CN112605981B - 一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置及系统，系统包括位于腿部固定片上的检测装置、调整模块、控制端、蓝牙模块、显示终端，控制端采用PID算法控制电动液压泵，检测装置包括振动器和感测器，振动器发出振动波至人体腿部，感测器感测从人体射出的振动波，并将检测到的振动波发送至调整模块，调整模块根据振动波的频率和时间变化曲线对控制端进行自动调整，控制端将调整数据通过蓝牙模块发送至显示终端。本发明系统采用闭环控制算法，缓解液压推杆误差大的问题，并根据检测模块检测到的骨骼数据来对控制端进行调整，可有效减少机械式运动时大腿的不适，通过显示终端使数据可视化。通过APP展示助力行走的数据记录。

Description

一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置及系统
技术领域
本发明涉及医疗器械技术领域，特别涉及一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置及系统。
背景技术
对于腿脚无力者的独立行动辅助，现有两种主要的技术方案：弹性护膝、电机腿部助力装置。
弹性护膝：1.压缩时需要多消耗体力，不能从根源上解决腿部行走无力的问题。2.佩戴时，不方便坐下。
电机助力：1.力度小，效果非常有限。2.能量转换效率低。3.发热大。4.通常需要超大的18650电池组，放置在腰间，不便于行动。
且在传动过程中容易拉伤骨骼，无法进行适度调整。
发明内容
为了至少解决或部分解决上述问题，提供一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置及系统。
为了达到上述目的，本发明提供了如下的技术方案：
本发明一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置，包括上侧支撑柱和下侧支撑柱，所述上侧支撑柱与下侧支撑柱之间设置有转轴，所述上侧支撑柱与下侧支撑柱分别与转轴相套接，所述上侧支撑柱与下侧支撑柱的一侧均设置有腿部固定片，所述上侧支撑柱与下侧支撑柱的另一侧均设置有侧面受力块，所述侧面受力块之间设置有液压驱动装置，所述液压驱动装置包括液压推杆和电动液压泵，所述电动液压泵的一端连接有液压推杆，所述电动液压泵的另一端与其中一个侧面受力块活动连接，所述液压推杆的一端与另一个侧面受力块活动连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述电动液压泵的另一端与其中一个侧面受力块铰链连接，所述液压推杆的一端与另一个侧面受力块铰链连接。
根据上述的技术方案，本发明还提供了一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置的系统，包括位于腿部固定片上的检测装置、调整模块、控制端、蓝牙模块、显示终端，所述控制端采用PID算法控制电动液压泵，所述检测装置包括振动器和感测器，所述振动器发出振动波至人体腿部，所述感测器感测从人体射出的振动波，并将检测到的振动波发送至调整模块，所述调整模块根据振动波的频率和时间变化曲线对控制端进行自动调整，所述控制端将调整数据通过蓝牙模块发送至显示终端，所述显示终端用于显示数据记录。
作为本发明的一种优选技术方案，还包括报警模块，所述报警模块预设有阈值，根据显示终端的数据与阈值进行比较，根据比较结果发送报警数据。
与现有技术相比，本发明的有益效果如下：
本发明装置的能量转换效率高、传动效率高，动能充足，浑厚有力，便于坐下。站起和坐下时可提供支撑力，发热小。且系统采用闭环控制算法，缓解液压推杆误差大的问题，并根据检测模块检测到的骨骼数据来对控制端进行调整，可有效减少机械式运动时大腿的不适，通过显示终端使数据可视化。通过APP展示助力行走的数据记录。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明装置的整体结构示意图；
图2是本发明系统的整体结构示意图；
图中：1、上侧支撑柱；2、下侧支撑柱；3、转轴；4、腿部固定片；5、侧面受力块；6、液压驱动装置；7、液压推杆；8、电动液压泵；9、检测装置；10、调整模块；11、控制端；12、蓝牙模块；13、显示终端；14、振动器；15、感测器；16、报警模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。其中附图中相同的标号全部指的是相同的部件。
此外，如果已知技术的详细描述对于示出本发明的特征是不必要的，则将其省略。需要说明的是，下面描述中使用的词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，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
如图1所示，本发明提供一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置，包括上侧支撑柱1和下侧支撑柱2，上侧支撑柱1与下侧支撑柱2之间设置有转轴3，上侧支撑柱1与下侧支撑柱2分别与转轴3相套接，上侧支撑柱1与下侧支撑柱2的一侧均设置有腿部固定片4，上侧支撑柱1与下侧支撑柱2的另一侧均设置有侧面受力块5，侧面受力块5之间设置有液压驱动装置6，液压驱动装置6包括液压推杆7和电动液压泵8，电动液压泵8的一端连接有液压推杆7，电动液压泵8的另一端与其中一个侧面受力块5活动连接，液压推杆7的一端与另一个侧面受力块5活动连接。
进一步的，电动液压泵8的另一端与其中一个侧面受力块5铰链连接，液压推杆7的一端与另一个侧面受力块5铰链连接。
具体的，由液压驱动装置带动液压推杆伸缩，由于液压推杆进行伸缩时对侧面受力块5施加作用力，使得侧面受力块5带动支撑柱随着液压推杆的伸缩而旋转，由于支撑柱利用腿部固定片固定腿部，从而带动人体腿部进行活动。
根据上述装置，本发明还提供一种采用上述算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置的系统，如图2所示，包括位于腿部固定片上的检测装置9、调整模块10、控制端11、蓝牙模块12、显示终端13，控制端11采用PID算法控制电动液压泵，检测装置9包括振动器14和感测器15，振动器14发出振动波至人体腿部，感测器15感测从人体射出的振动波，并将检测到的振动波发送至调整模块10，调整模块10根据振动波的频率和时间变化曲线对控制端11进行自动调整，控制端11将调整数据通过蓝牙模块12发送至显示终端13，显示终端13用于显示数据记录。
还包括报警模块16，报警模块16预设有阈值，根据显示终端13的数据与阈值进行比较，根据比较结果发送报警数据。
具体的，利用振动波检测活动过程中骨骼的情况，将返回的数据发送至调整模块进行调整，在进行辅助运动的过程中，保证人体腿部不会产生不适，同时控制端11采用PID算法控制电动液压泵，可以极大的减少电动液压泵的误差，用PID算法(简单样例)，缓解液压推杆控制时误差巨大的问题。
int balance(float Angle,float Gyro)//角度，角速度
{
float Bias,kp＝300,kd＝1；
int balance；
Bias＝Angle-ZHONGZHI；//求出平衡位置中值
balance＝kp*Bias+Gyro*kd；//PD控制，KP是p系数，KD是D系数
return balance；
}
//位置控制(PI算法)
int position(int encoder_left,int encoder_right)
{
static float Velocity,Encoder_Least,Encoder,Movement；
static float Encoder_Integral；
float kp＝80,ki＝0.4；
//＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝位置PI控制器＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝＝//
Encoder_Least＝(Encoder_Left+Encoder_Right)-0；//获取最新位置偏差＝＝测量位置
Encoder*＝0.8；//一阶低通滤波器
Encoder+＝Encoder_Least*0.2；//一阶低通滤波器
Encoder_Integral+＝Encoder；//积分出位移积分时间10ms
Encoder_Integral＝Encoder_Integral-Movement；
if(Encoder_Integral>10000)Encoder_Integral＝10000；//积分限幅if(Encoder_Integral<-10000)Encoder_Integral＝-10000；//积分限幅
Position＝Encoder*kp+Encoder_Integral*ki；//位置控制
return Position；
}
物联网框架
蓝牙上传行走数据
通过HC-05蓝牙模块，将助力行走的数据记录封装成数据包，发送至手机，在APP上显示。
联网4G一键报警
在使用者跌倒时，一键拨通与监护人通信。
本发明装置的能量转换效率高、传动效率高，动能充足，浑厚有力，便于坐下。站起和坐下时可提供支撑力，发热小。且系统采用闭环控制算法，缓解液压推杆误差大的问题，并根据检测模块检测到的骨骼数据来对控制端进行调整，可有效减少机械式运动时大腿的不适，通过显示终端使数据可视化。通过APP展示助力行走的数据记录。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置的系统，其特征在于，包括上侧支撑柱(1)和下侧支撑柱(2)，所述上侧支撑柱(1)与下侧支撑柱(2)之间设置有转轴(3)，所述上侧支撑柱(1)与下侧支撑柱(2)分别与转轴(3)相套接，所述上侧支撑柱(1)与下侧支撑柱(2)的一侧均设置有腿部固定片(4)，所述上侧支撑柱(1)与下侧支撑柱(2)的另一侧均设置有侧面受力块(5)，所述侧面受力块(5)之间设置有液压驱动装置(6)，所述液压驱动装置(6)包括液压推杆(7)和电动液压泵(8)，所述电动液压泵(8)的一端连接有液压推杆(7)，所述电动液压泵(8)的另一端与其中一个侧面受力块(5)活动连接，所述液压推杆(7)的一端与另一个侧面受力块(5)活动连接，所述电动液压泵(8)的另一端与其中一个侧面受力块(5)铰链连接，所述液压推杆(7)的一端与另一个侧面受力块(5)铰链连接，还包括位于腿部固定片上的检测装置(9)、调整模块(10)、控制端(11)、蓝牙模块(12)、显示终端(13)，所述控制端(11)采用PID算法控制电动液压泵，所述检测装置(9)包括振动器(14)和感测器(15)，所述振动器(14)发出振动波至人体腿部，所述感测器(15)感测从人体射出的振动波，并将检测到的振动波发送至调整模块(10)，所述调整模块(10)根据振动波的频率和时间变化曲线对控制端(11)进行自动调整，所述控制端(11)将调整数据通过蓝牙模块(12)发送至显示终端(13)，所述显示终端(13)用于显示数据记录。
2.根据权利要求1所述的一种算法控制的液压油泵膝盖外骨骼装置的系统，其特征在于，还包括报警模块(16)，所述报警模块(16)预设有阈值，根据显示终端(13)的数据与阈值进行比较，根据比较结果发送报警数据。
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