一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法技术

本发明专利技术公开了一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法，采用包括被动控制模式和主动控制模式，在被动模式中，通过获取相应身高的左右髋关节角度、左右膝关节角度的步态数据，通过中央处理器的处理下，并将此信号传递至电机模组，驱动下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成患者被动运动；主动控制模式是需要先采集患者各个动作的肌电信号，并将此信号放大及滤波处理，建立各个动作的肌电信号作为已知的康复训练的动作意图库，对滤波后的肌电信号进行动作与肌电信号的一一映射，并根据患者身高获取的步态数据的数据；通过中央处理器把膝关节和髋关节的步态数据进行转化。旨在解决现有可穿戴下肢康复外骨骼机器人康复训练模式单一，患者参主动性差的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法
本专利技术涉及机器人
，具体涉及一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法。
技术介绍
目前，全球由于骨关节病、退行性改变、脑瘫等疾病或外伤导致的肢体失能或半失能人群达到1.28亿人，并每年以4%递增。我国肢体失能患者有2500万人，其中下肢失能患者大约有1500万左右。随着老龄人口激增、脑血管疾病高发等因素，下肢失能人群正在迅速扩大。下肢康复训练是针对该类疾病患者步行康复治疗的重要手段之一，已有大量的临床研究证实了其有效性。传统的人工手动的下肢康复训练状态通常是将下肢康复装置悬挂在活动踏板上，并需要两名或以上康复师维护患者身体平衡。这种手动辅助下肢康复训练，训练时间短，训练效率低，工作强度大；训练效果与治疗师或康复师的技术和经验密切相关；忽略了被治疗者的主动运动意图，缺乏治疗信息的反馈，导致患者参与治疗的主动性不够。目前我国康复训练研发康复机器人来替代人工治疗师或康复师，但这些康复机器人为被动控制方法，只能根据设定的步态驱动各个关节的电机从而实现下肢康复外骨骼带动患者被动运动，很难达到理想的康复训练要求。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法，以解决现有可穿戴下肢康复外骨骼机器人适用性差、康复训练模式单一，患者参主动性差的技术问题。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案：设计一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法，包括被动控制模式和主动控制模式；其中，被动控制模式包括如下步骤：其中，被动控制模式包括如下步骤：B1:根据患者身高获取相应的左右髋关节角度、左右膝关节角度的步态数据，并将获取的步态数据传递至中央处理器；B2:通过中央处理器把获取的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组；B3:电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成患者被动控制模式的康复训练；主动控制模式包括如下步骤：Z1:患者康复训练前先采集患者各个动作的肌电信号，对各个动作的肌电信号进行放大及滤波器处理；Z2:把滤波处理后的各个动作的肌电信号存储在肌电采集设备中作为已知的康复训练的动作意图库；Z3:在患者康复训练的过程中，实时采集患者的肌电信号，通过肌电采集装置对经滤波器处理后的肌电信号进行动作与肌电信号的一一映射；通过肌电采集装置中输出的动作意图对应的膝关节和髋关节的步态数据，并根据患者身高获取步骤Z2中动作意图库中所对应的膝关节和髋关节的步态数据；Z4:通过中央处理器把获取此时刻的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组中的驱动板，驱动电机模组执行驱动指令，电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成此时刻所对应的动作指令；Z5:通过电机模组中的绝对值编码器获取此时刻电机转动轴旋转的角度，通过USBCAN设备实时把获取的电机转动轴旋转的角度发送给中央处理器；为下一时刻的动作意图做准备，依次循环完成患者主动控制模式下的康复训练。优选的，主动和被动分别用于下肢失能不同等级的患者，患者下肢完全失能采集不到肌电信号时采用被动控制模式。优选的，所述电机模组是由绝对值编码器、谐波减速器、电机驱动板、电机等组成；电机驱动板接收到指令，驱动电机转动到指定角度，进而完成下肢康复外骨骼的动控制模式或主动控制模式下的康复训练。优选的，在步骤Z1中，所述滤波器为陷波滤波器。优选的，所述肌电采集装置输入端通过输入线与中央处理器接口连接，肌电采集装置输出端通过输出线与贴在患者下肢对应肌肉群的肌电片连接。与现有技术相比，本专利技术的有益技术效果在于：本专利技术采用自动化的下肢康复训练装置代替传统的康复训练，提高了康复训练的效率和康复效果；采用主动和被动康复训练模式，满足患者不同康复阶段的要求，同时兼顾患者情绪的需求；康复训练的自动化程度高；步态轨迹的参数化，易于实现主动训练模式下步态轨迹的在线调整；控制策略引入了患者的主动运动意图，增强其康复治疗的信心，便于理疗师评估病人的康复状况，做出最优康复计划。同时本专利技术在主动控制时，通过采取患者的肌电信号，并将肌电信号经过放大和滤波处理，得到康复训练的动作意图库，肌电信号进行动作与肌电信号的一一映射，其中肌电信号是众多肌纤维中运动单元动作电位在时间和空间上的叠加，人体的神经肌肉活动伴随着相应电生理信号的释放。因此表面肌电信号能在一定程度上反映神经肌肉的活动。提高了患者康复的主动性；主动控制模式具有神经康复的功能。具体实施方式下面结合实施例来说明本专利技术的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本专利技术，并不以任何方式限制本专利技术的范围，在以下实施例中所涉及的仪器设备如无特别说明，均为常规仪器设备；所涉及的工业原料（试剂、原料视情况选择）如无特别说明，均为市售常规工业原料。实施例1：一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法，包括被动控制模式和主动控制模式；主动和被动分别用于下肢失能不同等级的患者，患者下肢完全失能采集不到肌电信号时采用被动控制模式，其中，被动控制模式包括如下步骤：其中，被动控制模式包括如下步骤：B1:根据患者身高获取相应的左右髋关节角度、左右膝关节角度的步态数据，如，提取身高185cm的步态数据作为标准步态数据，不同身高的步态数据以185cm身高的步态数据作为基础进行调整，例如调整髋关节和膝关节的最大角度、步态数据同乘系数来增大和缩小步幅来获取不同的步态数据，并将获取的步态数据传递至中央处理器；B2:中央处理器把获取的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组；B3:电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成患者被动控制模式的康复训练；主动控制模式包括如下步骤：Z1:患者康复训练前先采集患者各个动作的肌电信号，对各个动作的肌电信号进行放大及陷波滤波器处理；Z2:把滤波处理后的各个动作的肌电信号存储在肌电采集设备中作为已知的康复训练的动作意图库；Z3:在患者康复训练的过程中，实时采集患者的肌电信号，通过肌电采集装置对经滤波器处理后的肌电信号进行动作与肌电信号的一一映射；通过肌电采集装置中输出的动作意图对应的膝关节和髋关节的步态数据，并根据患者身高获取步骤Z2中动作意图库中所对应的膝关节和髋关节的步态数据；Z4:通过中央处理器把获取此时刻的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组中的驱动板，驱动电机模组执行驱动指令，电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成此时刻所对应的动作指令；Z5:通过电机模组中的绝对值编码器获取此时刻电机转动轴旋转的角度，通过USBCAN设备实时把获取的电机转动轴旋转的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法，其特征在于，包括被动控制模式和主动控制模式，/n其中，被动控制模式包括如下步骤：/nB1: 根据患者身高获取相应的左右髋关节角度、左右膝关节角度的步态数据，并将获取的步态数据传递至中央处理器；/nB2: 通过中央处理器把获取的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组；/nB3: 电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成患者被动控制模式的康复训练；/n主动控制模式包括如下步骤：/nZ1:患者康复训练前先采集患者各个动作的肌电信号，对各个动作的肌电信号进行放大及滤波器处理；/nZ2: 把滤波处理后的各个动作的肌电信号存储在肌电采集设备中作为已知的康复训练的动作意图库；/nZ3:在患者康复训练的过程中，实时采集患者的肌电信号，通过肌电采集装置对经滤波器处理后的肌电信号进行动作与肌电信号的一一映射；通过肌电采集装置中输出的动作意图对应的膝关节和髋关节的步态数据，并根据患者身高获取步骤Z2中动作意图库中所对应的膝关节和髋关节的步态数据；/nZ4: 通过中央处理器把获取此时刻的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组中的驱动板，并驱动电机模组执行驱动指令，电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成此时刻所对应的动作指令；/nZ5:通过电机模组中的绝对值编码器获取此时刻电机转动轴旋转的角度，通过USBCAN设备实时把获取的电机转动轴旋转的角度发送给中央处理器；为下一时刻的动作意图做准备，依次循环完成患者主动控制模式下的康复训练。/n...

【技术特征摘要】
1.一种可穿戴下肢康复外骨骼控制方法，其特征在于，包括被动控制模式和主动控制模式，
其中，被动控制模式包括如下步骤：
B1:根据患者身高获取相应的左右髋关节角度、左右膝关节角度的步态数据，并将获取的步态数据传递至中央处理器；
B2:通过中央处理器把获取的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组；
B3:电机模组根据接收到的指令驱动所述下肢康复外骨骼根据对应的步态数据完成患者被动控制模式的康复训练；
主动控制模式包括如下步骤：
Z1:患者康复训练前先采集患者各个动作的肌电信号，对各个动作的肌电信号进行放大及滤波器处理；
Z2:把滤波处理后的各个动作的肌电信号存储在肌电采集设备中作为已知的康复训练的动作意图库；
Z3:在患者康复训练的过程中，实时采集患者的肌电信号，通过肌电采集装置对经滤波器处理后的肌电信号进行动作与肌电信号的一一映射；通过肌电采集装置中输出的动作意图对应的膝关节和髋关节的步态数据，并根据患者身高获取步骤Z2中动作意图库中所对应的膝关节和髋关节的步态数据；
Z4:通过中央处理器把获取此时刻的左右髋关节角度、左右膝关节角度通过USBCAN设备实时发送给下肢康复外骨骼各个关节所对应的电机模组中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建伟，李正茂，柴亚珂，
申请(专利权)人：深圳沃立康生物医疗有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44