CN115634122A - 一种下肢康复设备及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种下肢康复设备及其控制方法,该设备包括控制器,以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件;所述身体姿态信息采集模块用于采集患者行走过程中的身体姿态信息;所述健康侧下肢组件用于采集患者健康侧下肢的关节动作数据,所述关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度;所述控制器用于将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据;所述延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔,延迟时间采用预设的经验值或利用身体姿态信息对经验值进行优化获得;所述患侧下肢组件用来根据关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作。本发明可纠正患者病态步态,有利于行走步态恢复正常。
Description
技术领域
本申请涉及康复机器人技术领域,具体涉及一种下肢康复设备及其控制方法。
背景技术
目前,全球由于各种疾病以及外伤导致的肢体失能、半失能人群达到1.28亿人,我国肢体失能患者达2500万人,其中下肢失能患者约1500万,而下肢康复训练是下肢失能患者进行步行康复治疗的重要手段。目前市场上常见的下肢康复器械,体积大且笨重,患者使用体验感并不佳。
为改善体验感,一些体积更小巧,使用更方便的下肢康复设备出现了。公开号CN111773037A的中国专利申请,公开了一种单下肢康复外骨骼装置及其控制方法。该装置包括控制器,以及与控制器通信连接的健侧下肢组件和患侧下肢组件;健侧下肢组件用于安装于用户的健侧下肢处,患侧下肢组件用于安装于用户的患侧下肢处。其中,健侧下肢组件包含多个健侧压力传感器,患侧下肢组件包含多个患侧压力传感器,分别用来采集健侧和患侧的脚底压力值;控制器用于根据脚底压力值确定健侧下肢和患侧下肢的当前状态(包括抬起状态和支撑状态),继而检测出用户的行走状态。但这种检测行走状态的方式,其不能准确反应行走过程中身体的真实姿态信息,且压力传感器分布于脚底,还存在安全隐患。
发明内容
有鉴于此,本申请的目的在于提供一种下肢康复设备及控制方法。
第一方面,本申请实施例提供了一种下肢康复设备,包括控制器,以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件;所述身体姿态信息采集模块用于采集患者行走过程中的身体姿态信息;所述健康侧下肢组件用于采集患者健康侧下肢的关节动作数据,所述关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度;
所述控制器用于接收身体姿态信息和健康侧下肢的关节动作数据,经延迟时间,将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;所述延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔,延迟时间采用预设的经验值或利用身体姿态信息对经验值进行优化获得;
所述患侧下肢组件用来根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作。
在一些具体实施方式中,所述带动患侧下肢关节动作,具体为:带动患侧下肢各关节按映射的角速度,弯曲到映射的弯曲角度。
在一些具体实施方式中,当延迟时间利用身体姿态信息对经验值进行优化获得时,采用如下优化方法:
(1)初始以经验值作为初始的延迟时间,控制患侧下肢各关节动作;
(2)同时,控制器根据采集的身体姿态信息计算双腿交替的实际间隔时间,将该实际间隔时间作为反馈值,将当前延迟时间作为设定值,利用PID法计算延迟时间的误差函数;
(3)控制器根据误差函数调整延迟时间,将调整后的延迟时间作为新的延迟时间,控制患侧下肢各关节动作;
(4)重复步骤(2)-(3),直至调整后的延迟时间与反馈值的差值小于预设阈值,将该调整后的延迟时间则为优化后的延迟时间。
在一些具体实施方式中,身体姿态信息采集模块为多轴陀螺仪。
在一些具体实施方式中,健康侧下肢组件包括髋关节弯曲度传感器、膝关节弯曲度传感器、踝关节弯曲度传感器,分别用来采集健康侧下肢髋关节、膝关节、踝关节的动作数据。
在一些具体实施方式中,健康侧下肢组件还包括健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件;所述健康侧大腿支撑件用来安装于健康侧大腿处,并与髋关节弯曲度传感器和膝关节弯曲度传感器相连;所述健康侧小腿支撑件用来安装于健康侧小腿处,并与膝关节弯曲度传感器和踝关节弯曲度传感器相连;所述健康侧脚部支撑件用来安装于健康侧脚部,并与踝关节弯曲度传感器相连。
在一些具体实施方式中,患侧下肢组件包括髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、踝关节驱动单元,分别用来带动患侧下肢髋关节、膝关节、踝关节动作。
在一些具体实施方式中,患侧下肢组件还包括患侧大腿支撑件、患侧小腿支撑件和患侧脚部支撑件,所述患侧大腿支撑件用来安装于患侧大腿处,并与髋关节驱动单元和膝关节驱动单元相连;所述患侧小腿支撑件用来安装于患侧小腿处,并与膝关节驱动单元和踝关节驱动单元相连;所述患侧脚部支撑件用来安装于患侧脚部,并与踝关节驱动单元相连。
第二方面,本申请实施例提供了一种下肢康复设备的控制方法,所述方法应用于上述下肢康复设备,所述方法包括:
S110:当患者运动健康侧下肢时,健康侧下肢组件采集关节动作数据,并发送给控制器;
S120:控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据;
S130:经预设的延迟时间,控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;
S140:患侧下肢组件根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作。
第三方面,本申请实施例提供了另一种下肢康复设备的控制方法,所述方法应用于上述下肢康复设备,所述方法包括:
S210:当患者运动健康侧下肢时,健康侧下肢组件采集关节动作数据,并发送给控制器;
S220:身体姿态信息采集模块采集患者的身体姿态信息,并发送给控制器;
S230:控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据和身体姿态信息;
S240:经延迟时间,控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;延迟时间的初始值采用经验值;
S250:患侧下肢组件根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作;
S260:控制器根据身体姿态信息计算双腿交替的间隔时间;
S270:将步骤S260所计算的间隔时间作为反馈值,将当前的延迟时间作为设定值,利用PID法计算延迟时间的误差函数;
S280:根据误差函数调整当前的延迟时间,将调整后的延迟时间作为新的延迟时间,执行步骤S240-S270,直至调整后的延迟时间与当前的反馈值一致;
当调整后的延迟时间与当前的反馈值一致时,则停止调整延迟时间,固定当前的延迟时间,仅执行步骤S210-S250。
与现有技术相比,本申请具有如下优点和有益效果:
1、考虑到正常情况下两侧下肢步态应基本一致,本申请将健康侧下肢的关节动作数据一一映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,患侧下肢各关节根据相应的关节动作数据进行动作,可保证患侧下肢和健康侧下肢关节运动匹配,可纠正患者病态步态,有利于行走步态恢复正常。
2、在开展地面行走康复训练时,考虑到正常步态行走时,行走环境会影响两腿交替的时间间隔,出于安全性以及有利于纠正病态步态的考虑,本申请利用身体姿态信息优化当前的延迟时间,交替利用PID法对延迟时间进行迭代优化,获得与当前行走环境匹配的延迟时间,以确保患者康复训练时的舒适性和安全性。
附图说明
图1为本申请实施例的结构框图;
图2为本申请实施例中患侧下肢组件的穿戴示意图;
图3为本申请实施例中健康侧下肢组件的穿戴示意图;
图4为本申请实施例中控制方法流程图;
图5为本申请实施例中PID计算流程图。
图中,100-控制器,200-身体姿态信息采集模块,310-髋关节弯曲度传感器,320-膝关节弯曲度传感器,330-踝关节弯曲度传感器,410-髋关节驱动单元,420-膝关节驱动单元,430-踝关节驱动单元,440-患侧大腿支撑件,450-患侧小腿支撑件,460-患侧脚部支撑件,500-腰部支撑件,610a,610b-患侧大腿固定绑带、620a,620b-患侧小腿固定绑带、630-患侧脚部固定绑带。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合实施例对本申请技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,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,都属于本申请保护的范围。
参见图1,所示为本申请实施例的结构框图。本申请实施例下肢康复设备包括控制器,以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件;其中,身体姿态信息采集模块用于安装于患者身体上部,采集患者行走过程的身体姿态信息,并发送给控制器;健康侧下肢组件用于安装于患者健康侧下肢处,采集健康侧下肢的关节动作数据;患侧下肢组件用于安装于患者患侧下肢处,根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢关节动作。其中关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度,角速度即弯曲角度变化的速度。
控制器用于接收身体姿态信息和健康侧下肢的关节动作数据,经延迟时间,将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件。延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔,可以采用经验值,或采用经身体姿态信息对经验值进行迭代优化后的所得值。本申请实施例中控制器包括处理单元和存储单元,存储单元用来进行信息存储,具体地,用来存储采集的身体姿态信息和关节动作数据;处理单元用来进行数据处理以及实现控制。在一些具体实施方式中,控制器选择带数字处理功能的低功耗单片机,例如STM32或DSP芯片。
在一些具体实施方式中,健康侧下肢组件包括髋关节弯曲度传感器、膝关节弯曲度传感器、踝关节弯曲度传感器,分别用来采集健康侧下肢髋关节、膝关节、踝关节的动作数据;患侧下肢组件包括髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、踝关节驱动单元,分别用来带动患侧下肢髋关节、膝关节、踝关节动作。在一些具体实施方式中,驱动单元主要包括驱动电机,身体姿态信息采集模块选用多轴陀螺仪,优选六轴或九轴陀螺仪,例如MPU0605、MPU9250型号陀螺仪。
为便于对上述实施例进行理解,本实施例提供图2-3所示的下肢康复设备的穿戴示意图。该下肢康复设备为穿戴式,主要包括控制器100、身体姿态信息采集模块200、健康侧下肢组件和患侧下肢组件,身体姿态信息采集模块200设置于患者的身体上部。健康侧下肢组件主要包括髋关节弯曲度传感器310、膝关节弯曲度传感器320、踝关节弯曲度传感器330,分别安装于健康侧下肢的髋关节、膝关节、踝关节处。患侧下肢组件主要包括髋关节驱动单元410、膝关节驱动单元420、踝关节驱动单元430,分别安装于患侧下肢的髋关节、膝关节、踝关节处。
一腰部支撑件500将患侧下肢组件中髋关节驱动单元410、健康侧下肢组件中髋关节弯曲度传感器310的一端和控制器100固定于患者腰部位置,本实施例中腰部支撑件500采用腰带。髋关节驱动单元410的另一端固定连接患侧大腿支撑件440靠近髋关节的一端,膝关节驱动单元420的两端分别固定连接患侧大腿支撑件440和患侧小腿支撑件450靠近膝关节的一端,踝关节驱动单元430的两端分别固定连接患侧小腿支撑件450和患侧脚部支撑件460靠近踝关节的一端。患侧大腿支撑件440、患侧小腿支撑件450、患侧脚部支撑件460分别通过固定单元固定于患侧下肢的相应位置。
同样的,健康侧下肢组件中髋关节弯曲度传感器310的另一端固定连接健康侧大腿支撑件靠近髋关节的一端,膝关节弯曲度传感器320的两端分别固定连接健康侧大腿支撑件和健康侧小腿支撑件靠近膝关节的一端,踝关节弯曲度传感器330的两端分别固定连接健康侧小腿支撑件和健康侧脚部支撑件靠近踝关节的一端。健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件分别通过固定单元固定于健康侧下肢的相应位置。健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件与患侧大腿支撑件440、患侧小腿支撑件450、患侧脚部支撑件460结构分别相同且布置位置对应,未在附图中示出。
在一些具体实施方式中,固定单元采用绑带,包括大腿固定绑带、小腿固定绑带和脚部固定绑带,分别用来固定大腿支撑件、小腿支撑件和脚部支撑件,大腿固定绑带、小腿固定绑带和脚部固定绑带的数量可以为1个或多个。图2示出了患侧大腿固定绑带610a、610b、患侧小腿固定绑带620a、620b、患侧脚部固定绑带630。同样的,健康侧下肢组件也采用健康侧大腿固定绑带、健康侧小腿固定绑带、健康侧脚部固定绑带。健康侧大腿固定绑带、健康侧小腿固定绑带、健康侧脚部固定绑带与患侧大腿固定绑带、患侧小腿固定绑带、患侧脚部固定绑带布置位置对应,未在附图中示出。
作为优选方案,健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件、患侧大腿支撑件、患侧小腿支撑件、患侧脚部支撑件均为可调节支撑件,穿戴时可根据患者体型进行调节,以使髋关节弯曲度传感器、膝关节弯曲度传感器、踝关节弯曲度传感器、髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、踝关节驱动单元均位于最佳位置。
本申请下肢康复设备用于偏瘫患者的下肢康复训练,至少包括两种康复寻训练方式。在患者卧床期,可采用本申请下肢康复设备对患者进行下肢康复训练;在患者能开展地面行走康复期内,可采用本申请下肢康复设备对患者进行下肢康复辅助,以纠正患者病态的行走步态,强化患者患侧下肢的肌肉记忆,达到恢复正常行走步态的目的。因此,本申请实施例提供了两种下肢康复设备的控制方法,流程参见图4。
第一种下肢康复设备的控制方法,其适用于患者卧床期,患者穿戴下肢康复设备并平躺于床,通过控制器预设训练时间T和延迟时间t,之后执行如下步骤:
S110:当患者运动健康侧下肢时,健康侧下肢组件采集健康侧下肢的关节动作数据,并发送给控制器;
S120:控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据;
S120:经预设的延迟时间t,控制器将健康侧下肢的关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,即映射关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;
S140:患侧下肢组件根据映射关节动作数据带动对应关节动作。
本申请实施例中,关节动作数据包括关节的弯曲角度和角速度,则患侧下肢组件的各关节驱动单元,根据相应的关节动作数据,带动各关节按相应的角速度,弯曲到相应的角度,即完成相应关节动作。
当训练时间T0达到预设T时,则停止训练。
考虑到正常情况下两侧下肢步态应基本一致,本申请出于纠正病态行走姿态的目的,将健康侧下肢的关节动作数据一一映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,患侧下肢各关节根据相应的关节动作数据进行动作,可保证患侧下肢和健康侧下肢关节运动匹配,可纠正患者病态步态,有利于行走步态恢复正常。
在该第一种下肢康复设备的控制方法中,无需使用身体姿态信息采集模块采集身体姿态信息,故患者可不穿戴身体姿态信息采集模块,或穿戴身体姿态信息采集模块但身体姿态信息采集模块与控制器断开连接,或穿戴身体姿态信息采集模块、身体姿态信息采集模块也与控制器连接,但在软件层解除身体姿态信息采集模块限制。
第二种下肢康复设备的控制方法,其适用于辅助患者直立行走,在该下肢康复设备的控制方法中,患者穿戴下肢康复设备,通过控制器预设训练时间T和初始延迟时间t0,初始延迟时间t0即双腿交替时间间隔的初始值,采用经验值,执行如下步骤:
S210:当患者运动健康侧下肢时,健康侧下肢组件采集健康侧下肢的关节动作数据,并发送给控制器;
S220:当患者行走时身体姿态信息采集模块同步采集患者的身体姿态信息,并发送给控制器;
S230:控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据和身体姿态信息;
S240:经延迟时间,控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,即映射关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;延迟时间的初始值采用初始延迟时间t0;
S250:患侧下肢组件根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作;
本申请实施例中,关节动作数据包括关节的弯曲角度和角速度,则患侧下肢组件的各关节驱动单元,根据相应的关节动作数据,带动各关节按相应的角速度,弯曲到相应的角度,即完成相应关节动作。
S260:控制器根据身体姿态信息计算双腿交替的间隔时间;
S270:将步骤S260所计算的间隔时间作为反馈值,将当前的延迟时间作为设定值,利用PID法计算延迟时间的误差函数;
S280:根据误差函数调整当前的延迟时间,将调整后的延迟时间作为新的延迟时间,执行步骤S230-S260,直至调整后的延迟时间与当前的反馈值一致。
当调整后的延迟时间与当前的反馈值一致,则停止优化延迟时间,固定当前的延迟时间,并仅执行步骤S210-S250。
本申请实施例中,患者的身体姿态采用如下旋转矩阵表示:
式(1)-(3)中,ψ表示偏航角,即绕Z轴旋转的角度;θ表示滚转角,即绕Y轴旋转的角度;φ表示俯仰角,即绕X轴旋转的角度;RZ(ψ)为用来表示偏航运动的旋转矩阵,RY(θ)为用来表示横滚运动的旋转矩阵,Rx(φ)为用来表示俯仰运动的旋转矩阵。
偏航角、滚转角、俯仰角为常见的姿态角,为便于准确理解,下面将以陀螺仪为例,分别提供偏航角、滚转角、俯仰角的定义。将陀螺仪芯片朝向自己且摆正(所谓摆正,指相对自己芯片上所印文字为摆正状态),以陀螺仪芯片内部中心为原点,水平向右的方向定义为X轴,竖直向上的方向定义为Y轴,指向自己的方向定义为Z轴,绕原点顺时针旋转为正方向旋转。在所定义的坐标系中,绕Z轴旋转的角度为偏航角ψ,绕Y轴旋转的角度为滚转角θ,绕X轴旋转的角度为俯仰角φ。
陀螺仪反馈信息用一个矩阵来描述。一次旋转按次序拆分为三个部分:绕轴的偏航运动、绕轴的俯仰运动、绕轴的横滚运动。每一次运动用一个旋转矩阵来描述,见公式(1)-(3)。
本申请实施例中将身体姿态信息作为运动误差,与初始延迟时间t0共同输入PID,获得延迟时间的误差函数,再利用误差函数优化当前的延迟时间。下面将提供本申请实施例中延迟时间具体的优化方法:
控制器接收身体姿态信息并根据身体姿态信息计算患者双腿交替的间隔时间,将所计算的间隔时间为反馈值,将初始延迟时间t0作为设定值,用PID法对计算延迟时间的误差函数,PID公式如下:
式(4)中,Kp代表比例系数,Ki代表积分时间常数,Kd代表微分时间常数,t代表时间变化值,e(t)代表延迟时间误差值(包含身体姿态角的误差);u(t)为PID的输出,是关于延迟时间的误差函数;d表示求导数运算;τ为变量,0≤τ≤t。
参见图5,所示为本申请实施例中PID计算流程图,其中P、I、D分别代表比例调节、积分调节、微分调节,测量元件指身体姿态信息采集模块,执行机构为患侧下肢组件。经PID计算可获得延迟时间的误差函数,控制器根据误差函数调整当前的延迟时间获得新的延迟时间,即新的设定值,再采用新的延迟时间进行控制。重复迭代调整,直至设定值与反馈值基本一致,即身体姿态信息为0。
本申请实施例中,通过采集患者行走过程中的身体姿态信息来获得患者实际的行走情况,根据患者行走情况来调整延迟时间,直至达到当前状态下的最优值。当患者行走路面情况有变时,例如从平地行走到斜坡,行走情况有变,本申请控制方法则可及时调整延迟时间,从而避免安全隐患,确保患者的安全。
相对通过在脚底设置压力传感器来检测患者行走状态的方法相比,本申请下肢康复设备及其控制方法,更能保证患者直立行走过程中的安全性,而且根据身体姿态信息预测患者两腿交换的时间间隔(即延迟时间),可在患者行走过程中进行迭代优化。当行走于凹凸不平地面或斜坡时,可及时调整延迟时间,保证患者的舒适性和安全性,也有利于纠正患者病态步态,确保患者步态恢复正常。
注意,上述仅为本申请的较佳实施例及所运用的技术原理。本领域技术人员会理解,本申请不限于这里所述的特定实施例,对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本申请的保护范围。因此,虽然通过以上实施例对本申请进行了较为详细的说明,但是本申请不仅仅限于以上实施例,在不脱离本申请的构思的情况下,还可以包括更多其他等效实施例,均属于本申请的保护范畴。
Claims (10)
1.一种下肢康复设备,其特征是:
包括控制器,以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件;
所述身体姿态信息采集模块用于采集患者行走过程中的身体姿态信息;
所述健康侧下肢组件用于采集患者健康侧下肢的关节动作数据,所述关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度;
所述控制器用于接收身体姿态信息和健康侧下肢的关节动作数据,经延迟时间,将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;所述延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔,延迟时间采用预设的经验值或利用身体姿态信息对经验值进行优化获得;
所述患侧下肢组件用来根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作。
2.如权利要求1所述的一种下肢康复设备,其特征是:
所述带动患侧下肢关节动作,具体为:带动患侧下肢各关节按映射的角速度,弯曲到映射的弯曲角度。
3.如权利要求1所述的一种下肢康复设备,其特征是:
当延迟时间利用身体姿态信息对经验值进行优化获得时,采用如下优化方法:
(1)初始以经验值作为初始的延迟时间,控制患侧下肢各关节动作;
(2)同时,控制器根据采集的身体姿态信息计算双腿交替的实际间隔时间,将该实际间隔时间作为反馈值,将当前延迟时间作为设定值,利用PID法计算延迟时间的误差函数;
(3)控制器根据误差函数调整延迟时间,将调整后的延迟时间作为新的延迟时间,控制患侧下肢各关节动作;
(4)重复步骤(2)-(3),直至调整后的延迟时间与反馈值一致。
4.如权利要求1所述的一种下肢康复设备,其特征是:
所述身体姿态信息采集模块为多轴陀螺仪。
5.如权利要求1所述的一种下肢康复设备,其特征是:
所述健康侧下肢组件包括髋关节弯曲度传感器、膝关节弯曲度传感器、踝关节弯曲度传感器,分别用来采集健康侧下肢髋关节、膝关节、踝关节的动作数据。
6.如权利要求5所述的一种下肢康复设备,其特征是:
所述健康侧下肢组件还包括健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件;所述健康侧大腿支撑件用来安装于健康侧大腿处,并与髋关节弯曲度传感器和膝关节弯曲度传感器相连;所述健康侧小腿支撑件用来安装于健康侧小腿处,并与膝关节弯曲度传感器和踝关节弯曲度传感器相连;所述健康侧脚部支撑件用来安装于健康侧脚部,并与踝关节弯曲度传感器相连。
7.如权利要求1所述的一种下肢康复设备,其特征是:
所述患侧下肢组件包括髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、踝关节驱动单元,分别用来带动患侧下肢髋关节、膝关节、踝关节动作。
8.如权利要求7所述的一种下肢康复设备,其特征是:
所述患侧下肢组件还包括患侧大腿支撑件、患侧小腿支撑件和患侧脚部支撑件,所述患侧大腿支撑件用来安装于患侧大腿处,并与髋关节驱动单元和膝关节驱动单元相连;所述患侧小腿支撑件用来安装于患侧小腿处,并与膝关节驱动单元和踝关节驱动单元相连;所述患侧脚部支撑件用来安装于患侧脚部,并与踝关节驱动单元相连。
9.一种下肢康复设备的控制方法,其特征是:
所述方法应用于如权利要求1-8中任一项所述的下肢康复设备,所述方法包括:
S110:当患者运动健康侧下肢时,健康侧下肢组件采集关节动作数据,并发送给控制器;
S120:控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据;
S130:经预设的延迟时间,控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;
S140:患侧下肢组件根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作。
10.一种下肢康复设备的控制方法,其特征是:
所述方法应用于如权利要求1-8中任一项所述的下肢康复设备,所述方法包括:
S210:当患者运动健康侧下肢时,健康侧下肢组件采集关节动作数据,并发送给控制器;
S220:身体姿态信息采集模块采集患者的身体姿态信息,并发送给控制器;
S230:控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据和身体姿态信息;
S240:经延迟时间,控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据,并发送给患侧下肢组件;延迟时间的初始值采用经验值;
S250:患侧下肢组件根据接收的关节动作数据,带动患侧下肢各关节动作;
S260:控制器根据身体姿态信息计算双腿交替的间隔时间;
S270:将步骤S260所计算的间隔时间作为反馈值,将当前的延迟时间作为设定值,利用PID法计算延迟时间的误差函数;
S280:根据误差函数调整当前的延迟时间,将调整后的延迟时间作为新的延迟时间,执行步骤S240-S270,直至调整后的延迟时间与反馈值一致;
当调整后的延迟时间与反馈值一致时,则停止调整延迟时间,固定当前的延迟时间,仅执行步骤S210-S250。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN116999034A (zh) * | 2023-09-28 | 2023-11-07 | 中国康复科学所(中国残联残疾预防与控制研究中心) | 一种评估系统及评估方法 |
CN116999034B (zh) * | 2023-09-28 | 2023-12-22 | 中国康复科学所(中国残联残疾预防与控制研究中心) | 一种评估系统及评估方法 |
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