一种智能下肢康复训练轮椅及训练方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115054451A(43)申请公布日2022.09.16(21)申请号202210552292.4A63B21/00(2006.01)(22)申请日2022.05.20A63B23/04(2006.01)A63B24/00(2006.01)(71)申请人南京理工大学地址210094江苏省南京市玄武区孝陵卫200号(72)发明人孙瑜孙涛(74)专利代理机构南京理工大学专利中心32203专利代理师朱沉雁(51)Int.Cl.A61G5/04(2013.01)A61G5/10(2006.01)A61G5/12(2006.01)A61B5/22(2006.01)A61B5/00(2006.01)权利要求书2页说明书4页附图1页(54)发明名称一种智能下肢康复训练轮椅及训练方法(57)摘要本发明公开了一种智能下肢康复训练轮椅及训练方法，下肢康复训练轮椅包括电动轮椅本体、压力传感器、康复训练控制器以及两个执行单元。压力传感器采集用户下肢肌力，并将数据送入康复训练控制器，康复训练控制器识别用户下肢肌力等级，根据下肢肌力等级，给定执行单元的输出推力值，通过驱动执行单元完成用户下肢康复训练。在下肢康复训练阶段，该训练方法可以实时调整执行单元输出推力大小，通过多种康复阶段，帮助用户进行下肢康复训练以及下肢肌力强化。CN115054451ACN115054451A权利要求书1/2页1.一种智能下肢康复训练轮椅，其特征在于：包括电动轮椅(1)、康复训练控制器(3)、两个执行单元(4)和若干压力传感器(2)，压力传感器(2)固定在电动轮椅(1)的下肢绑腿内壁，当用户绑定下肢后，压力传感器(2)贴合用户小腿肌肉；执行单元(4)包括丝杆、伺服电机和伺服电机驱动器，丝杆一端连接伺服电机，另一端连接电动轮椅(1)的一个踏板；压力传感器(2)、伺服电机驱动器分别与康复训练控制器(3)连接，伺服电机和伺服电机驱动器连接，压力传感器(2)采集用户下肢肌力，并将其送入康复训练控制器(3)，康复训练控制器(3)识别下肢肌力等级，根据下肢肌力等级，给定执行单元(4)的输出推力值，并将推力值送入伺服电机驱动器，通过伺服电机和丝杆实现对踏板的控制，完成腿部训练。2.根据权利要求1所述的智能下肢康复训练轮椅，其特征在于：还包括与康复训练控制器(3)连接的语音模块，语音模块设置在电动轮椅(1)上，在下肢康复训练过程中进行语音播报，帮助使用者了解训练过程，并控制训练的启停。3.根据权利要求1所述的智能下肢康复训练轮椅，其特征在于：下肢肌力由股直肌、股外侧肌以及股内侧肌驱动膝关节产生。4.一种智能下肢康复训练轮椅的训练方法，其特征在于，步骤如下：步骤1：根据压力传感器(2)采集的下肢肌力，建立下肢肌力映射模型，下肢肌力映射模型为：其中，τh为膝关节关节力矩；ω1是RMS1特征值对估计的关节转矩的权值系数，ω2是RMS2特征值对估计的关节转矩的权值系数，ω3是θmesu对估计的关节转矩的权值系数，其中ω1∈(0.85，0.9)，ω2∈(0.7，0.8)，ω3∈(0.95，1)；RMS1表示压力传感器(2)采集的压力特征值，RMS2表示执行单元(4)的输出推力特征值；θmesu为膝关节抬起角度；步骤2：根据下肢肌力，并引入力量信息反馈以及运动信息反馈，得到下肢肌力等级，并计算抬腿所需力量；抬腿所需力量计算公式如下：其中，Vout1为压力传感器(2)输出的模拟量电压值，Vout2为执行单元(4)的模拟量输入电压值；Vcc为压力传感器(2)的额定电压值，fmax为压力传感器(2)的额定测量值，d(V)为执行单元(4)的当前输出转矩，fp为抬腿所需力量；ft为执行单元(4)的输出转矩；步骤3：根据下肢肌力映射模型、下肢肌力等级和抬腿所需力量，得到执行单元(4)的输出推力；完成康复训练。5.根据权利要求4所述的智能下肢康复训练轮椅的训练方法，其特征在于：在下肢康复训练过程中，实时输出推力大小。6.根据权利要求4所述的智能下肢康复训练轮椅的训练方法，其特征在于：在下肢康复2CN115054451A权利要求书2/2页训练过程分为以下三种阶段：辅助抬腿阶段、自由抬腿阶段以及抗阻抬腿阶段。3CN115054451A说明书1/4页一种智能下肢康复训练轮椅及训练方法技术领域[0001]本发明涉及康复训练器械，具体涉及一种智能下肢康复训练轮椅及训练方法。背景技术[0002]据联合国人口司2017年统计显示，截止2017年，全球60岁及以上的老龄人口约有9.62亿，占世界总人口的12.7％。2050年，60岁及以上人口将达到21亿。与此同时，由脑卒中等引起的神经损伤患者人数也在全球范围内逐年递增。大多数老年人及神经损伤患者会产生不同程度的运动功能