[發明專利]一種截癱助行動力外骨骼的控制方法

有效

• 申請號: 201410160962.3
• 申請日: 2014-04-21
• 公開（公告）號: CN103932868B
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 王人成;楊正東;沈強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: A61H1/02
• 分類號: A61H1/02;A61H3/02
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產權代理有限公司11246
• 代理人: 張文寶

技術領域

本發明涉及一種截癱助行動力外骨骼的控制方法，屬于康復工程技術領域。

背景技術

據相關調查數據顯示，目前世界上的截癱患者人數逐年增多，不僅給患者造成較大的經濟負擔，同時也造成了一定的心理負擔。因此，截癱助行與康復已經成為一個日益嚴峻的社會問題。近年來，由于各種各樣的原因（例如地震等自然災害），我國下肢癱瘓的人數已經達到了數十萬。對于那些完全癱瘓的患者而言，純粹的藥物治療和手術治療無法使患者徹底康復，因此，需要借助康復工程的手段去改善或代替癱瘓病人失去的功能。截癱助行動力外骨骼是一種穿戴在下肢，由外動力驅動機械關節帶動下肢運動功能障礙患者相應關節運動，達到訓練/代償行走功能的機械裝置。為了解決截癱病人長期臥床或者坐輪椅引起的壓瘡和肌肉萎縮等疾病，幫助他們站立和行走，提高其生活質量，并減輕患者家庭和社會的經濟負擔，研究開發具有高科技含量和自主知識產權的截癱患者用助行動力外骨骼和相應的骼控制方法具有十分重要的實際意義。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供了一種截癱助行動力外骨骼的控制方法，采用的技術方案如下：

該控制方法對截癱助行動力外骨骼進行控制，使其具有8種運動模式，供使用者進行選擇和切換，分別為：

模式1：坐→站；

模式2：站→坐；

模式3：站→走；

模式4：走→站；

模式5：常速平地行走；

模式6：慢速上下坡；

模式7：上樓梯；

模式8：下樓梯。

所述的模式1的控制流程為：患者處于坐姿的情況下，首先使得軀干前傾，且肘杖觸地向前支撐，此時截癱助行動力外骨骼的控制系統根據傳感器的數值來判斷是否滿足判據C₁₁和C₁₂，其中，C₁₁為判斷軀干的前傾角是否超過閾值θ_sit-stand，C₁₂為判斷肘杖向前支撐的地面反力是否超過閾值F_sit-stand；當滿足上述兩個判據時，截癱助行動力外骨骼的髖膝關節緩慢伸展至0°的位置。

所述的模式2的控制流程為：患者處于站姿的情況下，首先使得軀干前傾，且肘杖觸地向后支撐，此時截癱助行動力外骨骼的控制系統根據傳感器的數值來判斷是否滿足判據C₂₁和C₂₂，其中，C₂₁為判斷軀干的前傾角是否超過閾值θ_stand-sit，C₂₂為判斷肘杖向后支撐的地面反力是否超過閾值F_stand-sit；當滿足上述兩個判據時，髖膝關節緩慢屈曲至90°的位置。

所述的模式3的控制流程為：患者處于站姿的情況下，首先使得軀干前傾，且左肘杖或右肘杖向前擺動，觸地并支撐，此時截癱助行動力外骨骼的控制系統根據傳感器的數值來判斷是否滿足判據C₃₁和C₃₂，其中，C₃₁為判斷手臂前擺角是否超過閾值θ_stand-walk，C₃₂為判斷肘杖向前支撐的地面反力是否超過閾值F_stand-walk；當滿足上述兩個判據時，根據預先設定的髖膝關節驅動數據邁右腿或左腿。

所述的模式4的控制流程為：患者處于持續行走的狀態下，當前邁步腿著地后，截癱助行動力外骨骼的髖膝關節均緩慢恢復至0°位置，隨后對側腿跟上，具體為截癱助行動力外骨骼屈髖至一定角度，屈膝至最大角度，然后髖膝關節均恢復至0°位置。

所述截癱助行動力外骨骼屈髖的角度滿足條件：患者步幅=（患者大腿長+患者小腿長）×cos（屈髖角度）。