一种下肢康复设备及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种下肢康复设备及其控制方法，该设备包括控制器，以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件；所述身体姿态信息采集模块用于采集患者行走过程中的身体姿态信息；所述健康侧下肢组件用于采集患者健康侧下肢的关节动作数据，所述关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度；所述控制器用于将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据；所述延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔，延迟时间采用预设的经验值或利用身体姿态信息对经验值进行优化获得；所述患侧下肢组件用来根据关节动作数据，带动患侧下肢各关节动作。本发明专利技术可纠正患者病态步态，有利于行走步态恢复正常。常。常。

【技术实现步骤摘要】
一种下肢康复设备及其控制方法


[0001]本申请涉及康复机器人
，具体涉及一种下肢康复设备及其控制方法。

技术介绍

[0002]目前，全球由于各种疾病以及外伤导致的肢体失能、半失能人群达到1.28亿人，我国肢体失能患者达2500万人，其中下肢失能患者约1500万，而下肢康复训练是下肢失能患者进行步行康复治疗的重要手段。目前市场上常见的下肢康复器械，体积大且笨重，患者使用体验感并不佳。
[0003]为改善体验感，一些体积更小巧，使用更方便的下肢康复设备出现了。公开号CN 111773037A的中国专利申请，公开了一种单下肢康复外骨骼装置及其控制方法。该装置包括控制器，以及与控制器通信连接的健侧下肢组件和患侧下肢组件；健侧下肢组件用于安装于用户的健侧下肢处，患侧下肢组件用于安装于用户的患侧下肢处。其中，健侧下肢组件包含多个健侧压力传感器，患侧下肢组件包含多个患侧压力传感器，分别用来采集健侧和患侧的脚底压力值；控制器用于根据脚底压力值确定健侧下肢和患侧下肢的当前状态(包括抬起状态和支撑状态)，继而检测出用户的行走状态。但这种检测行走状态的方式，其不能准确反应行走过程中身体的真实姿态信息，且压力传感器分布于脚底，还存在安全隐患。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本申请的目的在于提供一种下肢康复设备及控制方法。
[0005]第一方面，本申请实施例提供了一种下肢康复设备，包括控制器，以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件；所述身体姿态信息采集模块用于采集患者行走过程中的身体姿态信息；所述健康侧下肢组件用于采集患者健康侧下肢的关节动作数据，所述关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度；
[0006]所述控制器用于接收身体姿态信息和健康侧下肢的关节动作数据，经延迟时间，将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据，并发送给患侧下肢组件；所述延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔，延迟时间采用预设的经验值或利用身体姿态信息对经验值进行优化获得；
[0007]所述患侧下肢组件用来根据接收的关节动作数据，带动患侧下肢各关节动作。
[0008]在一些具体实施方式中，所述带动患侧下肢关节动作，具体为：带动患侧下肢各关节按映射的角速度，弯曲到映射的弯曲角度。
[0009]在一些具体实施方式中，当延迟时间利用身体姿态信息对经验值进行优化获得时，采用如下优化方法：
[0010](1)初始以经验值作为初始的延迟时间，控制患侧下肢各关节动作；
[0011](2)同时，控制器根据采集的身体姿态信息计算双腿交替的实际间隔时间，将该实际间隔时间作为反馈值，将当前延迟时间作为设定值，利用PID法计算延迟时间的误差函数；
[0012](3)控制器根据误差函数调整延迟时间，将调整后的延迟时间作为新的延迟时间，控制患侧下肢各关节动作；
[0013](4)重复步骤(2)
‑
(3)，直至调整后的延迟时间与反馈值的差值小于预设阈值，将该调整后的延迟时间则为优化后的延迟时间。
[0014]在一些具体实施方式中，身体姿态信息采集模块为多轴陀螺仪。
[0015]在一些具体实施方式中，健康侧下肢组件包括髋关节弯曲度传感器、膝关节弯曲度传感器、踝关节弯曲度传感器，分别用来采集健康侧下肢髋关节、膝关节、踝关节的动作数据。
[0016]在一些具体实施方式中，健康侧下肢组件还包括健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件；所述健康侧大腿支撑件用来安装于健康侧大腿处，并与髋关节弯曲度传感器和膝关节弯曲度传感器相连；所述健康侧小腿支撑件用来安装于健康侧小腿处，并与膝关节弯曲度传感器和踝关节弯曲度传感器相连；所述健康侧脚部支撑件用来安装于健康侧脚部，并与踝关节弯曲度传感器相连。
[0017]在一些具体实施方式中，患侧下肢组件包括髋关节驱动单元、膝关节驱动单元、踝关节驱动单元，分别用来带动患侧下肢髋关节、膝关节、踝关节动作。
[0018]在一些具体实施方式中，患侧下肢组件还包括患侧大腿支撑件、患侧小腿支撑件和患侧脚部支撑件，所述患侧大腿支撑件用来安装于患侧大腿处，并与髋关节驱动单元和膝关节驱动单元相连；所述患侧小腿支撑件用来安装于患侧小腿处，并与膝关节驱动单元和踝关节驱动单元相连；所述患侧脚部支撑件用来安装于患侧脚部，并与踝关节驱动单元相连。
[0019]第二方面，本申请实施例提供了一种下肢康复设备的控制方法，所述方法应用于上述下肢康复设备，所述方法包括：
[0020]S110：当患者运动健康侧下肢时，健康侧下肢组件采集关节动作数据，并发送给控制器；
[0021]S120：控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据；
[0022]S130：经预设的延迟时间，控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据，并发送给患侧下肢组件；
[0023]S140：患侧下肢组件根据接收的关节动作数据，带动患侧下肢各关节动作。
[0024]第三方面，本申请实施例提供了另一种下肢康复设备的控制方法，所述方法应用于上述下肢康复设备，所述方法包括：
[0025]S210：当患者运动健康侧下肢时，健康侧下肢组件采集关节动作数据，并发送给控制器；
[0026]S220：身体姿态信息采集模块采集患者的身体姿态信息，并发送给控制器；
[0027]S230：控制器接收并存储健康侧下肢组件的关节动作数据和身体姿态信息；
[0028]S240：经延迟时间，控制器将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据，并发送给患侧下肢组件；延迟时间的初始值采用经验值；
[0029]S250：患侧下肢组件根据接收的关节动作数据，带动患侧下肢各关节动作；
[0030]S260：控制器根据身体姿态信息计算双腿交替的间隔时间；
[0031]S270：将步骤S260所计算的间隔时间作为反馈值，将当前的延迟时间作为设定值，
利用PID法计算延迟时间的误差函数；
[0032]S280：根据误差函数调整当前的延迟时间，将调整后的延迟时间作为新的延迟时间，执行步骤S240
‑
S270，直至调整后的延迟时间与当前的反馈值一致；
[0033]当调整后的延迟时间与当前的反馈值一致时，则停止调整延迟时间，固定当前的延迟时间，仅执行步骤S210
‑
S250。
[0034]与现有技术相比，本申请具有如下优点和有益效果：
[0035]1、考虑到正常情况下两侧下肢步态应基本一致，本申请将健康侧下肢的关节动作数据一一映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据，患侧下肢各关节根据相应的关节动作数据进行动作，可保证患侧下肢和健康侧下肢关节运动匹配，可纠正患者病态步态，有利于行走步态恢复正常。
[0036]2、在开展地面行走康复训练时，考虑到正常步态行走时，行走环境会影响两腿交替的时间间隔，出于安全性以及有利于纠本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种下肢康复设备，其特征是：包括控制器，以及与控制器通信连接的身体姿态信息采集模块、健康侧下肢组件和患侧下肢组件；所述身体姿态信息采集模块用于采集患者行走过程中的身体姿态信息；所述健康侧下肢组件用于采集患者健康侧下肢的关节动作数据，所述关节动作数据至少包括关节的弯曲角度和角速度；所述控制器用于接收身体姿态信息和健康侧下肢的关节动作数据，经延迟时间，将关节动作数据映射为患侧下肢对应关节的关节动作数据，并发送给患侧下肢组件；所述延迟时间为行走中双腿交替的时间间隔，延迟时间采用预设的经验值或利用身体姿态信息对经验值进行优化获得；所述患侧下肢组件用来根据接收的关节动作数据，带动患侧下肢各关节动作。2.如权利要求1所述的一种下肢康复设备，其特征是：所述带动患侧下肢关节动作，具体为：带动患侧下肢各关节按映射的角速度，弯曲到映射的弯曲角度。3.如权利要求1所述的一种下肢康复设备，其特征是：当延迟时间利用身体姿态信息对经验值进行优化获得时，采用如下优化方法：(1)初始以经验值作为初始的延迟时间，控制患侧下肢各关节动作；(2)同时，控制器根据采集的身体姿态信息计算双腿交替的实际间隔时间，将该实际间隔时间作为反馈值，将当前延迟时间作为设定值，利用PID法计算延迟时间的误差函数；(3)控制器根据误差函数调整延迟时间，将调整后的延迟时间作为新的延迟时间，控制患侧下肢各关节动作；(4)重复步骤(2)
‑
(3)，直至调整后的延迟时间与反馈值一致。4.如权利要求1所述的一种下肢康复设备，其特征是：所述身体姿态信息采集模块为多轴陀螺仪。5.如权利要求1所述的一种下肢康复设备，其特征是：所述健康侧下肢组件包括髋关节弯曲度传感器、膝关节弯曲度传感器、踝关节弯曲度传感器，分别用来采集健康侧下肢髋关节、膝关节、踝关节的动作数据。6.如权利要求5所述的一种下肢康复设备，其特征是：所述健康侧下肢组件还包括健康侧大腿支撑件、健康侧小腿支撑件、健康侧脚部支撑件；所述健康侧大腿支撑件用来安装于健康侧大腿处，并与髋关节弯曲度传感器和膝关节弯曲度传感器相连；所述健康侧小腿支撑件用来安装于健康侧小腿处，并与膝关节弯曲度传感器和踝关节弯曲度传感器相连；所述健康侧脚部支撑件用来安装于健康侧脚部，并与踝关节弯曲度传感器相连。7.如权利要求1所述的一种下肢康复设备，其特征是：所...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱元培，李尊，刘永，朱迪，刘易轩，何阳阳，
申请(专利权)人：新乡学院，
类型：发明
国别省市：