[發(fā)明專(zhuān)利]一種獨(dú)立膝、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810078917.1
• 申請(qǐng)日: 2018-01-26
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108271122A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-07-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 莊建;高明
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 莊建
• 主分類(lèi)號(hào): H04W4/029
• 分類(lèi)號(hào): H04W4/029;H04W4/38;H04W4/06;H04W24/08;H04W40/10;H04W40/24;H04W40/32;H04W64/00;H04W72/04;A61H1/02
• 代理公司: 重慶市信立達(dá)專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 50230
• 代理人: 包曉靜

1.一種獨(dú)立膝、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)裝置，其特征在于，所述獨(dú)立膝、肩關(guān)節(jié)的關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)裝置設(shè)置有：肩套體、傳動(dòng)卡片、液壓油囊、魔術(shù)帶、壓力傳感器貼片、輸油導(dǎo)管、流向開(kāi)關(guān)、分流器、液壓泵、控制箱、控制面板、中央處理器、導(dǎo)線(xiàn)、電源插頭；

所述肩套體上粘接有所述傳動(dòng)卡片；所述液壓油囊通過(guò)傳動(dòng)卡片卡接于所述肩套體上的關(guān)節(jié)處；所述魔術(shù)帶縫接于所述肩套體；所述壓力傳感器貼片粘接與所述肩套體內(nèi)表面；

所述壓力傳感器貼片的壓力傳感器為多個(gè)；

采用內(nèi)插外推的時(shí)間配準(zhǔn)算法將壓力傳感器A的采樣數(shù)據(jù)向壓力傳感器B的數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)，使得兩個(gè)壓力傳感器在空間配準(zhǔn)時(shí)刻對(duì)同一個(gè)目標(biāo)有同步的量測(cè)數(shù)據(jù)，內(nèi)插外推時(shí)間配準(zhǔn)算法如下：

在同一時(shí)間片內(nèi)將各壓力傳感器觀測(cè)數(shù)據(jù)按測(cè)量精度進(jìn)行增量排序，然后將壓力傳感器A的觀測(cè)數(shù)據(jù)分別向壓力傳感器B的時(shí)間點(diǎn)內(nèi)插、外推，以形成一系列等間隔的目標(biāo)觀測(cè)數(shù)據(jù)，采用常用的三點(diǎn)拋物線(xiàn)插值法的進(jìn)行內(nèi)插外推時(shí)間配準(zhǔn)算法得壓力傳感器A在t_Bk時(shí)刻在本地直角坐標(biāo)系下的量測(cè)值為：

其中，t_Bk為配準(zhǔn)時(shí)刻，t_k-1,t_k,t_k+1為壓力傳感器A距離配準(zhǔn)時(shí)刻最近的三個(gè)采樣時(shí)刻，Y_A(t_k-1),Y_A(t_k),Y_A(t_k+1)分別為其對(duì)應(yīng)的對(duì)目標(biāo)的探測(cè)數(shù)據(jù)；

完成時(shí)間配準(zhǔn)后，根據(jù)壓力傳感器A的配準(zhǔn)數(shù)據(jù)與壓力傳感器B的采樣數(shù)據(jù)，采用基于地心地固(Earth Center Earth Fixed,ECEF)坐標(biāo)系下的偽量測(cè)法實(shí)現(xiàn)壓力傳感器A和壓力傳感器B的系統(tǒng)誤差的估計(jì)；基于ECEF的系統(tǒng)誤差估計(jì)算法具體為：

假設(shè)k時(shí)刻目標(biāo)在本地直角坐標(biāo)系下真實(shí)位置為X'₁(k)＝[x'₁(k),y'₁(k),z'₁(k)]^T，極坐標(biāo)系下對(duì)應(yīng)的量測(cè)值為分別為距離、方位角、俯仰角；轉(zhuǎn)換至本地直角坐標(biāo)系下為X₁(k)＝[x₁(k),y₁(k),z₁(k)]^T；壓力傳感器系統(tǒng)偏差為分別為距離、方位角和俯仰角的系統(tǒng)誤差；于是有

其中表示觀測(cè)噪聲,均值為零、方差為

式(1)可以用一階近似展開(kāi)并寫(xiě)成矩陣形式為：

X'₁(k)＝X₁(k)+C(k)[ξ(k)+n(k)]\*MERGEFORMAT(3)

其中，

設(shè)兩部壓力傳感器A和B,則對(duì)于同一個(gè)公共目標(biāo)(設(shè)地心地固坐標(biāo)系下為X'_e＝[x'_e,y'_e,z'_e]^T)，可得

X'_e＝X_As+B_AX'_A1(k)＝X_Bs+B_BX'_B1(k)\*MERGEFORMAT(4)

B_A，B_B分別為目標(biāo)在壓力傳感器A與壓力傳感器B本地坐標(biāo)下的位置轉(zhuǎn)換到ECEF坐標(biāo)系下的位置時(shí)的轉(zhuǎn)換矩陣；

定義偽量測(cè)為：

Z(k)＝X_Ae(k)-X_Be(k)\*MERGEFORMAT(5)

其中，X_Ae(k)＝X_As+B_AX_A1(k)；X_Be(k)＝X_Bs+B_BX_B1(k)

將式(2)、式(3)代入式(4)可以得到關(guān)于壓力傳感器偏差的偽測(cè)量方程

Z(k)＝H(k)β(k)+W(k)\*MERGEFORMAT(6)

其中，Z(k)為偽測(cè)量向量；H(k)為測(cè)量矩陣；β為壓力傳感器偏差向量；W(k)為測(cè)量噪聲向量；由于n_A(k),n_B(k)為零均值、相互獨(dú)立的高斯型隨機(jī)變量,因此W(k)同樣是零均值高斯型隨機(jī)變量,其協(xié)方差矩陣為R(k)；

所述輸油導(dǎo)管膠接于所述液壓油囊；所述流向開(kāi)關(guān)膠接于所述分流器；所述分流器通過(guò)輸油導(dǎo)管連接于所述液壓泵；所述液壓泵通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接于所述控制箱；所述控制面板嵌裝于所述控制箱表面；所述中央處理器通過(guò)螺絲固定于所述控制箱內(nèi)部；所述控制箱通過(guò)導(dǎo)線(xiàn)連接于所述電源插頭；

所述中央處理器的成簇通信負(fù)責(zé)網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理和傳輸工作；穩(wěn)定通信階段時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)長(zhǎng)于穩(wěn)定通信建立階段時(shí)間；

經(jīng)過(guò)了數(shù)據(jù)簇頭選舉后，普通節(jié)點(diǎn)經(jīng)過(guò)對(duì)各數(shù)據(jù)簇頭適宜度的判斷選擇最佳簇頭加入；數(shù)據(jù)簇頭收到普通節(jié)點(diǎn)的加入申請(qǐng)后進(jìn)行確認(rèn)，簇族形成完畢，然后進(jìn)行通信簇頭的選取；通信簇頭選取后，數(shù)據(jù)簇頭根據(jù)簇內(nèi)成員數(shù)量確定統(tǒng)一的時(shí)隙數(shù)，建立TDMA時(shí)隙表，然后廣播為每個(gè)簇內(nèi)成員分配的TDMA時(shí)隙；通信簇頭選出后向全網(wǎng)廣播一條包含自身標(biāo)識(shí)、節(jié)點(diǎn)剩余能量、和其到匯聚點(diǎn)距離的信息；收到該消息的其他通信簇頭，根據(jù)收到的信號(hào)強(qiáng)度近似計(jì)算它們的距離；簇內(nèi)普通節(jié)點(diǎn)按分配好的TDMA時(shí)隙將數(shù)據(jù)發(fā)送至數(shù)據(jù)簇頭，數(shù)據(jù)簇頭收集到數(shù)據(jù)進(jìn)行融合；隨后數(shù)據(jù)簇頭將處理好的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)給通信簇頭，由通信簇頭負(fù)責(zé)發(fā)送；通信簇頭根據(jù)簇間混合多跳路由MMHBC方式來(lái)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)，直至數(shù)據(jù)被傳送至基站；在經(jīng)過(guò)設(shè)定的一段時(shí)間后，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)就進(jìn)入下一個(gè)工作周期，重新進(jìn)行每個(gè)區(qū)域內(nèi)的成簇工作；

具體如下：

步驟1：基站通過(guò)監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)各節(jié)點(diǎn)返回的信息計(jì)算出它到監(jiān)測(cè)區(qū)域的最遠(yuǎn)距離dmax與最近距離dmin，然后對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域進(jìn)行分區(qū)，并給各分區(qū)賦予相應(yīng)的ID號(hào)，隨后將分區(qū)信息和各區(qū)ID號(hào)廣播給各節(jié)點(diǎn)；監(jiān)測(cè)區(qū)內(nèi)各節(jié)點(diǎn)接收這個(gè)廣播消息后，根據(jù)自己離基站的近似距離來(lái)判斷自己屬于那個(gè)區(qū)域，同時(shí)保存自己所在的區(qū)域ID號(hào)；此步驟只在網(wǎng)絡(luò)初始化時(shí)進(jìn)行，監(jiān)測(cè)區(qū)域?qū)哟蝿澐趾缶筒辉谶M(jìn)行；

步驟2：在簇頭選舉階段，節(jié)點(diǎn)計(jì)算自身的閾值T(n)，T(n)越大則其成為候選數(shù)據(jù)簇頭的概率越大；

步驟3：候選數(shù)據(jù)簇頭以競(jìng)爭(zhēng)半徑Rc＝cwi進(jìn)行正式數(shù)據(jù)簇頭的競(jìng)爭(zhēng)，競(jìng)爭(zhēng)失敗的候選簇頭成為普通節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入休眠狀態(tài)等待正式數(shù)據(jù)簇頭的競(jìng)爭(zhēng)過(guò)程結(jié)束；

步驟4：當(dāng)選的數(shù)據(jù)簇頭節(jié)點(diǎn)廣播消息，通知其他節(jié)點(diǎn)其當(dāng)選簇頭的消息，并在消息中附帶本身的剩余能量和到基站的距離信息；

步驟5：未當(dāng)選節(jié)點(diǎn)接收到簇頭的消息后，根據(jù)UUDEM成簇策略加入相應(yīng)的簇頭，完成簇族的建立；

步驟6：數(shù)據(jù)簇頭根據(jù)接收到的普通節(jié)點(diǎn)的信息，數(shù)據(jù)簇頭根據(jù)接收到的信息，在節(jié)點(diǎn)密度高且距離自己滿(mǎn)足最小距離dleast的節(jié)點(diǎn)中選擇距離基站最近且剩余能量最高的節(jié)點(diǎn)來(lái)作為通信簇頭；

步驟7：簇進(jìn)入穩(wěn)定工作階段，數(shù)據(jù)簇頭根據(jù)簇內(nèi)成員數(shù)量確定統(tǒng)一的時(shí)隙數(shù)，建立TDMA時(shí)隙表，然后廣播為每個(gè)簇內(nèi)成員分配的發(fā)送信息時(shí)隙；簇內(nèi)各成員節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集并將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)簇頭，數(shù)據(jù)簇頭負(fù)責(zé)收集和融合這些數(shù)據(jù)，然后發(fā)送給通信簇頭，由通信簇頭負(fù)責(zé)發(fā)送；通信簇頭根據(jù)簇間混合多跳路由方式來(lái)完成數(shù)據(jù)的發(fā)送和轉(zhuǎn)發(fā)，直至數(shù)據(jù)被傳送至基站；

步驟8：當(dāng)前輪次的穩(wěn)定通信階段結(jié)束后，進(jìn)入下一輪次的循環(huán)，重新執(zhí)行步驟2-步驟7，直至網(wǎng)絡(luò)生命期結(jié)束，網(wǎng)絡(luò)停止工作；

(7)報(bào)文設(shè)計(jì)

報(bào)文類(lèi)型為Setup報(bào)文、劃分區(qū)域報(bào)文、反饋報(bào)文、普通數(shù)據(jù)報(bào)文；

(a)Setup報(bào)文

在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建初期，基站會(huì)廣播Setup報(bào)文分組，通知各節(jié)點(diǎn)開(kāi)始工作；節(jié)點(diǎn)在接收到Setup報(bào)文分組后，會(huì)判斷該Setup報(bào)文分組的發(fā)送路徑是否成環(huán)，若成環(huán)則將此Setup報(bào)文分組丟棄，若未成環(huán)就記錄下接收到該Setup報(bào)文分組的跳數(shù)并將其加1后再轉(zhuǎn)發(fā)給鄰居節(jié)點(diǎn)，若節(jié)點(diǎn)接收到多個(gè)Setup信息分組，僅記錄下最小跳數(shù)并將其加1后轉(zhuǎn)發(fā)，丟棄其他的Setup信息分組；節(jié)點(diǎn)可根據(jù)接收到的Setup信息分組包含的跳數(shù)、接收到的信息的信號(hào)強(qiáng)度來(lái)判斷自身與基站的距離；

(b)反饋報(bào)文

反饋報(bào)文由節(jié)點(diǎn)發(fā)送回基站，是關(guān)于劃分區(qū)域的反饋信息；基站向節(jié)點(diǎn)發(fā)送區(qū)域劃分報(bào)文，節(jié)點(diǎn)根據(jù)收到這個(gè)報(bào)文的信號(hào)強(qiáng)度指示來(lái)計(jì)算與基站的距離；節(jié)點(diǎn)將自己的ID號(hào)、與基站的距離和節(jié)點(diǎn)自身能量信息反饋給基站，

(c)劃分區(qū)域報(bào)文

基站收集到所有節(jié)點(diǎn)發(fā)送來(lái)的反饋報(bào)文后，按照給定的閾值范圍，按信號(hào)強(qiáng)度大小劃分區(qū)域，每個(gè)區(qū)域賦予一個(gè)固定的區(qū)域ID號(hào)，離基站越近的區(qū)域ID號(hào)越小，然后基站廣播劃分區(qū)域報(bào)文；節(jié)點(diǎn)收到此報(bào)文后判斷自己屬于哪個(gè)區(qū)域，并記錄下自己的區(qū)域ID號(hào)；

(d)節(jié)點(diǎn)加入簇頭的JOIN-CH報(bào)文

節(jié)點(diǎn)在選擇某個(gè)簇頭加入時(shí)，向簇頭發(fā)送JOIN-CH報(bào)文申請(qǐng)加入，JOIN-CH報(bào)文中包括節(jié)點(diǎn)的地址、離簇頭的距離、剩余能量；

(e)普通數(shù)據(jù)包的格式

當(dāng)源節(jié)點(diǎn)有數(shù)據(jù)要發(fā)送時(shí)，為了和其他節(jié)點(diǎn)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)別，為數(shù)據(jù)設(shè)一個(gè)標(biāo)志字段來(lái)進(jìn)行區(qū)別標(biāo)示；較大的數(shù)據(jù)報(bào)文需要進(jìn)行分割，分成大小固定的分組；每個(gè)分組進(jìn)行標(biāo)識(shí)，分組中有源節(jié)點(diǎn)的位置信息，目標(biāo)節(jié)點(diǎn)的位置信息，以及傳遞路徑；在數(shù)據(jù)報(bào)包頭中指出數(shù)據(jù)段的長(zhǎng)度；需有填充域字段用來(lái)在分組數(shù)據(jù)段不一致時(shí)保證每個(gè)分組的長(zhǎng)度一致。