CN110974609A - 一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，包括***总成，***总成包括外骨骼模块、传感器模块、驱动模块、动力模块和工控机模块，外骨骼模块包括脚底板模组、脚支架模组、局部旋转模组和线路总成模组，传感器模块包括脚底压力实时监测模组、腿部末端速度监测模组、关节角信息检测模组和一维力检测模组，驱动模块包括电机模组、齿轮箱模组、连杆模组和蜗杆模组，工控机模块包括CPU模组、主板模组、显卡模组、储存模组、数据采集模组和绘制模组。本发明与现有技术相比的优点在于：整体结构简单精巧，整体设计框架合理且完备，无易损件，使用寿命长。
Description
技术领域
本发明涉及人工***领域，具体是指一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***。
背景技术
基于外骨骼式的下肢康复机器人隶属于康复训练机器人，是康复机器人的一个分支，康复机器人将康复工程和机器人技术相结合，是近年来出现的一种新型机器人，属于医疗机器人范畴，康复机器人是集康复医学、机械学、电子学、材料学、生物力学、计算机科学W及机器人学等于一体的新兴领域，是一种自动化程度很高且有效的康复训练***，随着科技飞速发展，社会医疗卫生事业也在蓬勃发展，人类的寿命在整体上得到了延长。
自我国于2003年步入老龄社会以来，老年人口的数量及其占总人口的比例一直不断増长，老龄化问题逐渐受到了社会的广泛关注，我国人口老龄化不断深化和加剧，同时脑血管疾病、神经***疾病等也越来越多地影响到老年人的健康生活，世界卫生姐织的相关调查显示：中国脑卒中的发病率排名世界第一，是美国发病率的两倍，脑卒中亦被称作急性脑血管病或中风，患病者轻则行走困难、不便，重则会丧失行走能力，即下肢擁疾甚至危及生命。
医学理论和临床医学证明，除了接受早期的手术治疗和必要的药物治疗外，科学合理的康复训练对肢体运动功能的恢复和提高亦起到了非常重要的作用。
目前的适用于恢复的外骨骼式装置结构功能单一，设计存在明显缺陷，因此，设计出一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***势在必行。
发明内容
本发明要解决的技术问题是目前的可穿戴康复式装置结构功能单一，设计思路存在不足，不能很好的根据用户的实际情况进行康复治疗，不仅延误了最佳治疗时间，且消耗大量人力物力。
为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，包括***总成，***总成包括外骨骼模块、传感器模块、驱动模块、动力模块和工控机模块，外骨骼模块包括脚底板模组、脚支架模组、局部旋转模组和线路总成模组，传感器模块包括脚底压力实时监测模组、腿部末端速度监测模组、关节角信息检测模组和一维力检测模组，驱动模块包括电机模组、齿轮箱模组、连杆模组和蜗杆模组，工控机模块包括CPU模组、主板模组、显卡模组、储存模组、数据采集模组和绘制模组。
本发明与现有技术相比的优点在于：能够提供长期、稳定地重复性高强度康复训练，并精确检测和反馈训练患者的运动信息实时进行控制，通过获取传感器信息为控制决策和反馈提供所需的数据，整体结构简单精巧，整体设计框架合理且完备，无易损件，使用寿命长。
作为改进，外骨骼模块主体为外骨骼装置，脚底板模组主体为放置在用户足底的一块板，脚支架模块用以为用户提供脚步支架。
作为改进，脚底板模组通过局部旋转模组连接脚支架模组，局部旋转模组的运动范围与人体下肢的运动范围一致。
作为改进，脚底压力实时监测模组主体为安装在脚底板模组内的传感器，用以实时接收用户足底压力数据，并将压力数据传输至工控机模块中。
作为改进，腿部末端速度监测模组主体为安装在脚支架模组内的传感器，用以实时接收用户腿部末端的速度数据，并将压力数据传输至工控机模块中。
作为改进，关节角信息检测模组主体为安装在局部旋转模组内的传感器，用于实时接收用户脚踝关节处的运动数据，并将运动数据传输至工控机模块中。
作为改进，动力模块主体为蓄电池，动力模块通过导线与驱动模块相连。
作为改进，工控机模块用以接收各模组传感器输送来的信号数据，经综合处理后将处理结果以数据的形式输送给对应的下级模组。
作为改进，绘制模组主体为ADAMS软件。
附图说明
图1是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***的结构示意图。
图2是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***的外骨骼模块的结构示意图。
图3是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***的传感器模块的结构示意图。
图4是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***的驱动模块的结构示意图。
图5是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***的工控机模块的结构示意图。
图6是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。
本发明在具体实施时，一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，包括***总成，所述的***总成包括外骨骼模块、传感器模块、驱动模块、动力模块和工控机模块，所述的外骨骼模块包括脚底板模组、脚支架模组、局部旋转模组和线路总成模组，所述的传感器模块包括脚底压力实时监测模组、腿部末端速度监测模组、关节角信息检测模组和一维力检测模组，所述的驱动模块包括电机模组、齿轮箱模组、连杆模组和蜗杆模组，所述的工控机模块包括CPU模组、主板模组、显卡模组、储存模组、数据采集模组和绘制模组。
所述的外骨骼模块主体为外骨骼装置，所述的脚底板模组主体为放置在用户足底的一块板，所述的脚支架模块用以为用户提供脚步支架。
所述的脚底板模组通过所述的局部旋转模组连接所述的脚支架模组，所述的局部旋转模组的运动范围与人体下肢的运动范围一致。
所述的脚底压力实时监测模组主体为安装在所述的脚底板模组内的传感器，用以实时接收用户足底压力数据，并将压力数据传输至所述的工控机模块中。
所述的腿部末端速度监测模组主体为安装在所述的脚支架模组内的传感器，用以实时接收用户腿部末端的速度数据，并将压力数据传输至所述的工控机模块中。
所述的关节角信息检测模组主体为安装在所述的局部旋转模组内的传感器，用于实时接收用户脚踝关节处的运动数据，并将运动数据传输至所述的工控机模块中。
所述的动力模块主体为蓄电池，所述的动力模块通过导线与所述的驱动模块相连。
所述的工控机模块用以接收各模组传感器输送来的信号数据，经综合处理后将处理结果以数据的形式输送给对应的下级模组。
所述的绘制模组主体为ADAMS软件。
本发明的工作原理：传感器模块、驱动模块、动力模块和工控机模块均安装在外骨骼模块上，脚底板模组、脚支架模组和局部旋转模组通过线路总成模组连接安装，动力模块为驱动模块提供动力源，实体上来看即通过蓄电池将电能输送至电机中，通过齿轮箱、连杆和蜗杆的配合工作，带动本发明整体的运作，实现电能到机械能的转换。
工控机模块主体为一台计算机，CPU模组、显卡模组、储存模组、数据采集模组和绘制模组安装在主板模组上，数据采集模组主体为数据采集卡，数据采集卡内集成的数据采集软件不仅可以显示数据的时时曲线，还可实现数据的存储、回放等功能。由于整个***共用到多路传感器信号，而试验环境又非常复杂，在信号抗干扰方面，深入分析了各种传感器信号特点，针对不同的传感器信号设计了不同的数字滤波方式。
脚支架模组衔接处设有一个局部旋转模组，适应人体步行时脚部的微小转动，同时也方便人体脚部做旋转康复训练，而传统下肢康复机器人的相关设计甚少，另外，脚底板模组与脚支架模组通过接触相连，在做脚部康复训练时脚支架和脚底板间留有空隙，由脚底板承受康复机器人整体机构重力的支撑。
在可外骨骼模块的每个连杆关节末端处安装加速度传感器，测量每个连杆的加速度值，在关节上同轴安装电位器传感器，利用电位器关节相对旋转过的角度值判定执行机构关节处当前的空间位置，在每个连杆机构上安装一维拉压力传感器，用来测量助力效果及反馈助力大小，也可为医疗康复训练康复的效果评价的依据。
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或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (9)
1.一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，包括***总成，其特征在于：所述的***总成包括外骨骼模块、传感器模块、驱动模块、动力模块和工控机模块，所述的外骨骼模块包括脚底板模组、脚支架模组、局部旋转模组和线路总成模组，所述的传感器模块包括脚底压力实时监测模组、腿部末端速度监测模组、关节角信息检测模组和一维力检测模组，所述的驱动模块包括电机模组、齿轮箱模组、连杆模组和蜗杆模组，所述的工控机模块包括CPU模组、主板模组、显卡模组、储存模组、数据采集模组和绘制模组。
2.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的外骨骼模块主体为外骨骼装置，所述的脚底板模组主体为放置在用户足底的一块板，所述的脚支架模块用以为用户提供脚步支架。
3.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的脚底板模组通过所述的局部旋转模组连接所述的脚支架模组，所述的局部旋转模组的运动范围与人体下肢的运动范围一致。
4.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的脚底压力实时监测模组主体为安装在所述的脚底板模组内的传感器，用以实时接收用户足底压力数据，并将压力数据传输至所述的工控机模块中。
5.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的腿部末端速度监测模组主体为安装在所述的脚支架模组内的传感器，用以实时接收用户腿部末端的速度数据，并将压力数据传输至所述的工控机模块中。
6.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的关节角信息检测模组主体为安装在所述的局部旋转模组内的传感器，用于实时接收用户脚踝关节处的运动数据，并将运动数据传输至所述的工控机模块中。
7.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的动力模块主体为蓄电池，所述的动力模块通过导线与所述的驱动模块相连。
8.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的工控机模块用以接收各模组传感器输送来的信号数据，经综合处理后将处理结果以数据的形式输送给对应的下级模组。
9.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的脚底压力传感***，其特征在于：所述的绘制模组主体为ADAMS软件。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200410 |