[发明专利]一种下肢康复机器人足底多维传感装置

说明书

技术领域

本发明属于康复医疗器械，特别是一种下肢康复机器人的足底多维传感装置。

背景技术

下肢康复机器人是康复治疗技术与机器人技术结合的高新技术产物，主要用于恢复功能性障碍患者的下肢运动功能。中枢神经装置具有高度的可塑性，这已在神经康复领域得到有效阐明和验证，康复机器人带动患者重复训练，可使患者运动功能的可塑性达到最优，通过功能性的渐进性治疗，最终帮助患者重新获得运动功能。

燕山大学研发的多关节下肢康复机器人，具有被动训练、辅助训练和抗阻训练三种训练模式，而下肢康复机器人辅助训练的功能是通过识别患者的运动意图，跟随并辅助人体下肢完成既定轨迹运动的过程。

获取患者运动意图的技术中，基于生物电信号下的运动意图的获取是康复机器人领域近几年研究的热点，但这种运动信号的获取方式在国内外文献中还处于试验阶段，还未真正进入“运动意图”的实用化阶段。而力控制获取运动意图的技术比较成熟,基于力控制方法提出一种足底多维传感装置，用于获得患者下肢末端足底力，通过力平衡方程和力矩平衡方程计算得到患者下肢各关节力矩，进而依据此关节力矩,分析得到患者的运动意图，并利用PID算法来控制康复机器人各电机运动速度，驱动康复机器人机械臂带动患者进行单关节辅助训练和多关节辅助训练。

国内外研究足底力传感装置的学者专家比较多，但用于康复机器人足底力传感装置比较少。目前主要的有哈尔滨工程大学的张立勋等人，在专利《足底力传感器》中公开一种足底力传感器，它是由四根贴有应变片的悬臂梁组成的传感器，可实现除横向力之外的五维力/力矩测量，具有成本低，原理误差小，结构简单，耐用，可靠性高的特点。赵小文等人在《一种炭黑-硅橡胶足底压力分布测量装置》文章中提出的足底压力分布测量装置设计了一套成本低、操作简单、响应快、可用于人体足底压力分布测量装置，该装置是基于炭黑－硅橡胶良好的压敏特性，可以检测各种接触面的压力分布和大小，具有类似于皮肤柔韧性的触觉传感器，并且利用LabVIEW可编程软件，设计了人体足底压力分布测量装置，其软件编程简单灵活，人机交互界面直观，可移植性强，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点，该装置可实现人体足底压力分布的实时显示。

张立勋等人研究的足底力传感器是五维力传感器，而大部分现有的康复机器人都是研究人矢状面内的三个自由度，一个三维力传感器装置就足够了，降低装置运算量；而赵小文提出的足底力分布测量装置依靠分布在足底板不同位置传感器信号的变化来判断步态的变化，简单来说只测出了垂直于足底板的压力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构紧凑、成本低、可直接获取患者多维足底压力、摩擦力和力矩的下肢康复机器人足底多维传感装置。本发明主要基于力控制方法提出一种下肢康复机器人足底多维传感装置，用于获得患者下肢末端足底受力情况，通过力平衡方程和力矩平衡方程计算得到患者下肢各关节力矩数据，进而依据此关节力矩数据分析得到患者的运动意图，并利用PID算法来控制康复机器人各电机运动规律，驱动康复机器人带动患者进行单关节和多关节辅助训练。