一种新型轮椅式电动步行训练装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术为一种新型轮椅式电动步行训练装置及控制方法，可用于电动轮椅代步和站立移动步行训练。该装置包括嵌入式上位机、运动控制单元、姿态变换控制单元、步态测量单元、人机交互单元。在上述各单元的协调控制下，该装置可工作于电动轮椅代步、站立步行训练两种工作模式，其中站立步行训练模式可分为主动训练模式和被动训练模式。本发明专利技术可以为老人和下肢残障人群提供代步以及不同下肢康复阶段的下肢站立式减重步行训练。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种新型轮椅式电动步行训练装置及方法，属于康复医疗领域，适用于下肢不便的老人和下肢康复期的残障人士。
技术介绍
随着科技进步和人民生活水平的提高，我国和世界上许多国家都正在进入老龄化。在老龄人群中，心脑血管疾病使老年瘫痪患者的人数不断增多，并呈现年轻化的趋势。而且现在交通运输工具的使用迅速增长，由交通事故造成的神经性损伤和肢体伤害的人数也随之增长。临床医学和理论医学证明，这些患者如果只是进行手术治疗和药物治疗，并不能达到完全的功能恢复，而必须要配合正确的功能性康复训练。目前在较大型的医院和康复中心都设有康复训练科以及护理人员，为患者提供专业的肢体功能康复训练。虽然患者得到了专业的康复训练，由于高重复性、高强度、高体力消耗，使得人工康复训练消耗了大量的人力和物力。鉴于此，部分医疗机构引入了大型康复训练机器人来代替人工，一方面节省了人力，另一方面能够给患者提供科学规范的康复训练。受到了患者的欢迎。但由于训练费用高昂，也使得采用康复训练机器人进行肢体康复训练的患者数量较少。因此，肢体康复训练设备的小型化、操作简单化，使得普通患者能够实现家庭式自主康复训练，将是未来的发展趋势。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提出了一种新型轮椅式电动步行训练装置及控制方法，一方面可实现代步功能，另一方面可实现家庭式步行训练。一种新型轮椅式电动步行训练装置，包括椅背，轮椅框架，座椅、扶手、嵌入式上位机、运动控制单元、人机交互单元，其特征在于，还包括用于电动轮椅模式和步行训练模式变换的姿态变换控制单元、用于采集步行训练模式下步行状态的步态测量单元，嵌入式上位机通过信号线分别与姿态变换控制单元、步态测量单元相连接；姿态变换控制单元，包括用于抬高扶手高度的扶手升降机构、用于将座椅从两个扶手之间移开的座椅调整机构。优选的，所述的扶手升降机构为由驱动电机驱动的铰接升降机构，该机构共有两个，左右对称设置于扶手与扶手下方轮椅框架之间，升降机构向上的最大行程大于0.5m，小于1m，在轮椅模式和步行训练模式变换时，用于将扶手抬升至设定高度。优选的，座椅调整机构包括驱动电机和由驱动电机驱动的座椅导轨，座椅导轨设置于座椅和座椅下方的轮椅框架之间，在轮椅模式和步行训练模式变换时，用于将座椅从臀部移开。优选的，步态测量单元由陀螺仪、加速度传感器、磁场计构成。优选的，嵌入式上位机采用基于ARM的嵌入式控制器。优选的，还设置有降低患者下肢承重的减重带。优选的，嵌入式上位机与各控制单元采用CAN总线连接。一种新型轮椅式电动步行训练装置的控制方法，包括以下步骤：步骤1:系统状态上电自检，如果检测到故障，系统通过人机交互单元显示报警状态，并提示故障状态，如果无障碍，执行步骤2。步骤2:利用人机交互单元选择工作模式，如果选择电动轮椅模式，执行步骤3，如果选择步行训练模式，执行步骤4。步骤3：嵌入式上位机根据人机交互单元的信息输入，生成运动指令，通过信号线发送至运动控制单元，由运动控制单元驱动电动轮椅按照运动指令在指定速度和方向下运动，实现步行训练器电动轮椅代步功能，执行步骤5；步骤4：停止步行训练器的移动功能，并设定扶手上升高度；嵌入式上位机向姿态变换控制单元发送电动轮椅模式和步行训练模式变换切换的信号，驱动扶手和座椅动作，将扶手升降至指定高度，将座椅从两个扶手之间移开；步态测量单元采集步行训练模式下步行状态信息，并上传嵌入式上位机，采用基于惯性单元测量的姿态测量方法进行信息处理；依据信息处理结果，调整运动单元的速度和方向，实现步行训练；步骤5：如工作模式无变换，继续当前模式；如接收到停止指令，则停止当前模式；如工作模式变为步行训练模式，则跳至步骤4；如果选择退出系统，则跳至步骤8；步骤6：如工作模式无变换，继续当前模式；如接收到停止指令，则停止当前模式；如工作模式变为电动轮椅模式，则跳至步骤7；如果选择退出系统，则跳至步骤8；步骤7：嵌入式上位机向姿态变换控制单元发送电动轮椅模式和步行训练模式变换切换的信号，驱动扶手和座椅动作，恢复至电动轮椅状态，执行步骤4；步骤8：系统控制姿态变换单元将步行训练器恢复至电动轮椅状态，并退出系统。优选的，步行训练模式分为主动训练模式和被动训练模式，主动训练模式下，嵌入式上位机依据步行状态信息处理结果，通过运动单元调整步行训练器的速度略小于步行速度；被动训练模式下，嵌入式上位机依据步行状态信息处理结果，通过运动单元调整步行训练器速度略大于步行速度。优选的，被动训练模式中设置有难度分级功能，嵌入式上位机依据步行状态信息处理结果及难度级别的选择，通过运动单元调整步行训练器速度。本专利技术在电动轮椅模式下，使用者可以通过操纵杆控制驱动机构实现普通电动轮椅功能；在步行训练模式下，系统通过控制升降装置将使用者由坐姿转换为站姿，并通过减重带降低患者下肢的承重量。使用者通过人机交互界面可选择合适自己的训练难度，系统将控制车体运行在指定的速度下，带动使用者进行步行训练。本专利技术采用科学的步行训练模式，能够为使用者提供标准的步行训练速度和身体减重量，从而将使用者的步行训练科学化和专业化，大大提高使用者的下肢行走功能的康复效果。附图说明图1为本专利技术训练装置坐姿侧视图。图2为本专利技术训练装置坐姿俯视图。图3为本专利技术训练装置站姿侧视图。图4为本专利技术训练装置站姿俯视图。图5为本专利技术训练装置控制系统结构图。图6为本专利技术训练装置控制方法流程图。具体实施方式下面将结合附图对本专利技术作进一步的详细说明。参见图1,2,3,4，本专利技术是一种新型轮椅式电动步行训练装置，包括椅背1，轮椅框架5，左扶手2a,右扶手2b，绑带扣一18a,绑带扣二18b,绑带扣三18c,绑带扣四18d，左铰接升降机构3a,右铰接升降机构3b，左升降电机8a,右升降电机8b，座椅14，座椅左导轨4a,座椅右导轨4b，座椅驱动电机13，左移动驱动电机7a,右移动驱动电机7b，左移动驱动轮6a,右移动驱动轮6b，左万向轮10a,右万向轮10b，电池9，左辅助把手12a,右辅助把手12b，交互面板11。控制系统包括嵌入式上位机、运动控制单元、姿态变换控制单元、步态测量单元、人机交互单元。其中，嵌入式上位机为系统中央控制器，负责系统人机交互指令处理、运动规划、步态训练策本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种新型轮椅式电动步行训练装置，包括椅背，轮椅框架，座椅、扶手、嵌入式上位机、运动控制单元、人机交互单元，其特征在于，还包括用于电动轮椅模式和步行训练模式变换的姿态变换控制单元、用于采集步行训练模式下步行状态的步态测量单元，嵌入式上位机通过信号线分别与姿态变换控制单元、步态测量单元相连接；姿态变换控制单元，包括用于抬高扶手高度的扶手升降机构、用于将座椅从两个扶手之间移开的座椅调整机构。

【技术特征摘要】
1.一种新型轮椅式电动步行训练装置，包括椅背，轮椅框架，座
椅、扶手、嵌入式上位机、运动控制单元、人机交互单元，其特征在于，
还包括用于电动轮椅模式和步行训练模式变换的姿态变换控制单元、用
于采集步行训练模式下步行状态的步态测量单元，嵌入式上位机通过信
号线分别与姿态变换控制单元、步态测量单元相连接；姿态变换控制单
元，包括用于抬高扶手高度的扶手升降机构、用于将座椅从两个扶手之
间移开的座椅调整机构。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的扶手升降机构
为由驱动电机驱动的铰接升降机构，该机构共有两个，左右对称设置于
扶手与扶手下方轮椅框架之间，升降机构向上的最大行程大于0.5m，小
于1m；在轮椅模式和步行训练模式变换时，用于将扶手抬升至设定高度。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，座椅调整机构包括驱
动电机和由驱动电机驱动的座椅导轨，座椅导轨设置于座椅和座椅下方
的轮椅框架之间，在轮椅模式和步行训练模式变换时，用于将座椅从臀
部移开。
4.如权利要求1-3中任一项所述的装置，其特征在于，步态测量
单元由陀螺仪、加速度传感器、磁场计构成。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，嵌入式上位机采用基
于ARM的嵌入式控制器。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，还设置有降低患者下
肢承重的减重带。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，嵌入式上位机与各控
制单元采用CAN总线连接。
8.一种新型轮椅式电动步行训练装置的控制方法，其特征在于，
包括以下步骤：
步骤1:系统状态上电自检，如果检测到故障，系统通过人机交互单
元显示报警状态，并提示故障状态，如果无障碍，执行步骤2。
步骤2:利用人机交互单元选择工作模式，如果选择电动轮椅模式，
执行步骤3，如果选择步行训练模式，执行步骤4。
步骤3：嵌入式上位机根据人机...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁涛，原魁，房立新，
申请(专利权)人：中国科学院自动化研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11