一种家用便携型肘关节功能辅助器具及控制方法技术

本发明专利技术提供了一种家用便携型肘关节功能辅助器具，包括：动力传送机构，包括壳体以及设置在壳体内的同步带；驱动机构，包括驱动电机以及电流传感器；肘部托盘，与驱动电机固定连接；肘部运动执行机构，包括从动轴、前臂连杆、异形轴、卷簧、机盖以及透盖；前臂托盘，与前臂连杆固定连接；以及中央控制模块，用于进行控制，包括操作界面、中央控制器以及电机驱动器，其中，从动轴处还设有加速度传感器，异形轴的两端分别设有平切面和矩形凸台，该平切面连接有角速度传感器，前臂托盘处还设有压力传感器点阵。本发明专利技术还提供了一种家用便携型肘关节功能辅助器具的控制方法来对家用便携型肘关节功能辅助器具进行控制。功能辅助器具进行控制。功能辅助器具进行控制。

【技术实现步骤摘要】
一种家用便携型肘关节功能辅助器具及控制方法


[0001]本专利技术属于康复工程
，具体涉及一种家用便携型肘关节功能辅助器具及控制方法。

技术介绍

[0002]康复机器人作为一种自动化、智能化的康复医疗设备，可以有效弥补传统康复治疗中理疗师的经验、情绪和体力等主观因素的影响的不足，从而患者自主实现主动式康复训练。主动式训练方式适用于患者康复中后期，旨在引导患者主动运动，实现机器人和患者之间的交互控制。康复功能辅助器具通过对患者给予一定的助力辅助患者完成相应的康复训练动作，避免对患者造成二次损伤。但是现有技术中，康复功能辅助器具的体积都较大，且不能根据不同患者的不同情况实时调整提供的助力，实用性和便捷性较差。

技术实现思路

[0003]本专利技术是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种家用便携型肘关节功能辅助器具及控制方法。
[0004]本专利技术提供了一种家用便携型肘关节功能辅助器具，具有这样的特征，包括：动力传送机构，包括壳体以及设置在壳体内的同步带；驱动机构，包括与同步带连接的驱动电机以及与驱动电机连接的用于采集实时电流数据的电流传感器；肘部托盘，与驱动电机固定连接，用于放置肘部；肘部运动执行机构，包括设置在壳体内的从动轴、与从动轴连接的前臂连杆、与从动轴连接的异形轴、与从动轴连接的卷簧、设置在卷簧外部的机盖以及与机盖配合连接的透盖；前臂托盘，与前臂连杆固定连接，用于放置前臂；以及中央控制模块，用于进行控制，包括操作界面、中央控制器以及电机驱动器，其中，从动轴处还设有加速度传感器，用于采集转动速度，异形轴的两端分别设有平切面和矩形凸台，该平切面连接有角速度传感器，用于实时监测转动角度，前臂托盘处还设有压力传感器点阵，用于获取目标位置压力信息，包括获取患者手臂与手臂托盘的接触面的压力分布信息以及压力数据的大小、压力数据变化趋势，电流传感器、加速度传感器、角速度传感器以及压力传感器点阵均与中央控制器通信连接来将采集的数据传输给中央控制器进行数据处理，并将数据在操作界面进行显示，电机驱动器通过Modbus总线与驱动电机连接，用于控制驱动电机。
[0005]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具中，还可以具有这样的特征：其中，透盖上还设有六个均匀分布的矩形槽，机盖上还设有六个均匀分布的凸台，透盖和机盖通过矩形槽和凸台进行配合连接，透盖通过矩形槽和凸台的配合变动进行转动来定量调节卷簧的预紧力，透盖单次转动角度为60
°
。
[0006]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具中，还可以具有这样的特征：其中，同步带围绕驱动电机的转轴和从动轴进行设置，驱动电机通过同步带驱动从动轴进行转动来带动前臂连杆进行运动。
[0007]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具中，还可以具有这样的特征：其
中，透盖的中心还设有透盖通孔，异形轴还设有异形轴法兰，透盖通孔与异形轴配合使用，透盖通孔的孔径略大于异形轴法兰的直径。
[0008]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具中，还可以具有这样的特征：其中，从动轴还设有大矩形切口，矩形凸台与大矩形切口配合使用，从动轴通过大矩形切口带动异形轴运动，使得从动轴和异形轴的运动特征一致，并进一步带动角度传感器运动来测量旋转角度，矩形凸台的厚度小于大矩形切口的开口宽度的1％。
[0009]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具中，还可以具有这样的特征：其中，透盖内还设有凹槽来容纳卷簧，该凹槽设有一个侧边凸起，卷簧的一端与从动轴固定连接，另一端固定在侧边凸起内与透盖进行固定连接，通过转动透盖来调节卷簧的预紧力，提供大小不同的助力效果。
[0010]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具中，还可以具有这样的特征：其中，压力传感器点阵为8*8点阵，大小为7cm*5cm，压力采集范围在0.01N～100N，压力分布信息包括压力传感器点阵所采集的压力数据在患者手臂的分布坐标值，用于检测手臂的放置位置。
[0011]本专利技术还提供了一种家用便携型肘关节功能辅助器具的控制方法，具有这样的特征，以下步骤：
[0012]步骤1，在患者将手臂与肘部对应放置于手臂托盘和肘部托盘后，通过角度传感器采集手臂进行运动时的两个极限运动位置作为安全位置数据；
[0013]步骤2，将安全位置数据通信传入中央控制器，中央控制器根据极限运动位置进行安全限位，限制前臂连杆的运动范围；
[0014]步骤3，通过操作面板选择被动示教模式或主动助力模式来进行康复训练，并在训练过程中实时采集电流传感器、加速度传感器、角速度传感器以及压力传感器点阵的数据，中央控制器基于采集的数据，根据给定的模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出串级PID控制参数，中央控制器发出控制指令，通过电机驱动器控制驱动电机来使肘部运动执行机构做出相应的康复动作；
[0015]步骤4，训练周期结束后，驱动电机停止运行，
[0016]其中，步骤2中，中央控制器根据极限运动位置进行安全限位，在康复训练过程中，前臂连杆的运动位置不能超过极限运动位置，前臂连杆的运动范围的公式如下：
[0017]θ
high
＞θ
real
＞θ
low
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0018]公式(3)中，θ
real
为前臂连杆的运动角度，θ
high
为前臂连杆的最高运动位置，θ
low
为前臂连杆的最低运动位置。
[0019]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具的控制方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，选择被动示教模式后，具体包括如下步骤：
[0020]步骤A1，当选择为被动示教模式时，中央控制器进入状态数据采集，驱动电机处于待机状态；
[0021]步骤A2，由康复医师带领患者完成一套康复训练运动，在康复训练运动过程中通过加速度传感器和角速度传感器实时采样记录驱动电机的运动过程状态数据，并将运动过程状态数据传入中央控制器进行存储；
[0022]步骤A3，康复医师带领患者的康复训练运动结束后，通过操作面板选择停止记录，
中央控制器停止状态数据采集，中央控制器根据存储的运动过程状态数据通过电机驱动器对驱动电机进行对应控制来进行康复训练运动的复现；
[0023]步骤A4，中央控制器根据运动过程状态数据调整模糊PID参数，并输出对应的电机控制信号，电机驱动器通过Modbus总线将电机控制信号传输至驱动电机来进行康复训练运动的复现。
[0024]在本专利技术提供的家用便携型肘关节功能辅助器具的控制方法中，还可以具有这样的特征：其中，步骤3中，选择主动助力模式后，具体包括如下步骤：
[0025]步骤B1，当选择为主动助力模式时，中央控制器进行预设助力值设置，通过操作面板来确定预设助力值，并根据患者肌肉张力的不同情况设置助力方向，分别为屈曲助力和伸展助力，辅助患者进行肘关节屈本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于，包括：动力传送机构，包括壳体以及设置在所述壳体内的同步带；驱动机构，包括与所述同步带连接的驱动电机以及与所述驱动电机连接的用于采集实时电流数据的电流传感器；肘部托盘，与所述驱动电机固定连接，用于放置肘部；肘部运动执行机构，包括设置在所述壳体内的从动轴、与所述从动轴连接的前臂连杆、与所述从动轴连接的异形轴、与所述从动轴连接的卷簧、设置在所述卷簧外部的机盖以及与所述机盖配合连接的透盖；前臂托盘，与所述前臂连杆固定连接，用于放置前臂；以及中央控制模块，用于进行控制，包括操作界面、中央控制器以及电机驱动器，其中，所述从动轴处还设有加速度传感器，用于采集转动速度，所述异形轴的两端分别设有平切面和矩形凸台，该平切面连接有角速度传感器，用于实时监测转动角度，所述前臂托盘处还设有压力传感器点阵，用于获取目标位置压力信息，包括获取患者手臂与所述手臂托盘的接触面的压力分布信息以及压力数据的大小、压力数据变化趋势，所述电流传感器、所述加速度传感器、所述角速度传感器以及所述压力传感器点阵均与所述中央控制器通信连接来将采集的数据传输给所述中央控制器进行数据处理，并将数据在所述操作界面进行显示，所述电机驱动器通过Modbus总线与所述驱动电机连接，用于控制所述驱动电机。2.根据权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于：其中，所述透盖上还设有六个均匀分布的矩形槽，所述机盖上还设有六个均匀分布的凸台，所述透盖和所述机盖通过所述矩形槽和所述凸台进行配合连接，所述透盖通过所述矩形槽和所述凸台的配合变动进行转动来定量调节所述卷簧的预紧力，所述透盖单次转动角度为60
°
。3.根据权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于：其中，所述同步带围绕所述驱动电机的转轴和所述从动轴进行设置，所述驱动电机通过所述同步带驱动所述从动轴进行转动来带动所述前臂连杆进行运动。4.根据权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于：其中，所述透盖的中心还设有透盖通孔，所述异形轴还设有异形轴法兰，所述透盖通孔与所述异形轴配合使用，所述透盖通孔的孔径略大于所述异形轴法兰的直径。5.根据权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于：其中，所述从动轴还设有大矩形切口，所述矩形凸台与所述大矩形切口配合使用，所述从动轴通过所述大矩形切口带动所述异形轴运动，使得所述从动轴和所述异形轴的运动特征一致，并进一步带动所述角度传感器运动来测量旋转角度，所述矩形凸台的厚度小于所述大矩形切口的开口宽度的1％。6.根据权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于：其中，所述透盖内还设有凹槽来容纳所述卷簧，该凹槽设有一个侧边凸起，所述卷簧的一端与所述从动轴固定连接，另一端固定在所述侧边凸起内与所述透盖进行固定连接，通
过转动所述透盖来调节所述卷簧的预紧力，提供大小不同的助力效果。7.根据权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具，其特征在于：其中，所述压力传感器点阵为8*8点阵，大小为7cm*5cm，压力采集范围在0.01N～100N，所述压力分布信息包括所述压力传感器点阵所采集的压力数据在患者手臂的分布坐标值，用于检测手臂的放置位置。8.一种如权利要求1所述的家用便携型肘关节功能辅助器具的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在患者将手臂与肘部对应放置于所述手臂托盘和所述肘部托盘后，通过所述角度传感器采集手臂进行运动时的两个极限运动位置作为安全位置数据；步骤2，将所述安全位置数据通信传入所述中央控制器，所述中央控制器根据所述极限运动位置进行安全限位，限制所述前臂连杆的运动范围；步骤3，通过所述操作面板选择被动示教模式或主动助力模式来进行康复训练，并在训练过程中实时采集所述电流传感器、所述加速度传感器、所述角速度传感器以及所述压力传感器点阵的数据，所述中央控制器基于采集的数据，根据给定的模糊规则进行模糊推理，最后对模糊参数进行解模糊，输出串级PID控制参数，所述中央控制器发出控制指令，通过所述电机驱动器控制所述驱动电机来使所述肘部运动执行机构做出相应的康复动作；步骤4，训练周期结束后，所述驱动电机停止运...

【专利技术属性】
技术研发人员：贺晨，程铭，何艳，罗胜利，贺婉莹，杜妍辰，张健，李建谕，
申请(专利权)人：中国残疾人辅助器具中心，
类型：发明
国别省市：