[发明专利]一种膝上假肢的路况识别系统

说明书

技术领域

本发明涉及人体下肢假肢技术，具体为一种膝上假肢的路况识别系统，可以对平地/上坡/下坡/上楼梯/下楼梯/障碍物六种不同路况进行识别，进而对膝关节假肢进行相应的控制，在减轻了残疾人负担的同时，使残疾人在行走过程中更加安全。

背景技术

下肢截肢者，尤其是膝上截肢者，安装假肢是残疾人恢复日常生活的唯一途径。目前进入市场的假肢类型，从开始的“被动式”假肢，例如简单的机械装置、连杆机构(多为四连杆机构)、气压或液压装置以及计算机智能化控制装置，到后来发明的增加了动力装置的“主动式”假肢，例如中国专利ZL200910068093.0中介绍的一种“主动式人腿假肢”，它可用驱动电机为假肢膝关节提供驱动力。假肢技术不断由低级到高级、由简单到复杂发展，逐渐能够满足截肢者的需求，尤其是“主动式”假肢，能够为穿戴者在上下楼梯、爬斜坡等运动过程中提供“被动式”假肢无法提供的有效动力。但是这些技术的重点都在对假肢膝关节的机构设计与控制，旨在减轻残疾人行走过程中的疲劳感，然而对楼梯、斜坡等外界路况信息的检测技术却鲜有提及。中国专利申请ZL201210417780.0中介绍的“一种动力型假肢膝关节”，在大腿残肢接受腔上安装陀螺仪和加速度传感器，在脚底安装足底压力传感器，通过对各传感器信息的综合分析，控制假肢膝关节运动，虽然从硬件上可以对下肢不同行走模式进行识别，但是并未提及具体的路况识别方法。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出：一种膝上假肢的路况识别系统。该系统主要用于膝上假肢，能够识别人体行走过程中常见的六种路况，为驱动“主动式”假肢提供控制信号，从而帮助残疾人解决上楼梯、爬斜坡等路况遇到的问题。

本发明解决所述路况识别问题的技术方案为：设计一种膝上假肢的路况识别系统。该路况识别系统包括假肢膝关节、假肢小腿管和假脚，其特征在于该路况识别系统还包括脚跟光电传感器模块、脚尖光电传感器模块、陀螺仪模块、单片机模块和驱动电机模块；所述脚跟光电传感器模块包括脚跟光电传感器及脚跟放大滤波电路，脚尖光电传感器模块包括脚尖光电传感器及脚尖放大滤波电路，脚跟光电传感器模块和脚尖光电传感器模块分别安装在假脚的脚跟和脚尖，用于检测假肢行走过程中路况信息；所述陀螺仪模块包括陀螺仪及陀螺仪放大滤波电路，安装在假肢小腿管的正前方，位于假肢膝关节和假脚中间，用于检测假肢小腿管在运动过程中前后摆动的角速度特征；所述驱动电机模块包括直流电机及其正反转控制电路，安装在假肢膝关节与假肢小腿管之间的上部位置；所述单片机模块由单片机芯片、最小系统基本电路、模拟量输入接口电路、开关量输出接口电路组成，安装在假肢膝关节与假肢小腿管之间的驱动电机模块下方的位置，陀螺仪模块的上方；

所述脚跟光电传感器与脚跟放大滤波电路电连接，脚尖光电传感器与脚尖放大滤波电路电连接，陀螺仪与陀螺仪放大滤波电路电连接；脚跟光电传感器模块、脚尖光电传感器模块、陀螺仪模块均分别通过各自的放大滤波电路与单片机模块的模拟量输入接口电路电连接；所述单片机模块的最小系统基本电路、模拟量输入接口电路分别连接在单片机芯片的一侧，开关量输出接口电路连接在单片机芯片的另一侧；所述驱动电机模块的正反转控制电路与单片机模块的开关量输出接口电路相连接，直流电机一端与正反转控制电路电连接，直流电机另一端与假肢膝关节相连。

与现有技术相比，本发明的一种膝上假肢的路况识别系统在已有动力型假肢技术的基础上，通过在假肢小腿管上安装陀螺仪模块，在假脚脚尖和脚跟安装光电传感器模块建立了路况信息采集模块，克服了现有技术缺乏及时的路况识别方法的缺陷。通过单片机处理检测到的各种传感器信息，及时准确地识别平地/上坡/下坡/上楼/下楼/障碍物六种路况,根据不同路况控制驱动电机，为假肢穿戴者提供动力，使其轻松地完成上楼梯、爬斜坡、跨越障碍等日常活动，提高其生活质量，使其更好地融入社会，进行正常的生活。

附图说明

图1为本发明膝上假肢的路况识别系统一种实施例的硬件部分安装示意图；

图2为本发明膝上假肢的路况识别系统一种实施例的硬件部分工作原理流程图；

图3为本发明膝上假肢的路况识别系统一种实施例的陀螺仪模块一个步态周期信号的趋势图；

图4为本发明膝上假肢的路况识别系统一种实施例的路况识别流程图。

具体实施方法

下面结合实施例及其附图对本发明进一步说明，但本发明不限于本实施例。