的，所述前板的内部安装有与压力传感器信号连接的报警器，在自行康复训练下，可向周围的医护人员发出警报信号寻求帮助，所述前板的内部还安装有定位器，且定位器与远程医疗康复监护系统信号连接，在患者不能自救的情况下，定位器可帮助医护人员及时找到患者。
进一步的，所述伸缩气管包括管道，所述管道远离保护气囊的一端滑动连接有触杆，且触杆位于管道的一端固定连接有与管道内壁滑动连接的活塞，所述活塞远离触杆的侧壁与管道的内壁之间固定连接有弹力绳，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得氮气推动活塞向外移动，从而让触杆触发压力传感器，同时弹力绳被拉伸，这样在保护气囊中的氮气泄掉后，弹力绳的弹力可将活塞拉回原位置。
进一步的，所述前板靠近保护气囊的侧壁开设有与其匹配的出口，保护气囊充气后可由出口弹出，且出口上粘接有防尘板，是为了防灰尘。
进一步的，所述侧边护架靠近磁铁块的两侧内壁均固定连接有滑轨，且磁铁块的两侧侧壁均固定连接有与滑轨滑动连接的滑块，滑动连接可减小摩擦力方便磁铁块的上下移动，同时在止动件卡住齿轮时，滑轨起到稳固的作用。
进一步的，所述止动件包括横板，所述横板的下端侧壁固定连接有多个与齿轮相匹配的锯齿，止动件下落后锯齿与齿轮的齿啮合，从而阻止转轴的转动。
进一步的，所述连接横架的上端两侧侧壁均固定连接有扶手，是为了方便手推动整个装置移动，且扶手上包裹有吸汗棉垫，提高手部的舒适感。
进一步的，所述滑轮采用实心橡胶轮胎，是为了增加底部的质量，稳固重心，提高侧边护架的稳定性。
进一步的，所述伸缩件包括竖板，所述竖板靠近保护气囊设置，保护气囊充气后变大，从而挤压两侧的伸缩件。
3．有益效果
相比于现有技术，本发明的优点在于：
（1）本方案通过下肢机器人上的加速度传感器来判断患者是否倾倒，当患者倾倒时会立即向气体发生器发出信号，从而产生氮气给保护气囊充气，实现对下肢的保护，保护气囊打开的同时将绝磁板挤入侧边护架中，以阻断永磁铁和磁铁块之间的吸力，从而使止动件下落卡住滑轮的转轴，这样可在患者倾倒的时候提供一个支撑点，有效降低了倾倒时患者所受到的伤害，而且侧边护架停在患者的身边，在自行康复训练的情况下患者可借助装置自行站立起来，进一步给患者提供了一个保障，另外在保护气囊打开的同时，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得伸缩气管伸展开，从而触发压力传感器给后台远程医疗康复监护系统发出信号。
（2）压力传感器与远程医疗康复监护系统信号连接，在患者自行康复训练的情况下，患者倾倒后压力传感器向远程医疗康复监护系统发出信号，从而及时对患者进行救助。
（3）前板的内部安装有与压力传感器信号连接的报警器，在自行康复训练下，可向周围的医护人员发出警报信号寻求帮助，前板的内部还安装有定位器，且定位器与远程医疗康复监护系统信号连接，在患者不能自救的情况下，定位器可帮助医护人员及时找到患者。
（4）伸缩气管包括管道，管道远离保护气囊的一端滑动连接有触杆，且触杆位于管道的一端固定连接有与管道内壁滑动连接的活塞，活塞远离触杆的侧壁与管道的内壁之间固定连接有弹力绳，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得氮气推动活塞向外移动，从而让触杆触发压力传感器，同时弹力绳被拉伸，这样在保护气囊中的氮气泄掉后，弹力绳的弹力可将活塞拉回原位置。
（5）前板靠近保护气囊的侧壁开设有与其匹配的出口，保护气囊充气后可由出口弹出，且出口上粘接有防尘板，是为了防灰尘。
（6）侧边护架靠近磁铁块的两侧内壁均固定连接有滑轨，且磁铁块的两侧侧壁均固定连接有与滑轨滑动连接的滑块，滑动连接可减小摩擦力方便磁铁块的上下移动，同时在止动件卡住齿轮时，滑轨起到稳固的作用。
（7）止动件包括横板，横板的下端侧壁固定连接有多个与齿轮相匹配的锯齿，止动件下落后锯齿与齿轮的齿啮合，从而阻止转轴的转动。
（8）连接横架的上端两侧侧壁均固定连接有扶手，是为了方便手推动整个装置移动，且扶手上包裹有吸汗棉垫，提高手部的舒适感。
（9）滑轮采用实心橡胶轮胎，是为了增加底部的质量，稳固重心，提高侧边护架的稳定性。
（10）伸缩件包括竖板，竖板靠近保护气囊设置，保护气囊充气后变大，从而挤压两侧的伸缩件。
附图说明
图1为本发明的方法步骤示意图；
图2为本发明的使用状态示意图；
图3为本发明的第一工作状态示意图；
图4为本发明的第二工作状态示意图；
图5为本发明的止动件主视结构示意图；
图6为本发明的伸缩气管主视结构示意图；
图7为本发明的保护气囊打开前状态示意图；
图8为本发明的保护气囊打开后状态示意图。
图中附图标记说明：
1下肢机器人本体、2加速度传感器、3侧边护架、4转轴、5滑轮、6连接横架、7前板、8气体发生器、9保护气囊、10单向充气阀、11伸缩气管、1101管道、1102触杆、1103活塞、1104弹力绳、12压力传感器、13永磁体、14磁铁块、15止动件、16齿轮、17伸缩件、18绝磁板、19扶手。
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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1：
请参阅图1-8，一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，请参阅图2-4，包括下肢机器人本体1和两个侧边护架3，下肢机器人本体1穿戴于人的下肢上，两个侧边护架3的下端均转动连接有转轴4，且转轴4的外端固定连接有滑轮5，滑轮5采用实心橡胶轮胎，是为了增加底部的质量，稳固重心，提高侧边护架3的稳定性，两个侧边护架3之间由上至下依次固定连接有连接横架6和前板7，连接横架6的上端两侧侧壁均固定连接有扶手19，是为了方便手推动整个装置移动，且扶手19上包裹有吸汗棉垫，提高手部的舒适感，下肢机器人本体1上安装有加速度传感器2，前板7为中空结构，前板7的内部固定连接有于加速度传感器2信号连接的气体发生器8，前板7的位于气体发生器8的下方设置有保护气囊9，前板7靠近保护气囊9的侧壁开设有与其匹配的出口，保护气囊9充气后可由出口弹出，且出口上粘接有防尘板，是为了防灰尘，且保护气囊9与气体发生器8之间连通有多个单向充气阀10；
请参阅图6，保护气囊9的上端两侧均连通有伸缩气管11，伸缩气管11包括管道1101，管道1101远离保护气囊9的一端滑动连接有触杆1102，且触杆1102位于管道1101的一端固定连接有与管道1101内壁滑动连接的活塞1103，活塞1103远离触杆1102的侧壁与管道1101的内壁之间固定连接有弹力绳1104，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得氮气推动活塞1103向外移动，从而让触杆1102触发压力传感器12，同时弹力绳1104被拉伸，这样在保护气囊9中的氮气泄掉后，弹力绳1104的弹力可将活塞1103拉回原位置；
请参阅图7-8，且前板7靠近伸缩气管11的内壁固定连接有压力传感器12，压力传感器12与远程医疗康复监护系统信号连接，在患者自行康复训练的情况下，患者倾倒后压力传感器12向远程医疗康复监护系统发出信号，从而及时对患者进行救助，前板7的内部安装有与压力传感器12信号连接的报警器，在自行康复训练下，可向周围的医护人员发出警报信号寻求帮助，前板7的内部还安装有定位器，且定位器与远程医疗康复监护系统信号连接，在患者不能自救的情况下，定位器可帮助医护人员及时找到患者，两个侧边护架3均为中空结构，两个侧边护架3靠近前板7的下端均固定连接有永磁体13，且侧边护架3位于的永磁体13到下方滑动连接有与永磁体13匹配的磁铁块14，侧边护架3靠近磁铁块14的两侧内壁均固定连接有滑轨，且磁铁块14的两侧侧壁均固定连接有与滑轨滑动连接的滑块，滑动连接可减小摩擦力方便磁铁块14的上下移动，同时在止动件15卡住齿轮16时，滑轨起到稳固的作用，磁铁块14的下端通过连接杆固定连接有止动件15，请参阅图5，止动件15包括横板，横板的下端侧壁固定连接有多个与齿轮16相匹配的锯齿，止动件15下落后锯齿与齿轮16的齿啮合，从而阻止转轴4的转动，转轴4位于止动件15下方的侧壁固定套接有与其匹配的齿轮16，前板7的内壁通过弹簧固定连接有伸缩件17，伸缩件17包括竖板，竖板靠近保护气囊9设置，保护气囊9充气后变大，从而挤压两侧的伸缩件17，且伸缩件17的侧壁固定连接有绝磁板18，绝磁板18贯穿至永磁体13与磁铁块14之间的侧边护架3中；
请参阅图1，包括以下步骤：
S1，将下肢机器人本体1绑在人体下肢上，然后让人扶着侧边护架3向前走，从而让步态分析系统对人的步态进行分析；
S2，当人由于失去平衡而向前倾倒时，加速度传感器2向气体发生器8发送信号使其产生氮气，进而使得保护气囊9打开，实现对人下肢的保护；
S3，保护气囊9打开的同时将绝磁板18挤入侧边护架3中，从而阻断永磁体13对磁铁块14的吸力，磁铁块14在重力作用下自由下落，使得止动件15对滑轮5的滑动进行制动，从而阻止侧边护架3向前移动。
本方案在使用时，将下肢机器人本体1绑在人体下肢上，然后让手握着扶手19推车侧边护架3向前走，从而让步态分析系统对人的步态进行分析，当人由于失去平衡而向前倾倒时，加速度传感器2向气体发生器8发送信号使其产生氮气，进而使得保护气囊9打开，保护气囊9弹开后铺在地面上，从而实现对人下肢的保护，保护气囊9打开的同时挤压两侧的伸缩件17，进而将绝磁板18挤入侧边护架3中，从而阻断永磁体13对磁铁块14的吸力，磁铁块14在重力作用下自由下落，使得止动件15对滑轮5的滑动进行制动，从而阻止侧边护架3向前移动，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得氮气推动活塞1103向外移动，从而让触杆1102触发压力传感器12，压力传感器12向远程医疗康复监护系统发出信号，及时对患者进行救助。
它通过下肢机器人上的加速度传感器来判断患者是否倾倒，当患者倾倒时会立即向气体发生器发出信号，从而产生氮气给保护气囊充气，实现对下肢的保护，保护气囊打开的同时将绝磁板挤入侧边护架中，以阻断永磁铁和磁铁块之间的吸力，从而使止动件下落卡住滑轮的转轴，这样可在患者倾倒的时候提供一个支撑点，有效降低了倾倒时患者所受到的伤害，而且侧边护架停在患者的身边，在自行康复训练的情况下患者可借助装置自行站立起来，进一步给患者提供了一个保障，另外在保护气囊打开的同时，下肢跪在保护气囊上的压力加上充气时的挤压使得伸缩气管伸展开，从而触发压力传感器给后台远程医疗康复监护系统发出信号。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，包括下肢机器人本体（1）和两个侧边护架（3），所述下肢机器人本体（1）穿戴于人的下肢上，两个所述侧边护架（3）的下端均转动连接有转轴（4），且转轴（4）的外端固定连接有滑轮（5），两个所述侧边护架（3）之间由上至下依次固定连接有连接横架（6）和前板（7），其特征在于：所述下肢机器人本体（1）上安装有加速度传感器（2），所述前板（7）为中空结构，所述前板（7）的内部固定连接有于加速度传感器（2）信号连接的气体发生器（8），所述前板（7）的位于气体发生器（8）的下方设置有保护气囊（9），且保护气囊（9）与气体发生器（8）之间连通有多个单向充气阀（10），所述保护气囊（9）的上端两侧均连通有伸缩气管（11），且前板（7）靠近伸缩气管（11）的内壁固定连接有压力传感器（12），两个所述侧边护架（3）均为中空结构，两个所述侧边护架（3）靠近前板（7）的下端均固定连接有永磁体（13），且侧边护架（3）位于的永磁体（13）到下方滑动连接有与永磁体（13）匹配的磁铁块（14），所述磁铁块（14）的下端通过连接杆固定连接有止动件（15），所述转轴（4）位于止动件（15）下方的侧壁固定套接有与其匹配的齿轮（16），所述前板（7）的内壁通过弹簧固定连接有伸缩件（17），且伸缩件（17）的侧壁固定连接有绝磁板（18），所述绝磁板（18）贯穿至永磁体（13）与磁铁块（14）之间的侧边护架（3）中；
包括以下步骤：
S1，将下肢机器人本体（1）绑在人体下肢上，然后让人扶着侧边护架（3）向前走，从而让步态分析系统对人的步态进行分析；
S2，当人由于失去平衡而向前倾倒时，加速度传感器（2）向气体发生器（8）发送信号使其产生氮气，进而使得保护气囊（9）打开，实现对人下肢的保护；
S3，保护气囊（9）打开的同时将绝磁板（18）挤入侧边护架（3）中，从而阻断永磁体（13）对磁铁块（14）的吸力，磁铁块（14）在重力作用下自由下落，使得止动件（15）对滑轮（5）的滑动进行制动，从而阻止侧边护架（3）向前移动。
2.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述压力传感器（12）与远程医疗康复监护系统信号连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述前板（7）的内部安装有与压力传感器（12）信号连接的报警器，所述前板（7）的内部还安装有定位器，且定位器与远程医疗康复监护系统信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述伸缩气管（11）包括管道（1101），所述管道（1101）远离保护气囊（9）的一端滑动连接有触杆（1102），且触杆（1102）位于管道（1101）的一端固定连接有与管道（1101）内壁滑动连接的活塞（1103），所述活塞（1103）远离触杆（1102）的侧壁与管道（1101）的内壁之间固定连接有弹力绳（1104）。
5.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述前板（7）靠近保护气囊（9）的侧壁开设有与其匹配的出口，且出口上粘接有防尘板。
6.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述侧边护架（3）靠近磁铁块（14）的两侧内壁均固定连接有滑轨，且磁铁块（14）的两侧侧壁均固定连接有与滑轨滑动连接的滑块。
7.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述止动件（15）包括横板，所述横板的下端侧壁固定连接有多个与齿轮（16）相匹配的锯齿。
8.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述连接横架（6）的上端两侧侧壁均固定连接有扶手（19），且扶手（19）上包裹有吸汗棉垫。
9.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述滑轮（5）采用实心橡胶轮胎。
10.根据权利要求1所述的一种基于阵列MEMS技术的便携式下肢机器人步态分析方法，其特征在于：所述伸缩件（17）包括竖板，所述竖板靠近保护气囊（9）设置。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114631984A (zh) * | 2022-03-11 | 2022-06-17 | 南昌大学第一附属医院 | 一种可对老年医疗患者进行辅助行走的智能装置 |
| CN117100564A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 西南石油大学 | 一种可判断摔倒的助行支架及其摔倒判断方法 |
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2020
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN117100564A (zh) * | 2023-10-25 | 2023-11-24 | 西南石油大学 | 一种可判断摔倒的助行支架及其摔倒判断方法 |
| CN117100564B (zh) * | 2023-10-25 | 2024-01-09 | 西南石油大学 | 一种可判断摔倒的助行支架及其摔倒判断方法 |
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