【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及外骨骼机器人助行领域，尤其涉及单下肢助行外骨骼机器人及其控制系统、控制方法。
技术介绍
1、随着医疗技术的进步，人们对康复训练的重视程度不断提升。尤其是对于患者早期的康复训练，其重要性不容忽视。康复训练的核心理念是利用中枢神经系统的可塑性，通过特定的运动训练，促使患侧产生相应的反应，进而改善肌肉张力和建立新的神经系统组合关系。然而，传统的依赖理疗师手动进行的康复训练方法，不仅效率低下，而且受技能水平的限制，康复效果不佳。
2、因此，康复类外骨骼在医疗康复领域发挥了巨大的作用，它不仅能够有效地替代理疗师繁重的手动训练工作，提高康复效率，还能针对偏瘫患者提供下肢代偿功能，帮助他们重新站起来步行。对于偏瘫患者来说，下肢外骨骼的辅助更是意义重大。它不仅能够支撑患者的体重，减轻他们的负担，更重要的是能够帮助患者逐步恢复肌肉力量、改善关节活动度，并最终实现自主行走。
3、然而，在目前的医疗康复领域中，下肢康复外骨骼多采用双下肢外骨骼，多采用程序化的步态轨迹进行康复，即按照固定的轨迹进行训练，这种方式忽略了患者在康复过程中的主动性，在针对偏瘫患者的单侧康复时，无法很好地与患者的健康侧进行配合。
技术实现思路
1、本专利技术针对现有技术存在的不足，提供如下技术方案：
2、单下肢助行外骨骼机器人，包括：腰部定位组件、可拆卸地设置于腰部定位组件上端一侧的控制组件以及可拆卸地设置于腰部定位组件下端的至少两组大腿组件。
3、具体的，所述大腿组件
4、作为上述技术方案的改进，所述小腿组件与大腿组件的一侧设置有用于对腿部限位的护板。
5、作为上述技术方案的改进，所述电机的数量至少为两个，所述大腿组件包括有连接件一，所述连接件一的一端与腰部定位组件固定，所述连接件一的另一端转动连接有连接件二，其中一个所述电机的动力端贯穿连接件一并与连接件二固定，所述连接件二的另一端内部插入有长度调节件一，所述长度调节件一的另一端外侧套接有连接件三；
6、所述小腿组件包括有连接件四，所述连接件三远离长度调节件一的一端与连接件四的端部转动连接，另一个所述电机的动力端贯穿连接件三并与连接件四固定。
7、作为上述技术方案的改进，所述腰部定位组件包括有连接导轨，所述连接导轨的两侧连接有侧板，所述侧板的另一端端部连接有腰带，两个所述腰带的自由端通过腰带扣连接。
8、作为上述技术方案的改进，所述连接件四的另一端插入有长度调节件二，所述长度调节件二的另一端外侧嵌套设置有连接件五，所述连接件五的另一端插入踝关节组件的上端部，至少一个所述护板设置于连接件二的一侧，至少一个所述护板设置于连接件四的一侧。
9、作为上述技术方案的改进，所述连接件二与连接件一之间、所述连接件三与连接件四之间设置有力矩传感器。
10、作为上述技术方案的改进，所述足底压力传感器的检测端上端面连接有鞋底，所述踝关节组件包括有连接壳，所述连接壳的一端开设有固定腔，所述腿部外骨骼件一的端部插入固定腔内部，所述连接壳的内部开设有内腔，所述内腔的内部设置有若干个弹簧，所述弹簧呈圆形分布，所述弹簧的中心位置开设有贯穿的轴体，所述轴体的外侧套设有弹簧挡件，所述轴体的外侧位于弹簧挡件的一侧固定有支撑件，所述支撑件的另一端固定有鞋底，当所述支撑件转动时，所述弹簧挡件转动以对弹簧形成挤压。
11、单下肢助行外骨骼机器人的控制系统，应用于如前述技术方案中任意一项所述的单下肢助行外骨骼机器人，包括：电源模块、控制模块、驱动模块、运动数据储存模块。
12、具体的，所述电源模块、控制模块、驱动模块、运动数据储存模块集成于控制组件内，所述电源模块用于提供所述控制系统的运行供电，所述运动数据储存模块用于获取并存储电机、姿态传感器以及足底压力传感器检测的数据，所述控制模块读取运动数据存储模块内的数据，并根据数据生成控制pid控制命令。
13、作为上述技术方案的改进，所述电机的扭矩通过连接的力矩传感器检测，所述力矩传感器检测的数据传递给运动数据存储模块。
14、单下肢助行外骨骼机器人的控制方法，应用于如前述技术方案中所述的控制系统，包括以下步骤：
15、步骤1：患者穿戴好如前述技术方案中任意一项所述的腿部外骨骼件一与腿部外骨骼件二并供电后，进入校验模式：若腿部外骨骼件二足底压力传感器测得到的步态相位是全足底触地，则进入控制模式；若不是全足底触底，则返回校验。
16、步骤2：进入控制模式后，当检测到步态相位为足跟离地时，所述控制系统开始感知腿部外骨骼件二摆动相的关节轨迹；若步态相位不为足跟离地，则不采取任何措施。
17、步骤3：当步骤2检测到步态相位为足跟离地之后，并继续检测到脚尖离地时，则代表腿部外骨骼件二摆动相进入早期，控制系统继续感知腿部外骨骼件二摆动相的关节轨迹；若步态相位不为脚尖离地，则不采取任何措施。
18、步骤4：当步骤3检测到步态相位为脚尖离地之后，继续检测到足跟触地时，则代表腿部外骨骼件二摆动相结束，支撑相开始，腿部外骨骼件一开始跟踪腿部外骨骼件二的摆动相的关节轨迹；若步态相位不为足跟触地，则不采取任何措施。
19、步骤5：当步骤4检测到步态相位为足跟触地之后，继续检测到全足底触地时，则代表支撑相进入早期，此时腿部外骨骼件一仍在跟踪腿部外骨骼件二的摆动相的关节轨迹，若步态相位不为全足底触地，则不采取任何措施。
20、步骤6：当步骤5检测到步态相位为全足底触地之后，继续检测到足跟离地时，则腿部外骨骼件二支撑相结束，摆动相即将开始，并重复步骤2-步骤6，若步态相位不为足跟离地，则在需要时使单下肢助行外骨骼停止运行并断电。
21、本专利技术的有益效果：
22、通过设置的腿部外骨骼件一与腿部外骨骼件二形成主动与从动的配合，对于偏瘫患者来说，只需要主动控制健康侧的腿部进行移动，则患者的患侧的腿部能够跟随健康侧的腿部进行同步移动，这种情况下，患者能够根据自己的主观感受来选择合适的训练动作，不仅保证了患者在康复过程中的主动性，而且保证偏瘫患者能够与腿部外骨骼件很好地进行配合，保证康复训练的正常进行。
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1.单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述小腿组件(40)与大腿组件(30)的一侧设置有用于对腿部限位的护板(80)。
3.根据权利要求2所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述电机(35)的数量至少为两个，所述大腿组件(30)包括有连接件一(31)，所述连接件一(31)的一端与腰部定位组件(10)固定，所述连接件一(31)的另一端转动连接有连接件二(32)，其中一个所述电机(35)的动力端贯穿连接件一(31)并与连接件二(32)固定，所述连接件二(32)的另一端内部插入有长度调节件一(33)，所述长度调节件一(33)的另一端外侧套接有连接件三(34)；
4.根据权利要求3所述的单下肢助行外骨骼机器人的控制系统，其特征在于：所述腰部定位组件(10)包括有连接导轨(11)，所述连接导轨(11)的两侧连接有侧板(12)，所述侧板(12)的另一端端部连接有腰带(121)，两个所述腰带(121)的自由端通过腰带扣(13)连接。
5.根据权利要求3所述的单下肢助行外骨
6.根据权利要求3所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述连接件二(32)与连接件一(31)之间、所述连接件三(34)与连接件四(41)之间设置有力矩传感器(351)。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述足底压力传感器(60)的检测端上端面连接有鞋底(70)，所述踝关节组件(50)包括有连接壳(51)，所述连接壳(51)的一端开设有固定腔(52)，所述腿部外骨骼件一的端部插入固定腔(52)内部，所述连接壳(51)的内部开设有内腔(53)，所述内腔(53)的内部设置有若干个弹簧(532)，所述弹簧(532)呈圆形分布，所述弹簧(532)的中心位置开设有贯穿的轴体，所述轴体的外侧套设有弹簧挡件(531)，所述轴体的外侧位于弹簧挡件(531)的一侧固定有支撑件(54)，所述支撑件(54)的另一端固定有鞋底(70)；
8.单下肢助行外骨骼机器人的控制系统，应用于如权利要求1-7任意一项所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于，包括：电源模块、控制模块、驱动模块、运动数据储存模块；
9.根据权利要求8所述的单下肢助行外骨骼机器人的控制系统，其特征在于：所述电机(35)的扭矩通过连接的力矩传感器(351)检测，所述力矩传感器(351)检测的数据传递给运动数据存储模块。
10.单下肢助行外骨骼机器人的控制方法，应用于如权利要求8或9所述的控制系统，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述小腿组件(40)与大腿组件(30)的一侧设置有用于对腿部限位的护板(80)。
3.根据权利要求2所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述电机(35)的数量至少为两个，所述大腿组件(30)包括有连接件一(31)，所述连接件一(31)的一端与腰部定位组件(10)固定，所述连接件一(31)的另一端转动连接有连接件二(32)，其中一个所述电机(35)的动力端贯穿连接件一(31)并与连接件二(32)固定，所述连接件二(32)的另一端内部插入有长度调节件一(33)，所述长度调节件一(33)的另一端外侧套接有连接件三(34)；
4.根据权利要求3所述的单下肢助行外骨骼机器人的控制系统，其特征在于：所述腰部定位组件(10)包括有连接导轨(11)，所述连接导轨(11)的两侧连接有侧板(12)，所述侧板(12)的另一端端部连接有腰带(121)，两个所述腰带(121)的自由端通过腰带扣(13)连接。
5.根据权利要求3所述的单下肢助行外骨骼机器人，其特征在于：所述连接件四(41)的另一端插入有长度调节件二(42)，所述长度调节件二(42)的另一端外侧嵌套设置有连接件五(43)，所述连接件五(43)的另一端插入踝关节组件(50)的上端部，至少一个所述护板(80)设置于连接件二(32)的一侧，至少一个所述护板(80)设置于连接件四(41)...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙浩，胡澳华，马超，汪新，黄康，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：
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