可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统。该控制系统包括主控板、电机控制系统、传感器网络、无线手表控制端、数据库、远程监控服务器、医生客户端和家属客户端；所述主控板分别与电机控制系统、传感器网络以及无线手表控制端连接；主控板还通过网络远程监控服务器相连接；所述医生客户终端和家属客户终端通过网络连接远程监控服务器；数据库与远程监控服务器连接，数据库还通过网络与主控板连接；本实用新型专利技术提供的可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统能由远程服务器与本地系统共同监控设备以及用户的安全，具有高度的安全性能，同时，医生以及家属能通过远程监控服务器及时了解患者状态并为用户制定合理的康复训练方案。

【技术实现步骤摘要】
可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统
本技术涉及康复医疗器械领域，尤其是涉及一种可穿戴仿生康复外骨骼的控制系统。
技术介绍
据相关调查数据显示，目前世界上的截瘫用户人数逐年增多，不仅给用户造成较大的经济负担，同时也造成了一定的心理负担。因此，截瘫助行与康复已经成为一个日益严峻的社会问题。近年来，由于各种各样的原因(例如地震等自然灾害)，我国下肢瘫痪的人数已经达到了数十万。对于那些完全瘫痪的用户而言，纯粹的药物治疗和手术治疗无法使用户彻底康复，因此，需要借助康复工程的手段去改善或代替瘫痪病人失去的功能。康复型外骨骼是一种穿戴在下肢，由电机关节带动下肢运动功能障碍用户相应关节运动，达到训练/代偿行走功能的机械装置。为了解决截瘫病人长期卧床或者坐轮椅引起的压疮和肌肉萎缩等疾病，帮助他们站立和行走，提高其生活质量，并减轻用户家庭和社会的经济负担，研究开发具有高科技含量和自主知识产权的康复型外骨骼和相应的协同外骨骼控制系统具有十分重要的实际意义。现在可穿戴仿生外骨骼技术还存在许多不足的地方，在控制系统的搭建与使用方面还存在不足以及发展空间。
技术实现思路
本技术目的在克服现有技术存在的问题，提供一种安全、方便、稳定的可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统。本技术目的通过如下技术方案实现：一种可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统，包括主控板、电机控制系统、传感器网络、无线手表控制端、数据库、远程监控服务器、医生客户端和家属客户端；所述主控板分别与电机控制系统、传感器网络以及无线手表控制端连接；主控板还通过网络远程监控服务器相连接；所述医生客户端和家属客户端通过网络连接远程监控服务器；数据库与远程监控服务器连接，数据库还通过网络与主控板连接；为进一步实现本技术目的，优选地，所述主控板包括内部接口、外部接口、通信模块、定位模块、电源转换模块、电源保护模块和处理器；内部接口包括CAN1模块、CAN2模块、内串口；外部接口包括外串口和USB/HUB模块；通信模块包括以太网调试模块、无线网卡、4G模块、2.4G无线模块；定位模块主要为GPS模块；电源转换模块包括总开关、3.3VLDO模块、5VDCDC模块、MOS模块和电源模块；电源保护模块主要为电流检测器；处理器包括中央处理器和第一微处理器；所述电源保护模块、定位模块、内部接口和外部接口都与中央处理器连接；以太网调试模块、无线网卡和4G模块都与中央处理器连接，2.4G无线模块与第一微处理器连接；第一微处理器通过内串口与中央处理器相连接；总开关分别与24V锂电池、3.3VLDO模块和5VDCDC模块连接；5VDCDC模块通过MOS模块与电源模块相连接，电源模块与中央处理器连接；3.3VLDO模块与第一微处理器相连接。优选地，所述传感器网络由左肢CAN总线与右肢CAN总线组成；左肢CAN总线与右肢CAN都与CAN2模块相连接；左肢传感器网络包括左肢小腿传感器节点、左膝电机传感器、左肢大腿传感器节点和左髋电机传感器；右肢传感器网络包括右肢小腿传感器节点、右膝电机传感器、右肢大腿传感器节点和右髋电机传感器；所述左肢大腿传感器节点、右肢大腿传感器节点、左肢小腿传感器节点、右肢小腿传感器节点323都包括倾角传感器、加速度传感器、压力传感器、AD转换模块、电压转换模块和第二微处理器；所述倾角传感器、加速度传感器、AD转换模块和电压转换模块都分别与第二微处理器连接；压力传感器与AD转换模块连接；电压转换模块与CAN2模块连接。优选地，所述左肢大腿传感器节点与右肢大腿传感器节点的倾角传感器与加速度传感器同放置于躯干倾角传感器放置卡槽；左肢小腿传感器节点的倾角传感器与加速度传感器同放置于小腿支架处，压力传感器放置于脚底压力传感器放置槽；左髋电机传感器、右髋电机传感器、左膝电机传感器和右膝电机传感器是相同类型的传感器，分别放置于左肢髋部电机、右肢髋部电机、左肢膝部电机、右肢膝部电机的内部。优选地，所述电机控制系统包括电机编码器与CAN伺服电机驱动；每个电机编码器与CAN伺服电机驱动组成一个伺服电机的驱动系统，电机编码器与主控板的MOS模块直接相连；左肢髋部电机、右肢髋部电机、左肢膝部电机、右肢膝部电机的CAN伺服电机驱动器挂载在统一CAN1模块总线上。优选地，所述无线手表控制端包括2.4G无线模块、倾角传感器、按键、显示屏以及第三微处理器；所述2.4G无线模块、倾角传感器、按键和显示屏都分别与第三微处理器连接；所述无线手表控制端佩戴在仿生康复外骨骼使用患者手腕处；2.4G无线模块通过无线通信方式与主控板连接。优选地，所述远程监控服务器包括身份认证模块、指令控制模块、实时监控模块、定时数据分析模块、预警模块和通信模块；身份认证模块和指令控制模块分别与通信模块连接；定时数据分析模块和实时监控模块分别与预警模块连接；预警模块与通信模块相连接。应用所述的系统的可远程监控的仿生康复外骨骼控制方法，包括以下步骤：步骤S10：用户按下总开关开机，仿生康复外骨骼开始工作；步骤S11：仿生康复外骨骼开始进行自检，检查主控板是否正常，电机系统是否正常，传感器网络是否正常，通知远程监控系统仿生康复外骨骼已经开机；若自检发现异常，则进入步骤S13；若自检正常，则进入步骤；步骤S13：仿生康复外骨骼向远程监控系统请求排除异常，通过步骤S14判断异常是否排出，若远程监控系统排除异常，则进入步骤；若异常没有排除，则系统报告提示用户错误后，进入步骤S30，系统进入待机状态；步骤S12：电机控制系统打开与电机连接；步骤S15：主控板等待无线手表控制端发送站立指令，若用户发送站立指令后进入步骤S16；步骤S16：主控板接收传感器网络数据判断用户是否处于坐下状态，若用户处于坐下状态，则执行步骤S18；若用户不处于坐下状态，则执行步骤S17；步骤S17：提示用户调整坐姿，重新进入步骤S16进行坐下状态判断；步骤S18：主控板向电机控制系统发出指令，执行站立动作；进入步骤S19；步骤S19:远程监控服务器的实时监控模块与中央处理器共同监控站立动作执行，保证用户安全；若动作执行过程中出现异常，则进入步骤S20；若动作成功完成，则进入步骤S21；步骤S20：停止当前站立动作执行，返回动作起始点，系统检查排除错误后，通知用户重新进行站立，重回步骤S15；步骤S21：用户状态转换为站立状态，主控板采集传感器网络数据作为接下来动作执行过程中的参考阈值；进入步骤S22；步骤S22：主控板判断用户是否满足迈步条件，此处迈步条件为用户重心是否偏移到一边，躯干是否前倾；若满足触发条件则进入步骤S23；若不满足则重新进入S22进行检测；步骤S23：主控板向电机控制系统发出指令，执行迈步动作；进入步骤S24；步骤S24:远程监控服务器的实时监控模块与中央处理器共同监控迈步动作执行，保证用户安全；若动作执行过程中出现异常，则进入步骤S25；若动作成功完成，则进入步骤S26；步骤S25：远程监控服务器与主控板共同尝试解决异常问题，如电机宕机后清除错误并重新连接；若异常能正常清除则进入步骤S23，继续完成迈步动作；若异常不能正常清除则进入步骤S27；步骤S27：仿生康复外骨骼尝试锁死电机并调用机械锁锁住仿生康复外骨骼，并由远程监控服务器发送本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统，其特征在于，包括主控板、电机控制系统、传感器网络、无线手表控制端、数据库、远程监控服务器、医生客户端和家属客户端；所述主控板分别与电机控制系统、传感器网络以及无线手表控制端连接；主控板还通过网络远程监控服务器相连接；所述医生客户端和家属客户端通过网络连接远程监控服务器；数据库与远程监控服务器连接，数据库还通过网络与主控板连接。

【技术特征摘要】
1.一种可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统，其特征在于，包括主控板、电机控制系统、传感器网络、无线手表控制端、数据库、远程监控服务器、医生客户端和家属客户端；所述主控板分别与电机控制系统、传感器网络以及无线手表控制端连接；主控板还通过网络远程监控服务器相连接；所述医生客户端和家属客户端通过网络连接远程监控服务器；数据库与远程监控服务器连接，数据库还通过网络与主控板连接。2.根据权利要求1所述的可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统，其特征在于，所述主控板包括内部接口、外部接口、通信模块、定位模块、电源转换模块、电源保护模块和处理器；内部接口包括CAN1模块、CAN2模块、内串口；外部接口包括外串口和USB/HUB模块；通信模块包括以太网调试模块、无线网卡、4G模块、2.4G无线模块；定位模块主要为GPS模块；电源转换模块包括总开关、3.3VLDO模块、5VDCDC模块、MOS模块和电源模块；电源保护模块主要为电流检测器；处理器包括中央处理器和第一微处理器；所述电源保护模块、定位模块、内部接口和外部接口都与中央处理器连接；以太网调试模块、无线网卡和4G模块都与中央处理器连接，2.4G无线模块与第一微处理器连接；第一微处理器通过内串口与中央处理器相连接；总开关分别与24V锂电池、3.3VLDO模块和5VDCDC模块连接；5VDCDC模块通过MOS模块与电源模块相连接，电源模块与中央处理器连接；3.3VLDO模块与第一微处理器相连接。3.根据权利要求2所述的可远程监控的仿生康复外骨骼控制系统，其特征在于，所述传感器网络由左肢CAN总线与右肢CAN总线组成；左肢CAN总线与右肢CAN都与CAN2模块相连接；左肢传感器网络包括左肢小腿传感器节点、左膝电机传感器、左肢大腿传感器节点和左髋电机传感器；右肢传感器网络包括右肢小腿传感器节点、右膝电机传感器、右肢大腿传感器节点和右髋电机传感器；所述左肢大腿传感器节点、右肢大腿传感器节点、左肢小...

【专利技术属性】
技术研发人员：史景伦，曾纪均，田龙伟，刘玉德，洪冬梅，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：新型
国别省市：广东,44