一种新型下肢机械电子外骨骼及其综合控制系统技术方案

本实用新型专利技术涉及一种新型下肢机械电子外骨骼及其综合控制系统，其技术特点是：包括重心调整装置、多个电子机械关节、多个连接杆、多个外骨骼、足部固定鞋和足底传感器；所述重心调整装置安装在腰部连接杆上，所述腰部连接杆、髋部电子机械关节、大腿外骨骼、大腿连接杆、膝部电子机械关节、小腿外骨骼、小腿连接杆、踝部电子机械关节依次相连接；电子机械关节内安装有关节角度及阻尼传感器并通过相应的关节机械驱动装置驱动产生动作。本实用新型专利技术设计合理，能够精确地感应各种动作并据此实现相应控制功能，同时，通过重心调整装置自动调整下肢平衡，保证行走的稳定性和可靠性，可有效地解决下肢功能丧失患者的康复效果缓慢的问题。

A New Lower Limb Mechanoelectronic Exoskeleton and Its Integrated Control System

【技术实现步骤摘要】
一种新型下肢机械电子外骨骼及其综合控制系统
本技术属于神经电生理
，尤其是一种新型下肢机械电子外骨骼及其综合控制系统。
技术介绍
目前世界许多科研机构及公司都在研发机械外骨骼、机械假肢等产品，这些产品帮助肢体功能障碍的人们辅助肢体活动或肢体康复，目前这些产品均采用基于读取肌肉电信号、电子传感器信号或模块的方式驱动机械部分，这种方式只适用于部分人群，如肢体缺失或外周神经受损的人群，但并不适用于中枢传导通路受损的的人群如脑血管病导致的偏瘫病人、高位截瘫病人、运动神经元病(渐冻人)等病人。这类产品无法与大脑建立双向神经反馈通路，无法实现类脑全仿生功能。目前也有一些基于脑电信号驱动的机械外骨骼相关专利或产品，这类产品基于稳态视觉诱发电位(Visualevokedpotentail，SSVEP)作为设备的控制核心，但SSVEP受限条件非常多：(1)客观因素包括：整个视觉传导通路任何一处有病变，都会导致该设备无法使用。如常见的近视远视，散光，青光眼，白内障，各种原因导致的复视，眼底出血，眼底动脉硬化，黄斑变性，各种原因引起的视乳头水肿，视神经萎缩及病变，视神经脱髓鞘，颅内肿瘤压迫视神经或视交叉，颅内的多种病变累及视神经传导通路(如最常见的脑梗死或脑出血等疾病)，视觉皮层病变如枕叶梗死出血等，都会使该设备无法使用。另外，支配眼外肌的动眼神经，滑车神经及外展神经，任何一个神经因为任何原因受损，均会使该设备无法使用，而这些疾病恰恰是临床非常常见的疾病。(2)主观因素包括：目前国际上公认的VEP检测方法是被试者观看不断翻转的黑白格棋盘，从而使视觉通路产生信号，来检测视觉通路是否通畅，但这种视觉诱发电位产生方式显然无法用来控制肢体运动。因此被试者要产生有效的、能对运动功能产生引导效果的视觉诱发电位，需要有能产生视觉诱发电位的有国际标准的公认的方案，方案不一致，会导致结果千差万别，很难得到公认。该设备的视觉电位产生方案，未经过广泛的临床实验及专业认可，可用性及可推广性尚不可知，以上两点原因，导致该设备使用范围大幅度受限以及可靠性无法推断。直立行走是人类最基本的生理功能，一些疾病如：脑血管病、脊髓疾病、周围神经疾病及肌肉疾病等造成人偏瘫、截瘫或肌力不足，从而影响人正常行走功能。下肢早期力量及步态的康复训练就极为重要。但目前针对下肢功能康复在理论及机制上就存在问题，下肢功能的丧失，是由于中枢神经系统环路的被损造成，下肢本身并不存在问题，而目前的康复措施均毫无例外地把重点集中在下肢肢体本身上，因此导致神经康复的实际效果非常差。加之目前下肢康复设备及训练措施比较少，方法又比较单一，无法早期进行真实直立行走的力量及步态训练；而康复师的手法康复治疗又缺乏持续性、系统性和有效性，患者自主康复训练往往因效果缓慢而使患者丧失康复的信心而早早放弃。
技术实现思路
本技术的目的在于弥补现有技术的不足之处，提供一种新型下肢机械电子外骨骼及其综合控制系统，解决下肢功能丧失患者的康复效果缓慢的问题。本技术解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：一种新型下肢机械电子外骨骼，包括重心调整装置、髋部电子机械关节、膝部电子机械关节、踝部电子机械关节、腰部连接杆、大腿连接杆、小腿连接杆、大腿外骨骼、小腿外骨骼、足部固定鞋和足底传感器；所述重心调整装置安装在腰部连接杆上，所述腰部连接杆、髋部电子机械关节、大腿外骨骼、大腿连接杆、膝部电子机械关节、小腿外骨骼、小腿连接杆、踝部电子机械关节依次相连接；所述足部固定鞋与踝部电子机械关节连接，所述足底传感器安装在足部固定鞋的底部；上述电子机械关节内安装有关节角度及阻尼传感器并通过相应的关节机械驱动装置驱动产生动作。所述重心调整装置由U型空心导管、两个可移动配重块、驱动轮、转轴、电机和摩擦轮构成；所述U型空心导管两侧下端与腰部连接杆安装在一起，所述可移动配重块表面有多个驱动轮并安装在转轴上，可移动配重块内部有多个电机带动摩擦轮旋转，该摩擦轮带动驱动轮旋转从而使可移动配重块在U型空心导管内运动。所述重心调整装置、大腿外骨骼和小腿外骨骼上分别设有腰部固定带、大腿固定带和小腿固定带。所述腰部连接杆、大腿连接杆、小腿连接杆为伸缩连接杆。所述足底传感器为足底压力及温度传感器。一种新型下肢机械电子外骨骼的综合控制系统，由新型下肢机械电子外骨骼及上位设备连接构成，所述上位设备包括多功能人脑计算机接口单元和运动感觉控制装置，所述新型下肢机械电子外骨骼通过运动感觉控制装置与多功能人脑计算机接口单元相连接，所述运动感觉控制装置安装在新型下肢机械电子外骨骼上，多功能人脑计算机接口单元佩戴在头部。所述多功能人脑计算机接口单元包括立体定向磁头阵列和超微头皮电极阵列，所述立体定向磁头阵列位于大脑皮层躯体感觉中枢所对应的头皮表面用于向躯体感觉中枢传入人造感觉信号，所述超微头皮电极阵列位于大脑皮层躯体运动中枢所对应的头皮表面用于采集躯体运动中枢产生的电信号，该超微头皮电极阵列依次与信号放大器、模数转换器及信号传输器相连接。所述运动感觉控制装置包括感觉管理单元和下肢运动管理单元；所述感觉管理单元由人造感觉系统中心控制单元、磁场立体定向控制线圈控制单元和脉冲磁场线圈控制单元连接构成；所述人造感觉系统中心控制单元接收新型下肢机械电子外骨骼中的多组关节角度及阻尼传感器、压力传感器、温度传感器实时的数据信息，将这些数据进行整合、编码成人脑可识别的深感觉和浅感觉的信号，并将编码信息和控制指令传送给磁场立体定向控制线圈控制单元和脉冲磁场线圈控制单元，在磁场立体定向控制线圈控制单元和脉冲磁场线圈控制单元的驱动下，立体定向磁头阵列向大脑皮层躯体感觉中枢发出能被大脑解读的脉冲磁场信号；所述下肢运动管理单元包括多通道机械驱动装置控制器、脑电信号解读模块、特征脑电信号数据库、小脑类脑智能模拟模块、陀螺仪；所述脑电信号解读模块对接收到的脑电信号并根据特征脑电信号数据库中存储着各种运动的特征脑电信号数据解读大脑的运动意图，并将解读结果传送至小脑类脑智能模拟模块；所述陀螺仪实时监测佩戴者躯体及下肢机械电子外骨骼的姿态及运动加速度信息，并即时将信息发送至小脑类脑智能模拟模块；所述小脑类脑智能模拟模块通过实时接收并分析脑电信号解读模块发出的大脑的运动意图指令数据、陀螺仪及下肢机械电子外骨骼中多种、多组传感器的实时数据，对下肢机械电子外骨骼的各个电子机械关节中的关节机械驱动装置的运动方向、运行角度、运行速度加以精确控制、对重心调整装置随时进行重心调整，从而实时保证躯体的平衡和下肢电子机械外骨骼静止及随意运动中的协调；多通道机械驱动装置控制器接收小脑类脑智能模拟模块的动作指令，并将相应指令分发给相应的关节机械驱动装置带动相应的电子机械关节产生动作。所述小脑类脑智能模拟模块还连接自动训练模块，该自动训练模块按照事先编制的设定向小脑类脑智能模拟模块发送数据，小脑类脑智能模拟模块按照该数据向多通道机械驱动装置控制器发出动作指令驱动机械外骨骼做出各种动作。本技术的优点和积极效果是：1、本技术的新型下肢机械电子外骨骼设置有髋部电子机械关节、膝部电子机械关节、踝部电子机械关节及其内部的关节角度及阻尼传感器，能够精确地感应各种动作并据此实现相应控制功能，同时，通过重心本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种新型下肢机械电子外骨骼，其特征在于：包括重心调整装置、髋部电子机械关节、膝部电子机械关节、踝部电子机械关节、腰部连接杆、大腿连接杆、小腿连接杆、大腿外骨骼、小腿外骨骼、足部固定鞋和足底传感器；所述重心调整装置安装在腰部连接杆上，所述腰部连接杆、髋部电子机械关节、大腿外骨骼、大腿连接杆、膝部电子机械关节、小腿外骨骼、小腿连接杆、踝部电子机械关节依次相连接；所述足部固定鞋与踝部电子机械关节连接，所述足底传感器安装在足部固定鞋的底部；上述电子机械关节内安装有关节角度及阻尼传感器并通过相应的关节机械驱动装置驱动产生动作。

【技术特征摘要】
1.一种新型下肢机械电子外骨骼，其特征在于：包括重心调整装置、髋部电子机械关节、膝部电子机械关节、踝部电子机械关节、腰部连接杆、大腿连接杆、小腿连接杆、大腿外骨骼、小腿外骨骼、足部固定鞋和足底传感器；所述重心调整装置安装在腰部连接杆上，所述腰部连接杆、髋部电子机械关节、大腿外骨骼、大腿连接杆、膝部电子机械关节、小腿外骨骼、小腿连接杆、踝部电子机械关节依次相连接；所述足部固定鞋与踝部电子机械关节连接，所述足底传感器安装在足部固定鞋的底部；上述电子机械关节内安装有关节角度及阻尼传感器并通过相应的关节机械驱动装置驱动产生动作。2.根据权利要求1所述的一种新型下肢机械电子外骨骼，其特征在于：所述重心调整装置由U型空心导管、两个...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑勇，臧大维，
申请(专利权)人：臧大维，郑勇，
类型：新型
国别省市：天津,12