一种穿戴式肢体康复训练系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及康复训练系统领域，具体为一种穿戴式肢体康复训练系统及控制方法，其可以根据康复训练中康复者的生理状态进行动态评估，实时调整康复训练者的训练强度，保证康复训练者训练强度可控，保证了较好的康复效果，穿戴式肢体康复训练系统包括：辅助动力单元，物理量采集单元，物理量处理单元，生理信号采集单元，生理信号处理单元，康复评估单元，物理量采集单元将采集到的物理量传递给物理量处理单元，物理量处理单元处理后形成动作反馈信号给主控单元，生理信号采集单元将采集到的生理信号传递给生理信号处理单元，生理信号处理单元将生理信号中的肢体动作肌电信号处理后生成实时肌电反馈信号给主控单元进行处理，主控单元根据实时肌电反馈信号和动作反馈信号产生控制信号给辅助动力单元。

Wearable limb rehabilitation training system and control method

The present invention relates to the field of rehabilitation training system, in particular to a wearable rehabilitation training system and control method, which can be dynamically evaluated according to the physiological state of rehabilitation in the training intensity of real-time adjustment of rehabilitation training, rehabilitation training to ensure the training intensity control, ensure better rehabilitation effect, including wearable rehabilitation training system: the auxiliary power unit, the physical quantity acquisition unit, processing unit physical quantity, physiological signal acquisition unit, signal processing unit physiological, rehabilitation assessment unit, physical quantity collecting unit will physical quantity collected is transferred to the physical processing unit, the form of the action feedback signal to the main control unit of the unit dealing physical quantity physiological signal acquisition unit, will transfer to the physiological signal acquisition and processing unit for physiological signals, physiological signal processing The element body movements EMG signals in the physiological signals generated by real-time EMG feedback signal to the main control unit, main control unit according to the real-time EMG feedback signal and the feedback signal action produces a control signal to the auxiliary power unit.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及康复训练系统领域，具体为一种穿戴式肢体康复训练系统及控制方法。
技术介绍
当今社会存在大量的因伤而导致肢体活动能力受损的人群，同时随着老龄化的加剧，也存在大量肢体活动能力减弱的老年人，为增强这类人的活动能力，工程技术人员设计了各种助力系统。穿戴式辅助康复训练机器人是仿照人类肢体结构而设计的，辅助残疾人和肢体活动能力受损的人员进行肢体的动作。正常人也可以穿上康复辅助系统，用于提升人体的负重能力。对于现有设计，仅限于帮助这类人进行康复训练动作，并未实时监测康复训练者的生理状态，如脉搏、心电、血压、呼吸、脑电波、肌肉状态等，无法准确的评估身体的疲劳状态等，无法及时调整训练强度，或者及时停止训练，保证康复训练者的处于强度可控的训练过程中，这样容易导致过量或过劳，从而会影响到康复效果，甚至影响身体的健康状态。
技术实现思路
针对现有康复训练系统因无法根据受康复训练人群的生理状态进行适合调整训练强度而导致康复效果受影响的缺点，本专利技术提供了一种穿戴式肢体康复训练系统，其可以根据康复训练中康复者的生理状态进行动态评估，实时调整康复训练者的训练强度，保证康复训练者训练强度可控，保证了较好的康复效果。本专利技术是通过以下技术方案实施的：一种穿戴式肢体康复训练系统，其包括：辅助动力单元，对穿戴者提供肢体动作的辅助动力；物理量采集单元，检测穿戴者肢体动作的物理量，并提供给物理量处理单元；物理量处理单元，提取物理量采集单元提供的物理量，生成动作反馈信号提供给主控单元；生理信号采集单元，检测穿戴者肢体动作的肌电信号，并提供给生理信号处理单元；生理信号处理单元，提取肌电信号并生成肌电反馈信号给主控单元，主控单元，使用生理信号处理单元生成的实时肌电反馈信号和物理量处理单元提供的动作反馈信号，生成控制信号驱动辅助动力单元工作；其特征在于：所述生理信号采集单元还检测穿戴者的生理信号，所述生理信号处理单元根据生理信号采集单元提供的生理信号生成生物反馈信号并提供给康复评估单元；所述康复评估单元，根据生理信号处理单元提供的生物反馈信号来评估穿戴者的康复状态，提供身体状态反馈信号给主控单元；所述主控单元根据所述康复评估单元反馈的身体状态反馈信号，对穿戴者康复运动时的肢体动作强度作出调整。其进一步特征在于：所述主控单元接收到的身体状态反馈信号表明穿戴者不适合继续运动时，向状态报警单元发出报警信号，所述状态报警单元用于接收主控单元发出的报警信号并实现报警；所述的物理量采集单元采集的肢体动作的物理量包括角度、角速度、加速度和压力，所述物理量采集单元还采集穿戴者自身身体的重心位置物理量；所述的生理信号采集单元采集的生理信号包括心电信号、脉搏信号和呼吸信号；所述生物反馈信号包括肌电信号节律能量变化趋势、呼吸率、脉搏率和心率；所述身体状态反馈信号包括身体状态调节系数、肌肉状态调节系和生理状态报警信号；一种穿戴式肢体康复训练系统的控制方法，其特征在于：在所述穿戴式肢体康复训练系统处于穿着训练的状态下，物理量采集单元将采集到的物理量传递给物理量处理单元，物理量处理单元处理后形成动作反馈信号给主控单元，生理信号采集单元将采集到的生理信号传递给生理信号处理单元，生理信号处理单元将生理信号中的肢体动作肌电信号处理后生成实时肌电反馈信号给主控单元进行处理，主控单元根据实时肌电反馈信号和动作反馈信号产生控制信号给辅助动力单元；辅助动力单元给穿戴者提供肢体动作的辅助动力；生理信号处理单元将生理信号处理后生成生物反馈信号给康复评估单元，康复评估单元评估生物反馈信号后生成身体状态反馈信号给主控单元，修正控制信号或者给出报警信号；其进一步特征：生理信号采集单元采集的生理信号包括心电信号、呼吸信号和脉搏信号，生理信号处理单元计算出包括呼吸率、脉搏率、心率在内的生理参数，根据这些生理参数，康复评估单元评估人体生理状态，并反馈给主控单元调整肢体动作强度维持平稳的生理状态；当判定训练者过于疲惫时，系统给出报警信号，提醒终止训练；在肢体康复系统处于穿着训练的状态下，生理信号处理单元对采集到的肌电信号进行处理得到肌电信号节律能量的变化趋势，依据该趋势，康复评估单元评估肌肉的康复状态和疲劳状态，并将评估结果反馈主控单元，主动调整康复训练过程；穿戴者穿康复训练系统进行康复训练时，检测穿戴者的生理信号，从中提取实时肌电信号，生成肌电反馈信号给主控单元，生成辅助动力单元的基本控制信号，相应的肌电信号增大时，按照该肌电信号确认的方向提供助力，按照肌电信号的大小按比例提供助力的大小；在穿戴者穿康复训练系统进行康复训练时，检测穿戴者的物理量信号，提取肢体的角度、肢体运动幅度等信号，通过上述信号形成肢体运动的节律信号，提供给生理信号处理单元；生理信号处理单元依据节律信号和肌电信号，形成每个节律的肌电信号能量，进一步取得依节律变化的能量趋势，用于评估康复者的肌肉疲劳状态，使用肌肉疲劳状态反馈，当肌电节律能量以及肌电节律能量变化率高于上限或者低于下限时，系统给出报警信号，提醒康复监护人员介入调整康复训练时间，保证康复训练者不处于肌肉过疲劳状态；在穿戴者穿康复训练系统进行康复训练时，检测穿戴者的生理信号，从中提取心率（可以来自心电，脉搏或者呼吸等传感器），以及心率的变化率，评估康复训练者的身体的疲劳状态，使用疲劳状态反馈，动态的调整康复训练强度，保证康复训练者处于生理平稳状态；当心率高于上限或者低于下限时，系统给出报警信号，提醒康复监护人员介入，确认康复训练者身体状态，避免康复训练者处于危险状态；康复评估单元通过生物反馈信号中的呼吸率、脉搏率、心率评估人体生理状态，生成身体状态反馈信号中的身体状态调节系数和生理状态报警信号，反馈给主控单元调整肢体动作强度，维持平稳的生理状态；当判定训练者过于疲惫时，系统给出报警信号，提醒终止训练；康复评估单元通过生物反馈信号中的肌电信号节律能量变化趋势，评估肌肉的康复状态，生成身体状态反馈信号中的肌肉状态调节系数给主控单元，主动调整康复训练过程的强度，保证康复训练的有效性。使用本专利技术的系统和控制方法后，在康复训练中，动态评估康复者的生理状态，让康复训练者始终处于生理许可的状态下进行康复训练，不过度训练，保证康复训练者的训练安全，保证康复训练计划的持续性；更进一步的，可以动态评估肢体肌肉的疲劳状态，调整训练强度，以保证肌肉不处于过疲劳状态，保证康复的持续效果。附图说明图1为本专利技术系统框图；图2为本专利技术控制方法流程图；图3为康复评估原理框图；图4为康复评估流程图；图5是运动角度节律图，用于提取运动的节律；图6是肌电信号变化图；图7是肌电节律能量变化图；图8是心率变化图。具体实施方式见图1所示，一种穿戴式肢体康复训练系统，其包括：辅助动力单元，对穿戴者提供肢体动作的辅助动力；物理量采集单元，检测穿戴者肢体动作的物理量，并提供给物理量处理单元；物理量处理单元，提取物理量采集单元提供的物理量，生成动作反馈信号提供给主控单元；生理信号采集单元，检测穿戴者肢体动作的肌电信号，并提供给生理信号处理单元；生理信号处理单元，提取肌电信号并生成肌电反馈信号给主控单元，主控单元，使用生理信号处理单元生成的实时肌电反馈信号和物理量处理单元提供的动作反馈信号，生成控制信号驱动辅助动力单元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种穿戴式肢体康复训练系统，其包括：辅助动力单元，对穿戴者提供肢体动作的辅助动力；物理量采集单元，检测穿戴者肢体动作的物理量，并提供给物理量处理单元；物理量处理单元，提取物理量采集单元提供的物理量，生成动作反馈信号提供给主控单元；生理信号采集单元，检测穿戴者肢体动作的肌电信号，并提供给生理信号处理单元；生理信号处理单元，提取实时肌电信号并生成实时肌电反馈信号给主控单元；主控单元，使用生理信号处理单元生成的实时肌电反馈信号和物理量处理单元提供的动作反馈信号，生成控制信号驱动辅助动力单元工作，其特征在于：所述生理信号采集单元还检测穿戴者的生理信号，所述生理信号处理单元根据生理信号采集单元提供的生理信号生成生物反馈信号并提供给康复评估单元；所述康复评估单元，根据生理信号处理单元提供的生物反馈信号来评估穿戴者的康复状态，提供身体状态反馈信号给主控单元；所述主控单元根据所述康复评估单元反馈的身体状态反馈信号，对穿戴者康复运动时的肢体动作强度做出调整。

【技术特征摘要】
1.一种穿戴式肢体康复训练系统，其包括：辅助动力单元，对穿戴者提供肢体动作的辅助动力；物理量采集单元，检测穿戴者肢体动作的物理量，并提供给物理量处理单元；物理量处理单元，提取物理量采集单元提供的物理量，生成动作反馈信号提供给主控单元；生理信号采集单元，检测穿戴者肢体动作的肌电信号，并提供给生理信号处理单元；生理信号处理单元，提取实时肌电信号并生成实时肌电反馈信号给主控单元；主控单元，使用生理信号处理单元生成的实时肌电反馈信号和物理量处理单元提供的动作反馈信号，生成控制信号驱动辅助动力单元工作，其特征在于：所述生理信号采集单元还检测穿戴者的生理信号，所述生理信号处理单元根据生理信号采集单元提供的生理信号生成生物反馈信号并提供给康复评估单元；所述康复评估单元，根据生理信号处理单元提供的生物反馈信号来评估穿戴者的康复状态，提供身体状态反馈信号给主控单元；所述主控单元根据所述康复评估单元反馈的身体状态反馈信号，对穿戴者康复运动时的肢体动作强度做出调整。2.根据权利要求1所述的穿戴式肢体康复训练系统，其特征在于：所述主控单元接收到的身体状态反馈信号表明穿戴者不适合继续运动时，向状态报警单元发出报警信号，所述状态报警单元用于接收主控单元发出的报警信号并实现报警。3.根据权利要求1所述的穿戴式肢体康复训练系统，其特征在于：所述的物理量采集单元采集的肢体动作的物理量包括角度、角速度、加速度和压力，所述物理量采集单元还采集穿戴者自身身体的重心位置物理量。4.根据权利要求1所述的穿戴式肢体康复训练系统，其特征在于：所述的生理信号采集单元还采集心电信号、脉搏信号和呼吸信号。5.所述根据权利要求1所述的穿戴式肢体康复训练系统，其特征在于：所述生物反馈信号包括肌电信号节律能量的变化趋势、呼吸率、脉搏率和心率。6.根据权利要求1所述的穿戴式肢体康复训练系统，其特征在于：所述身体状态反馈信号包括肌肉状态调节系数、身体状态调节系数和生理状态报警信号。7.采用权利要求1所述的穿戴式肢体康复训练系统的控制方法，其特征在于在所述穿戴式肢体康复训练系统处于穿着训练的状态下，物理量采集单元将采集到的物理量传递给物理量处理单元，物理量处理单元处理后形成动作反馈信号给主控单元，生理信号采集单元将采集到的生理信号传递给生理信号处理单元，生理信号处理单元将生理信号中的肢体动作肌电信号处理后生成实时肌电反馈信号给主控单元进行处理，主控单元根据实时肌电反馈信号和动作反馈信号产生控制信号给辅助动力单元；辅助动力单元给穿戴者提供肢体动作的辅助动力；生理信号处理单元将生理信号处理后生成生物反馈信号给康复评估单元，康复评估单元评估生物反馈信号后生成身体状态反馈信号给主控单元，修正控制信号或者给出报警信号。8.根据权利要求7所述的穿戴式肢体康复训练系...

【专利技术属性】
技术研发人员：华晓东，祁云峰，周定法，
申请(专利权)人：无锡智开医疗机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32