【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及輔助康復設備領域，具體涉及一種外骨骼康復機器人控制系統及方法。
技術介紹
1、腦卒中是指突然發生的、有腦血管病變引起的局限性或全腦功能障礙，持續時間超過24小時或引起死亡的臨床綜合征。腦卒中通常會造成患者運動功能障礙、言語障礙和感覺功能障礙，給患者的學習生活帶來極大的不便，康復外骨骼已成為腦卒中患者康復治療的重要設備，盡管康復外骨骼可輔助患者步行，但對恢復肌肉功能作用有限。
2、目前，康復外骨骼設備采用被動模式，即患者只能通過機器的運行來帶動下肢運動，沒有患者參與，對康復效果不佳。
技術實現思路
1、本專利技術的目的之一在于提供一種外骨骼康復機器人控制系統，以解決現有被動式康復設備的康復效果不佳的問題。
2、本方案中的基于輔助支吊架的外骨骼康復機器人控制系統，包括設置于步外骨骼設備上的控制模塊、肌電信號采集模塊、步態執行模塊和足底壓力模塊；
3、肌電信號采集模塊，用于采集人體上臂電信號進行電路的放大處理后識別人體行走意圖，再將人體行走意圖發送至控制模塊；
4、足底壓力模塊，用于采集足底壓力值發送至控制模塊；
5、控制模塊，用于根據足底壓力值識別當前運動的實時運動狀態，并根據人體行走意圖和實時運動狀態向步態執行模塊發送控制信號；
6、步態執行模塊，用于根據控制模塊的控制信號控制步外骨骼設備進行步態行走。
7、本方案的有益效果是：
8、在使用外骨骼康復機器人過程中的控制時，對采
9、進一步，所述肌電信號采集模塊包括對人體上臂電信號進行放大處理的放大處理電路，所述放大處理電路包括肌電采集電極、肌電放大單元、肌電處理單元和數模轉換單元，所述肌電采集電極采集人體上臂電信號發送至肌電放大單元，所述肌電放大單元對人體上臂電信號進行電路放大后發送至數模轉換單元，所述數模轉換單元將人體上臂電信號轉換成模擬信號后發送至控制模塊。
10、有益效果是：通過電路對采集到的肌電信號進行放大，無需進行后期軟件的陷波處理，降低芯片處理難度，提高實時性，適合嵌入式芯片后期處理。
11、進一步，所述肌電放大單元包括一個儀表放大器、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器和第四運算放大器，所述儀表放大器的兩個rg引腳上串聯有r12電容和c16電阻；
12、所述儀表放大器的輸出引腳上依次電連接有c20電容和r11電阻，所述r11電阻電連接至第一運算放大器的負極，所述r11電阻電連接有r5電阻和r10電阻，所述r5電阻與第一運算放大器的輸出端電連接有d1二極管，所述r5電阻與d1二極管正極電連接，所述r10電阻與第一運算放大器的輸出端電連接有d2二極管，所述r10電阻與d2二極管負極電連接；
13、所述r5電阻電連接有r6電阻，所述r6電阻電連接至第二運算放大器的負極，所述r6電阻電連接有r7電阻，所述r7電阻電連接至第二運算放大器的輸出端引腳上，所述r10電阻電連接至第二運算放大器的正極；
14、所述r7電阻連接有r8電阻，所述r8電阻電連接至第三運算放大器的負極輸入引腳上，所述第三運算放大器的負極輸入引腳電連接有c11電容，所述第三運算放大器的負極輸入引腳電連接有r4電阻，所述c11電容和r4電阻電連接至第三運算放大器的輸出端引腳上；
15、所述c11電容和r4電阻電連接有r9電阻，所述r9電阻電連接至第四運算放大器的負極輸入端引腳上，所述r9電阻電連接有r3電阻，所述r3電阻電連接至第四運算放大器的輸出端引腳上。
16、有益效果是：以一個儀表放大器組成的放大電路和三個運算放大器組成的進一步的放大電路，能夠將微弱的肌電信號進行逐步、穩定地放大，減小信號失真。
17、進一步，所述足底壓力模塊包括分設在左前掌、左后掌、右前掌、右后掌的多個壓力傳感器，所述控制模塊根據不同位置處壓力傳感器的足底壓力值中前后壓力最大值判斷出重力在左前掌、或左后掌、或右前掌、或右后掌，結合肌電信號，確定人體的運動是啟還是停、開始左腳行走還是右腳行走。
18、有益效果是：對行走過程中足底多個位置的肌電信號進行采集，進行行走狀態的判斷，判斷結果更準確。
19、進一步，所述步態執行模塊包括多個電機，所述電機為48v的大扭矩模組直流無刷伺服一體化諧波減速機，所述電機分別布設于左髖部、右髖部、左膝部和右膝部。
20、有益效果是：步態執行的多個電機，分布在多個位置處，能夠讓步態執行更精準。
21、本專利技術的目的之二在于提供一種外骨骼康復機器人控制方法，以對外骨骼康復設備進行智能控制，讓控制結果更精準，提高患者的康復效果。
22、外骨骼康復機器人控制方法，包括以下內容：
23、采集人體的足底壓力值和上臂的肌電信號，根據足底壓力值和肌電信號判斷人體姿態，人體姿態包括行走、站立或坐下；
24、根據人體姿態按照預設控制方法控制左、右兩側的髖關節和膝關節進行活動控制。
25、本方案的有益效果是：
26、通過對肌電信號和足底壓力值確定人體姿態，進而進行相應的活動控制，讓控制結果更精準，使得康復效果更好。
27、進一步，所述左側的髖關節的預設控制方法為：
28、獲取左側的髖關節的初始角度w，按照第一公式計算髖關節的電機角度值，根據電機角度值進行左側的髖關節的控制工作，所述第一公式表示為：
29、y＝-11.49+12.63*cos(x*w)+3.046*sin(x*w)+1.331*cos(2*x*w)+3.883*sin(2*x*w)-2.283*co?s(3*x*w)-0.8405*sin(3*x*w)+0.0004766*cos(4*x*w)-0.002129*sin(4*x*w)；
30、其中，x為在0-1區間的多次取點。
31、有益效果是：對一側的關節進行計算然后控制，能夠讓控制結果更精準，取點越多，控制越平穩。
32、進一步，所述左側的膝關節的預設控制方法為：
33、獲取左側的膝關節的初始角度w，按照第二公式計算膝關節的電機角度值，根據電機角度值進行左側的髖關節的控制工作，所述第二公式表示為：
34、y＝16.9-5.486*cos(x*w)+12.67*sin(x*w)-12.82*cos(2*x*w)-5.108*sin(2*x*w)+3.579*cos(3*x*w)+1.012*sin(3*x*w)-1.537*cos(4*x*w)-0.7298*sin(4*x*w)。
35、有益效果是：針對單側的一個關節進行角度計算和控制，讓控制實時精準。
36、進一步，所述右側的髖關節本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種基于輔助支吊架的外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于輔助支吊架的外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述肌電信號采集模塊包括對人體上臂電信號進行放大處理的放大處理電路，所述放大處理電路包括肌電采集電極、肌電放大單元、肌電處理單元和數模轉換單元，所述肌電采集電極采集人體上臂電信號發送至肌電放大單元，所述肌電放大單元對人體上臂電信號進行電路放大后發送至數模轉換單元，所述數模轉換單元將人體上臂電信號轉換成模擬信號后發送至控制模塊。
3.根據權利要求2所述的一種外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述肌電放大單元包括一個儀表放大器、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器和第四運算放大器，所述儀表放大器的兩個RG引腳上串聯有R12電容和C16電阻；
4.根據權利要求1所述的一種外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述足底壓力模塊包括分設在左前掌、左后掌、右前掌、右后掌的多個壓力傳感器，所述控制模塊根據不同位置處壓力傳感器的足底壓力值中前后壓力最大值判斷出重力在左前掌、或左后掌、或右前掌、或右后掌，
5.根據權利要求1所述的一種外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述步態執行模塊包括多個電機，所述電機為48V的大扭矩模組直流無刷伺服一體化諧波減速機，所述電機分別布設于左髖部、右髖部、左膝部和右膝部。
6.外骨骼康復機器人控制方法，其特征在于，包括以下內容：
7.根據權利要求6所述的一種外骨骼康復機器人控制方法，其特征在于：所述左側的髖關節的預設控制方法為：
8.根據權利要求6所述的一種外骨骼康復機器人控制方法，其特征在于：所述左側的膝關節的預設控制方法為：
9.根據權利要求6所述的一種外骨骼康復機器人控制方法，其特征在于：所述右側的髖關節的預設控制方法為：
10.根據權利要求6所述的一種外骨骼康復機器人控制方法，其特征在于：所述右側的膝關節的預設控制方法為：
...【技術特征摘要】
1.一種基于輔助支吊架的外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：
2.根據權利要求1所述的一種基于輔助支吊架的外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述肌電信號采集模塊包括對人體上臂電信號進行放大處理的放大處理電路，所述放大處理電路包括肌電采集電極、肌電放大單元、肌電處理單元和數模轉換單元，所述肌電采集電極采集人體上臂電信號發送至肌電放大單元，所述肌電放大單元對人體上臂電信號進行電路放大后發送至數模轉換單元，所述數模轉換單元將人體上臂電信號轉換成模擬信號后發送至控制模塊。
3.根據權利要求2所述的一種外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述肌電放大單元包括一個儀表放大器、第一運算放大器、第二運算放大器、第三運算放大器和第四運算放大器，所述儀表放大器的兩個rg引腳上串聯有r12電容和c16電阻；
4.根據權利要求1所述的一種外骨骼康復機器人控制系統，其特征在于：所述足底壓力模塊包括分設在左前掌、左后掌、右前掌、右后掌的多個壓力傳感器，所述控制模塊根據不同位置...
【專利技術屬性】
技術研發人員：左陶強，謝海瓊，吳文杰，周智杰，陳偉，
申請(專利權)人：重慶生物智能制造研究院，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。