肢体骨骼肌发力状态检测装置及方法、发力状态识别设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种肢体骨骼肌发力状态检测装置，其包括：压力感知模块，以及可穿戴的定位模块，其中，所述压力感知模块以可拆卸的方式安装在所述定位模块上；当穿戴者穿戴所述定位模块时，所述定位模块将所述压力感知模块固定在所述穿戴者的肢体上，并使所述感知模块的受力点/受力面始终抵住与所述骨骼肌表面，以获取肢体骨骼肌向上突起(即发力)时产生的压力。本发明专利技术利用力传感器对肢体骨骼肌用力状态进行实时感知，利用肢体骨骼肌发力时肌肉弹性刚度变化特性，通过传感器来检测肌肉软硬度变化，进而在不采用传统肌电信号测量的贴片方式的情况下来检测肢体骨骼肌的用力状态。

【技术实现步骤摘要】
肢体骨骼肌发力状态检测装置及方法、发力状态识别设备优先权申请本申请要求2020年3月31日提交的中国专利技术专利申请CN2020102421710“一种肢体骨骼肌发力状态测试机构、方法和装置”的优先权，这件优先权中国专利技术专利申请以引用方式全文并入。
本专利技术属于信号检测
，尤其涉及一种肢体骨骼肌发力状态检测装置及其检测方法，以及一种肢体骨骼肌发力状态识别设备。
技术介绍
人的膝关节在日常的各种生活活动中起着极其重要的作用，比如正常的行走、站立。但是，现在有许多膝关节损伤的患者，比如步态障碍、瘫痪、肌肉无力等等，他们无法像常人一样自由的行走或者站立，这对他们的生活有很大的影响。所以，出现可以帮助这些有膝关节功能障碍的人恢复行走能力的设备是必要的。相比传统的物理治疗法，通常需要体力劳动，由于物理治疗师需要高强度的劳动，针对患者的培训课程通常时间、频率和可用性是有限的。而利用机器人技术开发可穿戴医疗设备，如外骨骼和活动矫形器，用于行走障碍患者。通过机器人辅助康复，物理治疗师便可以摆脱传统物理治疗的繁重负担。并且，机器人辅助康复可以提供长时间的训练，增加康复过程。目前，参考图1所示为Pratt等人做出了一种叫做RoboKnee的膝关节外骨骼，用来增强人的力量和耐力，提高行走速度。该款膝关节外骨骼采用串联驱动器提供动力，执行机构主要由直流电机、压缩弹簧、滚珠丝杠螺母和导轨组成。它能够输出565N的连续力和1330N的间歇力。经过试验，这套设备可以在受试者进行爬楼梯、负重或深膝弯曲等运动时增强他的力量和耐力。参考图2所示，Maeda等人开发了一款用于增强正常人步行能力的膝关节外骨骼。用PAMs来驱动外骨骼。这套外骨骼设备主要由空气压缩机、气动调节器、激动剂-拮抗剂PAMs、传感器、嵌入式控制器和一个商用的膝关节支撑组成。不包括空气压缩机和气动调节器外骨骼总重约0.8Kg。对一名健康成年男性受试者进行实验，在实验中，实验者穿戴这套设备在跑步机上以每小时4公里的速度行走。实验结果表明，膝关节外骨骼可以为佩戴者提供可变刚度的帮助，以减少过度肌肉活动。参考图3所示，Dollar等人开发了一种用于运输过程中辅助跑步和提高人体性能的能量自主的膝关节外骨骼。外骨骼由支架、控制硬件、执行器模块组成，执行器又包括了直流电机、滚珠丝杠和螺母、弹簧、以及皮带驱动器。执行器大约重1Kg，最大持续力约524N，峰值扭矩为47.5Nm。电源选用锂聚合物电池，外骨骼总重量约2.5Kg，穿戴者能在30秒内穿上，5秒内脱下。在他们以后的研究中，将进行人体实验来验证装备的有效性。参考图4所示，D.J.Hyun等人提出了一种以电力为动力的下肢外骨骼，叫做人体通用运动辅助器(HumanUniversalMobilityAssistanceHUMA)。HUMA旨在为穿戴者提供负重帮助，增强人的体力和耐力。它有12个自由度来协助人类运动。假肢有两个电力驱动的自由度用于髋/膝关节的屈伸和伸展。HUMA具有主动人工髋关节和膝关节的机械结构。他的主动人工膝关节由一个四杆多中心联动机构组成，通过其他四杆动力传动机构，由位于机器人大腿段中间的执行机构驱动。这个动力膝关节的优点有四个，分别为a.人类和机器人在腿部运动时膝盖对齐；b.膝关节自主稳定区扩大；c.角度相关的可变膝关节扭矩/速度的比率增大；d.人工腿的总惯性矩减少。开发者们对外骨骼进行了步态测试，实验中，HUMA外骨骼机器人能够负重20Kg以5公里每小时的速度行走，无负重以每小时10公里的速度跑步。对于现有技术中的主动式行走助力外骨骼而言，都需要及时感知人体的运动步态，并精准判断出穿戴者的运动意图，才能恰逢其时地实现高效能助力。因此步态感知手段的优化对于行走助力外骨骼助力效能的提高也有重要的作用。现有助力外骨骼的步态感知手段主要包括：电机旋转编码器、关节角度计、肢体运动加速度计、电机输出转矩计、外骨骼关节交互转矩计、足底压力计、肌电信号、脑电信号等。其中，编码器、角度计、加速度计是通过记录人体肢体运动轨迹，来判断身体下一阶段可能的运动方向和速度。而关节交互转矩计或足底压力计的加入，则能减少人机交互界面(柔性绑缚)对肢体运动轨迹造成的感知滞后作用。然而上述两类方法仍然是通过人体肢体已经发生的运动学或动力学特性对人体运动步态进行感知的，相对于人体发力始终存在一定的滞后。因为人体骨骼肌可类比为串联弹性驱动，肌肉发力为肌腱蓄能，进而改变关节的等效刚度，实现运动意图。因此肌肉发力要先于肢体运动。如果利用控制算法的微分算子来预估人体运动的趋势，虽然在稳定步态下可以改善助力滞后的问题，但对于山区徒步这种步态频繁变化的实际应用，该步态预测方法不但难以准确判断人体步态意图，可能还会因为错误的助力策略导致人体耗能的增加。相比之下，通过对肌肉发力的直接感知可以避免上述问题，例如测量助力肌群的肌电信号。现有的肌肉发力感知方式主要采用肌电信号测量法，具体包括针刺式和表面贴片式两种。针刺式肌电信号传感器由于需要将电极刺入人体肌肉群中，因此多用于临床实验。表面肌电信号传感器虽然比前者更易于外骨骼应用，但仍然需要将导电极贴敷在人体肌肉皮肤表面，进而导致外骨骼穿戴不方便，并且电极贴敷位置差异、汗液导致介电常数变化、运动中的抖动、贴片脱落等问题对信号的捕捉影响较大。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的不足，提供了一种肢体骨骼肌发力状态测试机构、测试方法、测试装置。随着社会的进步，各个领域的产物都在朝着操作更加简单，反应更加灵敏，携带更加方便的方向进发。本专利技术的初衷也秉承着同样的观念在进行研究设计。实时感知也是近几年的研究热点，其在智能机器人领域的应用更是十分广泛。给外骨骼机器人搭载先进的感知系统，理论上就能够与能量回收机构和助力机构实现完美配合，当探测到需要用力时助力机构便可以提供助力，而不需要助力时也可将在运动中产生的能量回收储存起来，从而提高续航能力。为了解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案：本专利技术的第一方面，在于提供一种肢体骨骼肌发力状态检测装置，其包括：压力感知模块，以及可穿戴的定位模块，其中，所述压力感知模块以可拆卸的方式安装在所述定位模块上；当穿戴者穿戴所述定位模块时，所述定位模块将所述压力感知模块固定在所述穿戴者的肢体上，并使所述感知模块的受力点/受力面始终抵住与所述骨骼肌表面；且当所述肢体运动时，所述骨骼肌作用于所述压力感知模块的至少一个受力点/至少一个受力面，从而得到可用于表征所述骨骼肌发力状态的电信号。在本专利技术的一些实施例中，所述受力点/所述受力面呈凸型结构；且当所述穿戴者穿戴安装有所述压力感知模块的所述定位模块时，所述受力点/所述受力面使得所述骨骼肌表面对应于所述受力点/所述受力面的位置形成凹陷。优选地，所述压力感知模块包括：压力传感器。在本专利技术的一些实施例中，所述压力感知模块包括：压力传感器，以及用于将所述骨骼肌施加的压力传导至所述压力传感器的传导部件，其中，所述传导部件以可拆卸的方式安装在所述定位模块上，并将所述压力传感本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种肢体骨骼肌发力状态检测装置，其特征在于，包括：压力感知模块，以及可穿戴的定位模块，其中，所述压力感知模块以可拆卸的方式安装在所述定位模块上；/n当穿戴者穿戴所述定位模块时，所述定位模块将所述压力感知模块固定在所述穿戴者的肢体上，并使所述感知模块的受力点/受力面始终抵住与所述骨骼肌表面；且/n当所述肢体运动时，所述骨骼肌作用于所述压力感知模块的至少一个受力点/至少一个受力面，从而得到可用于表征所述骨骼肌发力状态的电信号。/n

【技术特征摘要】
20200331 CN 20201024217101.一种肢体骨骼肌发力状态检测装置，其特征在于，包括：压力感知模块，以及可穿戴的定位模块，其中，所述压力感知模块以可拆卸的方式安装在所述定位模块上；
当穿戴者穿戴所述定位模块时，所述定位模块将所述压力感知模块固定在所述穿戴者的肢体上，并使所述感知模块的受力点/受力面始终抵住与所述骨骼肌表面；且
当所述肢体运动时，所述骨骼肌作用于所述压力感知模块的至少一个受力点/至少一个受力面，从而得到可用于表征所述骨骼肌发力状态的电信号。


2.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述受力点/所述受力面呈凸型结构；且
当所述穿戴者穿戴安装有所述压力感知模块的所述定位模块时，所述受力点/所述受力面使得所述骨骼肌表面对应于所述受力点/所述受力面的位置形成凹陷。


3.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述压力感知模块包括：压力传感器。


4.根据权利要求1所述的检测装置，其特征在于，所述压力感知模块包括：压力传感器，以及用于将所述骨骼肌施加的压力传导至所述压力传感器的传导部件，其中，所述传导部件以可拆卸的方式安装在所述定位模块上，并将所述压力传感器夹持在所述传导部件和所述定位模块之间；
当所述穿戴者穿戴所述定位模块时，所述传导部件的受力面/受力点抵住所述骨骼肌表面；且
当所述骨骼肌发力时，所述传导部件将所述骨骼肌施加在所述受力面上的压力传导至所述压力传感器上。


5.根据权利要求4所述的检测装置，其特征在于，所述传导部件远离所述受力面/所述受力点的一端内设有可用于安装所述压力传感器的第一容置槽；
当将所述传导部件可拆卸方式安装在所述定位模块上时，所述第一容置槽与所述定位模块贴合于所述骨骼肌的内侧表面形成用于包...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁博，
申请(专利权)人：重庆牛迪普力科技合伙企业有限合伙，
类型：发明
国别省市：重庆;50