[发明专利]一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统及其操作方法

权利要求书

1.一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，健侧患侧协同的主动下肢训练系统，包括肌电电极(2)、外骨骼(6)、传感器、陀螺仪(3)和计算机，肌电电极(2)分布在患者(1)的健侧腿部以及患侧腿部，传感器和陀螺仪(3)设置在健侧腿部，计算机分别与肌电电极(2)、传感器和陀螺仪(3)连接，外骨骼(6)设置在患侧腿部，外骨骼(6)通过电机(5)与计算机连接，计算机用于接收肌电电极(2)、传感器和陀螺仪(3)输入的信号并根据结果驱动电机(5)带动外骨骼(6)运动并通过人机交互界面产生镜像神经元诱发及视觉反馈；传感器包括角度传感器(4)和压力传感器(10)，角度传感器(4)包括多个，分别设置在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处，压力传感器(10)设置在健侧脚底；陀螺仪(3)包括多个，分别设置在健侧腿部的大腿和小腿处，用于测量健侧腿部的运动速度；在患者(1)的健侧腿部以及患侧腿部设置肌电电极(2)用于检测健侧和患侧腿部的EMG信号；在健侧腿部设置多个陀螺仪(3)，在健侧腿部的髋关节、膝关节和踝关节处分别设置角度传感器(4)，在健侧脚底设置压力传感器(10)，用于测量健侧腿部的运动特征；在患侧腿部设置外骨骼(6)，并与电机(5)连接，肌电电极(2)、陀螺仪(3)、角度传感器(4)、压力传感器(10)和电机(5)分别与计算机连接，计算机接收肌电电极(2)、角度传感器(4)、压力传感器(10)和陀螺仪(3)输入的信号并进行分析，采用患侧对健侧的时间差模仿驱动外骨骼(6)运动，将肌电电极(2)的主动性检测反馈到人机交互界面上并产生视觉刺激，患者(1)通过主动调节速度方式自主调节速度，肌电电极(2)分布在健侧和患侧的大腿、小腿及脚踝上，检测健侧及患侧腿部EMG信号，并传入计算机；计算机以记录的时间差为基准，信号经预处理后，在时域上，同步健侧-患侧所对应的EMG信号点，对健侧及患侧EMG信号进行分析，以患侧及健侧所对应电极信号的相关性代表肌肉参与的主动性及正确性，当压力传感器(10)开始记录压力时，健侧开始运动；当压力传感器(10)的数值达到阈值时，健侧运动完成，由压力传感器(10)采集数值确定外骨骼(6)运动起止时间，确定健侧及患侧的运动时间差，电机(5)驱动患侧外骨骼(6)模仿协同健侧。

2.根据权利要求1所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，患侧对健侧的时间差模仿驱动具体为：计算机通过对健侧腿部的角度传感器(4)、压力传感器(10)、陀螺仪(3)和肌电电极(2)的检测信号的整合，通过电机(5)控制外骨骼(6)带动患侧腿部运动，使患侧腿进行主动运动。

3.根据权利要求1所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，主动性检测反馈具体为：计算机将肌电电极(2)主动性检测的分析结果分配到患侧每块肌肉，并在人机交互界面上以肌肉颜色变化的方式反馈给患者(1)，同时将实际中角度传感器(4)、压力传感器(10)、陀螺仪(3)和肌电电极(2)检测到的运动姿态信息同步反馈到人机交互界面，将患者(1)同步反馈的位置姿态信息以及肌肉颜色变化信息呈现给患者(1)，形成视觉刺激，激发镜像神经元。

4.根据权利要求1所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，健侧腿部的角度传感器(4)和陀螺仪(3)检测健侧运动角度和速度特征信号，将采集信号输入计算机获得健侧运动速度及每个关节的驱动角度，健侧信息经计算机转化后发给患侧的电机(5)，使患侧运动与健侧运动一致。

5.根据权利要求1所述的一种健侧患侧协同的主动下肢训练系统的操作方法，其特征在于，主动调节速度具体为：计算机通过健侧输入信号模仿健侧运动，控制患侧的电机(5)驱动外骨骼(6)带动患侧运动，患侧运动完全模仿健侧，患者通过自主调节健侧腿部的速度调整患侧运动，进而调整整体步速。