[发明专利]电动的体重减重机构及运动控制方法

说明书

【技术领域】

本发明涉及机械结构的设计，信号的采集与处理，电动机的运动控制，整体装置的平衡稳定，传感器技术，具体涉及电动的体重减重机构及运动控制方法。

【背景技术】

随着人口老龄化的加剧和人们生活水平的提高，心脑血管疾病引起的下肢功能障碍的患者逐渐增多，因此，康复机器人已经成为了国际机器人领域的一个研究热点。康复机器人涵盖了康复医学、机械电子学、生物力学和机器人学等诸多学科。临床上普遍认为，对脑卒中、脊髓损伤和脑外伤患者早期介入机器人辅助步行训练(robot-assisted gait training，RAGT)可帮助其重建正常步态，恢复步行能力。RAGT系统由动力平台、减重系统和一个与腿部或足部相连的驱动装置共同组成，可对患者肢体提供外部支持，使患者在步行时产生正常运动模式的机电设备。一些偏瘫患者由于下肢的支撑能力不足，在康复训练初期无法自己保持站立，因此需要采用不同的减重方式来进行康复训练。

德国弗朗霍费尔自动化机器人研究中心和柏林慈善医科大学机构的研究人员开发的下肢康复训练机器人，虽然有减重系统，但由于其占地面积较大，因此很难应用于实际生活；夏吴昕等人研制的下肢康复训练机器人，其减重系统只使用了一根钢丝绳，安全性和稳定性不够好；董亦鸣研制的下肢康复机器人，虽然安全性和稳定性有一定的保证，却无法调节系统的减重能力。基于此，急需一种具有良好的安全性和稳定性，并且能够适应于不同的减重康复训练阶段的。

【发明内容】

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供电动的体重减重机构及运动控制方法，本发明用于下肢康复训练，能够支撑人体，自动调整人体离地面的高度，自动检测承重力度，达到量化训练者身体承重。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

电动的体重减重机构，包括信号采集模块、上位机处理模块、数据分析模块、悬吊背心、升降电动机和能够自由移动的底盘平台，底盘平台上设置有用于支撑人体的伸缩立柱以及用于支撑手臂的扶手架，升降电动机设置在底盘平台或伸缩立柱上，升降电动机的输出轴上连接有钢丝绳盘，钢丝绳盘上绕设有钢丝绳，钢丝绳的自由端通过导向装置延伸至伸缩立柱的顶部，钢丝绳的自由端连接有用于悬挂悬吊背心的横梁；

底盘平台的底部设有用于驱动底盘平台自由移动的电动轮毂，电动轮毂上连接有控制手柄，控制手柄设置在扶手架上；

升降电动机的控制器和电动轮毂的控制器均与上位机处理模块连接，上位机处理模块与信号采集模块和数据分析模块分别连接，信号采集模块上连接有用于采集人体对自身支持力的压力传感器、用于采集升降电动机转速和电动轮毂转速的速度传感器。

所述压力传感器设置在脚掌与地面接触的部位，用于采集人体对支撑体的压力信息。

所述上位机处理模块和信号采集模块通过无线传输模块无线连接。

所述上位机处理模块上连接有数据显示模块。

所述底盘平台为U型结构，底盘平台的开口端能够容纳跑步机的跑台，使横梁能够处于跑步机跑台的正上方。

所述悬挂悬吊背心通过弹簧与横梁连接。

电动的体重减重机构的运动控制方法，包括如下步骤：

(1)采集人体对自身支持力的压力信息、升降电动机的转速信号和电动轮毂的转速信号；

(2)将采集到的人体对自身支持力的压力信息、升降电动机的转速信号和电动轮毂的转速信号分别转换为人体对自身支持力的压力、升降电动机的转速和电动轮毂的转速；

(3)根据步骤(2)的转换得到的人体对自身支持力的压力、升降电动机的转速，再结合人体实际重力，得到当前的减重比，将该减重比与设定的减重比比较，得到升降电机需要的输出力矩；(4)根据步骤(3)计算的人体需要的升降电机需要的输出力来控制升降电动机的转动，通过升降电动机的转动来调节悬吊背心的高度；

(5)当检测到人体对自身支持力的压力处于设定范围时，控制升降电动机停止转动。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：