外骨骼性能测试方法、装置及系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种外骨骼性能测试系统，其包括用于采集穿戴者负重时的肌电信号、受压部位的压力数据和穿戴者的能量消耗数据的第一、二、三数据采集模块；以及与第一、二、三数据采集模块相连的第一、二、三数据获取模块；第一、二、三数据获取模块与上位终端相连，并将获取到的数据传输到上位终端，其中，上位终端根据获取到的压力数据、肌电信号和能量消耗数据，与预先采集到的基准参数进行性能测试，得到外骨骼性能测试结果。本发明专利技术的监测系统能够综合三个方面评估外骨骼的承重性能，为进一步优化外骨骼承重结构或助力结构提供可靠性依据。相应的，本发明专利技术还提供一种外骨骼性能测试装置和方法。方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
外骨骼性能测试方法、装置及系统
[0001]本申请要求2021年5月27日提交的中国申请CN2021105870608的优先权，该优先权中国专利申请以引用方式全文并入。


[0002]本专利技术涉及外骨骼
，尤其涉及一种用于测试外骨骼性能的方法、装置及系统。

技术介绍

[0003]随着科学技术的发展，现代运输能力得到大幅度的增强，但在特定的环境条件下人力运输仍然是最有效的运输方式，如：士兵边防巡逻、消防战士抢险救灾等[1
‑
3]。当背负负载过多时，负载会对肩部皮肤与软组织造成过度压迫，还会影响周边神经与血管，产生明显的肩部不适和疼痛等现象[4
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7]。背负10kg的背囊即会造成肩部肌肉含氧量以及皮肤血管的流量明显减少，背负等同于20％身体质量的背囊会影响携行者的耗氧量与疲劳度[8
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9]，过多的负重还会影响行进中的躯干平衡，长时间的负重会对人体生理结构造成严重的影响[10]。因此，有必要采取有效的解决方案，减少人体在负重过程中负载所带来的负担。
[0004]负重助力外骨骼已经被提出作为一种手段来减轻人体在负重时的负担[11]。Panizzolo FA等[12]对比了穿戴柔性负重外骨骼在负重行走的肌肉活动和能量消耗，表明该负重外骨骼能够提高负重行走的效率。DJ Hyun等[13]比较了负重外骨骼HUMA在负重20kg以5Km/h行走时的足部相互作用力,表明穿戴外骨骼后增加负重不会增加脚和脚模块之间的相互作用力。刘王智懿等[14]对比了穿戴轻量型柔性下肢外骨骼负重行走时的人体能量消耗，平均降低了15％。综上所述，目前国内外对负重外骨骼开展了负重行走实验评估研究，但对其承重支撑效果的评估方面不够全面。
[0005]然而对于负重外骨骼，拥有良好的支撑承载性能是它的首要功能，因此，有必要针对外骨骼负重支撑效果进行专门的量化测量。也即是说，目前亟需一种能够分别从肌电信号、压力、能量消耗功率三个方面测试负重外骨骼在站立负重时的承重性能(或综合测试该负重外骨骼对穿戴者的助力程度)的系统或方法，以为进一步优化外骨骼承重结构或助力结构提供可靠性依据。

技术实现思路

[0006]为了一定程度地缓解或克服上述问题，本专利技术提供了一种用于测试表征外骨骼性能的测试系统，使得可单独对任一表征参数，或者，同时对两个或三个表征参数进行测试，从而使得可根据所监测的表征参数进行数据分析，以评估负重外骨骼在站立负重时的承重性能，进而为进一步优化外骨骼承重结构或助力结构提供可靠性依据。
[0007]本专利技术的第一方面，在于提供一种外骨骼性能测试系统，包括：分别用于采集穿戴者在负重时的肌电信号、能量消耗数据、受压部位的压力数据的第一数据采集模块、第三数据采集模块和第二数据采集模块；
[0008]分别与第一、二、三数据采集模块相连，用于获取所采集的肌电信号、压力数据和能量消耗数据的第一数据获取模块、第二数据获取模块和第三数据获取模块；
[0009]上位终端，与第一、二、三数据获取模块相连，用于根据第一、二、三数据获取模块获取的肌电信号、压力数据和能量消耗数据，结合预设的基准参数进行性能测试，得到外骨骼性能测试结果；
[0010]其中，测试结果包括：用于表征缓解肌肉疲劳性能的第一表征参数、用于表征减重性能的第二表征参数和用于表征减耗性能的第三表征参数。
[0011]在一些实施例中，基准参数包括：基准肌电信号、基准压力数据和基准平均能量消耗功率，相应地，上位终端包括：
[0012]第一计算模块，用于根据肌电信号和基准肌电信号计算第一表征参数；
[0013]第二计算模块，用于根据压力数据和基准压力数据计算第二表征参数；
[0014]第三计算模块，用于根据能量消耗数据和基准平均能量消耗功率计算第三表征参数。
[0015]在一些实施例中，肌电信号包括：斜方肌和竖脊肌的肌电信号，相应地，第一计算模块具体包括：
[0016]第一肌电信号计算单元，用于根据斜方肌和竖脊肌的肌电信号计算肌电信号的时域特征积分肌电值；
[0017]第二肌电信号计算单元，用于根据时域特征积分肌电值和基准肌电信号计算第一表征参数。
[0018]在一些实施例中，压力数据包括穿戴者的左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据，相应地，第二计算模块具体包括：
[0019]第一压力计算单元，用于根据左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据计算待评估压力数据；
[0020]第二压力计算单元，用于根据待评估压力数据和基准压力数据计算第二表征参数。
[0021]在一些实施例中，能量消耗数据包括：耗氧量和二氧化碳呼出量，相应地，第三计算模块具体包括：
[0022]第一能量消耗功率计算单元，用于根据耗氧量和二氧化碳呼出量计算穿戴者的单位质量体重的平均能量消耗功率；
[0023]第二能量消耗功率计算单元，用于根据能量消耗功率和基准平均能量消耗功率计算第三表征参数。
[0024]在一些实施例中，测试结果还包括：用于表征外骨骼综合性能的第四表征参数；相应地，上位终端还包括第四计算模块，用于根据第一、二、三表征参数计算第四表征参数。
[0025]在一些实施例中，用于计算第四表征参数的数学模型如下：
[0026]L＝Aη1+Bη2+Cη3[0027]其中，L为所述第四表征参数，A、B、C为权重，η1为第一表征参数，η2为第二表征参数，η3为第三表征参数。
[0028]在一些实施例中，第一数据采集模块包括：
[0029]至少一个用于采集穿戴者斜方肌的肌电信号的第一肌电信号采集单元，与第一数
据获取模块相连；以及
[0030]至少一个用于采集穿戴者竖脊肌的肌电信号的第二肌电信号采集单元，与第一数据获取模块相连。
[0031]在一些实施例中，第二数据采集模块包括：
[0032]至少一个用于采集穿戴者的左肩胸处的压力数据的第一压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0033]至少一个用于采集穿戴者的右肩胸处的压力数据的第二压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0034]至少一个用于采集穿戴者的左肩峰处的压力数据的第三压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0035]至少一个用于采集穿戴者的右肩峰处的压力数据的第四压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0036]至少一个用于采集穿戴者的左肩背处的压力数据的第五压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0037]至少一个用于采集穿戴者的右肩背处的压力数据的第六压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0038]至少一个用于采集穿戴者的左前肩处的压力数据的第七压力采集单元，与第二数据获取模块相连；
[0039]至少一个用于采集穿戴者的右前肩处的压力数据的第八压力采集单元，与第二数据采集模块相连。
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外骨骼性能测试系统，其特征在于，包括：分别用于采集穿戴者在负重时的肌电信号、能量消耗数据、受压部位的压力数据的第一数据采集模块、第三数据采集模块和第二数据采集模块；分别与第一、二、三数据采集模块相连，用于获取所采集的所述肌电信号、所述压力数据和所述能量消耗数据的第一数据获取模块、第二数据获取模块和第三数据获取模块；上位终端，与第一、二、三数据获取模块相连，用于根据第一、二、三数据获取模块获取的所述肌电信号、所述压力数据和所述能量消耗数据，结合预设的基准参数进行性能测试，得到外骨骼性能测试结果；其中，所述测试结果包括：用于表征缓解肌肉疲劳性能的第一表征参数、用于表征减重性能的第二表征参数和用于表征减耗性能的第三表征参数。2.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述基准参数包括：基准肌电信号、基准压力数据和基准平均能量消耗功率，相应地，所述上位终端包括：第一计算模块，用于根据所述肌电信号和所述基准肌电信号计算所述第一表征参数；第二计算模块，用于根据所述压力数据和所述基准压力数据计算所述第二表征参数；第三计算模块，用于根据所述能量消耗数据和所述基准平均能量消耗功率计算所述第三表征参数。3.根据权利要求2所述的测试系统，其特征在于，所述肌电信号包括：斜方肌和竖脊肌的肌电信号，相应地，所述第一计算模块具体包括：第一肌电信号计算单元，用于根据所述斜方肌和竖脊肌的肌电信号计算所述肌电信号的时域特征积分肌电值；第二肌电信号计算单元，用于根据所述时域特征积分肌电值和所述基准肌电信号计算所述第一表征参数；和/或，所述压力数据包括所述穿戴者的左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据，相应地，所述第二计算模块具体包括：第一压力计算单元，用于根据所述左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据计算待评估压力数据；第二压力计算单元，用于根据所述待评估压力数据和所述基准压力数据计算所述第二表征参数；和/或，所述能量消耗数据包括：耗氧量和二氧化碳呼出量，相应地，所述第三计算模块具体包括：第一能量消耗功率计算单元，用于根据所述耗氧量和二氧化碳呼出量计算所述穿戴者的单位质量体重的平均能量消耗功率；第二能量消耗功率计算单元，用于根据所述能量消耗功率和所述基准平均能量消耗功率计算所述第三表征参数。4.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述测试结果还包括：用于表征所述外骨骼综合性能的第四表征参数；相应地，所述上位终端还包括第四计算模块，用于根据第一、二、三表征参数计算所述第四表征参数；其中，用于计算所述第四表征参数的数学模型如下：
其中，L为所述第四表征参数，A、B、C为权重，η1为第一表征参数，η2为第二表征参数，η3为第三表征参数。5.根据权利要求1所述的测试系统，其特征在于，所述第一数据采集模块包括：至少一个用于采集所述穿戴者斜方肌的肌电信号的第一肌电信号采集单元，与所述第一数据获取模块相连；以及至少一个用于采集所述穿戴者竖脊肌的肌电信号的第二肌电信号采集单元，与所述第一数据获取模块相连；和/或，所述第二数据采集模块包括：至少一个用于...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁博，郭晓东，朱革，崔银平，杨国庆，赵毅阳，张豪，
申请(专利权)人：重庆理工大学，
类型：发明
国别省市：