[发明专利]一种可穿戴膝关节智能助力装置及其助力方法

权利要求书

1.一种可穿戴膝关节智能助力装置，其特征在于，包括可折叠气囊（1）、气动系统和控制系统，气动系统接收控制系统信号，对可折叠气囊（1）进行充、放气；可折叠气囊（1）由若干个单独的气囊（2）依次连接组成，所有气囊（2）的底端串联成一体；可折叠气囊（1）内充满气体展开时呈扇形状，未充入气体时呈折叠状；可折叠气囊（1）用于安装在腘窝（8）处辅助膝关节运动；

可折叠气囊（1）通过弹性外包裹（5）安装在腘窝（8）处，弹性外包裹（5）用于套装在膝关节上；弹性外包裹（5）的上部与下部分别固定有一个弹力带（6），两个弹力带（6）均用于捆绑在下肢上；

该装置通过气动系统调整气囊内气流方向及流量，调节内部气压，以实现对可折叠气囊的刚度调节，从而为膝关节的弯曲和伸展运动提供实时辅助；

可折叠气囊（1）选用弹性材料；

气动系统包括供气装置（7）和气体管道（3）；气体管道（3）的一端和供气装置（7）的气体输出端连接，另一端和可折叠气囊（1）的气体输送端口（9）连接；

气体管道（3）上设置有电控阀门（4），用于控制气体管道（3）内气体的通断、气压和流量；供气装置（7）由电池提供电能；

所述可穿戴膝关节智能助力装置的助力方法为：

1）将可折叠气囊（1）固定在腘窝（8）处；将各传感器安装在各自的采集信号区域；

2）膝关节运动时：

2-1）传感系统识别并采集用户运动过程中的脚底地面反作用力、可折叠气囊（1）与膝关节之间的作用力、膝关节角度、心率信息及体温信息，可折叠气囊（1）内的气压信息，并传递至接收模块；

2-2）接收模块接收传感系统传递的所有信息并传输至滤波模块；

2-3）滤波模块降噪处理输入的信息，将降噪处理后的信息传输至处理器；

2-4）处理器内部存储有用户正常运动过程中膝关节的角度以及地面反作用力标准变化曲线；将某时刻膝关节角度和地面反作用力分别与各自的标准变化曲线比对，通过人体逆动力学算法计算出某时刻膝关节需要的辅助力矩值，将辅助力矩值转换为可折叠气囊（1）的输出力矩；将可折叠气囊（1）输出力矩转换为可折叠气囊（1）的气压变化值，根据气压变化值下达充放气指令，同时将充放气动作指令信息传输至输出模块；将心率信息及体温信息传输至输出模块；将心率信息及体温信息传输至输出模块；监测可折叠气囊（1）对膝关节的作用力，超出设定值，停止指定动作命令的输出；

2-5）输出模块将处理器输入的充放气动作指令信息传输至气动系统中，同时将心率信息和体温信息在智能系统中显示；

2-6）气动系统依据输出模块传入的动作指令信息，调整气体的方向及流量，进而调节可折叠气囊（1）中的气压，以实现对可折叠气囊（1）的刚度调节；

3）重复步骤2）至用户膝关节运动结束。

2.根据权利要求1所述的一种可穿戴膝关节智能助力装置，其特征在于，所述控制系统包括：

传感系统，用于识别并采集用户运动过程中的地面反作用力、可折叠气囊（1）与膝关节之间的作用力、膝关节角度、心率信息及体温信息，可折叠气囊（1）内的气压信息，并传递至接收模块；

接收模块，用于接收传感系统传递的所有信息并传输至滤波模块；

滤波模块，用于降噪处理输入的信息，将降噪处理后的信息传输至处理器；

处理器，用于进行数据比对与计算，并下达充放气指令；处理器内部存储有用户正常运动过程中膝关节的角度以及地面反作用力标准变化曲线；将某时刻膝关节角度和地面反作用力分别与各自的标准变化曲线比对，通过人体逆动力学算法计算出某时刻膝关节需要的辅助力矩值，将辅助力矩值转换为可折叠气囊（1）的输出力矩；将可折叠气囊（1）输出力矩转换为可折叠气囊（1）的气压变化值，根据气压变化值下达充放气指令，同时将充放气动作指令信息传输至输出模块；将心率信息及体温信息传输至输出模块；监测可折叠气囊（1）对膝关节的作用力，超出设定值，停止指定动作命令的输出；

输出模块，将处理器输入的充放气动作指令信息传输至气动系统，同时将心率信息和体温信息在智能系统中显示。