[發明專利]一種調控上肢擺動的步態修正系統及方法

有效

• 申請號: 202210262462.5
• 申請日: 2022-03-17
• 公開（公告）號: CN114712170B
• 公開（公告）日: 2023-10-17
• 發明（設計）人: 楊巍;余林繁;顏澤皓;徐鈴輝;楊燦軍
• 申請（專利權）人: 浙大寧波理工學院
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00;A61F5/01;A61B5/11;A61B5/00
• 代理公司: 寧波大川專利代理事務所(普通合伙) 33342
• 代理人: 毛翔威

1.一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于：包括PID控制器(1)、與PID控制器(1)連接的兩個IMU(2)以及手臂驅動機構(3)，兩個IMU(2)分別固定于兩腿部并用于采集腿部的步態信息，所述的手臂驅動機構(3)分別包括臂環(4)、動量輪(5)以及電機(6)，其中，在臂環(4)上固定有所述的電機(6)，所述電機(6)驅動所述的動量輪(5)旋轉，所述的臂環(4)用于固定在與異常腿部對應的手臂上，所述的動量輪(5)轉動時用于給手臂提供一個力矩，使手臂朝擺動的方向擺動設定的角度，所述的電機(6)與PID控制器(1)電連接。

2.根據權利要求1所述的一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于：所述電機(6)的輸出軸與所述的動量輪(5)連接。

3.根據權利要求1所述的一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于，所述電機(6)的輸出軸連接有小錐齒輪(7)，在臂環(4)上連接有大錐齒輪(8)，所述大錐齒輪(8)與所述小錐齒輪(7)嚙合。

4.根據權利要求1所述的一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于，所述的臂環(4)安裝在小臂的中間位置上。

5.根據權利要求1所述的一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于：所述的臂環(4)上設置有兩個以上的定位環(9)。

6.根據權利要求2所述的一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于：所述的電機(6)采用型號為MAXON EC90的電機，所述電機(6)的額定轉速為4000rpm，所述電機(6)的額定輸出扭矩為15N.m。

7.一種調控上肢擺動的步態修正方法，包括采用1-6中任意一項權利要求所述的一種調控上肢擺動的步態修正系統，其特征在于，本方法使用反作用飛輪的原理，其具體包括以下步驟：

S1、首先將兩個IMU(2)分別安裝到兩個腿部位置，將臂環(4)安裝到與異常腿對應的手臂上，步態訓練時，通過兩個IMU(2)分別讀取正常側腿部關節角度θ₁和異常側關節角度θ₂；

S2、然后通過對比在一個步態周期內兩側腿部的步態差值，將所述步態差值作為電機(6)的控制參數；

S3、并在下一個步態周期中用電機(6)施加一定的加速度a，并通過PID控制的方式實現加速度值的穩定；由于角動量守恒的原理，此時電機(6)和動量輪(5)將會給手臂施加一定的力矩，使手臂可以擺動一個更大的幅度β；且由于手臂和腿部的聯動效果，步態也會隨之發生變化，使得異常側的步態更貼近于正常測的步態；并通過連續不斷的測量與調節，最終實現對異常步態的矯正。