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一种用于下肢康复训练的 外骨骼装置的驱动系统

阅读：519发布：2020-05-12

专利汇可以提供一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，包括驱动控制系统和驱动执行系统，驱动控制系统包括工控机、多轴运动控制卡、加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块，驱动控制系统采用分布式控制连接方式，多轴运动控制卡设于工控机和驱动执行系统的伺服力矩电机之间，驱动执行系统包括伺服力矩电机、谐波减速器，驱动执行系统设于外骨骼装置的髋、膝关节处。本发明的驱动系统基于加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块的数据反馈给工控机、多轴运动控制卡的工作模式，组成反馈闭合回路，达到下肢康复训练的外骨骼装置精确驱动和力矩控制，可以针对不同的人群定制康复方案，以很高的运动精度完成期望康复的动作。，下面是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，包括驱动控制系统和驱动执行系统，所述的驱动控制系统包括工控机、多轴运动控制卡、加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块，所述的驱动控制系统采用分布式控制连接方式，所述的多轴运动控制卡设于工控机和驱动执行系统的伺服力矩电机1之间，多轴运动控制卡一端与工控机的通信串口之间设有电连接，另一端与驱动执行系统的伺服力矩电机1之间设有电连接，所述的驱动执行系统包括伺服力矩电机1、谐波减速器2，所述的驱动执行系统设于外骨骼装置的髋、膝关节处，所述的伺服力矩电机1与谐波减速器2之间通过连接杆固定连接，且连接杆的一端设有挡圈，所述的伺服力矩电机1设有四个，且四个伺服力矩电机1与多轴运动控制卡之间设有分布式电连接，所述的谐波减速器2的输出端设有齿轮，通过键槽固定连接，且输出端的齿轮与外骨骼装置的髋、膝关节内齿轮之间设有啮合连接。
2.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的多轴运动控制卡设有八个通道接口，其中的四个通道接口与伺服力矩电机1之间连接固定，多轴运动控制卡可以存储下肢康复所需的运动程序，并可以对工控机进行上位通讯。
3.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的加速度传感模块采用光纤加速度传感器，且光纤加速度传感设于外骨骼装置的髋、膝关节连杆末端处。
4.根据权利要求1或3所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的加速度传感模块通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，CAN总线适配卡与工控机之间通过通信串口连接固定。
5.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的角度传感模块采用磁阻芯片、霍尔元件，且角度传感模块设于外骨骼装置的胯关节、膝盖、脚踝处，走线拐角采用45°角。
6.根据权利要求1或2或5所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的角度传感模块与多轴运动控制卡的通道接口之间设有电连接固定。
7.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的一维力传感模块通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，CAN总线适配卡与工控机之间通过通信串口连接固定。
8.根据权利要求1或7所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的一维力传感器设于外骨骼装置的膝关节、踝关节、脚掌底板。
9.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，其特征在于：所述的谐波减速器2包括波发生器、柔轮和刚轮组成，波发生器的连续转动，柔轮比刚轮的啮数少三个个，从而可以获得理想的减速比。

说明书全文

一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统

技术领域

[0001] 本发明涉及康复医疗机器人技术，具体是指一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统。

背景技术

[0002] 随着社会老龄化以及各种安全事故的增加，下肢运动障碍的患者或行动不便的老年人越来越多。医学理论和临床经验证明，必须进行肢体康复运动训练，来防止肌肉性萎缩，实践证明运动治疗有助于肌肉功能性恢复。在现实生活中由于的功能性障碍，患者不能独立进行肢体康复训练，需要护士或其他人员帮助其实施，这是一项繁重的工作。

[0003] 下肢康复训练的外骨骼装置驱动需要根据仿生学，来正常模拟人的行进过程，不同体型体态的人行进规律不同，所以驱动系统开发难度较大。

发明内容

[0004] 本发明要解决的技术问题是，针对以上问题提供一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统。

[0005] 为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，包括驱动控制系统和驱动执行系统，所述的驱动控制系统包括工控机、多轴运动控制卡、加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块，所述的驱动控制系统采用分布式控制连接方式，所述的多轴运动控制卡设于工控机和驱动执行系统的伺服力矩电机之间，多轴运动控制卡一端与工控机的通信串口之间设有电连接，另一端与驱动执行系统的伺服力矩电机之间设有电连接，所述的驱动执行系统包括伺服力矩电机、谐波减速器，所述的驱动执行系统设于外骨骼装置的髋、膝关节处，所述的伺服力矩电机与谐波减速器之间通过连接杆固定连接，且连接杆的一端设有挡圈，所述的伺服力矩电机设有四个，且四个伺服力矩电机与多轴运动控制卡之间设有分布式电连接，所述的谐波减速器的输出端设有齿轮，通过键槽固定连接，且输出端的齿轮与外骨骼装置的髋、膝关节内齿轮之间设有啮合连接。

[0006] 本发明与现有技术相比的优点在于：本发明的驱动系统基于加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块的数据反馈给工控机、多轴运动控制卡的工作模式，组成反馈闭合回路控制，达到下肢康复训练的外骨骼装置精确驱动控制和力矩控制，可以针对不同的人群定制康复方案，以很高的运动精度完成期望康复的动作。

[0007] 作为改进，所述的多轴运动控制卡设有八个通道接口，其中的四个通道接口与伺服力矩电机之间连接固定，多轴运动控制卡可以存储下肢康复所需的运动程序，并可以对工控机进行上位通讯。

[0008] 作为改进，所述的加速度传感模块采用光纤加速度传感器，且光纤加速度传感设于外骨骼装置的髋、膝关节连杆末端处。

[0009] 作为改进，所述的加速度传感模块通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，CAN总线适配卡与工控机之间通过通信串口连接固定。

[0010] 作为改进，所述的角度传感模块采用磁阻芯片、霍尔元件，且角度传感模块设于外骨骼装置的胯关节、膝盖、脚踝处，走线拐角采用45°角。

[0011] 作为改进，所述的角度传感模块与多轴运动控制卡的通道接口之间设有电连接固定。

[0012] 作为改进，所述的一维力传感模块通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，CAN总线适配卡与工控机之间通过通信串口连接固定。

[0013] 作为改进，所述的一维力传感器设于外骨骼装置的膝关节、踝关节、脚掌底板。

[0014] 作为改进，所述的谐波减速器包括波发生器、柔轮和刚轮组成，波发生器的连续转动，柔轮比刚轮的啮数少三个个，从而可以获得理想的减速比。附图说明

[0015] 图1是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统的驱动执行系统结构示意图。

[0016] 图2是一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统的工作流程示意图。

[0017] 如图所示：1、伺服力矩电机，2、谐波减速器。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

[0019] 本发明在具体实施时，一种用于下肢康复训练的外骨骼装置的驱动系统，包括驱动控制系统和驱动执行系统，所述的驱动控制系统包括工控机、多轴运动控制卡、加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块，所述的驱动控制系统采用分布式控制连接方式，所述的多轴运动控制卡设于工控机和驱动执行系统的伺服力矩电机1之间，多轴运动控制卡一端与工控机的通信串口之间设有电连接，另一端与驱动执行系统的伺服力矩电机1之间设有电连接，所述的驱动执行系统包括伺服力矩电机1、谐波减速器2，所述的驱动执行系统设于外骨骼装置的髋、膝关节处，所述的伺服力矩电机1与谐波减速器2之间通过连接杆固定连接，且连接杆的一端设有挡圈，所述的伺服力矩电机1设有四个，且四个伺服力矩电机1与多轴运动控制卡之间设有分布式电连接，所述的谐波减速器2的输出端设有齿轮，通过键槽固定连接，且输出端的齿轮与外骨骼装置的髋、膝关节内齿轮之间设有啮合连接。

[0020] 所述的多轴运动控制卡设有八个通道接口，其中的四个通道接口与伺服力矩电机1之间连接固定，多轴运动控制卡可以存储下肢康复所需的运动程序，并可以对工控机进行上位通讯。

[0021] 所述的加速度传感模块采用光纤加速度传感器，且光纤加速度传感设于外骨骼装置的髋、膝关节连杆末端处。

[0022] 所述的加速度传感模块通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，CAN总线适配卡与工控机之间通过通信串口连接固定。

[0023] 所述的角度传感模块采用磁阻芯片、霍尔元件，且角度传感模块设于外骨骼装置的胯关节、膝盖、脚踝处，走线拐角采用45°角。

[0024] 所述的角度传感模块与多轴运动控制卡的通道接口之间设有电连接固定。

[0025] 所述的一维力传感模块通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，CAN总线适配卡与工控机之间通过通信串口连接固定。

[0026] 所述的一维力传感器设于外骨骼装置的膝关节、踝关节、脚掌底板。

[0027] 所述的谐波减速器2包括波发生器、柔轮和刚轮组成，波发生器的连续转动，柔轮比刚轮的啮数少三个个，从而可以获得理想的减速比。

[0028] 本发明的工作原理：本驱动系统包括驱动控制系统和驱动执行系统，所述的加速度传感模块设于外骨骼装置的胯关节、膝盖、脚踝处，通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，经数据线向工控机输出康复者下肢与外骨骼装置之间的运动状态信息，所述的角度传感模块设于外骨骼装置的胯关节、膝盖、脚踝处，通过数据线与多轴运动控制卡的通道接口连接，并且输出下肢运动的信息，所述的一维力传感模块设于外骨骼装置的膝关节、踝关节、脚掌底板，通过A/D采样处理模块、CAN节点汇总于CAN总线适配卡，经数据线向工控机输出康复者下肢与外骨骼装置之间的干涉力信息，所述的伺服力矩电机经谐波减速器减速带动下肢外骨骼装置的关节运动，在运动过程中，加速度传感模块、角度传感模块、一维力传感模块继续工作收集康复运动信息，交由工控机持续分析，并且优化后续的康复训练计划，以便实现下肢康复训练的外骨骼装置精确驱动控制和力矩控制。

[0029] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具本的限定。

[0030] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0031] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

[0032] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”，“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

[0033] 尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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