缩，从而站立平台 9带动腰部患者上下移动，使得腰带与腰部相接触，并达到合适的位置；
[0044] 步骤四、工控机16控制各伺服电机5转动，实现绳索4不同的伸缩，使得站立平台 9带动腿部完成相对腰部的转动康复训练；同时，编码器7实时采集卷筒6转动角度信息、 张力传感器12实时采集绳索4张力信息、姿态角传感10器实时采集站立平台9空间角度 信息，并通过数据采集卡11将信息实时反馈到工控机16上，工控机16再对各信息进行分 析和记录，进而对各伺服电机5进行补偿控制和绳索4的安全判别，实现站立平台9按预定 轨迹的转动和绳索的安全控制，保证了腰部的安全。
[0045] 步骤五、工控机16控制气动回路中阀门的开关，使得气动回路流通，实现气动人 工肌肉14的驱动，完成腰部弯腰康复训练；同时，压力传感器14-2实时采集进气回路中气 体压力信息、流量传感器14-3实时采集出气回路中气体流量信息，激光测距传感器14-5 实时采集气动人工肌肉14的长度信息，并通过数据采集卡11将信息实时反馈到工控机16 上，工控机16再对各信息进行分析和记录，进而控制气动回路中压力阀门和流量阀门的开 度，控制气动人工肌肉14力的大小及其变化，防止对腰部造成二次扭伤。
[0046] 步骤六、工控机16实时监测各传感器的工作状态，判别各传感器是否在预设范围 内工作，是否需要报警，并做出相应的警示动作。
[0047] 各传感器具体工作过程如下：
[0048] (1)压力传感器14-2实时监测四个气动人工肌肉14进气管14-1的压力P，并将 数据传输到工控机16上，工控机16对各气动人工肌肉14进气管14-1压力信号进行分析， 得出气动人工肌肉轴向伸缩力F:
【主权项】
1. 一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置，其特征在于：包括铝合金型材框 架，所述铝合金型材框架包括水平的矩形顶框、四个竖向设置的支撑杆，四个支撑杆分别在 矩形顶框的顶角底部支撑矩形顶框，矩形顶框下方设置有水平安装在四个支撑杆下部之间 的底板，底板上中心位置水平设置有站立平台，站立平台上设置有数据采集卡、姿态角传感 器，矩形顶框靠近顶角位置的相邻框边之间分别连接有斜支撑杆，每个斜支撑杆与矩形顶 框框边夹角均相同，每个斜支撑杆上分别转动安装有定滑轮，所述底板上位于每个斜支撑 杆下方分别设置有由伺服电机驱动的卷筒，卷筒的轴端安装有编码器，卷筒上缠绕有绳索， 所述绳索分别向上绕过对应位置斜支撑杆上的定滑轮后再向下连接在站立平台上，且每个 绳索上分别安装有张力传感器，底板上方相邻支撑杆之间还分别连接有水平支撑杆，每个 水平支撑杆上中间位置分别竖向安装有套有弹簧的气动人工肌肉，每个气动人工肌肉的进 气端口处分别安装有压力传感器，每个气动人工肌肉的出气端口处分别安装有流量传感 器，每个气动人工肌肉的上、下端口平面上分别安装有彼此相对的激光测距传感器，每个气 动人工肌肉顶端分别支撑有水平的滑动副，四个滑动副呈十字形伸向站立平台上方，且四 个滑动副伸向站立平台上方的端头处分别连接有腰带；还包括工控机，站立平台上的数据 采集卡通过数据传输线与工控机连接，所述姿态角传感器、张力传感器、压力传感器、流量 传感器、激光测距传感器分别通过数据传输线与数据采集卡连接，所述编码器通过数据线 直接与工控机连接。
2. 根据权利要求1所述的一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置，其特征在 于：站立平台上的姿态角传感器的X、Y惯性主轴分别与由绳索和站立平台的连接点所形成 的正方形的边相垂直，姿态角传感器的Z惯性主轴垂直于站立平台且竖直向上；在运动中， 姿态角传感器实时检测站立平台的横滚角a、俯仰角0和偏转角y，把相应的角度信息通 过数据传输线传输给安装在站立平台上的数据采集卡，数据采集卡再通过数据传输线把数 据传输到工控机上，由工控机对其进行分析，并对相应的伺服电机进行控制，从而带动绳索 的伸缩，使得站立平台在运动中与腿部保持垂直，确保了站立平台上腰部患者的安全。
3. 根据权利要求1所述的一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置，其特征在 于：所述的张力传感器安装在距绳索与站立平台连接点的半米处，与绳索串联；在运动中， 张力传感器实时监测绳索的张力，通过数据传输线传输给安装在站立平台上的数据采集 卡，数据采集卡再通过数据传输线把数据传输到工控机上，由工控机对其进行分析保存，得 出各个运动阶段的运动状态参数。
4. 根据权利要求1所述的一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置，其特征在 于：所述的编码器与卷筒轴端相连接，其数据输出端通过数据线直接与工控机相连接；在 运动中，编码器实时检测卷筒的转动角度，通过数据传输线把相应信息传输给工控机上，由 工控机进行分析，得出绳索的伸缩量，并对伺服电机进行相应的控制输出。
5. 根据权利要求1所述的一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置，其特征在 于：所述的压力传感器和流量传感器分别安装在气动人工肌肉进气管和出气管的端口处， 激光测距传感器安装在上下端口平面上；运动中，压力传感器和流量传感器分别实时检测 进气回路中的进气压力和出气回路中的出气流量，激光测距传感器实时检测气动人工肌肉 的长度，通过数据传输线传输给安装在站立平台上的数据采集卡，数据采集卡再通过数据 传输线把数据传输到工控机上，工控机对其进行分析，分别对气动人工肌肉进气回路中的 压力阀门和出气回路中的流量阀门开度进行相应的调节控制。
6. -种基于权利要求1所述装置的并联腰部康复训练装置动态特性检测方法，其特征 在于：包括以下步骤： (1) 、工控机对各传感器单元进行初始化自检； (2) 、人工向工控机输入临界阈值； (3) 、工控机控制四个电机同步转动，带动绳索伸缩，从而站立平台带动腰部患者上下 移动，使得腰带与腰部相接触，并达到合适的位置； (4) 、工控机控制各电机转动，实现绳索不同的伸缩，使得站立平台带动腿部完成相对 腰部的转动康复训练；同时，编码器实时采集卷筒转动角度信息、张力传感器实时采集绳索 张力信息、姿态角传感器实时采集站立平台空间角度信息，并通过数据采集卡将信息实时 反馈到工控机上，工控机再对各信息进行分析和记录，进而对各电机进行补偿控制和绳索 的安全判别，实现站立平台按预定轨迹的转动和绳索的安全控制，保证了腰部的安全； (5) 、工控机控制气动回路中阀门的开关，使得气动回路流通，实现气动人工肌肉的驱 动，完成腰部弯曲康复训练；同时，压力传感器实时采集进气回路中气体压力信息、流量传 感器实时采集出气回路中气体流量信息，激光测距传感器实时采集气动人工肌肉的长度信 息，并通过数据采集卡将信息实时反馈到工控机上，工控机再对各信息进行分析和记录，进 而控制气动回路中压力阀门和流量阀门的开度，控制气动人工肌肉力的大小及其变化，防 止对腰部造成二次扭伤； (6) 、工控机实时监测各传感器的工作状态，判别各传感器是否在预设范围内工作，是 否需要报警，并做出相应的警示动作。
【专利摘要】本发明公开了一种并联腰部康复训练装置动态特性检测装置，包括铝合金型材框架、气动人工肌肉、滑动副、腰带、伺服电机、卷筒、定滑轮、绳索、站立平台。铝合金型材框架中部支撑四个气动人工肌肉，气动人工肌肉通过带动与其用球铰链相连的滑动副运动，从而使得与滑动副相连的康复腰带带动腰部患者腰部进行前屈、背伸、左右弯腰的康复训练运动。气动人工肌肉在其进气管端口处分别安装四个压力传感器，在其出气端口处分别安装四个流量传感器，在其上下端口平面上分别安装四个激光测距传感器。铝合金型材框架底板上固定四个伺服电机，四个伺服电机分别带动四个卷筒旋转，使得四个卷筒上的四根绳索伸缩，在绳索上分别安装四个张力传感器。
【IPC分类】A61H1-02, G01D21-02
【公开号】CN104800040
【申请号】CN201510100137
【发明人】訾斌, 陈桥, 尹光才, 钱森
【申请人】合肥工业大学
【公开日】2015年7月29日
【申请日】2015年3月6日