智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法技术方案

本发明专利技术涉及一种智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法，有效的解决了现有技术中足踝假肢都是无动力型，无法实现假肢脚部的背屈和跖屈运动，电动控制的下肢假肢无法满足截肢者的正常行走需求的问题；其解决的技术方案是包括阳四棱锥接头，支撑杆件，足踝部组件，底板，柔性支撑组件以及踝关节控制组件；所述足踝部组件，连接在底板两边后侧，其包括球头杆，球铰及其支撑杆件；本发明专利技术的智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法是实时采集数据，实时传输数据，实时整合数据，实时控制假肢做出相应动作的，同时肌电传感器采集肌电信号用于运动意图的识别，增加假肢运动的准确度，本发明专利技术的控制方法更能满足人体行走的各种情况。法更能满足人体行走的各种情况。法更能满足人体行走的各种情况。

【技术实现步骤摘要】
智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法


[0001]本专利技术涉及人体假肢
，具体地，涉及一种智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法。

技术介绍

[0002]根据第二次全国残疾人抽样调查，我国有肢体残疾人2412万，占残疾人总数的29.07％，其中下肢截肢者158万人，约占截肢者总数的70％，并且，小腿以下截肢者数量逐年增加。
[0003]足踝脚部假肢是小腿以下截肢者的重要辅助工具，他可以在一定程度上弥补截肢者的肢体缺陷。目前市场主流的足踝假肢通常都是无动力型，其在人行走过程中无法实现假肢脚部的背屈和跖屈运动，腿部运动与正常人来说有差以，难以实现高度对称性，并且产生大量的扭矩和力；市面上也存在一些电动控制的下肢假肢，控制方式大多是先建立不同场景下的步态模型然后导入假肢的控制系统，假肢监测行走时外部的环境，然后执行与之对应的步态控制，此控制能在一定程度上满足截肢者的正常行走需求，但是人的行走是无法用固定步态模型来确定的。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中的缺陷，本专利技术提供一种智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法，有效的解决了现有技术中足踝假肢都是无动力型，无法实现假肢脚部的背屈和跖屈运动，电动控制的下肢假肢无法满足截肢者的正常行走需求的问题。
[0005]根据本专利技术提供的一种智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法，所述方案如下：第一方面，提供的一种智能感知仿生足踝假肢系统，所述系统包括足踝假肢实体，所述足踝假肢实体包括：阳四棱锥接头，支撑杆件，底板，柔性缓冲组件，足踝部组件以及踝关节控制组件：优选的，所述柔性缓冲组件，其包括前足缓冲片，后足缓冲弹簧和后脚掌缓冲板，机构中的弹簧连接底板和后脚掌缓冲板，起到缓冲作用，前脚掌做了前足缓冲片作为缓冲装置，抵消其在行走过程中的作用反力，在步态周期中，背屈运动结束时后脚掌先着地弹簧储能并且前脚掌落地时缓冲片也起到缓冲作用降低落地时的冲击力，减少使用者的不适感觉。
[0006]优选的，所述足踝部组件，其包括左右两个球头杆和踝部转轴，球头杆因其自身的结构和功能还能防止运动时出现侧翻等问题，更好的保证协调性，让使用者在行走时变得更平稳。
[0007]优选的，所述球头杆上部带有螺纹，与支撑杆件螺纹连接，可以在一定范围内调节足踝假肢实体的整体高度，以适应不同的使用者，同时也解决了健康侧脚鞋子高度的变化而带来的高度变化。
[0008]优选的，所述足踝假肢实体控制足踝关节背屈和跖屈运动的主要机构是球铰、滑
块、丝杠螺母和丝杠，电动机控制丝杠的转动速度和方向，使得螺母沿着丝杠向上或向下做变速升降运动，螺母与球铰和滑块连接，滑块伴随螺母的上下运动而沿着底板的滑轨做平移运动。
[0009]优选的，所述球铰连接滑块，带动滑块在底板上滑动，从而使踝关节完成背屈和跖屈运动，该结构使穿戴假肢的人站立或行走时更加稳定。
[0010]优选的，所述前足缓冲片设计为弧形，因人的脚掌具有一定的韧性，且运动时脚背与脚趾之间存在角度的变化，故弧形前足缓冲片满足假肢弹性的需求，较市面上的一块钢板作为假肢前部更符合人体脚部运动规律。
[0011]优选的，所述足踝假肢实体带有声控开关，可以在长时间坐着或者不用腿的时候关闭假肢电动部分，节省电能。
[0012]第二方面，提供了一种智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法，所述方法包括：数据采集步骤：假肢使用者健康的一条腿佩戴陀螺仪传感器，用来实时采集不同步态，不同环境下健康的那条腿的步态信息，假肢脚背与小腿上的陀螺仪传感器用来监测假肢运动的实际情况，健康侧大腿佩戴肌电传感器，用于运动意图的识别，解码；数据整合步骤：根据陀螺仪传感器和肌电传感器实时采集的健康腿的步态信息，通过实体假肢控制器进行数据整合，转换，输出可以让假肢实现与健康腿相适应、镜像的步态动作的控制指令；假肢实际控制步骤：当人体想要走动时，通过肌电传感器智能识别人体运动意图，匹配相应行走环境下踝关节假肢所需的输出力矩，下肢假肢控制器接收到健康腿上陀螺仪传感器的信号输入，利用实体控制器实时输出踝关节的动作指令，实现踝关节假肢步态与健康腿的步态相适应的控制。
[0013]优选的，所述数据采集步骤中采集健康腿侧脚踝在不同步态下踝关节转动的角度和角加速度是实时采集。
[0014]优选的，所述数据采集步骤中采集健康腿的步态信息数据和肌电传感器的数据均由蓝牙模块无线传输到实体假肢控制器上，无线传输减少了使用者腿部线路的连接。
[0015]优选的，数据采集步骤中肌电传感器佩戴在健康腿侧大腿肌肉上，实时采集大腿肌肉的肌电信号，识别、解码人体运动意图，切换运动指令。
[0016]优选的，采用肌电传感器进行运动识别，识别确认要行走运动后，陀螺仪传感器开始工作，节省了电量，而假肢又因使用重量的要求无法佩戴很大容量电池，该方法有效的解决了假肢无法长时间续航问题。
[0017]优选的，所述数据采集过程是通过4块分别固定在健康腿侧脚背和小腿上，实体假肢脚背和小腿上的陀螺仪来实现。
[0018]与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果。
[0019]1.本专利技术的智能感知仿生足踝假肢系统实现了假肢步态运动的主动控制，可以通过电机，球铰、滑块、丝杠螺母和丝杠等机构来实现假肢的背屈或者跖屈运动，满足人体正常行走的需求，弥补了被动型假肢不能做背屈或者跖屈运动的缺陷。
[0020]2.本专利技术的智能感知仿生足踝假肢系统及控制方法是实时采集数据，实时传输数据，实时整合数据，实时控制假肢做出相应动作的，而不是提前录入一种或几种步态数据，然后假肢只能实现这几种步态，肌电信号采集可以识别、解码人体运动意图，切换运动指
令，同时声控开关可以方便假肢的开启和关闭，减少了假肢不必要的电量消耗，本专利技术的控制方法更能满足人体行走的各种情况。
附图说明
[0021]通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其它特征、目的和优点将会变得更明显：图1为智能感知仿生足踝假肢模型主体结构图；图2为智能感知仿生足踝假肢丝杠组件结构图；图3为智能感知仿生足踝假肢滑块组件结构图；图4为智能感知仿生足踝假肢底板结构展示图；图5为智能感知仿生足踝假肢控制方法整体流程示意图；图6为传感器固定在腿上的位置；图7为本专利技术实例提供下的假肢控制系统示意图；图8为智能感知仿生足踝假肢背屈运动示意图；图9为智能感知仿生足踝假肢跖屈运动示意图；附图标记：1.踝关节控制电机；2.阳四棱锥接头；3.支撑杆件；4.球头杆；5.后足缓冲弹簧；6.后脚掌缓冲板；7.前足缓冲片；8.底板；9.滑块组件；10. 丝杠组件；11. 丝杠筒上盖板；12.丝杠筒支架；13.丝杠；14.丝杠螺母；15.轴承；16.丝杠筒底座；17.球铰；18.滑块；19.滑轨；20. 踝部转轴。
实施方式
[0022]下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种智能感知仿生足踝假肢系统，其特征在于，包括：足踝关节假肢实体，所述足踝关节假肢实体包括：阳四棱锥接头，支撑杆件，底板，柔性缓冲组件，足踝部组件以及踝关节控制组件；所述柔性缓冲组件，其包括前足缓冲片，后足缓冲弹簧和后脚掌缓冲板，所述前足缓冲片位于底板前下侧，所述后足缓冲弹簧位于底板后下侧，所述后脚掌缓冲板与后足缓冲弹簧连接，位于最下侧；所述足踝部组件，其包括左右两个球头杆和踝部转轴，所述踝部转轴与底板连接，所述两个球头杆与踝部转轴连接，分布于底板两边后侧；所述踝关节控制组件，其包括丝杠组件和滑块组件，丝杠组件包括踝关节控制电机、丝杠筒支架、丝杠螺母和丝杠，滑块组件包括球铰、滑块，所述踝关节控制电机位于丝杠筒支架上方，所述丝杠与丝杠螺母和踝关节控制电机相连，位于丝杠筒支架内，所述球铰分别与丝杠螺母和滑块相连，位于丝杠筒支架前方。2.根据权利要求1所述踝关节控制组件，其特征在于，踝关节控制电机、球铰、滑块、丝杠螺母和丝杠是控制足踝关节背屈和跖屈运动的主要机构，电动机控制丝杠的转动速度和方向，使得螺母沿着丝杠向上或向下做变速升降运动，螺母与球铰和滑块连接，滑块伴随螺母的上下运动而沿着底板的滑轨做平移运动。3.根据权利要求2所述足踝部组件，其特征在于，两球头杆上部带有螺纹，与支撑杆件螺纹连接。4.根据权利要求1所述前足缓冲片，其特征在于，前足缓冲片设计为弧形。5.一种智能感知仿生足踝假肢控制方法，其特征在于，基于如权利要求1
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3中任意一项所述的智能感知仿生足踝假肢系统，包括：数据采集步骤：假肢使用者健康的一条腿佩戴陀螺仪传感器，用来实时采集不同步态，不同环境下健康的那条腿的步态信息，假肢脚背与小腿上的陀螺仪传感器用来监...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建平，范保军，刘金来，李天阳，倪国骅，刘宏建，刘建慧，曲海军，宋梦杰，
申请(专利权)人：王建平，
类型：发明
国别省市：