【技术实现步骤摘要】
一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统
本专利技术涉及穿戴式仿生运动康复设备领域,具体涉及一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统。
技术介绍
近年来,我国人口老龄化日益加重,其中脑卒中等老年患病人数不断增多,症状多表现为:脑部神经中枢受损但控制肌肉伸缩的直接神经元良好。医学研究表明,必要的康复手段可帮助患者更好的恢复肌体运动功能。当前康复方式多采用以外部机械设备辅助运动的方式,对人体施加外辅力,促使肢体被动运动,患者体验感不佳。医学研究表明,人体运动过程中,肌肉(群)在施力过程中,皮肤表面会产生微弱的电信号,通过对肌肉(群)施加电刺激,可以激励肌肉伸缩提供肌肉力。针对人体从坐到站、从站到坐、步态行走的运动全过程,本专利技术设计一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统。首先,以人体各运动肢段的惯性信号和足底六维力信号为输入量,基于对标健康人体的运动全过程动力学模型,解算出各关节运动标准需求力矩;其次,采集并解析人体运动过程中各肌肉的表面肌电信号,建立与各肌肉(群)所产生力值的映射关系;最后建立肌肉空间力系,解析由人体肌肉自身供力所等效的各关节力矩;最后,由中控电脑实时解析人体运动标需关节力矩与患者自供关节力矩,计算各关节所需补偿力矩,利用补偿关节力矩与功能性电刺激映射关系,由功能性电刺激仪模拟神经系统,发出功能性电刺激信号激励对应肌肉(群)伸缩施力,满足患者人体按照对标健康人体动力学进行运动行为规划,也可实现对人体运动全过程康复运动辅助训练。
技术实现思路
本专利技术的目的在于一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统,基于穿戴式传感器所检测的运动肢段惯性信号、足底六维力信号 ...
【技术保护点】
1.一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统,其特征在于,包括功能性电刺激仪(1)、表面肌电信号采集片(2)、惯性传感器(3)、足底六维力传感器(4)等硬件设备,以及以下三部分子系统:第一部分子系统:人体运动标需关节力矩解算系统;利用人体各肢段惯性信号与足底六维力信号,结合人体坐、站、行运动全过程肢段动力学模型,计算出与患者对标健康人体运动时所需的标准力矩(标需关节力矩);第二部分子系统:患者肌肉力自供关节力矩解析系统;以下肢运动中主要施力肌肉的表面肌电信号为基础,解析表面肌电信号与对应肌肉(群)所产生肌肉力值间映射的关系,通过表面肌电信号采集片(2)对患者主要运动肌肉表面肌电信号进行检测,解算患者自体肌肉供力下各关节力矩(自供关节力矩);第三部分子系统:外辅激励补偿关节力矩解算系统;由人体运动标需关节力矩与患者自供关节力矩,计算出各关节所需补偿力矩,依据补偿关节力矩与功能性电刺激信号映射关系,确定相应的功能性电刺激,激励肌肉(群)协作完成关节力矩补偿。
【技术特征摘要】
1.一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统,其特征在于,包括功能性电刺激仪(1)、表面肌电信号采集片(2)、惯性传感器(3)、足底六维力传感器(4)等硬件设备,以及以下三部分子系统:第一部分子系统:人体运动标需关节力矩解算系统;利用人体各肢段惯性信号与足底六维力信号,结合人体坐、站、行运动全过程肢段动力学模型,计算出与患者对标健康人体运动时所需的标准力矩(标需关节力矩);第二部分子系统:患者肌肉力自供关节力矩解析系统;以下肢运动中主要施力肌肉的表面肌电信号为基础,解析表面肌电信号与对应肌肉(群)所产生肌肉力值间映射的关系,通过表面肌电信号采集片(2)对患者主要运动肌肉表面肌电信号进行检测,解算患者自体肌肉供力下各关节力矩(自供关节力矩);第三部分子系统:外辅激励补偿关节力矩解算系统;由人体运动标需关节力矩与患者自供关节力矩,计算出各关节所需补偿力矩,依据补偿关节力矩与功能性电刺激信号映射关系,确定相应的功能性电刺激,激励肌肉(群)协作完成关节力矩补偿。2.根据权利要求1所述的一种人体运动全过程穿戴式仿生康复系统,其特征在于,第一部分子系统包括以下步骤和方法:第一步,以人体矢状面内脚踝中心为原点,建立OXY坐标系;依次建立对标健康人体参数的人体站起过程与步态过程动力学模型,其中人体站起过程基于脚、小腿、大腿、上身建立四肢段动力学模型,其各肢段长度分别为l1、l2、l3、l4,各肢段质心位置相对于本肢段长度之比分别为k1、k2、k3、k4;人体步态过程基于左侧脚、左侧小腿、左侧大腿、上身、右侧大腿、右侧小腿、右侧脚建立七肢段动力学模型,其各肢段长度分别为l1、l2、l3、l4、l5、l6、l7,各肢段质心位置相对于本肢段长度之比分别为k1、k2、k3、k4、k5、k6、k7;依据《中华人民共和国国家标准:成年人人体惯性参数》,确定各肢段质量占人体总质量之比,并确定各肢段质心位置相对于本肢段长度之比;第二步,依据拉格朗日动力学方程,将由惯性传感器(3)与足底六维力传感器(4)测得的惯性信号值、足底六维力信号值,依次代入人体全运动过程的各肢段拉格朗日动力学模型;第三步,解算得到所对标健康人体运动过程中标需关节力矩,其计算公式如下:站起运动过程标需关节力矩计算公式:式中:L为拉格朗日函数;K为系统动能;P为系统势能;Ti为关节力矩,i=1、2、3、4;行走运动过程标需关节力矩计算公式:式中:M为质量矩阵;C为离心力与哥氏力矢量矩阵;P为重力矢量矩阵;T为关节力矩矩阵;第四步,将解算结果上传至中控电脑,为补偿关节力矩计算提供数据基础。3.根据权利要求1...
【专利技术属性】
技术研发人员:刘坤,刘勇,吉硕,孙震源,徐洪伟,骆星吉,
申请(专利权)人:刘坤,
类型:发明
国别省市:吉林,22
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。