一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车及控制方法，属于医疗器械领域，包括控制器、用于检测减重车与患者背部之间距离的距离传感器；控制器包括距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块；距离信息采集模块接收距离传感器采集的实时距离测量值，得到当前时刻的实时距离值Act_dis，并且通过计算得到当前时刻的实时距离值与设定的绝对距离值Abs_dis之间的距离差值Err_dis；速度控制模块接收距离差值Err_dis，采用PID算法得到当前时刻的训练车速度修正值Act_speed；电机驱动模块接收训练车速度值Act_speed并通过控制电机使训练车以Act_speed的速度行驶。本发明专利技术保证了减重车与患者协同运动的同步实时性。

A rehabilitation weight-loss walking training vehicle and its control method by detecting distance to achieve straight-line follow

【技术实现步骤摘要】
一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车及控制方法
本专利技术涉及一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，属于医疗器械领域。
技术介绍
在临床上的各种患者（如脑卒中、脊髓损伤、骨折术后等引起的下肢运动功能障碍的恢复期患者）的下肢康复期，需要辅助设备进行减重支撑的辅助设备。目前在临床上没有太多的训练设备，而且康复需求不断扩大，然而专业康复人员缺乏；一对一模式人力成本高且耗时费力。为解决这些康复训练过程中出现的问题，急需安全、定量、有效及可进行重复训练的新技术。康复减重步行训练车（下简称减重车）是通过减重支持帮助下肢运动功能障碍的患者进行步行训练的系统。在临床患者康复中期，当患者下肢恢复一定的活动能力，但仍无法支撑身体落地进行独立行走时，需要减重车对身体进行支撑减重，辅助患者实现落地行走的恢复性训练。然而，现有技术中，没有一种能够通过检测距离实现精确直线跟随的康复减重步行训练车。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车及控制方法，保证了减重车与患者协同运动的同步实时性。为了实现上述目标，本专利技术采用如下的技术方案：一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，包括控制器、用于检测减重车与患者背部之间距离的距离传感器；控制器包括距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块；距离信息采集模块接收距离传感器采集的实时距离测量值，得到当前时刻的实时距离值Act_dis，并且通过计算得到当前时刻的实时距离值与设定的绝对距离值Abs_dis之间的距离差值Err_dis；速度控制模块接收距离差值Err_dis，采用PID算法得到当前时刻的训练车速度修正值Act_speed；电机驱动模块接收训练车速度值Act_speed并通过控制电机使训练车以Act_speed的速度行驶。距离差值Err_dis的计算时间、距离差值转化为训练车速度值的计算时间很短，可以忽略不计，这是控制器计算性能保证的；此外，对当前时刻的训练车速度修正值的理解：计算得到当前时刻的训练车速度修正值之后，控制器立刻驱动电机进行训练车速度调整（加速、减速或匀速），在下一时刻到来前，训练车速度已调整至当前时刻的训练车速度修正值Act_speed并保持该速度行驶；而下一时刻，距离传感器又检测新的距离值，得到新的训练车速度值，控制器立刻驱动电机进行训练车速度调整（加速、减速或匀速）以调整至新的训练车速度值，重复以上操作，以此类推。具体地，当前时刻的训练车速度修正值Act_speed的计算方式如下：Act_speed=[Kp*Err_dis+Ki*∑Err_dis+Kd*(Err_dis-Last_Err_dis)]/t+last_speed式中：Kp、Ki、Kd分别是当前时刻距离差值、距离差值累计和、距离差值变化值的控制参数；Last_Err_dis是上一时刻距离差值。last_speed为上一时刻的训练车速度修正值，Err_dis为当前时刻距离差值，∑Err_dis为距离差值的累积和，Kp、Ki、Kd是标量，为调试参数，Act_speed、last_speed单位为m/s，Err_dis、Last_Err_dis单位为m。[Kp*Err_dis+Ki*∑Err_dis+Kd*(Err_dis-Last_Err_dis)]/t的单位为m/s，其中t为通讯周期（优选为10ms(0.01s)，即每隔10ms接收一次距离信息）。值得一提的是，初始时训练车为停车状态，当患者刚开始起步时，控制器首次监测到距离差值Err_dis，此时采用PID算法得到当前时刻的训练车速度修正值Act_speed即训练车的初始速度，而last_speed则为0，Last_Err_dis也为0。优选的，所述的减重车包括跟随模式开关；所述的控制器还包括跟随模式切换模块，跟随模式切换模块接收跟随模式开关的开闭信息并使得距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块开始工作或停止工作。例如，当按下跟随模式开关（开启），跟随模式切换模块接收到开始跟随的信号，使距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块开始工作（可以接收距离值、进行速度计算、驱动电机工作），驱动减重车直线跟随患者。所述的减重车包括急停开关；所述的控制器还包括急停模块，急停模块接收急停开关的急停信息并使得距离信息采集模块、速度控制模块停止工作，并通过电机驱动模块、电机使减重车制动停车。例如：如果发生任何情况需要制动停车，按下急停按钮启动急停模块，减重车立即停车，以保证安全(即当急停开关被拍下，急停模块检测到急停动作触发，发送指令给电机执行制动，电机立刻停机)。在跟随模式下，当患者开始行走时，减重车与患者背部之间的实时距离被拉大，控制器接收到当前时刻的实时距离值并将实时距离值与绝对距离值比较以得到距离差值，通过计算得到当前时刻的训练车速度修正值Act_speed，以驱动减重车直线跟随患者；在患者行走过程中，由控制器将减重车与患者之间的实时距离与设定的绝对距离和/或安全距离比较，以调整减重车的行驶速度或确定减重车是否停车；在患者行走过程中，当检测到减重车与患者之间的实时距离大于绝对距离，控制器驱动减重车加速运动；当检测到减重车与患者之间的实时距离小于绝对距离，控制器驱动减重车减速运动；当检测到减重车与患者之间的实时距离等于绝对距离，控制器使减重车保持速度，匀速运动；当检测到减重车与患者之间的实时距离小于安全距离时，控制器判定患者停止移动，驱动减重车以最大减速度减速停车或紧急制动。所述的距离传感器安装于减重车上，距离传感器对准患者背部中央且其安装高度与患者背部中央高度相同，患者背部与减重车之间的实时距离为距离传感器与患者背部中央的横向距离。距离传感器的安装高度根据患者身高调节。设置至少两个对准患者背部中央(即正中)的距离传感器。距离信息采集模块接收到至少两个距离传感器采集的实时距离测量值，得到当前时刻的实时距离值Act_dis的具体过程为：取测量值正常的所有距离传感器的测量值的平均值作为实时距离测量值；当所有距离传感器测量值均异常，取上一时刻实时距离测量值作为当前时刻的实时距离测量值。例如，可安装两个距离传感器，作用是校错和提高检测的精度，以防单个传感器检测数值异常。具体情况如下：1.两个传感器测量值均正常，则取平均值Act_dis=(meas_dis1+meas_dis2)/2，meas_dis1、meas_dis2分别为第一传感器、第二传感器的测量值；2.其中一个传感器测量值异常，取另一个传感器值；3.两个传感器测量值均异常，取上一时刻测量值。进一步地，控制器通过CAN总线与距离传感器通讯，以接收实时距离信息。控制器每隔5-15ms（优选10ms）获取一次实时距离信息。一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车的控制方法，包括如下步骤：距离信息采集模块接收距离传感器采集的实时距离测量值，得到当前时刻的实时距离值Ac本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，其特征在于，包括控制器、用于检测减重车与患者背部之间距离的距离传感器；/n控制器包括距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块；/n距离信息采集模块接收距离传感器采集的实时距离测量值，得到当前时刻的实时距离值Act_dis，并且通过计算得到当前时刻的实时距离值与设定的绝对距离值Abs_dis之间的距离差值Err_dis；/n速度控制模块接收距离差值Err_dis，采用PID算法得到当前时刻的训练车速度修正值Act_speed；/n电机驱动模块接收训练车速度值Act_speed并通过控制电机使训练车以Act_speed的速度行驶。/n

【技术特征摘要】
1.一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，其特征在于，包括控制器、用于检测减重车与患者背部之间距离的距离传感器；
控制器包括距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块；
距离信息采集模块接收距离传感器采集的实时距离测量值，得到当前时刻的实时距离值Act_dis，并且通过计算得到当前时刻的实时距离值与设定的绝对距离值Abs_dis之间的距离差值Err_dis；
速度控制模块接收距离差值Err_dis，采用PID算法得到当前时刻的训练车速度修正值Act_speed；
电机驱动模块接收训练车速度值Act_speed并通过控制电机使训练车以Act_speed的速度行驶。


2.根据权利要求1所述的一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，其特征在于，所述的减重车包括跟随模式开关；所述的控制器还包括跟随模式切换模块，跟随模式切换模块接收跟随模式开关的开闭信息并使得距离信息采集模块、速度控制模块、电机驱动模块开始工作或停止工作。


3.根据权利要求2所述的一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，其特征在于，所述的减重车包括急停开关；所述的控制器还包括急停模块，急停模块接收急停开关的急停信息并使得距离信息采集模块、速度控制模块停止工作，并通过电机驱动模块、电机使减重车制动停车。


4.根据权利要求1-3任意一项所述的一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，其特征在于，由控制器将减重车与患者背部之间的实时距离与设定的绝对距离和/或安全距离比较，以调整减重车的行驶速度或确定减重车是否停车；
当检测到减重车与患者背部之间的实时距离大于绝对距离，控制器驱动减重车加速运动；
当检测到减重车与患者背部之间的实时距离小于绝对距离，控制器驱动减重车减速运动；
当检测到减重车与患者背部之间的实时距离等于绝对距离，控制器使减重车保持速度，匀速运动；
当检测到减重车与患者背部之间的实时距离小于安全距离时，控制器判定患者停止移动，驱动减重车以最大减速度减速停车或紧急制动。


5.根据权利要求2所述的一种通过检测距离实现直线跟随的康复减重步行训练车，其特征在于，其特征在于，所述的距离传感器安装于减重车上，距离传感器对准患者背部中央且其安装高度与患者背部中央高度相同，减重车与患者背部之间的实时距离为距离传感器与患者背部中央的横向距离。


6.根据权利要求2所述的一种通过检测距离实现直线跟随...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯雷，黄河，钱忆，陈赞，嵇兵，
申请(专利权)人：南京伟思医疗科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32