一种基于压力反馈的腰背康复外骨骼

1.本实用新型涉及智能康复外骨骼技术领域，具体为一种基于压力反馈的腰背康复外骨骼。


背景技术：

2.在快节奏高强度工作学习的环境下，人们对腰背的重视程度明显缺乏，坐姿不正确导致腰背受损的情况日益严重。
3.市面上对腰背保护的设备不仅很少而且效果不佳，市场上售卖的大多是柔性的腰背保护背心，虽然结构简单，穿脱方便，但使用过程中，将使用者肩部往后拉，背部向前顶，久而久之，不仅不能起到矫正坐姿的作用，还会对使用者的骨骼造成伤害，而且因缺乏传感和控制系统，不能根据患者的差异来进行调整，从而根据患者的问题对症下药。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种基于压力反馈的腰背康复外骨骼，以解决上述背景技术中提出市面上对腰背保护的设备，因缺乏传感和控制系统，不能根据患者的差异来进行调整，从而根据患者的问题对症下药的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种基于压力反馈的腰背康复外骨骼，包括固定腰带、固定肩带、康复装置、传感器系统和控制系统，所述康复装置包括若干个串行总线伺服电机、若干个u型铝合金支架、若干个腰椎骨固定块、肩胛骨固定块和骸尾骨固定块，若干个串行总线伺服电机通过u型铝合金支架转动连接，每个串行总线伺服电机可独立运动，模仿人类脊柱结构，伺服电机贴近佩戴者背部的一面设有安装孔，用以固定腰椎骨固定块，其中，最底部的伺服电机与骸尾骨固定块固定连接，最顶部伺服电机通过u型铝合金支架与肩胛骨固定转动连接；
6.所述固定腰带外套设有控制器盒，用于储存电源；
7.所述固定腰带两端分别与骸尾骨固定块固定连接，其上设有卡扣和长度调节装置；
8.所述固定肩带共有两根，其一端与肩胛骨固定块顶端固定连接，另一端与固定腰带连接，与固定腰带共同作用，使康复装置紧密贴合佩戴者背部；
9.所述传感器系统包括若干个压力传感器、若干个加速度传感器；
10.所述控制系统包括主控制器、串行总线伺服电机控制器和通信模块，以及用户app，主控制器通过通信接口与串行总线伺服电机控制器、通信模块信号实现数据传输，其并通过iic总线与传感器系统信号传递连接。
11.优选的，所述腰椎骨固定块、肩胛骨固定块和骸尾骨固定块，其与佩戴者背部接触的一边设计有贴合人类腰背骨骼的曲面，可提高佩戴的舒适性，所述腰椎骨固定块两侧设有腰带安装孔，与固定腰带连接，所述肩胛骨固定块顶端设有两个肩带安装孔，与两条固定肩带连接。
12.优选的，所述压力传感器共有三个，分别安装在肩胛骨固定块、骸尾骨固定块和第二腰椎骨固定块上，佩戴时，三个压力传感器分别对应肩胛骨受力点、骸尾骨受力点和腰椎骨受力点；所述压力传感器接收主控制器的指令，返回压力数值。
13.优选的，所述加速度传感器共有两个，分别安装在肩胛骨固定块和骸尾骨固定块上，所述加速度传感器接收主控制器的指令，返回加速度和重力数值。
14.优选的，所述康复装置的腰椎骨固定块、肩胛骨固定块和骸尾骨固定块采用光敏树脂材质制成。
15.优选的，所述主控制器为一台arm内核的单片机，所述主控制器、串行总线伺服电机控制器、通信模块和电源集成为一体，固定安装于固定腰带一侧。
16.优选的，所述通信模块将腰背康复外骨骼数据传送给用户app，用于查看姿态数据，以及调整控制参数，实现腰背康复外骨骼控制策略的人为调整。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果如下：
18.本实用新型提供一种基于压力反馈的腰背康复外骨骼，在单片机控制下融合自动化、机器人控制、通信、网络化系统等技术，能够实现实时监测腰背状态、定时提醒久坐、保护腰背及缓释腰部负担等功能，可以根据每个康复人员的特点，对设备进行调整，以帮助在不同腰背医疗、康复矫正方面起到显著作用。
19.本实用新型的腰背康复外骨骼采用多自由度设计，搭载多个压力传感器、加速度传感器，能够完成佩戴者的姿态检测任务；实现了手机与装置互联，设有不良坐姿的警告，实时提示调整佩戴者坐姿；相比传统的腰背矫正设备，其优势在于设备小巧且容易穿戴，可融入生活；可以根据每个康复人员的特点，对设备进行调整，总之，本实用新型有效地促进了患者腰背康复过程，降低了佩戴者的安全风险，以帮助在不同腰背医疗、康复矫正方面起到显著作用。
附图说明
20.图1为本实用新型受力点的分布结构示意图；
21.图2为本实用新型的立体结构示意图；
22.图3为本实用新型骸尾骨固定块、腰椎骨固定块和肩胛骨固定块的连接结构示意图。
23.图中：1、固定腰带；2、固定肩带；3、康复装置；4、控制器盒；5、压力传感器；6、骸尾骨固定块；7、腰椎骨固定块；8、肩胛骨固定块；9、串行总线伺服电机；10、铝合金支架。
具体实施方式
24.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
25.请参阅图2
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3，本实用新型提供一种技术方案：一种基于压力反馈的腰背康复外骨骼，包括固定腰带1、固定肩带2、康复装置3、传感器系统和控制系统，康复装置3包括若干个串行总线伺服电机9、若干个u型铝合金支架10、若干个腰椎骨固定块7、肩胛骨固定块8和骸
尾骨固定块6，若干个串行总线伺服电机9通过u型铝合金支架10转动连接，每个串行总线伺服电机9可独立运动，模仿人类脊柱结构，伺服电机贴近佩戴者背部的一面设有安装孔，用以固定腰椎骨固定块7，其中，最底部的伺服电机与骸尾骨固定块6固定连接，最顶部伺服电机通过u型铝合金支架10与肩胛骨固定转动连接；固定腰带1外套设有控制器盒4，用于储存电源；固定腰带1两端分别与骸尾骨固定块6固定连接，其上设有卡扣和长度调节装置；固定肩带2共有两根，其一端与肩胛骨固定块8顶端固定连接，另一端与固定腰带1连接，与固定腰带1共同作用，使康复装置3紧密贴合佩戴者背部；腰椎骨固定块7、肩胛骨固定块8和骸尾骨固定块6，其与佩戴者背部接触的一边设计有贴合人类腰背骨骼的曲面，可提高佩戴的舒适性，腰椎骨固定块7两侧设有腰带安装孔，与固定腰带1连接，肩胛骨固定块8顶端设有两个肩带安装孔，与两条固定肩带2连接；康复装置3的腰椎骨固定块7、肩胛骨固定块8和骸尾骨固定块6采用光敏树脂材质制成；
26.如图1所示，传感器系统包括若干个压力传感器5、若干个加速度传感器；控制系统包括主控制器、串行总线伺服电机控制器和通信模块，以及用户app，主控制器通过通信接口与串行总线伺服电机控制器、通信模块信号实现数据传输，其并通过iic总线与传感器系统信号传递连接；压力传感器5共有三个，分别安装在肩胛骨固定块8、骸尾骨固定块6和第二腰椎骨固定块7上，佩戴时，三个压力传感器5分别对应肩胛骨受力点、骸尾骨受力点和腰椎骨受力点；压力传感器5接收主控制器的指令，返回压力数值；加速度传感器共有两个，分别安装在肩胛骨固定块8和骸尾骨固定块6上，加速度传感器接收主控制器的指令，返回加速度和重力数值；主控制器为一台arm内核的单片机，主控制器、串行总线伺服电机控制器、通信模块和电源集成为一体，固定安装于固定腰带1一侧；通信模块将腰背康复外骨骼数据传送给用户app，佩戴者可以通过用户app查看自己的姿态数据，辅助理疗师进行诊断，佩戴者还可以通过用户app调整控制参数，实现腰背康复外骨骼控制策略的人为调整。
27.该基于压力反馈的腰背康复外骨骼的工作原理：首先，当患者处于正常坐姿或站立行走时，主控制器通过实时读取各个舵机的转动角度，分析得到使用者此时的腰背部姿态，若主控制器判断使用者此时的姿态处于不健康的状态，则启动伺服电机引导使用者回到正确的姿势，伺服电机的驱动力较为柔和，主要目的为引导使用者，而不是强行将使用者的坐姿拉回正确状态，起到了对患者实时提醒的作用；
28.其次，主控制器读取压力传感器5数值，通过模型计算得到结果，将控制信息传送给串行总线伺服电机控制器，完成腰背康复外骨骼运动控制；主控制器读取加速度传感器数值，分析计算佩戴者的姿态；当主控制器内部程序判断佩戴者处于非健康姿态时，通过伺服电机微震对佩戴者经行提示；
29.然后，当患者需要进行弯腰或者其他大角度的运动时，主控制器通过读取传感器系统获得的数据，可在弯腰时提供支撑，起身时提供助力，主控制器通过压力传感器5和加速传感器，系统根据使用者的运动状态进行反馈，跟随患者进行相关的动作，使患者在使用期间不需要脱下外骨骼，增加穿戴的便利性；
30.最后，通信模块将腰背康复外骨骼数据传送给用户app，患者可以通过用户app查看自己的姿态数据，辅助理疗师进行诊断，患者还可以通过用户app调整控制参数，实现腰背康复外骨骼控制策略的人为调整。
31.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，
可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。