[发明专利]一种可穿戴膝关节智能助力装置及其助力方法有效
申请号: | 201810871735.X | 申请日: | 2018-08-02 |
公开(公告)号: | CN109044732B | 公开(公告)日: | 2021-06-22 |
发明(设计)人: | 袁建平;方静;孙冲;崔尧;王明明 | 申请(专利权)人: | 西北工业大学 |
主分类号: | G06F13/00 | 分类号: | G06F13/00;A61H1/02 |
代理公司: | 西安通大专利代理有限责任公司 61200 | 代理人: | 徐文权 |
地址: | 710072 陕西*** | 国省代码: | 陕西;61 |
权利要求书: | 查看更多 | 说明书: | 查看更多 |
摘要: | |||
搜索关键词: | 一种 穿戴 膝关节 智能 助力 装置 及其 方法 | ||
本发明公开了一种可穿戴膝关节智能助力装置及其助力方法。所述智能助力装置中设置有可折叠气囊,可穿戴膝关节智能助力装置通过可折叠气囊的充放气,调节可折叠气囊的内部气压,以改变可折叠气囊的刚度,从而为膝关节的弯曲和伸展运动提供实时辅助。本发明的可折叠气囊安装在膝关节的腘窝处,与膝关节的贴合度好,结构简单,制作成本低;整体为柔性,大大提高了人体与助力装置交互的安全性和舒适性;所述助力方法在不影响人体自然运动的前提下,通过可折叠气囊自身的刚度调节辅助膝关节活动。
【技术领域】
本发明属于可穿戴外骨骼领域,具体涉及一种可穿戴膝关节智能助力装置及其助力方法。
【背景技术】
随着机器人相关技术的进步,服务于人体运动性能增强、残疾人运动辅助及肌肉神经疾病患者康复治疗的外骨骼机器人得到了大力发展,但专门针对膝关节的可穿戴助力装置还比较少见。膝关节作为人体下肢运动的关键部位,在运动过程中扮演着重要角色且极易受到损伤,开发一款专门针对膝关节的可穿戴智能助力装置非常有必要。
目前也有部分学者研究膝关节助力装置,但还处于理论研究及样机初步验证阶段,普遍存在以下几个问题:(1)耗能量大,需要大容量电池或其他沉重的能量供应源;(2)大多为刚性结构,结构笨重,与膝关节转动轴重合度低;(3)限制了膝关节的正常运动范围,会影响穿戴者正常步态,长期穿戴还可能会给用户带来安全隐患;(4)制作过程复杂,成本高,不利于大范围推广;(5)控制策略过于单一,只适应于某种特定的运动形式。
【发明内容】
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种可穿戴膝关节智能助力装置及其助力方法。该助力装置在不影响人体自然运动的前提下,通过调节自身的刚度辅助膝关节运动,节约了外部能源供应。
为达到上述目的,本发明采用以下技术方案予以实现:
一种可穿戴膝关节智能助力装置,包括可折叠气囊、气动系统和控制系统,气动系统接收控制系统信号,对可折叠气囊进行充、放气;可折叠气囊由若干个单独的气囊次连接组成,所有气囊的底端串联成一体;可折叠气囊内充满气体展开时呈扇形状,未充入气体时呈折叠状;可折叠气囊用于安装在腘窝处辅助膝关节运动。
本发明的进一步改进在于:
优选的,可折叠气囊通过弹性外包裹安装在腘窝处,弹性外包裹套装在膝关节上;弹性外包裹的上部与下部分别固定有一个弹力带,两个弹力带均用于捆绑在下肢上。
优选的,可折叠气囊选用弹性材料。
优选的,气动系统包括供气装置和气体管道;气体管道的一端和供气装置的气体输出端连接,另一端和可折叠气囊的气体输送端口连接。
优选的,气体管道上设置有电控阀门,用于控制气体管道内气体的通断、气压和流量;供气装置由电池提供电能。
优选的,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的输出力矩;将可折叠气囊输出力矩转换为可折叠气囊的气压变化值,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;监测可折叠气囊对膝关节的作用力,超出设定值,停止指定动作命令的输出;
该专利技术资料仅供研究查看技术是否侵权等信息,商用须获得专利权人授权。该专利全部权利属于西北工业大学,未经西北工业大学许可,擅自商用是侵权行为。如果您想购买此专利、获得商业授权和技术合作,请联系【客服】
本文链接:http://www.vipzhuanli.com/pat/books/201810871735.X/2.html,转载请声明来源钻瓜专利网。
- 上一篇:肩关节辅助运动器及其辅助运动方法
- 下一篇:一种移动式下肢康复训练机器人