多元信号反馈式电刺激下肢康复器制造技术

本发明专利技术提供了一种多元信号反馈式电刺激下肢康复器，包括：三角支撑底架，成对髋关节可调杆组件、大腿可调杆组件、小腿可调杆组件、脚踏板、滚珠丝杠电机、直线推杆电机、髋关节转动件、膝关节转动件、踝关节转动件、配电箱、手持触摸终端、膝关节角度传感器、踝关节角度传感器；脚踏板上安装有训练靴，脚踏板和训练靴通过两个压力传感器连接，且训练靴内设有压力传感器；配电箱内部安装控制模块、电源及电机驱动器，控制模块分别与各角度传感器、压力传感器、电机驱动器及手持触摸终端连接，控制模块根据手持触摸终端下发的指令控制下肢康复器进行动作，并根据各角度传感器和压力传感器的反馈实现对不同工作模式下的主被动控制。反馈实现对不同工作模式下的主被动控制。反馈实现对不同工作模式下的主被动控制。

【技术实现步骤摘要】
多元信号反馈式电刺激下肢康复器


[0001]本专利技术涉及控制
，尤其涉及一种多元信号反馈式电刺激下肢康复器。

技术介绍

[0002]下肢功能障碍患者，经过早期的康复治疗，可实现部分或全部性功能恢复，重获新生。目前我国康复医护人员紧缺，资源分配不均衡，康复医疗器械的研究和推广为康复医疗领域面临的问题提供了很好的解决方案。
[0003]下肢康复机器人按其结构和功能可以分为减重式步态康复机器人、辅助行走外骨骼康复机器人、足底驱动式康复机器人。减重式步态康复机器人一般由减重机构和医用跑台两部分组成，患者可在减重状态下在医用跑台上进行步态康复训练，以锻炼下肢肌肉，恢复神经系统，提升患者行走能力；辅助行走外骨骼康复机器人包括传统的刚性外骨骼机器人和新兴的柔性外骨骼机器人，俗称“钢铁侠”，也称“可穿戴机器人”，助行外骨骼机器人和人一样有着相似的关节，人体骨骼相对外骨骼机器人称为内骨骼，患者穿戴外骨骼，可在外骨骼的辅助动力下帮助行走、起立、坐下等下肢动作，减轻患者行走负担；足底驱动式康复机器人是通过作用于人体足部进行康复训练的机器人，主要由机械脚踏板和直线滑台组成，更适用于早期脑卒中患者。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提供了一种多元信号反馈式电刺激下肢康复器，对鞋底压力、足底压力、膝关节和踝关节角度以及腿部肌电信号进行采集，反馈给控制系统，控制系统对信号进行处理并控制膝关节和踝关节运动电机，带动使用者腿部完成康复训练，并在训练中施加一定的功能性电刺激，辅助使用者完成训练，进而达到运动神经重塑，步态恢复，满足使用者的康复需求。
[0005]本专利技术提供的技术方案如下：
[0006]一种多元信号反馈式电刺激下肢康复器，包括：三角支撑底架，成对髋关节可调杆组件、成对大腿可调杆组件、成对小腿可调杆组件、脚踏板、滚珠丝杠电机、直线推杆电机、成对髋关节转动件、成对膝关节转动件、成对踝关节转动件、配电箱及手持触摸终端；其中，
[0007]所述髋关节可调杆组件对称分布于腿部两侧，单侧髋关节可调杆组件的一端与三角支撑底架的支撑关节连接，另一端与对应侧髋关节转动件连接；
[0008]单侧大腿可调杆组件的一端与对应侧髋关节转动件连接，与对应侧髋关节可调杆组件形成转动副，另一端与对应侧膝关节转动件连接；两侧大腿可调杆组件底部通过圆弧支撑架形成左右连接，完成关节限位，进行大腿部支撑；所述膝关节转动件上设置有感应膝关节角度的膝关节角度传感器；
[0009]单侧小腿可调杆组件的一端与对应侧膝关节转动件连接，与对应侧大腿可调杆组件形成转动副，另一直线所在端与对应侧踝关节转动件连接；两侧小腿可调杆组件的一端底部通过圆弧支撑架形成左右连接，另一端底部通过锐角直杆U型架形成左右连接，圆弧支
撑架与U型架完成关节限位，圆弧支撑架进行小腿部支撑；所述踝关节转动件上设置有感应踝关节角度的踝关节角度传感器；
[0010]所述脚踏板两侧分别与对应侧踝关节转动件连接，底部与所述直线推杆电机连接；且所述脚踏板上安装有训练靴，脚踏板和训练靴通过两个分设于上半脚掌和下半脚掌处的压力传感器连接，且训练靴内于足尖、足底、腓骨长肌健及拇展肌处分设有压力传感器；
[0011]所述滚珠丝杠电机固定于三角支撑底架的底座主架上，前部转轴与滚珠丝杠连接，设置于滚珠丝杠上的移动滑块通过中间小连杆与小腿可调杆组件之间的U型架连接；所述直线推杆电机与两侧小腿可调杆组件及脚踏板形成转动副连接；
[0012]所述配电箱固定于三角支撑底架的底座主架上，内部安装控制模块、电源及电机驱动器，其中，所述控制模块分别与各角度传感器、压力传感器、电机驱动器及手持触摸终端连接，所述控制模块根据所述手持触摸终端下发的指令控制所述下肢康复器进行动作，并根据各角度传感器和压力传感器的反馈实现对下肢康复器不同工作模式下的主动和被动控制，其中，配置的膝关节角度传感器、踝关节角度传感器、各压力传感器、配电箱及手持触摸终端形成多元信号反馈式电刺激下肢康复器控制系统；
[0013]所述多元信号反馈式电刺激下肢康复器控制系统还包括用于贴于大腿股外侧肌和小腿比目鱼肌处的肌电采集传感器，与所述控制模块连接，用于采集大腿股外侧肌和小腿比目鱼肌处的肌电信号并将其发送至控制模块，以判断患者在运动过程中的肌电状态。
[0014]本专利技术提供的多元信号反馈式电刺激下肢康复器中，至少能够带来以下有益效果：
[0015]1、能够通过手持触摸终端设置训练模式和参数，可以对使用者进行膝关节和踝关节的联动康复训练，使训练过程更贴近正常行走步态；
[0016]2、能够通过采集角度、压力、肌电信号进行反馈，实时获取运动状态和使用者的运动意图，进行运动助力，实现主动控制，并在运动控制过程施加以辅助性功能电刺激，促进大脑神经重塑，提高康复效率；
[0017]3、提供了基于编码器的步进电机闭环控制，配合限位开关，可实现运动步态的柔顺控制，并提供可靠的安全保护功能。
附图说明
[0018]下面将以明确易懂的方式，结合附图说明优选实施方式，对上述特性、技术特征、优点及其实现方式予以进一步说明。
[0019]图1为本专利技术多元信号反馈式电刺激下肢康复器立体结构示意图；
[0020]图2为本专利技术多元信号反馈式电刺激下肢康复器侧示意图；
[0021]图3为本专利技术膝关节转动件零件示意图；
[0022]图4为本专利技术膝关节转动件角度传感器安装示意图；
[0023]图5为本专利技术踝关节转动件零件示意图；
[0024]图6为本专利技术多元反馈式电刺激下肢康复器系统功能图；
[0025]图7为本专利技术多元反馈式电刺激下肢康复器系统的被动训练信号反馈流程图；
[0026]图8为本专利技术多元反馈式电刺激下肢康复器系统的主动训练信号反馈流程图；
[0027]图9为本专利技术柔顺控制算法具体流程图。
[0028]附图标记说明：
[0029]1‑
三角支撑底架，2
‑
髋关节可调杆组件，3/4
‑
大腿可调杆组件，5/6
‑
小腿可调杆组件，7
‑
髋关节尺寸调节紧固件，8
‑
大腿部尺寸调节紧固件，9
‑
小腿部尺寸调节紧固件，15
‑
编码器，10
‑
髋关节转动件，11
‑
膝关节转动件，12
‑
踝关节转动件，13
‑
脚踏板，14
‑
配电箱，16
‑
滚珠丝杠电机，17
‑
滚珠丝杠滑台，18
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直线推杆电机，19
‑
编码器销连接件，20
‑
滚珠丝杠电机销连接件，21
‑
滚珠丝杠导向滑块，22
‑
滑块连接件。
具体实施方式
[0030]为了更清楚地说明本专利技术实本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多元信号反馈式电刺激下肢康复器，其特征在于，包括：三角支撑底架，成对髋关节可调杆组件、成对大腿可调杆组件、成对小腿可调杆组件、脚踏板、滚珠丝杠电机、直线推杆电机、成对髋关节转动件、成对膝关节转动件、成对踝关节转动件、配电箱及手持触摸终端；其中，所述髋关节可调杆组件对称分布于腿部两侧，单侧髋关节可调杆组件的一端与三角支撑底架的支撑关节连接，另一端与对应侧髋关节转动件连接；单侧大腿可调杆组件的一端与对应侧髋关节转动件连接，与对应侧髋关节可调杆组件形成转动副，另一端与对应侧膝关节转动件连接；两侧大腿可调杆组件底部通过圆弧支撑架形成左右连接，完成关节限位，进行大腿部支撑；所述膝关节转动件上设置有感应膝关节角度的膝关节角度传感器；单侧小腿可调杆组件的一端与对应侧膝关节转动件连接，与对应侧大腿可调杆组件形成转动副，另一直线所在端与对应侧踝关节转动件连接；两侧小腿可调杆组件的一端底部通过圆弧支撑架形成左右连接，另一端底部通过锐角直杆U型架形成左右连接，圆弧支撑架与U型架完成关节限位，圆弧支撑架进行小腿部支撑；所述踝关节转动件上设置有感应踝关节角度的踝关节角度传感器；所述脚踏板两侧分别与对应侧踝关节转动件连接，底部与所述直线推杆电机连接；且所述脚踏板上安装有训练靴，脚踏板和训练靴通过两个分设于上半脚掌和下半脚掌处的压力传感器连接，且训练靴内于足尖、足底、腓骨长肌健及拇展肌处分设有压力传感器；所述滚珠丝杠电机固定于三角支撑底架的底座主架上，前部转轴与滚珠丝杠连接，设置于滚珠丝杠上的移动滑块通过中间小连杆与小腿可调杆组件之间的U型架连接；所述直线推杆电机与两侧小腿可调杆组件及脚踏板形成转动副连接；所述配电箱固定于三角支撑底架的底座主架上，内部安装控制模块、电源及电机驱动器，其中，所述控制模块分别与各角度传感器、压力传感器、电机驱动器及手持触摸终端连接，所述控制模块根据所述手持触摸终端下发的指令控制所述下肢康复器进行动作，并根据各角度传感器和压力传感器的反馈实现对下肢康复器不同工作模式下的主动和被动控制，其中，配置的膝关节角度传感器、踝关节角度传感器、各压力传感器、配电箱及手持触摸终端形成多元信号反馈式电刺激下肢康复器控制系统；所述多元信号反馈式电刺激下肢康复器控制系统还包括用于贴于大腿股外侧肌和小腿比目鱼肌处的肌电采集传感器，与所述控制模块连接，用于采集大腿股外侧肌和小腿比目鱼肌处的肌电信号并将其发送至控制模块，以判断患者在运动过程中的肌电状态。2.如权利要求1所述的多元信号反馈式电刺激下肢康复器，其特征在于，所述多元信号反馈式电刺激下肢康复器控制系统还包括贴附于大腿股直肌和小腿胫骨前肌处的贴片电极，与所述控制模块连接，用于贴附处施加脉冲电刺激。3.如权利要求1所述的多元信号反馈式电刺激下肢康复器，其特征在于，所述下肢康复器还包括髋关节尺寸调节紧固件、大腿部尺寸调节紧固件及小腿部尺寸调节紧固件，其中，单侧髋关节可调杆组件与三角支撑底架的支撑关节通过对应侧的髋关节尺寸调节紧固件连接，以调节尺寸；单侧大腿可调杆组件由两部分组成，中间由大腿部尺寸调节紧固件连接，以调节大腿部尺寸长度；单侧小腿可调杆组件由两部分组成，中间由小腿部尺寸调节紧固件连接，以调节小腿部尺寸长度。
4.如权利要求1
‑
3任意一项所述的多元信号反馈式电刺激下肢康复器，其特征在于，所述下肢康复器的工作模式包括被动训练和主动训练，由手持触摸终端下发至控制模块，被动训练和主动训练的控制过程中包括：在所述被动训练下，通过膝关节角度传感器的角度大小和变化方向来确定膝关节的运动属于伸展或者屈曲及相应的实时角度值；通过踝关节角度传感器的角度大小和变化方向来确定踝关节的运动属于背屈或者跖屈及相应的实时角度值；通过与滚珠丝杠电机主轴相连的编码器和滚珠丝杠电机的控制信号来实现膝关节运动的速度反馈与控制；通过大腿股外侧肌和小腿比目鱼肌处采集分离出的肌电痉挛信号实现痉挛检测，通过足底腓骨长肌健、拇展肌分布的压力传感器信号进行姿态检测；在主动训练过程中，通过膝关节角度传感器的角度大小和变化方向来确定膝关节的运动属于伸展或者屈曲及相应的实时角度值；通过踝关节角度传感器的角度大小和变化方向来确定踝关节的运动属于背屈或者跖屈及相应的实时角度值；通过运动角度极限值到达的次数确定当前的训练进度，当训练次数达到预设次数时结束训练；通过大腿股外侧肌和小腿比目鱼肌处采集分离出的肌电信号和分布在足底和鞋底的压力信号，确定当前的运动意图，控制运动电机执行相应运动，并根据角度变化来验证运动方向的正确性；通过大腿...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴全玉，孙玉彬，何丹颖，李科岐，陶为戈，王田虎，李姝，刘晓杰，王永星，潘玲佼，
申请(专利权)人：江苏理工学院，
类型：发明
国别省市：