一种单侧髋关节助行机器人及控制方法技术

本申请提供了一种单侧髋关节助行机器人及控制方法，涉及助行机器人技术领域；腰部固定组件包括背包，背包内设有控制系统；健侧穿戴组件包括用于采集健侧大腿运动信息的健侧编码器，健侧编码器对应设置于健侧髋关节位置，健侧编码器与控制系统电连接；患侧动力组件包括动力单元和采集患侧大腿运动信息的患侧编码器，动力单元和患侧编码器设于患侧腿部连接杆对应于患侧髋关节位置，动力单元和患侧编码器分别与控制系统电连接。针对偏瘫用户，采用单关节动力方案，进一步降低重量，降低设备对患者的负担；运动意图识别简单准确；助力力矩自适应调节。力矩自适应调节。力矩自适应调节。

【技术实现步骤摘要】
一种单侧髋关节助行机器人及控制方法


[0001]本申请涉及助行机器人
，特别是一种单侧髋关节助行机器人及控制方法。

技术介绍

[0002]随着社会的发展，人口老龄化问题日益严峻，脑卒中患者人数每年逐增，脑卒中偏瘫患者患者在康复后期，已经具备了站立平衡能力，以及一定程度的行走能力，但在居家过程中缺少医院的专业康复设备，无法持续的进行有效的康复治疗。
[0003]针对因患侧肌肉萎缩，导致步态畸形，步行能力下降的脑卒中偏瘫患者，该类患者在前期可通过医院中的下肢康复外骨骼设备进行步态康复训练，而在康复后期，因传统的下肢康复外骨骼设备笨重、庞大以及昂贵，导致患者无法在家庭中持续进行有效的康复治疗。而实际上，患者在康复后期，已经具备了站立平衡能力，以及一定程度的行走能力，只是行走能力较弱，其主要原因为下肢肌力受影响导致的屈髋肌力不足，无法持续或者较好的抬起大腿进行迈步。要进行肌力康复，则必须坚持行走训练，此时患者则陷入无法有效康复的恶性循环中。
[0004]然而现有技术中，基本集中在正常人或老年人的髋关节助力助行方面，极少涉及到偏瘫患者助力助行，设备对于偏瘫患者而言，其设备重量仍存在一定负担，从设备整体设计以及功能需求而言，均无从偏瘫患者的具体情况进行考虑设计。因此对于该类患者，需要一种有效、轻便的康复设备，通过提供下肢运动助力，辅助患者居家持续进行行走康复训练，提高下肢肌力。

技术实现思路

[0005]鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种单侧髋关节助行机器人及控制方法，包括：
[0006]一种单侧髋关节助行机器人，包括：腰部固定组件、健侧穿戴组件和患侧动力组件，所述健侧穿戴组件和所述患侧动力组件分别设于所述腰部固定组件的两侧；
[0007]所述腰部固定组件包括背包，所述背包内设有控制系统；
[0008]所述健侧穿戴组件包括用于采集健侧大腿运动信息的健侧编码器，所述健侧编码器对应设置于健侧髋关节位置，所述健侧编码器与所述控制系统电连接；
[0009]所述患侧动力组件包括动力单元和用于采集患侧大腿运动信息的患侧编码器，所述动力单元和所述患侧编码器对应设置于患侧髋关节位置；所述动力单元和所述患侧编码器分别与所述控制系统电连接；
[0010]当患者穿戴所述助行机器人时，所述腰部固定组件设置在对应于所述患者的腰部位置；所述健侧穿戴组件对应于所述患者的健侧下肢；所述患侧动力组件对应于所述患者的患侧下肢；所述控制系统通过所述背包固定于所述患者的背部位置，其中，所述健侧编码器对应于所述患者的健侧髋关节位置，所述患侧编码器对应于所述患者的患侧髋关节位
置。
[0011]优选的，所述控制系统包括主控单元、蓝牙单元、电源管理单元和锂电池，所述主控单元、所述蓝牙单元和所述电源管理单元之间相互电连接，所述电源管理单元与所述锂电池电连接，所述蓝牙单元与外部设备端通信连接。
[0012]优选的，所述腰部固定组件还包括腰部连接杆和腰带，所述腰带粘接于所述腰部连接杆的内侧，所述腰部连接杆的开口端设有相互配合的卡扣；所述背包和所述腰部固定组件上连接有可调肩带。
[0013]优选的，所述健侧穿戴组件还包括健侧腿部连接杆，所述患侧动力组件还包括患侧腿部连接杆，所述健侧腿部连接杆和所述患侧腿部连接杆的底端均设有腿部绑带。
[0014]优选的，所述健侧穿戴组件和所述患侧动力组件还包括固定支架，所述固定支架设于所述腰带两侧向下延伸的连接部，所述固定支架上设有连接带，所述连接带连接于所述卡扣；所述健侧编码器、所述动力单元和所述患侧编码器分别连接于所述固定支架上。
[0015]优选的，所述固定支架上设有旋转臂，健侧和患侧的所述旋转臂分别与所述健侧腿部连接杆和所述患侧腿部连接杆的顶端铰接。
[0016]一种应用于上述任一项所述的单侧髋关节助行机器人的控制方法，所述控制方法用于针对外骨骼助行机器人；包括：
[0017]获取穿戴者健侧髋关节的健侧运动参数；
[0018]依据所述健侧运动参数确定穿戴者腿部的运动意图；
[0019]获取穿戴者患侧髋关节的患侧运动参数；
[0020]依据所述运动意图和所述患侧运动参数确定患侧输出力矩，并将所述输出力矩发送至所述控制系统。
[0021]优选的，所述健侧运动参数包括健侧髋关节角度、健侧髋关节角速度和健侧髋关节角加速度；所述依据所述健侧运动参数确定穿戴者腿部的运动意图的步骤，包括：
[0022]记录并处理所述健侧运动参数，提取所述健侧运动参数的运动特征信息；
[0023]依据提取到的所述所述运动特征信息确定穿戴者腿部的运动意图；其中，所述运动意图包括抬腿迈步意图和落地意图。
[0024]优选的，所述依据提取到的所述运动特征信息确定穿戴者腿部的运动意图的步骤，包括：
[0025]依据所述健侧髋关节角速度的大小确定抬腿迈步意图或落地意图；
[0026]当所述健侧髋关节角速度大于预设角速度阈值，确定所述运动意图为抬腿迈步意图；
[0027]当所述健侧髋关节角速度从正值变为负值的瞬间，确定所述所述运动意图为落地意图。
[0028]优选的，所述患侧运动参数包括患侧髋关节角度、患侧髋关节角速度和患侧髋关节角加速度，所述依据所述运动意图和所述患侧运动参数确定患侧输出力矩的步骤，包括：
[0029]依据所述运动意图生成输出助力曲线；
[0030]依据所述患侧髋关节角度、患侧髋关节角速度和患侧髋关节角加速度调整所述输出助力曲线的输出力矩值和助力时间，确定患侧输出力矩。
[0031]本申请具有以下优点：
[0032]在本申请的实施例中，通过腰部固定组件、健侧穿戴组件和患侧动力组件，所述健侧穿戴组件和所述患侧动力组件分别设于所述腰部固定组件的两侧；所述腰部固定组件包括背包，所述背包内设有控制系统；所述健侧穿戴组件包括用于采集健侧大腿运动信息的健侧编码器，所述健侧编码器对应设置于健侧髋关节位置，所述健侧编码器与所述控制系统电连接；所述患侧动力组件包括动力单元和用于采集患侧大腿运动信息的患侧编码器，所述动力单元和所述患侧编码器对应设置于患侧髋关节位置；所述动力单元和所述患侧编码器分别与所述控制系统电连接；当患者穿戴所述助行机器人时，所述腰部固定组件设置在对应于所述患者的腰部位置；所述健侧穿戴组件对应于所述患者的健侧下肢；所述患侧动力组件对应于所述患者的患侧下肢；所述控制系统通过所述背包固定于所述患者的背部位置，其中，所述健侧编码器对应于所述患者的健侧髋关节位置，所述患侧编码器对应于所述患者的患侧髋关节位置。通过采用背包式结构，个人可自行在站立或坐下的情况下进行穿戴，重量轻便，穿戴便捷，特殊的针对偏瘫患者，采用单侧关节动力设计，健侧采用轻便式磁编结构获取健侧运动信息，同时固定在患者的髋关节，直观有效的获取健侧运动信息；在软件、控制方案上，根据用户情况进行个性化调整助力等级等；只需通过髋关节电机两端的编码器本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单侧髋关节助行机器人，其特征在于，包括：腰部固定组件、健侧穿戴组件和患侧动力组件，所述健侧穿戴组件和所述患侧动力组件分别设于所述腰部固定组件的两侧；所述腰部固定组件包括背包，所述背包内设有控制系统；所述健侧穿戴组件包括用于采集健侧大腿运动信息的健侧编码器，所述健侧编码器对应设置于健侧髋关节位置，所述健侧编码器与所述控制系统电连接；所述患侧动力组件包括动力单元和用于采集患侧大腿运动信息的患侧编码器，所述动力单元和所述患侧编码器对应设置于患侧髋关节位置；所述动力单元和所述患侧编码器分别与所述控制系统电连接；当患者穿戴所述助行机器人时，所述腰部固定组件设置在对应于所述患者的腰部位置；所述健侧穿戴组件对应于所述患者的健侧下肢；所述患侧动力组件对应于所述患者的患侧下肢；所述控制系统通过所述背包固定于所述患者的背部位置，其中，所述健侧编码器对应于所述患者的健侧髋关节位置，所述患侧编码器对应于所述患者的患侧髋关节位置。2.根据权利要求1所述的单侧髋关节助行机器人，其特征在于，所述控制系统包括主控单元、蓝牙单元、电源管理单元和锂电池，所述主控单元、所述蓝牙单元和所述电源管理单元之间相互电连接，所述电源管理单元与所述锂电池电连接，所述蓝牙单元与外部设备端通信连接。3.根据权利要求1所述的单侧髋关节助行机器人，其特征在于，所述腰部固定组件还包括腰部连接杆和腰带，所述腰带粘接于所述腰部连接杆的内侧，所述腰部连接杆的开口端设有相互配合的卡扣；所述背包和所述腰部固定组件上连接有可调肩带。4.根据权利要求3所述的单侧髋关节助行机器人，其特征在于，所述健侧穿戴组件还包括健侧腿部连接杆，所述患侧动力组件还包括患侧腿部连接杆，所述健侧腿部连接杆和所述患侧腿部连接杆的底端均设有腿部绑带。5.根据权利要求4所述的单侧髋关节助行机器人，其特征在于，所述健侧穿戴组件和所述患侧动力组件还包括固定支架，所述固定支架设于所述腰带两侧向下延伸的连接部，所述固定支架上设有连接带，...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶晶，陈功，叶志峰，周谟龙，陈浩林，王安喜，
申请(专利权)人：深圳市迈步机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：