CN113332659A - 一种外骨骼系统的控制系统及外骨骼系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种外骨骼系统的控制系统及外骨骼系统，所述控制系统包括第一获取模块用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度；第一判断模块用于判断腿是否为伸直状态；第二获取模块用于当直抬腿过程中腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度；存储模块用于存储预设角度；第二判断模块用于判断最大角度是否大于等于预设角度；驱动模块用于当第二判断模块的判断结果为否时，确定最大角度与预设角度的差值，根据差值确定致动信号，并将致动信号发送至致动器，以使致动器根据致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度。在进行直抬腿的训练中，监控腿部的伸直状态提高训练效果，并且保证直腿的抬高够充分，进一步提高训练效果。

Description

一种外骨骼系统的控制系统及外骨骼系统
技术领域
本发明涉及下肢训练控制技术领域，尤其涉及一种外骨骼系统的控制系统及外骨骼系统。
背景技术
骨科病人在外伤和手术后进行功能康复锻炼对预防骨关节、肌肉、软组织的功能障碍，促进功能恢复起着积极的作业。功能锻炼是指在骨与关节的损伤中，患者自己锻炼、按摩、伸缩肌肉、活动关节来恢复肢体的正常活动。功能恢复的好坏与早期功能恢复锻炼有着密切的关系。直腿抬高训练是常用的一项训练，能够起到促进消肿、促进骨折愈合、促进血液循环、减少并发症，可用于下肢骨折固定术后，另外也可作为日常健身训练。虽然现有技术有使用外骨骼，但现有外骨骼通常以机械组件的致动来替代用户的自然身体动作，CN104797385A公开了外骨骼，其运动有受试者主导，但并不是有针对性地进行训练，现有技术没有专用于控制直腿抬高训练的外骨骼，用户自己进行直腿抬高训练存在肢体抬高不充分，或者下肢弯曲，提供一种外骨骼并且通过对外骨骼的控制实现循序渐进并且有效的直腿抬高训练成了亟需解决的问题。
发明内容
本发明提供一种外骨骼系统的控制系统及外骨骼系统，以解决现有技术中所存在的一个或多个技术问题，至少提供一种有益的选择或创造条件。
第一方面，本发明实施例提供了一种外骨骼系统的控制系统，包括：
第一获取模块，用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度，其中小腿的偏转角度为小腿相对初始位置的偏转角度，大腿的偏转角度为大腿相对初始位置的偏转角度，初始位置为平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置；
第一判断模块，用于根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态；
第二获取模块，用于当一次直抬腿过程中腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度，其中直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度；
存储模块，用于存储预设角度；
第二判断模块，用于判断所述最大角度是否大于等于预设角度；
驱动模块，用于当第二判断模块的判断结果为否时，确定所述最大角度与预设角度的差值；根据所述差值确定致动信号，并将所述致动信号发送至致动器，以使所述致动器根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度,其中所述致动器位于小腿处。
进一步，根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态包括：比较同一时刻下小腿的偏转角度和大腿的偏转角度，当同一时刻下，小腿的偏转角度等于大腿的偏转角度时，在该时刻腿为伸直状态，当同一时刻下，小腿的偏转角度小于大腿的偏转角度时，在该时刻腿为弯曲状态。
进一步，所述系统还包括：
统计模块，用于统计一次训练的训练时间和直抬腿的次数；
计算模块，用于在所述一次训练中，当所述训练时间大于等于第一时间阈值，并且直抬腿的次数中存在至少N次直抬腿的最大角度大于等于预设角度时，则所述一次训练满足直抬腿训练要求；当连续M次训练均满足直抬腿训练要求时，计算新的第一预设角度；
存储模块，还用于将所述新的第一预设角度替换预设角度进行存储作为下一次训练的预设角度。
进一步，所述计算模块还用于：在所述一次训练中，直抬腿的次数中存在至少T次直抬腿的最大角度小于预设角度时，其中T为大于2的正整数，T>Num-N，Num为一次训练中直抬腿的次数；计算新的第二预设角度；
存储模块还用于：将所述新的第二预设角度替换预设角度作为下一次训练的预设角度。
进一步，统计直抬腿的次数具体为：
腿与初始位置的角度由0°增大到最大角度α或预设角度，再减小为0°，并且在此过程中，腿保持伸直状态，记为直抬腿1次，其中α大于0°。
进一步，统计一次训练的训练时间包括：
在所述一次训练中，当腿为伸直状态，并且腿第一次与初始位置的角度大于0°时开始计时，当完成一次直抬腿之后，在第二时间阈值内未开始进行下一次直抬腿，则结束计时，从所述开始计时到结束计时的时间段为所述一次训练的训练时间。
进一步，计算新的第一预设角度为：
Figure BDA0003111674610000021
Figure BDA0003111674610000022
其中θi表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中第i次直抬腿的最大角度；θv表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中N个直抬腿的最大角度的平均角度；θt0表示预设角度，θt表示新的第一预设角度，j表示连续M次训练均满足直抬腿训练要求时的第j次训练，θv(j)表示所述第j次训练时，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中N个直抬腿的最大角度的平均角度。
进一步，计算新的第二预设角度为：
Figure BDA0003111674610000031
其中θk表示一次训练中，直抬腿的最大角度小于预设角度的T次直抬腿中第k次直抬腿的最大角度；θt0表示预设角度，θt2表示新的第二预设角度。
进一步，所述驱动模块还用于：
当第二判断模块的判断结果为所述最大角度大于等于预设角度时，不发送致动信号。
第二方面，本发明实施例还提供了一种外骨骼系统，所述外骨骼系统包括第一传感器、第二传感器、致动器和控制器，第一传感器、第二传感器和致动器分别与控制器连接；
第一传感器用于检测大腿的偏转角度并发送给控制器，其中大腿的偏转角度为大腿相对初始位置的偏转角度，初始位置为平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置；
第二传感器用于检测小腿的偏转角度并发送给控制器，其中小腿的偏转角度为小腿相对初始位置的偏转角度；
控制器用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度；根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态；当一次直抬腿过程中，腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度，其中直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度；
所述控制器，还用于判断所述最大角度是否大于等于预设角度；当判断结果为否时，确定所述最大角度与预设角度的差值；根据所述差值确定致动信号，并将所述致动信号发送至致动器；
致动器，用于根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度,其中所述致动器位于小腿处。
本发明实施例的一种训练外骨骼系统的控制系统及外骨骼系统，至少具有以下有益效果：第一判断模块判断腿是否为伸直状态；在进行直抬腿的训练中，监测腿部的伸直状态提高训练效果。当腿为伸直状态时，第二获取模块获取一次直抬腿的最大角度，第二判断模块判断所述最大角度是否大于等于预设角度；驱动模块用于当最大角度小于预设角度时，则发送致动信号给致动器，以使致动器根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度。通过对外骨骼的控制，保证在进行直抬腿的训练中，直腿的抬高够充分，以达到对肌肉的刺激效果，进一步提高训练效果。此外，外骨骼根据训练效果自动更改预设角度，使得训练能够循序渐进进行，提高训练效果的同时避免训练损伤。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，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的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1是本发明实施例提供的一种用户穿戴外骨骼的后视图；
图2是本发明实施例提供的一种用户穿戴外骨骼进行直抬腿训练的场景图；
图3是本发明实施例提供的一种训练外骨骼系统的控制系统的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种抬腿时腿为伸直状态的示意图；
图5是本发明实施例提供的一种抬腿时腿为弯曲状态的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
需要说明的是，虽然在系统示意图中进行了功能模块划分，在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于系统中的模块划分，或流程图中的顺序执行所示出或描述的步骤。说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
图1为用户穿戴外骨骼的后视图，图2为用户穿戴外骨骼进行直抬腿训练的场景图。外骨骼是穿戴于人体的身体部位、内表面接触该部位的由弹性材料制成的基质，例如衣服制品、松紧带、胶带等。外骨骼可以穿戴于腿部、手臂等。如图1-2所示，外骨骼100包括第一传感器101、第二传感器102、至少一个致动器103和控制器(图中未示出)，在一实施例中，第一传感器101和第二传感器102为角度传感器。
第一传感器101和第二传感器102，分别用于检测移动用户身体部位时相对于初始位置的偏转角度。致动器103用于根据致动信号对接触的身体部位施加伸展力，从而移动对应的身体部位。控制器可以设置于外骨骼100上，分别与第一传感器101、第二传感器102和致动器103连接，可以是有线或无线连接，在一实施例中，控制器也可以设置于外骨骼100外，与第一传感器101、第二传感器102和致动器103建立有线或无线连接。控制器用于根据第一传感器101和第二传感器102检测的偏转角度判断是否产生致动信号。致动器103可以是一个或多个，致动器103根据所述致动信号对小腿施加伸展力，以使小腿移动。当用户为仰卧平躺时，第一传感器101位于大腿的背面，第二传感器102和至少一个致动器103均位于小腿的背面，第一传感器101用于获取大腿的偏转角度，第二传感器102用于获取小腿的偏转角度，小腿和大腿的偏转角度都是相对于初始位置，初始位置为仰卧平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置，从而致动器103根据致动信号对小腿背面施加伸展力，使得小腿向上移动。本发明中直抬腿为平躺时直腿抬高训练。
图3为本发明实施例提供的一种训练外骨骼系统的控制系统的结构示意图，包括：第一获取模块、第一判断模块、第二获取模块、存储模块、第二判断模块和驱动模块；
第一获取模块，用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度，其中小腿的偏转角度为小腿与初始位置的偏转角度，大腿的偏转角度为大腿与初始位置的偏转角度，初始位置为平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置；
具体地，第一获取模块分别从第一传感器和第二传感器获取大腿的偏转角度、小腿的偏转角度。小腿和大腿的偏转角度均是相对于初始位置的偏转。在一实施例中，初始位置为仰卧平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置。当进行直抬腿训练时，当腿抬高偏离初始位置时，小腿和大腿的偏转角度大于0°。
第一判断模块，用于根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态；
具体地，直抬腿的训练能够起到促进消肿、促进骨折愈合、促进血液循环、减少并发症等作用。当腿部为弯曲状态，则对肌肉的训练大打折扣。
根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态包括：比较同一时刻下小腿的偏转角度和大腿的偏转角度，当同一时刻下，小腿的偏转角度等于大腿的偏转角度时，在该时刻腿为伸直状态，当同一时刻下，小腿的偏转角度小于大腿的偏转角度时，在该时刻腿为弯曲状态。
髋关节与膝关节之间大腿的偏转角度为θ1，膝关节以下的小腿的偏转角度为θ2，当腿为伸直状态时，θ1＝θ2，如图4所示。当腿为弯曲状态时，θ2<θ1，如图5所示。
第二获取模块，用于当一次直抬腿过程中腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度，其中直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度；
具体地，在直抬腿过程中，当腿为伸直状态时，θ1＝θ2，腿与初始位置的角度等于θ1和θ2，腿与初始位置的角度是从0°逐步增大的，腿与初始位置的最大角度为用户进行一次直抬腿的最大偏转角度，由用户控制。由于在进行直抬腿训练时，一般在最大角度停顿，在一实施例中，当直抬腿过程中腿为伸直状态，并且腿在某个偏转角度停留的时间大于等于停留阈值时，则认为该偏转角度为本次直抬腿的最大角度。在一实施例中，当直抬腿过程中腿为伸直状态，并且腿与初始位置的角度是从0°逐步增大到达极大值后开始下降，当检测到腿与初始位置的角度开始下降开始，获取极大值作为本次直抬腿的最大角度。
存储模块，用于存储预设角度；
具体地，直抬腿的训练是一个循序渐进的过程，需要用户通过直抬腿训练对肌肉进行最大刺激。一开始用户能够进行直抬腿的偏转角度可能很小，例如只有5°，通过一段时间的训练，可能达到10°，因此，预设角度不是一个固定的值，而是根据用户的康复程度可以自动更改的值。在进行第一次训练时，预设角度初始化，其默认值为初始预设角度值，可以是5°，也可以是其他值，用户可以根据实际需要设置，初始预设角度值一般设置为用户能够实现的角度。
第二判断模块，用于判断所述最大角度是否大于等于预设角度；
具体地，比较最大角度和预设角度的大小，当用户进行直抬腿训练时，由于初始预设角度一般设置为用户能够实现的角度，后续更改的预设角度也尽可能贴近用户能够实现的角度值，因此应尽可能使得直抬腿的偏转角度达到预设角度，以得到最佳训练效果。若最大角度小于预设角度，则通过致动器辅助用户将腿移动至大于等于预设角度，以使得训练效果更好。
驱动模块，用于当第二判断模块的判断结果为否时，确定所述最大角度与预设角度的差值；根据所述差值确定致动信号，并将所述致动信号发送至致动器，以使所述致动器根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度,其中所述致动器位于小腿处。
具体地，计算最大角度与预设角度的差值，以便后续确定致动信号的大小。
当为仰卧平躺时，致动器位于小腿背面处。在一实施例中，预先设置角度与致动信号的对应关系，从而确定差值之后，快速确定致动信号的大小，致动器根据致动信号的大小对小腿施加伸展力，以使得腿与初始位置的角度达到预设角度。
在一实施例中，当第二判断模块确定腿与初始位置的角度达到预设角度时，驱动模块发送停止信号至致动器，致动器停止对小腿施加伸展力，避免训练损伤。
所述驱动模块还用于：当最大角度大于等于预设角度，则不发送致动信号，致动器不工作，即不对小腿施加伸展力。
在一实施例中，控制系统还包括提醒模块，外骨骼还可以包括提醒装置，例如扬声器或LED灯或振动器之类，提醒装置与提醒模块连接，当第一判断模块的判断结果表示腿为弯曲状态，则提醒模块发送提醒信号至提醒装置，提醒装置进行声音或灯光或振动提示。当腿为弯曲时，对应的直抬腿训练为一次无效的直抬腿训练，不计入直抬腿次数中。
在本发明所提供的实施例中，一种外骨骼系统的控制系统还包括：
统计模块，用于统计一次训练的训练时间和直抬腿的次数；
计算模块，用于在所述一次训练中，当所述训练时间大于等于第一时间阈值，并且直抬腿的次数中存在至少N次直抬腿的最大角度大于等于预设角度时，则所述一次训练满足直抬腿训练要求；当连续M次训练均满足直抬腿训练要求时，计算新的第一预设角度；
存储模块，还用于将所述新的第一预设角度替换预设角度进行存储作为下一次训练的预设角度。
具体地，一次训练包括多次直抬腿，一次直抬腿中具有一个腿与初始位置的最大角度，直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度，第一时间阈值预先设定，当训练时间小于第一时间阈值，或者直抬腿的次数中，直抬腿的最大角度大于等于预设角度的次数小于N次，则认为这一次训练不满足直抬腿训练要求。在训练时间大于等于第一时间阈值的前提下，当存在至少N次直抬腿的最大角度大于等于预设角度，则认为该次训练满足直抬腿训练要求，假设一次训练中直抬腿训练的次数为Q，N＝round(a*Q)，a可以是90％，也可以根据实际需要设置为其他值，round为取整函数，四舍五入进行取整，例如round(3.2)＝3，round(3.7)＝4。N为正整数，0<a<1。
当连续M次训练均满足直抬腿训练要求时，则认为用户已经可以做到直抬腿的最大角度达到预设角度。M为正整数。
当存在一次训练不满足直抬腿训练要求，则计算模块重新统计后续的M次训练是否满足直抬腿训练要求。例如，M＝8，假设第1-4次训练均满足直抬腿训练要求，第5次训练不满足，则第6次训练则重新认为第1次满足直抬腿训练要求，需要第6-13次即连续8次训练均满足直抬腿训练要求，才会计算新的第一预设角度。
在一实施例中，统计直抬腿的次数具体为：
腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大再减小为0°，记为一次直抬腿，将直抬腿的次数加1。
例如，当腿与初始位置的角度由0°增大到最大角度α或预设角度，再减小到角度β，再增大，最后再减小为0°，并且在此过程中，腿保持伸直状态，记为一次直抬腿，其中α和β大于0°。
例如，当腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大到最大角度α或预设角度，再减小为0°，记为一次直抬腿。
具体地，当腿与初始位置的最大角度大于等于预设角度时，一次直抬腿为：腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大到最大角度α，再减小为0°。
当腿与初始位置的最大角度小于预设角度时，一次直抬腿为：腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大到预设角度，再减小为0°。这个过程具体为：腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大到最大角度α，由于最大角度α小于预设角度，致动器对小腿进行作用，使得腿与初始位置的角度达到预设角度，并再次减少到0°。
在一实施例中，腿与初始位置的角度由0°增大再减小为0°，并且在此过程中存在腿为弯曲状态的情形，记为无效直抬腿，直抬腿的次数不增加。
在一实施例中，一次直抬腿的训练时间为：腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大再减小为0°，此过程所用时间为一次直抬腿的训练时间。
在一实施例中，完成一次直抬腿之后在第二时间阈值内未进行下一次直抬腿，结束本次训练，或者当一次直抬腿的训练时间大于等于第三时间阈值时，结束本次训练。
在一实施例中，统计一次训练的训练时间包括：
在所述一次训练中，当腿为伸直状态，并且腿第一次与初始位置的角度从0°到大于0°时开始计时，当完成一次直抬腿之后在第二时间阈值内未开始进行下一次直抬腿或者当一次直抬腿的训练时间大于等于第三时间阈值时，结束本次训练，则结束计时，从所述开始计时到结束计时的时间段为所述一次训练的训练时间。下一次直抬腿指腿为伸直状态，并且腿与初始位置的角度从0°开始增大。当结束本次训练时，记录本次训练中直抬腿的次数和训练时间，将计时器和计数器清零，下次训练重新开始计时和统计直抬腿的次数。
例如，在一次训练中，腿为伸直状态，腿第一次与初始位置的角度大于0°时开始计时，当完成第一次直抬腿训练后，标记第一次直抬腿的结束时间为t1和第二次直抬腿开始时间为t2(即直抬腿时腿与初始位置的角度大于0°的时间)，当t2-t1<第二时间阈值，继续计时，当完成第二次直抬腿训练后，标记第二次直抬腿的结束时间为t3(即直抬腿时腿与初始位置的角度重新等于0°的时间)，当t3之后的第二时间阈值内都没有进行下一次直抬腿(即未检测到腿为伸直状态下腿与初始位置的角度大于0°)，则结束计时，若t3之后的第二时间阈值内检测到腿为伸直状态下腿与初始位置的角度大于0°，则继续计时；若继续计时，标记第三次直抬腿开始时间为t4，若t4之后的第三时间阈值内(即(t4，t5)的时间段内，t5＝t4+第三时间阈值)未检测到腿为伸直状态下腿与初始位置的角度等于0°，则结束计时。
在一实施例中，一次直抬腿训练时间大于等于第三时间阈值时，提醒模块发送提醒信号至提醒装置，提醒装置进行声音或灯光或振动提示，以免一次直抬腿训练时间过长，造成训练损伤。
在一实施例中，计算新的第一预设角度为：
Figure BDA0003111674610000081
Figure BDA0003111674610000091
其中θi表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中第i次直抬腿的最大角度；θv表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中N个直抬腿的最大角度的平均角度；θt0表示预设角度，θv表示新的第一预设角度，j表示连续M次训练均满足直抬腿训练要求时的第j次训练，θv(j)表示所述第j次训练时，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中N个直抬腿的最大角度的平均角度。
当一次训练中，直抬腿的最大角度大于等于预设角度的次数大于N次时，取前N次直抬腿的最大角度。
在一实施例中，所述计算模块还用于：
在所述一次训练中，直抬腿的次数中存在至少T次直抬腿的最大角度小于预设角度时，其中T为大于2的正整数，T>Num-N，Num为一次训练中直抬腿的次数；计算新的第二预设角度；
存储模块还用于：将所述新的第二预设角度替换预设角度作为下一次训练的预设角度。
具体地，假设一次训练中直抬腿的次数为Num，T＝round(b*Num)，b可以是50％，round为取整函数，四舍五入进行取整。T+N大于Num，0<b<1。直抬腿的次数中存在至少T次最大角度小于预设角度时，则认为训练出现恶化或者预设角度过大，因此，将预设角度设置更小。
在一次训练中，满足直抬腿的最大角度小于预设角度的直抬腿次数小于T，并且直抬腿的最大角度大于等于预设角度的直抬腿次数小于N时，不对预设角度进行更改。T为正整数。
在一实施例中，计算新的第二预设角度为：
Figure BDA0003111674610000092
其中θk表示一次训练中，直抬腿的最大角度小于预设角度的T次直抬腿中第k次直抬腿的最大角度；θt0表示预设角度，θt2表示新的第二预设角度，T表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度小于预设角度的T次直抬腿。
当一次训练中，满足直抬腿的最大角度小于预设角度的次数大于K次时，取前K次直抬腿的最大角度。
本发明实施例还提供了一种外骨骼系统，所述外骨骼系统包括第一传感器、第二传感器、致动器和控制系统，第一传感器、第二传感器和致动器分别与控制系统连接；控制系统为上述的外骨骼系统的控制系统。
本发明实施例还提供了一种外骨骼系统，所述外骨骼系统包括第一传感器、第二传感器、致动器和控制器，第一传感器、第二传感器和致动器分别与控制器连接；
第一传感器用于检测大腿的偏转角度并发送给控制器，其中大腿的偏转角度为大腿相对初始位置的偏转角度，初始位置为平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置；
第二传感器用于检测小腿的偏转角度并发送给控制器，其中小腿的偏转角度为小腿相对初始位置的偏转角度；
控制器用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度；根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态；当一次直抬腿过程中，腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度，其中直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度；
所述控制器，还用于判断所述最大角度是否大于等于预设角度；当判断结果为否时，确定所述最大角度与预设角度的差值；根据所述差值确定致动信号，并将所述致动信号发送至致动器；
致动器，用于根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度,其中所述致动器位于小腿处。
进一步地，控制器能够实现上述控制系统的功能。
本领域普通技术人员可以理解，上文中所公开方法中的全部或某些步骤、系统可以被实施为软件、固件、硬件及其适当的组合。某些物理组件或所有物理组件可以被实施为由处理器，如中央处理器、数字信号处理器或微处理器执行的软件，或者被实施为硬件，或者被实施为集成电路，如专用集成电路。这样的软件可以分布在计算机可读介质上，计算机可读介质可以包括计算机存储介质(或非暂时性介质)和通信介质(或暂时性介质)。如本领域普通技术人员公知的，术语计算机存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性和非易失性、可移除和不可移除介质。计算机存储介质包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储器技术、CD-ROM、数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。此外，本领域普通技术人员公知的是，通信介质通常包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或者诸如载波或其他传输机制之类的调制数据信号中的其他数据，并且可包括任何信息递送介质。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本发明权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种外骨骼系统的控制系统，其特征在于，包括：
第一获取模块，用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度，其中小腿的偏转角度为小腿相对初始位置的偏转角度，大腿的偏转角度为大腿相对初始位置的偏转角度，初始位置为平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置；
第一判断模块，用于根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态；
第二获取模块，用于当一次直抬腿过程中腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度，其中直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度；
存储模块，用于存储预设角度；
第二判断模块，用于判断所述最大角度是否大于等于预设角度；
驱动模块，用于当第二判断模块的判断结果为否时，确定所述最大角度与预设角度的差值；根据所述差值确定致动信号，并将所述致动信号发送至致动器，以使所述致动器根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度,其中所述致动器位于小腿处。
2.根据权利要求1所述的训练外骨骼系统的控制系统，其特征在于，根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态包括：比较同一时刻下小腿的偏转角度和大腿的偏转角度，当同一时刻下，小腿的偏转角度等于大腿的偏转角度时，在该时刻腿为伸直状态，当同一时刻下，小腿的偏转角度小于大腿的偏转角度时，在该时刻腿为弯曲状态。
3.根据权利要求1所述的训练外骨骼系统的控制系统，其特征在于，所述系统还包括：
统计模块，用于统计一次训练的训练时间和直抬腿的次数；
计算模块，用于在所述一次训练中，当所述训练时间大于等于第一时间阈值，并且直抬腿的次数中存在至少N次直抬腿的最大角度大于等于预设角度时，则所述一次训练满足直抬腿训练要求；当连续M次训练均满足直抬腿训练要求时，计算新的第一预设角度；
存储模块，还用于将所述新的第一预设角度替换预设角度进行存储作为下一次训练的预设角度。
4.根据权利要求3所述的训练外骨骼系统的控制系统，其特征在于，所述计算模块还用于：在所述一次训练中，直抬腿的次数中存在至少T次直抬腿的最大角度小于预设角度时，其中T为大于2的正整数，T>Num-N，Num为一次训练中直抬腿的次数；计算新的第二预设角度；
存储模块还用于：将所述新的第二预设角度替换预设角度作为下一次训练的预设角度。
5.根据权利要求3或4所述的训练外骨骼系统的控制系统，其特征在于，统计直抬腿的次数具体为：
腿保持伸直状态，腿与初始位置的角度由0°增大再减小为0°，记为一次直抬腿，将直抬腿的次数加1。
6.根据权利要求5所述的训练外骨骼系统的控制系统，其特征在于，统计一次训练的训练时间包括：
在所述一次训练中，当腿为伸直状态，并且腿第一次与初始位置的角度大于0°时开始计时，当完成一次直抬腿之后在第二时间阈值内未开始进行下一次直抬腿或者当一次直抬腿的训练时间大于等于第三时间阈值时，结束本次训练，则结束计时，从所述开始计时到结束计时的时间段为所述一次训练的训练时间。
7.根据权利要求3所述的外骨骼系统的控制系统，其特征在于，计算新的第一预设角度为：
Figure FDA0003111674600000021
Figure FDA0003111674600000022
其中θi表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中第i次直抬腿的最大角度；θv表示一次训练中，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中N个直抬腿的最大角度的平均角度；θt0表示预设角度，θt表示新的第一预设角度，j表示连续M次训练均满足直抬腿训练要求时的第j次训练，θv(j)表示所述第j次训练时，满足直抬腿的最大角度大于等于预设角度的N次直抬腿中N个直抬腿的最大角度的平均角度。
8.根据权利要求4所述的外骨骼系统的控制系统，其特征在于，计算新的第二预设角度为：
Figure FDA0003111674600000023
其中θk表示一次训练中，直抬腿的最大角度小于预设角度的T次直抬腿中第k次直抬腿的最大角度；θt0表示预设角度，θt2表示新的第二预设角度。
9.根据权利要求1所述的外骨骼系统的控制系统，其特征在于，所述驱动模块还用于：
当第二判断模块的判断结果为所述最大角度大于等于预设角度时，不发送致动信号。
10.一种外骨骼系统，其特征在于，所述外骨骼系统包括第一传感器、第二传感器、致动器和控制器，第一传感器、第二传感器和致动器分别与控制器连接；
第一传感器用于检测大腿的偏转角度并发送给控制器，其中大腿的偏转角度为大腿相对初始位置的偏转角度，初始位置为平躺时腿部处于伸直状态并且未抬起时的位置；
第二传感器用于检测小腿的偏转角度并发送给控制器，其中小腿的偏转角度为小腿相对初始位置的偏转角度；
控制器用于获取小腿的偏转角度和大腿的偏转角度；根据小腿的偏转角度和大腿的偏转角度判断腿是否为伸直状态；当一次直抬腿过程中，腿为伸直状态时，获取一次直抬腿的最大角度，其中直抬腿的最大角度为直抬腿时腿与初始位置的最大偏转角度；
所述控制器，还用于判断所述最大角度是否大于等于预设角度；当判断结果为否时，确定所述最大角度与预设角度的差值；根据所述差值确定致动信号，并将所述致动信号发送至致动器；
致动器，用于根据所述致动信号对小腿施加伸展力，实现腿与初始位置的角度达到预设角度,其中所述致动器位于小腿处。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013049658A1 (en) * 2011-09-28 2013-04-04 Northeastern University Lower extremity exoskeleton for gait retraining
CN103431866A (zh) * 2013-08-28 2013-12-11 新乡医学院 一种测量仰卧举腿的方法及装置
CN108014001A (zh) * 2018-01-02 2018-05-11 北京理工大学 一种柔性助行外骨骼
CN110587613A (zh) * 2019-10-15 2019-12-20 北京理工大学 一种负压气动柔性膝关节外骨骼实时反馈与闭环控制方法
CN111265387A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 固定步态行走训练方法、装置、终端及存储介质
CN111312362A (zh) * 2020-01-20 2020-06-19 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 原地踏步训练方法、装置、终端及存储介质

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2013049658A1 (en) * 2011-09-28 2013-04-04 Northeastern University Lower extremity exoskeleton for gait retraining
CN103431866A (zh) * 2013-08-28 2013-12-11 新乡医学院 一种测量仰卧举腿的方法及装置
CN108014001A (zh) * 2018-01-02 2018-05-11 北京理工大学 一种柔性助行外骨骼
CN110587613A (zh) * 2019-10-15 2019-12-20 北京理工大学 一种负压气动柔性膝关节外骨骼实时反馈与闭环控制方法
CN111265387A (zh) * 2020-01-20 2020-06-12 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 固定步态行走训练方法、装置、终端及存储介质
CN111312362A (zh) * 2020-01-20 2020-06-19 深圳市丞辉威世智能科技有限公司 原地踏步训练方法、装置、终端及存储介质

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