CN117942246A - 基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统 - Google Patents
基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117942246A CN117942246A CN202311671724.4A CN202311671724A CN117942246A CN 117942246 A CN117942246 A CN 117942246A CN 202311671724 A CN202311671724 A CN 202311671724A CN 117942246 A CN117942246 A CN 117942246A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- exoskeleton
- main controller
- exoskeleton system
- connecting arm
- knee joint
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 210000000629 knee joint Anatomy 0.000 title claims abstract description 36
- 210000003141 lower extremity Anatomy 0.000 title claims abstract description 31
- 239000007943 implant Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 35
- 238000011217 control strategy Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 22
- 210000003127 knee Anatomy 0.000 claims description 12
- 210000002414 leg Anatomy 0.000 claims description 10
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 6
- 210000001699 lower leg Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000000689 upper leg Anatomy 0.000 claims description 3
- 210000002303 tibia Anatomy 0.000 claims 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 11
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 238000012549 training Methods 0.000 description 5
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 3
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 230000008713 feedback mechanism Effects 0.000 description 1
- 230000006742 locomotor activity Effects 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 210000003205 muscle Anatomy 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001225 therapeutic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Landscapes
- Rehabilitation Tools (AREA)
Abstract
本发明涉及人医疗器械领域,具体涉及一种基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统。本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,智能膝关节植入人体膝关节,获取生物力学数据,并传到主控制器;主控制器将生物力学数据进行分析处理,并传送到云端处理器,同时控制外骨骼系统动作;外骨骼系统,接收主控制器的控制信号,进行相应的运动,并将运动参数反馈云端处理器;云端处理器,存储主控制器的生物力学数据,收集外骨骼系统的运动参数,分析生物力学数据和运动参数,形成优化的控制策略,并反馈给主控制器,在主控制器自动或手动调整下肢外骨骼的运动参数,以适应不同活动和患者需求大大改善了治疗效果和用户体验,优化了用户的康复过程。
Description
技术领域
本发明涉及人医疗器械领域,具体涉及一种基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统。
背景技术
下肢外骨骼技术不仅用于康复训练,还在残疾人辅助、劳动力增强、老年护理、军事和体育训练等领域得到广泛应用。
下肢外骨骼技术是一个充满潜力的领域,已经取得了显著进展。现有的下肢外骨骼技术通常致力于提供行走支持、康复和残疾人辅助功能。然而,它依旧在许多方面存在缺陷,以下是现有技术存在的局限性:
缺乏生物力学数据采集:大多数传统下肢外骨骼缺乏内置传感器,不能实时监测患者的生物力学数据。这导致了在康复和行走支持中缺乏对患者运动情况的详细了解。
缺乏智能自适应性:传统外骨骼通常具有静态参数,难以自动适应不同的活动或患者需求。它们通常不能根据患者的生物力学状态自动调整。
有限的数据传输和云连接:外骨骼设备通常不支持将数据传输到云端或进行远程监测。这限制了医疗专业人员实时监测患者的能力。
个性化不足:传统下肢外骨骼缺乏个性化治疗的能力,因为它们通常不能根据患者的特定需要进行调整。
过度依赖医疗专业人员:调整和操作传统外骨骼通常需要医疗专业人员的介入,患者无法自主控制或自动调整设备。
治疗效果不稳定:由于上述限制,传统外骨骼的治疗效果可能因患者的不同需求和生物力学状态而有所不同。
传统的外骨骼数据检测手段通常相对单一且有限,这可能会导致数据的不够精准。以下是一些与传统外骨骼数据检测相关的局限性:
有限的传感器:传统外骨骼通常只包含少数传感器,如压力传感器或角度传感器。这些传感器可以提供有限的数据,仅涵盖了一部分生物力学参数,如压力分布或关节角度。
不足的数据多样性:传统外骨骼传感器通常只关注特定参数,无法提供有关用户的完整生物力学信息。例如,它们可能缺乏有关肌肉活动、力的测量以及运动协调的信息。
静态参数:传统外骨骼通常设置为静态参数,难以自适应地调整以适应不同的活动或用户需求。这限制了设备在不同情况下的性能。
有限的反馈:传统外骨骼可能缺乏实时反馈机制,无法提供用户在使用过程中所需的即时信息。
依赖用户输入:一些传统外骨骼需要用户主动提供信息或操作设备,而这对于一些用户,尤其是康复患者或残疾人来说,可能会造成困难。
传统外骨骼数据检测手段在提供全面、准确、自适应和实时的生物力学数据方面存在一定的限制。
发明内容
针对现有技术中的缺陷,本发明提供了一种基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统。
本发明采用的技术方案是:基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,包括主控制器、智能膝关节、外骨骼系统以及云端处理器,所述的主控制器分别与智能膝关节、云端处理器以及外骨骼系统连接,所述的云端处理器与外骨骼系统连接;
所述的智能膝关节,植入人体膝关节,获取生物力学数据,并传到主控制器;
所述的主控制器,将生物力学数据进行分析处理,并传送到云端处理器,同时控制外骨骼系统动作;
所述的外骨骼系统,接收主控制器的控制信号,进行相应的运动,并将运动参数反馈云端处理器;
所述的云端处理器,存储主控制器的生物力学数据,收集外骨骼系统的运动参数,分析生物力学数据和运动参数,形成优化的控制策略,并反馈给主控制器。
为更好地实现本发明,所述的智能膝关节包括胫骨平台托和与该胫骨平台托连接的传感器部分。
为更好地实现本发明,所述的传感器部分包括保护壳,在该保护壳中内置有微型PCB板和与该微型PCB板配合的微型电池、加速度计、陀螺仪、力传感器以及角度传感器;所述的微型PCB板设置有与主控制器连接的蓝牙模块和/或WiFi模块。
为更好地实现本发明,所述的外骨骼系统包括具有万向滚轮的底部支撑架,在该底部支撑架上设置有竖直支架,在所述的竖直支架的顶部设置有两根向前延伸且相互平行的滑轨,所述的滑轨的前端通过竖向支撑杆与底部支撑架连接;还包括有外骨骼机构,该外骨骼机构顶部设置有连接臂,该连接臂末端设置有与滑轨配合的滑块,并配合有相应的锁紧螺钉。
为更好地实现本发明,所述的外骨骼机构包括外骨骼主体,所述的连接臂连接在该外骨骼主体上端,在所述的外骨骼主体的下端配合有腿部助力机构,前端设置有胸部绑缚;在所述的外骨骼主体内设置有与腿部助力机构配合的次控制器和相应的蓄电池,该次控制器设置有与主控制器连接的蓝牙模块和/或WiFi模块;所述的次控制器还设置有与云端处理器配合的GPRS模块。
为更好地实现本发明,所述的腿部助力机构包括依次设置的第一连接臂和第二连接臂,所述的第一连接臂通过第一伺服电机与外骨骼主体配合,所述的第二连接臂通过第二伺服电机与第一连接臂配合;所述的第一伺服电机和第二伺服电机与次控制器连接;在所述的第一连接臂的内侧设置有大腿绑缚,在所述的第二连接臂的内侧设置有小腿绑缚。
为更好地实现本发明,所述的第二连接臂的下端连接有第三连接臂,在该第三连接臂的内侧设置有脚颈绑缚,在所述的第三连接臂的末端设置有脚掌托。
为更好地实现本发明,在所述的底部支撑架的两侧连接有C型架,所述的竖向支撑杆与C型架的末端连接,在该C型架的底部也设置有万向滚轮。
为更好地实现本发明,在所述的竖直支架的背部设置有推手。
本发明的有益效果体现在:本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,通过主控制器、智能膝关节、外骨骼系统以及云端处理器等的配合,智能膝关节,植入人体膝关节,获取生物力学数据,并传到主控制器;主控制器,将生物力学数据进行分析处理,并传送到云端处理器,同时控制外骨骼系统动作;外骨骼系统,接收主控制器的控制信号,进行相应的运动,并将运动参数反馈云端处理器;云端处理器,存储主控制器的生物力学数据,收集外骨骼系统的运动参数,分析生物力学数据和运动参数,形成优化的控制策略,并反馈给主控制器,在主控制器自动或手动调整下肢外骨骼的运动参数,以适应不同活动和患者需求大大改善了治疗效果和用户体验,优化了用户的康复过程。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案,下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中,类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中,各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1为本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统的一种结构框图;
图2为本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统的外骨骼系统的一种结构示意图;
图3为本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统的智能膝关节的一种结构示意图;
附图中,1—底部支撑架,2—竖直支架,3—C型架,4—竖向支撑杆,5—滑轨,6—外骨骼主体,7—连接臂,8—滑块,9—大腿绑缚,10—小腿绑缚,11—脚颈绑缚,12—脚掌托,13—第一伺服电机,14—第二伺服电机,15—胸部绑缚,16—推手,17—万向滚轮,18—胫骨平台托,19—传感器部分。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,因此只作为示例,而不能以此来限制本发明的保护范围。
需要注意的是,除非另有说明,本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所述领域技术人员所理解的通常意义。
实施例:
如图1至图3所示,本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,包括主控制器、智能膝关节、外骨骼系统以及云端处理器,所述的主控制器分别与智能膝关节、云端处理器以及外骨骼系统连接,所述的云端处理器与外骨骼系统连接;
所述的智能膝关节,植入人体膝关节,获取生物力学数据,并传到主控制器;
所述的主控制器,将生物力学数据进行分析处理,并传送到云端处理器,同时控制外骨骼系统动作;
所述的外骨骼系统,接收主控制器的控制信号,进行相应的运动,并将运动参数反馈云端处理器;
所述的云端处理器,存储主控制器的生物力学数据,收集外骨骼系统的运动参数,分析生物力学数据和运动参数,形成优化的控制策略,并反馈给主控制器。
本发明的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,通过主控制器、智能膝关节、外骨骼系统以及云端处理器等的配合,智能膝关节,植入人体膝关节,获取生物力学数据,并传到主控制器;主控制器,将生物力学数据进行分析处理,并传送到云端处理器,同时控制外骨骼系统动作;外骨骼系统,接收主控制器的控制信号,进行相应的运动,并将运动参数反馈云端处理器;云端处理器,存储主控制器的生物力学数据,收集外骨骼系统的运动参数,分析生物力学数据和运动参数,形成优化的控制策略,并反馈给主控制器,在主控制器自动或手动调整下肢外骨骼的运动参数,以适应不同活动和患者需求大大改善了治疗效果和用户体验,优化了用户的康复过程。
作为优选的,所述的智能膝关节包括胫骨平台托18和与该胫骨平台托18连接的传感器部分19。所述的传感器部分19包括保护壳,在该保护壳中内置有微型PCB板和与该微型PCB板配合的微型电池、加速度计、陀螺仪、力传感器以及角度传感器;所述的微型PCB板设置有与主控制器连接的蓝牙模块和/或WiFi模块。这样设计以后,在使用过程中,可以方便地测量膝关节的角度、压力、运动范围和其他相关参数。这些数据反馈到主控制器,可以随后用于自动或手动控制下肢外骨骼系统的运动,以提供康复和行走支持,并改善患者的生活质量。由于蓝牙模块和/或WiFi模块的设计可以与主控制器进行无线通信,以进行远程监测和调整。能够为患者提供更智能、自适应和个性化的康复和行走支持。
作为优选的,所述的外骨骼系统包括具有万向滚轮17的底部支撑架1,在该底部支撑架1上设置有竖直支架2,在所述的竖直支架2的顶部设置有两根向前延伸且相互平行的滑轨5,所述的滑轨5的前端通过竖向支撑杆4与底部支撑架1连接;还包括有外骨骼机构,该外骨骼机构顶部设置有连接臂7,该连接臂7末端设置有与滑轨5配合的滑块8,并配合有相应的锁紧螺钉。使用时,首先调节好滑块8的位置,并用锁紧螺钉锁紧,患者穿戴外骨骼机构后,在主控制器的控制下,外骨骼机构给到患者运动助力,提高康复训练效果。
作为优选的,所述的外骨骼机构包括外骨骼主体6,所述的连接臂7连接在该外骨骼主体6上端,在所述的外骨骼主体6的下端配合有腿部助力机构,前端设置有胸部绑缚15;在所述的外骨骼主体6内设置有与腿部助力机构配合的次控制器和相应的蓄电池,该次控制器设置有与主控制器连接的蓝牙模块和/或WiFi模块;所述的次控制器还设置有与云端处理器配合的GPRS模块。这样设计以后,主控制器可以通过无线方式连接次控制器,进行对腿部助力机构的控制,方便患者康复训练。同时运动过程中的各种参数信息能够方便地通过GPRS模块反馈到云端处理器。
作为优选的,所述的腿部助力机构包括依次设置的第一连接臂和第二连接臂,所述的第一连接臂通过第一伺服电机13与外骨骼主体6配合,所述的第二连接臂通过第二伺服电机14与第一连接臂配合;所述的第一伺服电机13和第二伺服电机14与次控制器连接。在所述的第一连接臂的内侧设置有大腿绑缚9,在所述的第二连接臂的内侧设置有小腿绑缚10。这样设计以后,第一伺服电机13动作可以让第一连接臂动作,给到患者运动助力,第二伺服电机14转动,可以让第二连接臂动作,给到患者运动助力。
作为优选的,所述的第二连接臂的下端连接有第三连接臂,在该第三连接臂的内侧设置有脚颈绑缚11,在所述的第三连接臂的末端设置有脚掌托12。这样设计以后,脚掌托12能够起到托起患者脚掌的作用,脚颈绑缚11进一步提高了患者稳定性。
作为优选的,在所述的底部支撑架1的两侧连接有C型架3,所述的竖向支撑杆4与C型架3的末端连接,在该C型架3的底部也设置有万向滚轮17。这样设计以后,两侧的C型架3形成一个保护圈,患者在保护圈内,提高了安全性。万向滚轮17的设计,能够方便整个装置移动。
作为优选,在所述的竖直支架2的背部设置有推手16,医护人员或者家属等可以握住推手16推动整个装置,辅助患者康复训练。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围,其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。
Claims (9)
1.基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:包括主控制器、智能膝关节、外骨骼系统以及云端处理器,所述的主控制器分别与智能膝关节、云端处理器以及外骨骼系统连接,所述的云端处理器与外骨骼系统连接;
所述的智能膝关节,植入人体膝关节,获取生物力学数据,并传到主控制器;
所述的主控制器,将生物力学数据进行分析处理,并传送到云端处理器,同时控制外骨骼系统动作;
所述的外骨骼系统,接收主控制器的控制信号,进行相应的运动,并将运动参数反馈云端处理器;
所述的云端处理器,存储主控制器的生物力学数据,收集外骨骼系统的运动参数,分析生物力学数据和运动参数,形成优化的控制策略,并反馈给主控制器。
2.根据权利要求1所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:所述的智能膝关节包括胫骨平台托(18)和与该胫骨平台托(18)连接的传感器部分(19)。
3.根据权利要求2所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:所述的传感器部分(19)包括保护壳,在该保护壳中内置有微型PCB板和与该微型PCB板配合的微型电池、加速度计、陀螺仪、力传感器以及角度传感器;所述的微型PCB板设置有与主控制器连接的蓝牙模块和/或WiFi模块。
4.根据权利要求1所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:所述的外骨骼系统包括具有万向滚轮(17)的底部支撑架(1),在该底部支撑架(1)上设置有竖直支架(2),在所述的竖直支架(2)的顶部设置有两根向前延伸且相互平行的滑轨(5),所述的滑轨(5)的前端通过竖向支撑杆(4)与底部支撑架(1)连接;还包括有外骨骼机构,该外骨骼机构顶部设置有连接臂(7),该连接臂(7)末端设置有与滑轨(5)配合的滑块(8),并配合有相应的锁紧螺钉。
5.根据权利要求4所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:所述的外骨骼机构包括外骨骼主体(6),所述的连接臂(7)连接在该外骨骼主体(6)上端,在所述的外骨骼主体(6)的下端配合有腿部助力机构,前端设置有胸部绑缚(15);在所述的外骨骼主体(6)内设置有与腿部助力机构配合的次控制器和相应的蓄电池,该次控制器设置有与主控制器连接的蓝牙模块和/或WiFi模块;所述的次控制器还设置有与云端处理器配合的GPRS模块。
6.根据权利要求5所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:所述的腿部助力机构包括依次设置的第一连接臂和第二连接臂,所述的第一连接臂通过第一伺服电机(13)与外骨骼主体(6)配合,所述的第二连接臂通过第二伺服电机(14)与第一连接臂配合;所述的第一伺服电机(13)和第二伺服电机(14)与次控制器连接;在所述的第一连接臂的内侧设置有大腿绑缚(9),在所述的第二连接臂的内侧设置有小腿绑缚(10)。
7.根据权利要求6所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:所述的第二连接臂的下端连接有第三连接臂,在该第三连接臂的内侧设置有脚颈绑缚(11),在所述的第三连接臂的末端设置有脚掌托(12)。
8.根据权利要求4所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:在所述的底部支撑架(1)的两侧连接有C型架(3),所述的竖向支撑杆(4)与C型架(3)的末端连接,在该C型架(3)的底部也设置有万向滚轮(17)。
9.根据权利要求4所述的基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统,其特征在于:在所述的竖直支架(2)的背部设置有推手(16)。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311671724.4A CN117942246A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202311671724.4A CN117942246A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN117942246A true CN117942246A (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=90795377
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202311671724.4A Pending CN117942246A (zh) | 2023-12-07 | 2023-12-07 | 基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN117942246A (zh) |
-
2023
- 2023-12-07 CN CN202311671724.4A patent/CN117942246A/zh active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR101221046B1 (ko) | 지능형 외골격 로봇기반의 일상생활 보조 및 재활훈련 시스템 | |
Strausser et al. | The development and testing of a human machine interface for a mobile medical exoskeleton | |
US10238318B2 (en) | Treadmill training device adapted to provide targeted resistance to leg movement | |
US9198821B2 (en) | Lower extremity exoskeleton for gait retraining | |
Chen et al. | A review of lower extremity assistive robotic exoskeletons in rehabilitation therapy | |
EP3159118B1 (en) | Motion reproducing system and motion reproducing apparatus | |
US7346396B2 (en) | Interface to FES control system | |
Sanchez-Manchola et al. | Development of a robotic lower-limb exoskeleton for gait rehabilitation: AGoRA exoskeleton | |
Vouga et al. | TWIICE—A lightweight lower-limb exoskeleton for complete paraplegics | |
US20150190248A1 (en) | Technological aid for transfemoral amputees | |
Joel et al. | Review on Gait Rehabilitation Training Using Human Adaptive Mechatronics System in Biomedical Engineering | |
CN110051503A (zh) | 一种基于人体下肢外骨骼的(康复)机器人 | |
CN106859922A (zh) | 一种基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人 | |
US20240033159A1 (en) | Powered-knee exoskeleton system | |
Lagoda et al. | Human-robot interfaces in exoskeletons for gait training after stroke: State of the art and challenges | |
CN105852874A (zh) | 一种自主式康复训练系统及方法 | |
CN104083268A (zh) | 一种穿戴式智能偏瘫下肢康复训练机器人 | |
To et al. | Sensor-based hip control with hybrid neuroprosthesis for walking in paraplegia. | |
Jiang et al. | Recent advances on lower limb exoskeleton rehabilitation robot | |
Saint-Bauzel et al. | A reactive robotized interface for lower limb rehabilitation: clinical results | |
CN113230094A (zh) | 一种单腿外骨骼机器人及其控制方法 | |
Li et al. | BEAR-H: An intelligent bilateral exoskeletal assistive robot for smart rehabilitation | |
CN117942246A (zh) | 基于智能膝关节植入物的下肢外骨骼系统 | |
CN207253461U (zh) | 一种基于可变柔性关节的下肢助力外骨骼机器人 | |
de Paiva et al. | Gait devices for stroke rehabilitation: State-of-the-art, challenges, and open issues |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |