人体运动过程中下肢的步幅、步频等运动参数进行测量，并通过CAN总线发送至嵌入式上位机，人机交互单元30负责与使用者的交互，包括对使用者控制指令的接收和系统运行状态的显示和报警。
[0046]嵌入式上位机采用基于ARM的嵌入式控制器，本专利中嵌入式上位机采用三星公司基于ARM920T内核的S3C2410ARM9微处理器，也可采用其他形式的嵌入式微处理器，操作系统为基于Linux2.6内核的实时多任务操作系统。
[0047]控制器24采用TI公司TMS320LF2407DSP微处理器，驱动电机23采用直流有刷电机加蜗轮蜗杆减速器方式。
[0048]髋关节电机312、膝关节电机314和踝关节电机316均采用Copley BE2两轴驱动器。
[0049]步态测量单元采用基于MEMS陀螺仪、加速度计、磁场计相结合的姿态测量单元。
[0050]人机交互单元30包括面板301，面板301上分别安装操纵杆302、触摸屏303和辅助功能按键304;操纵杆302用于接收使用者运动控制指令输入，经过CAN总线发送至嵌入式上位机;辅助功能键304用于接收系统工作模式切换命令和系统设置指令，并将系统工作模式切换指令和系统设置指令输送至嵌入式上位机;触摸屏303—方面接收步行训练模式下训练参数的设置输入，另一方面显示步行训练器的运行状态以及步行训练模式下的状态反馈，包括步行速度，步行距离，使用者信息等，触摸屏303还可提供部分娱乐功能。
[0051]如图4-5所示，使用上述康复训练装置对患者的康复训练该方法，在步行训练模式下，嵌入式上位机根据触摸屏303的指令输入，设定步行训练的步速、步长、步频等参数，然后由步行运动控制单元3控制左机械腿和右机械腿带动人体下肢开始移动；同时移动运动控制单元2控制车架1上的驱动电机23驱动左驱动轮和右驱动轮，并保持速度与外骨骼机械腿31步速相同。
[0052]该方法步骤如下:
[0053]S51:系统上电；
[0054]S52:系统状态自检；如果检测到故障S53，系统通过人机交互单元显示报警状态，并提示故障状态，如果无障碍，步骤调至S54;
[0055]S54:系统根据人机交互单元获取的步行运动参数，进行步行运动控制单元4和移动运动控制单元3的参数设置，并启动步行训练运动；
[0056]S55:系统如果接收到停止指令，则停止当前平台运动，并将外骨骼机械腿装置41恢复至站立状态，如果重新选择模式，则跳至步骤S54;如果选择退出系统，则跳至步骤S56。
[0057]S56:系统控制车架1保持停止状态，外骨骼机械腿31保持站立状态，并退出系统。
[0058]步行训练模式分为主动训练模式和被动训练模式，主动训练模式方法为:根据步态测量单元获取的人体下肢摆动幅度和步速，由外骨骼机械腿31给予人体下肢各个关节运动一定的阻力;被动训练模式方法为:由系统根据设定的步行训练参数，包括步长、步速、步频等参数，控制外骨骼机械腿31进行步行运动模拟，并带动人体下肢运动。
[0059]在本实施例中，步行训练难度设定为低、中、高三个等级。在主动训练模式下，关节提供阻力分别为关节驱动力的5%，10%，15%。
[0060]以上所述，仅为本发明的【具体实施方式】，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
【主权项】
1.一种外骨骼式移动步行康复训练装置，其特征在于:它包括车架(1)、分别安装在车架(1)上的嵌入式上位机、移动控制单元(2)和步行运动控制单元(3); 所述嵌入式上位机为系统中央控制器，嵌入式上位机通过CAN总线分别与移动控制单元(2)和步行运动控制单元(3)连接； 所述移动控制单元(2)包括分别安装在车架(1)上的前导向轮(21)、后驱动轮(22)、驱动电机(23)和控制器(24)，所述驱动电机(23)与后驱动轮连接(22)，驱动电机(23)通过控制器(24)与嵌入式上位机连接； 所述步行运动控制单元(3)包括成对设置的外骨骼机械腿(31)，两外骨骼机械腿(31)之间安装宽度调节装置(4); 所述外骨骼机械腿(31)包括髋关节连杆(311)、髋关节电机(312)、大腿连杆(313)、膝关节电机(314)、小腿连杆(315)、踝关节电机(316)、脚板(317)和固定架(318); 所述髋关节连杆(311)与宽度调节装置(4)连接，髋关节连杆(311)通过髋关节电机(312)与大腿连杆(313)连接，所述大腿连杆(313)内插接有大腿伸缩杆(7)，所述大腿伸缩杆(7)通过膝关节电机(314)与小腿连杆(315)连接，所述小腿连杆(315)内插接小腿伸缩杆(8)，所述小腿伸缩杆(8)通过踝关节电机(316)与脚板(317)连接;所述固定架(318)分别安装在大腿连杆(313)和小腿连杆(315)上。2.根据权利要求1所述的外骨骼式移动步行康复训练装置，其特征在于:它还包括通过CAN总线分别与嵌入式上位机连接的步态测量单元和人机交互单元(30)。3.根据权利要求1所述的外骨骼式移动步行康复训练装置，其特征在于:所述嵌入式上位机采用基于ARM的嵌入式控制器。4.根据权利要求2所述的外骨骼式移动步行康复训练装置，其特征在于:所述步态测量单元采用基于惯性单元测量方法实现对人体下肢姿态的测量。5.根据权利要求2所述的外骨骼式移动步行康复训练装置，其特征在于:所述人机交互单元(30)包括面板(301)，所述面板(301)上分别安装操纵杆(302)、触摸屏(303)和辅助功能按键(304)。6.根据权利要求1所述的外骨骼式移动步行康复训练装置，其特征在于:所述髋关节连杆(311)的外侧分别安装扶手(9)。7.根据权利要求1所述的康复训练该方法，其特征在于:所述宽度调节装置(4)包括导向槽(41)、轴承座(42)和螺纹导杆(43)，所述轴承座(42)分别安装在导向槽(41)两侧，螺纹导杆(43)两侧通过滚动轴承分别安装在轴承座(42)中，螺纹导杆(43)两侧分别螺接髋关节连杆(311)。8.—种使用上述康复训练装置对患者的康复训练该方法，其特征在于:在步行训练模式下，嵌入式上位机根据触摸屏(303)的指令输入，设定步行训练的步速、步长、步频等参数，然后由步行运动控制单元(3)控制左机械腿和右机械腿带动人体下肢开始移动；同时移动运动控制单元(2)控制车架(1)上的驱动电机(23)驱动左驱动轮和右驱动轮，并保持速度与外骨骼机械腿(31)步速相同。9.根据权利要求8所述的康复训练该方法，其特征在于:该方法步骤如下: S51:系统上电； S52:系统状态自检；如果检测到故障S53，系统通过人机交互单元显示报警状态，并提示故障状态，如果无障碍，步骤调至S54; S54:系统根据人机交互单元获取的步行运动参数，进行步行运动控制单元(3)和移动控制单元(2)的参数设置，并启动步行训练运动； S55:系统如果接收到停止指令，则停止当前平台运动，并将外骨骼机械腿(31)恢复至站立状态，如果重新选择模式，则跳至步骤S54;如果选择退出系统，则跳至步骤S56; S56:系统控制车架(1)保持停止状态，外骨骼机械腿(31)保持站立状态，并退出系统。10.根据权利要求8所述的康复训练该方法，其特征在于:所述步行训练模式分为主动训练模式和被动训练模式。11.根据权利要求10所述的康复训练该方法，其特征在于:所述主动训练模式方法为:根据步态测量单元获取的人体下肢摆动幅度和步速，由外骨骼机械腿(31)给予人体下肢各个关节运动一定的阻力。12.根据权利要求10所述的康复训练该方法，其特征在于:所述被动训练模式方法为:由系统根据设定的步行训练参数，包括步长、步速、步频等参数，控制外骨骼机械腿(31)进行步行运动模拟，并带动人体下肢运动。
【专利摘要】本发明为一种外骨骼式移动步行康复训练控制装置及方法，可用于人体下肢步行康复训练。该装置包括嵌入式上位机、移动运动控制单元、步行运动控制单元、步态测量单元、人机交互单元。在上述各单元的协调控制下，该装置可通过外骨骼式机械腿带动人体下肢在移动平台内进行步行康复训练。根据人体下肢的主动力，步行训练模式可分为主动训练模式和被动训练模式。本发明可以为下肢残障人群提供不同下肢康复阶段的下肢站立式步行训练。
【IPC分类】A61H3/00, A63B24/00, A63B23/04, A61H3/04, B25J9/00
【公开号】CN105456004
【申请号】CN201511000819
【发明人】鲁涛, 陶新龙, 常红星, 易建强
【申请人】中国科学院自动化研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年12月28日