[发明专利]一种独立膝、肩关节的关节运动装置

摘要

本发明属于医疗辅助设备领域，公开了一种独立膝、肩关节的关节运动装置，设置有：肩套体、传动卡片、液压油囊、魔术带、压力传感器贴片、输油导管、流向开关、分流器、液压泵、控制箱、控制面板、中央处理器、导线、电源插头。本发明通过液压泵来控制液压油囊以控制肩套体的伸缩，通过分流器来向各个关节的液压油囊输送液压油，通过压力传感器贴片可以感知压力的大小，通过控制面板可以对所需压力进行设定，通过流向开关可以对某个特定关节单独辅助，避免了对使用者不可运动的关节进行辅助而造成的二次伤害。操作简单，使用方便，非专人员也可以轻松使用，非常值得推广使用。

主权项

1.一种独立膝、肩关节的关节运动装置，其特征在于，所述独立膝、肩关节的关节运动装置设置有：肩套体、传动卡片、液压油囊、魔术带、压力传感器贴片、输油导管、流向开关、分流器、液压泵、控制箱、控制面板、中央处理器、导线、电源插头；所述肩套体上粘接有所述传动卡片；所述液压油囊通过传动卡片卡接于所述肩套体上的关节处；所述魔术带缝接于所述肩套体；所述压力传感器贴片粘接与所述肩套体内表面；所述压力传感器贴片的压力传感器为多个；采用内插外推的时间配准算法将压力传感器A的采样数据向压力传感器B的数据进行配准，使得两个压力传感器在空间配准时刻对同一个目标有同步的量测数据，内插外推时间配准算法如下：在同一时间片内将各压力传感器观测数据按测量精度进行增量排序，然后将压力传感器A的观测数据分别向压力传感器B的时间点内插、外推，以形成一系列等间隔的目标观测数据，采用常用的三点抛物线插值法的进行内插外推时间配准算法得压力传感器A在t_Bk时刻在本地直角坐标系下的量测值为：其中，tBk为配准时刻，tk‑1,tk,tk+1为压力传感器A距离配准时刻最近的三个采样时刻，YA(tk‑1),YA(tk),YA(tk+1)分别为其对应的对目标的探测数据；完成时间配准后，根据压力传感器A的配准数据与压力传感器B的采样数据，采用基于地心地固(Earth Center Earth Fixed,ECEF)坐标系下的伪量测法实现压力传感器A和压力传感器B的系统误差的估计；基于ECEF的系统误差估计算法具体为：假设k时刻目标在本地直角坐标系下真实位置为X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，极坐标系下对应的量测值为分别为距离、方位角、俯仰角；转换至本地直角坐标系下为X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；压力传感器系统偏差为分别为距离、方位角和俯仰角的系统误差；于是有其中表示观测噪声,均值为零、方差为式(1)可以用一阶近似展开并写成矩阵形式为：X'1(k)＝X1(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]\*MERGEFORMAT(3)其中，设两部压力传感器A和B,则对于同一个公共目标(设地心地固坐标系下为X'e＝[x'e,y'e,z'e]T)，可得X'e＝XAs+BAX'A1(k)＝XBs+BBX'B1(k)\*MERGEFORMAT(4)BA，BB分别为目标在压力传感器A与压力传感器B本地坐标下的位置转换到ECEF坐标系下的位置时的转换矩阵；定义伪量测为：Z(k)＝XAe(k)‑XBe(k)\*MERGEFORMAT(5)其中，XAe(k)＝XAs+BAXA1(k)；XBe(k)＝XBs+BBXB1(k)将式(2)、式(3)代入式(4)可以得到关于压力传感器偏差的伪测量方程Z(k)＝H(k)β(k)+W(k)\*MERGEFORMAT(6)其中，Z(k)为伪测量向量；H(k)为测量矩阵；β为压力传感器偏差向量；W(k)为测量噪声向量；由于n_A(k),n_B(k)为零均值、相互独立的高斯型随机变量,因此W(k)同样是零均值高斯型随机变量,其协方差矩阵为R(k)；所述输油导管胶接于所述液压油囊；所述流向开关胶接于所述分流器；所述分流器通过输油导管连接于所述液压泵；所述液压泵通过导线连接于所述控制箱；所述控制面板嵌装于所述控制箱表面；所述中央处理器通过螺丝固定于所述控制箱内部；所述控制箱通过导线连接于所述电源插头；所述中央处理器的成簇通信负责网络中进行数据的处理和传输工作；稳定通信阶段时间要远远长于稳定通信建立阶段时间；经过了数据簇头选举后，普通节点经过对各数据簇头适宜度的判断选择最佳簇头加入；数据簇头收到普通节点的加入申请后进行确认，簇族形成完毕，然后进行通信簇头的选取；通信簇头选取后，数据簇头根据簇内成员数量确定统一的时隙数，建立TDMA时隙表，然后广播为每个簇内成员分配的TDMA时隙；通信簇头选出后向全网广播一条包含自身标识、节点剩余能量、和其到汇聚点距离的信息；收到该消息的其他通信簇头，根据收到的信号强度近似计算它们的距离；簇内普通节点按分配好的TDMA时隙将数据发送至数据簇头，数据簇头收集到数据进行融合；随后数据簇头将处理好的数据转发给通信簇头，由通信簇头负责发送；通信簇头根据簇间混合多跳路由MMHBC方式来完成数据的发送和转发，直至数据被传送至基站；在经过设定的一段时间后，整个网络就进入下一个工作周期，重新进行每个区域内的成簇工作；具体如下：步骤1：基站通过监测区域内各节点返回的信息计算出它到监测区域的最远距离dmax与最近距离dmin，然后对监测区域进行分区，并给各分区赋予相应的ID号，随后将分区信息和各区ID号广播给各节点；监测区内各节点接收这个广播消息后，根据自己离基站的近似距离来判断自己属于那个区域，同时保存自己所在的区域ID号；此步骤只在网络初始化时进行，监测区域层次划分后就不在进行；步骤2：在簇头选举阶段，节点计算自身的阈值T(n)，T(n)越大则其成为候选数据簇头的概率越大；步骤3：候选数据簇头以竞争半径Rc＝cwi进行正式数据簇头的竞争，竞争失败的候选簇头成为普通节点，进入休眠状态等待正式数据簇头的竞争过程结束；步骤4：当选的数据簇头节点广播消息，通知其他节点其当选簇头的消息，并在消息中附带本身的剩余能量和到基站的距离信息；步骤5：未当选节点接收到簇头的消息后，根据UUDEM成簇策略加入相应的簇头，完成簇族的建立；步骤6：数据簇头根据接收到的普通节点的信息，数据簇头根据接收到的信息，在节点密度高且距离自己满足最小距离dleast的节点中选择距离基站最近且剩余能量最高的节点来作为通信簇头；步骤7：簇进入稳定工作阶段，数据簇头根据簇内成员数量确定统一的时隙数，建立TDMA时隙表，然后广播为每个簇内成员分配的发送信息时隙；簇内各成员节点负责数据的采集并将数据发送到数据簇头，数据簇头负责收集和融合这些数据，然后发送给通信簇头，由通信簇头负责发送；通信簇头根据簇间混合多跳路由方式来完成数据的发送和转发，直至数据被传送至基站；步骤8：当前轮次的稳定通信阶段结束后，进入下一轮次的循环，重新执行步骤2‑步骤7，直至网络生命期结束，网络停止工作；(7)报文设计报文类型为Setup报文、划分区域报文、反馈报文、普通数据报文；(a)Setup报文在网络构建初期，基站会广播Setup报文分组，通知各节点开始工作；节点在接收到Setup报文分组后，会判断该Setup报文分组的发送路径是否成环，若成环则将此Setup报文分组丢弃，若未成环就记录下接收到该Setup报文分组的跳数并将其加1后再转发给邻居节点，若节点接收到多个Setup信息分组，仅记录下最小跳数并将其加1后转发，丢弃其他的Setup信息分组；节点可根据接收到的Setup信息分组包含的跳数、接收到的信息的信号强度来判断自身与基站的距离；(b)反馈报文反馈报文由节点发送回基站，是关于划分区域的反馈信息；基站向节点发送区域划分报文，节点根据收到这个报文的信号强度指示来计算与基站的距离；节点将自己的ID号、与基站的距离和节点自身能量信息反馈给基站，(c)划分区域报文基站收集到所有节点发送来的反馈报文后，按照给定的阈值范围，按信号强度大小划分区域，每个区域赋予一个固定的区域ID号，离基站越近的区域ID号越小，然后基站广播划分区域报文；节点收到此报文后判断自己属于哪个区域，并记录下自己的区域ID号；(d)节点加入簇头的JOIN‑CH报文节点在选择某个簇头加入时，向簇头发送JOIN‑CH报文申请加入，JOIN‑CH报文中包括节点的地址、离簇头的距离、剩余能量；(e)普通数据包的格式当源节点有数据要发送时，为了和其他节点发送的数据进行区别，为数据设一个标志字段来进行区别标示；较大的数据报文需要进行分割，分成大小固定的分组；每个分组进行标识，分组中有源节点的位置信息，目标节点的位置信息，以及传递路径；在数据报包头中指出数据段的长度；需有填充域字段用来在分组数据段不一致时保证每个分组的长度一致。