【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及一種步態(tài)康復輔助系統(tǒng)。特別是涉及一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)及助行方法。
技術介紹
運動機能障礙或身體局部癱瘓的主要治療手段為康復醫(yī)學，主要通過修補病變與受損運動骨骼肌肉及周圍神經(jīng)組織，或采用運動輔具幫助與替代癱瘓肢體動作，使患者經(jīng)長期康復運動訓練后可在生理“結構康復”基礎上恢復少量或大部分原有運動功能，達到“功能康復”。隨著醫(yī)療技術提高、科技水平發(fā)展和社會文明進步，康復醫(yī)學不僅受到前所未有的重視(如我國“十二五”科技規(guī)劃執(zhí)行時期即提出2015年初步實現(xiàn)殘疾患者“人人享有康復服務”)，而且關注核心目標也逐步由傳統(tǒng)“結構康復”轉為“功能康復”，即側重于患者運動功能的重建、替代、訓練和適應，致力于改善身心健康水平、提高患者生存質量。康復訓練形式也從傳統(tǒng)的被動式訓練轉化為人機交互式的康復訓練。并且，隨著智能康復設備的發(fā)展，其也能更好地幫助患者恢復或替代受損的功能，其典型代表即前述的外骨骼康復機器人。外骨骼康復機器人技術涉及機器人學、控制技術、步態(tài)分析、生物交互反饋和臨床康復等多學科領域知識的交叉與融合。一般而言，外骨骼已非傳統(tǒng)單一運動功能輔具，而是升級換代為一種可穿戴、擬人化的智能運動輔助機器人系統(tǒng)，其任務是與使用者進行人機交互、識別患者運動意圖并按其指令操作外骨骼實現(xiàn)預期運動功能。例如對于遭受疾病、損傷導致偏癱或截癱而喪失獨立行走能力的患者，外骨骼康復機器人可輔助其實現(xiàn)自由行走。雖然在康復訓練前期，外骨骼機器人仍主要起輔助或替代癱瘓患者受損行走功能作用。但經(jīng)智能機器人初期康復訓練后，其善解人意的高度智能和人機交互的最優(yōu)配合隨著患者...
【技術保護點】
一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，包括用于檢測人體不同部位運動姿態(tài)數(shù)據(jù)的步態(tài)檢測單元(1)，信號輸入端與步態(tài)檢測單元(1)的輸出端相連的信號處理單元(2)，所述信號處理單元(2)的輸出端分別連接用于對使用者的相應肌肉進行電刺激的功能性肌肉電刺激器(3)的輸入端和用于對使用者的關節(jié)運動進行鎖定、為肢體提供穩(wěn)定支撐的關節(jié)鎖定單元(4)的輸入端，所述功能性肌肉電刺激器(3)的輸出端連接分別放置在使用者不同部位的目標肌肉(6)上的用于對使用者的目標肌肉進行電刺激的表面肌肉刺激電極(5)，放置有表面肌肉刺激電極(5)的使用者的不同部位連接所述的步態(tài)采集系統(tǒng)(1)的信號采集端。
【技術特征摘要】
1.一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，包括用于檢測人體不同部位運動姿態(tài)數(shù)據(jù)的步態(tài)檢測單元(1)，信號輸入端與步態(tài)檢測單元(1)的輸出端相連的信號處理單元(2)，所述信號處理單元(2)的輸出端分別連接用于對使用者的相應肌肉進行電刺激的功能性肌肉電刺激器(3)的輸入端和用于對使用者的關節(jié)運動進行鎖定、為肢體提供穩(wěn)定支撐的關節(jié)鎖定單元(4)的輸入端，所述功能性肌肉電刺激器(3)的輸出端連接分別放置在使用者不同部位的目標肌肉(6)上的用于對使用者的目標肌肉進行電刺激的表面肌肉刺激電極(5)，放置有表面肌肉刺激電極(5)的使用者的不同部位連接所述的步態(tài)采集系統(tǒng)(1)的信號采集端。2.根據(jù)權利要求1所述的一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，所述的步態(tài)檢測單元(1)包括有并聯(lián)設置的：用于檢測使用者腰腹部姿態(tài)數(shù)據(jù)的腰腹部檢測單元(11)、用于檢測使用者左側大腿姿態(tài)數(shù)據(jù)的左側大腿檢測單元(12)、用于檢測使用者左側小腿姿態(tài)數(shù)據(jù)的左側小腿檢測單元(13)、用于檢測使用者左側腳部姿態(tài)數(shù)據(jù)的左側腳部檢測單元(14)、用于檢測使用者右側大腿姿態(tài)數(shù)據(jù)的右側大腿檢測單元(15)、用于檢測使用者右側小腿姿態(tài)數(shù)據(jù)的右側小腿檢測單元(16)和用于檢測使用者右側腳部姿態(tài)數(shù)據(jù)的右側腳部檢測單元(17)，所述的腰腹部檢測單元(11)、左側大腿檢測單元(12)、左側小腿檢測單元(13)、左側腳部檢測單元(14)、右側大腿檢測單元(15)、右側小腿檢測單元(16)和右側腳部檢測單元(17)結構完全相同，均包括有：用于放置在人體下肢各部位，采集人體下肢各部位運動姿態(tài)數(shù)據(jù)的多軸傾角加速度傳感器(101)，所述多軸傾角加速度傳感器(101)的信號輸出端連接檢測側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(102)，所述檢測側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(102)的輸出端連接信號處理單元(2)的輸入端，所述的多軸傾角加速度傳感器(101)和檢測側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(102)的電源輸入端依次通過檢測側穩(wěn)壓芯片(103)和檢測側開關(104)連接檢測側供電電池(105)，所述檢測側供電電池(105)的電源輸入端連接檢測側充電接口(106)。3.根據(jù)權利要求1所述的一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號處理單元(2)包括有單片機(21)和信號處理側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(22)，所述單片機(21)的檢測信號輸入端通過信號處理側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(22)連接態(tài)檢測單元(1)中的各檢測側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(102)的輸出端，單片機(21)的控制信號輸出端通過信號處理側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(22)分別連接功能性肌肉電刺激器(3)和關節(jié)鎖定單元(4)的輸入端，所述單片機(21)和信號處理側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(22)的電源輸入端依次通過信號處理側穩(wěn)壓芯片(23)和信號處理側開關(24)連接信號處理側電池(25)，所述信號處理側電池(25)的電源輸入端連接信號處理側充電接口(26)。4.根據(jù)權利要求1所述的一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，所述的功能性肌肉電刺激器(3)包括刺激側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(31)，所述刺激側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(31)的信號輸入端連接信號處理單元(2)中的信號處理側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(22)的輸出端，所述刺激側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(31)的輸出端分別連接功率驅動芯片(352)和DAC芯片(34)，所述功率驅動芯片(32)的輸出端通過H橋輸出電路(33)連接恒流源電路(35)，所述DAC芯片(34)的輸出端連接恒流源電路(35)，所述恒流源電路(35)的輸出端連接所述的表面肌肉刺激電極(5)，所述刺激側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(31)的電源輸入端依次通過刺激側穩(wěn)壓芯片(36)和刺激側開關(37)連接刺激側供電電池(38)，所述功率驅動芯片(32)的電源輸入端依次通過電源升壓模塊(39)和刺激側開關(37)連接刺激側供電電池(38)，所述刺激側供電電池(38)的電源輸入端連接刺激側充電接口(310)。5.根據(jù)權利要求1所述的一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，所述的關節(jié)鎖定單元(4)包括鎖定側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(41)，所述鎖定側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(41)的信號輸入端連接信號處理單元(2)中的各信號處理側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(22)的輸出端，所述鎖定側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(41)的信號輸出端連接輸出驅動電路(42)的信號輸入端，所述輸出驅動電路(42)的驅動輸出端連接用于對使用者的關節(jié)運動進行鎖定、為肢體提供穩(wěn)定支撐的關節(jié)鎖定裝置(43)，所述鎖定側Wi-Fi物聯(lián)網(wǎng)模塊(41)的電源輸入端依次通過電源變壓模塊(44)和鎖定側開關(45)連接鎖定側電池(46)，所述鎖定側電池(46)的電源輸入端連接鎖定側充電接口(47)。6.根據(jù)權利要求5所述的一種以功能性肌肉電刺激驅動的外骨骼助行系統(tǒng)，其特征在于，所述的關節(jié)鎖定裝置(43)包括有大腿支撐件(431)和固定設置在所述大腿支撐件(431)下部一側面上的鐵質滑槽(432)，小腿支撐件(434)和一體形成在所述小腿支撐件(434)上部一側面上的內(nèi)齒環(huán)(435)，還設置有連接在所述大腿支撐件(431)的鐵質滑槽(432)和小腿支撐件(434)的內(nèi)齒環(huán)(435)之間使大腿支撐件(431)和小腿支撐件(434)能夠相互鎖定或相對旋轉的電...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：明東，蔣晟龍，王忠鵬，許敏鵬，趙欣，綦宏志，周鵬，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發(fā)明
國別省市：天津;12
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