燕山大學(xué)劉福才獲國家專利權(quán)
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龍圖騰網(wǎng)獲悉燕山大學(xué)申請的專利一種生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)及方法獲國家發(fā)明授權(quán)專利權(quán),本發(fā)明授權(quán)專利權(quán)由國家知識產(chǎn)權(quán)局授予,授權(quán)公告號為:CN116237929B 。
龍圖騰網(wǎng)通過國家知識產(chǎn)權(quán)局官網(wǎng)在2025-09-12發(fā)布的發(fā)明授權(quán)授權(quán)公告中獲悉:該發(fā)明授權(quán)的專利申請?zhí)?專利號為:202211626263.4,技術(shù)領(lǐng)域涉及:B25J9/16;該發(fā)明授權(quán)一種生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)及方法是由劉福才;邢濟湲;徐繼龍設(shè)計研發(fā)完成,并于2022-12-16向國家知識產(chǎn)權(quán)局提交的專利申請。
本一種生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)及方法在說明書摘要公布了:本發(fā)明公開了一種生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)及方法,控制系統(tǒng)包括人機交互模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊、總線模塊、電機驅(qū)動模塊;根據(jù)上述控制系統(tǒng)設(shè)計控制方法,控制專利號為ZL202110356926.4的并聯(lián)機構(gòu)運動,最終帶動下肢進行康復(fù)運動;本發(fā)明無需建立外骨骼完整動力學(xué)模型,便可同時實現(xiàn)人腿姿態(tài)和髖關(guān)節(jié)約束力的雙重控制,一方面,確保了患者在康復(fù)運動中的安全性,另一方面,極大減小了數(shù)據(jù)計算量,使得控制跟蹤的實時性得到有效保障。
本發(fā)明授權(quán)一種生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)及方法在權(quán)利要求書中公布了:1.一種生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng),其特征在于:包括人機交互模塊、控制模塊、數(shù)據(jù)儲存模塊、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊、總線模塊、電機驅(qū)動模塊; 所述人機交互模塊包括觸摸屏和上位機,用于選擇系統(tǒng)的運行模式,以及初始化參數(shù)的調(diào)整設(shè)定;其中,初始化參數(shù)包括外骨骼初始位置標定、傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊初始化、儲存模塊初始化、電機驅(qū)動模塊初始化;人機交互模塊將初始化參數(shù)傳送給控制系統(tǒng)各個模塊,同時將軌跡規(guī)劃信息傳輸給控制模塊; 所述控制模塊包括微控制器和功能外設(shè),用于數(shù)據(jù)處理以及驅(qū)動信號的計算,將傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊采集到的系統(tǒng)狀態(tài)信息進行初步處理去噪,經(jīng)過模糊PD算法運算得到系統(tǒng)的控制信號,通過電機驅(qū)動模塊將控制模塊的控制信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動信號,進而驅(qū)動電機模塊控制電機動作; 所述數(shù)據(jù)儲存模塊包括存儲芯片及通信部分,用于儲存軌跡規(guī)劃信息、電機運行信息以及經(jīng)過上述處理之后傳感器網(wǎng)絡(luò)模塊獲取的各項系統(tǒng)狀態(tài)信息;所述總線模塊用于各模塊之間的信息交換; 應(yīng)用所述生物融合式并聯(lián)髖關(guān)節(jié)康復(fù)外骨骼控制系統(tǒng)的控制方法,具體包括如下步驟: S1、根據(jù)康復(fù)運動需求,進行髖關(guān)節(jié)運動軌跡規(guī)劃; S2、將上述軌跡規(guī)劃結(jié)果,代入人-機逆運動學(xué)模型,求解得到關(guān)節(jié)空間中電機的期望運動規(guī)律; S3、以跟蹤電機期望運動規(guī)律為目標,設(shè)計模糊自適應(yīng)PD控制器; S4、在髖關(guān)節(jié)運動過程中,利用布置在大腿綁帶處的壓力傳感器,采集外骨骼作用在人腿上的作用力; S5、將壓力傳感器的安裝方位角及測量值,帶入髖關(guān)節(jié)受力模型,求得髖關(guān)節(jié)的受力估測值F; 髖關(guān)節(jié)受力模型表達式為: 式中,fO、nO分別表示作用在髖關(guān)節(jié)中心的約束力和約束力矩;fC、nC分別表示小腿和足部等效在髖關(guān)節(jié)的質(zhì)心處的作用力和力矩;fB、nB分別表示六個壓力傳感器等效在大腿綁帶中心B處的作用力和力矩;a、ε、ω分別表示大腿質(zhì)心處的線加速度、角加速度和角速度;rO、rB、rC分別表示髖關(guān)節(jié)中心O、大腿綁帶中心B和大腿質(zhì)心C在固定坐標系下的位置矢量;m表示大腿質(zhì)量;g表示重力加速度矢量;I表示大腿的慣量矩陣; S6、將估測值F與力閥值F0進行比較,若FF0,則通過輸出調(diào)節(jié)器,對輸出量進行調(diào)控,調(diào)控后的控制參數(shù)再輸入到電機驅(qū)動模塊和電機組成的電機驅(qū)動系統(tǒng)中;若F≤F0,則無需對輸出量進行調(diào)控,控制參數(shù)可直接輸入到電機驅(qū)動系統(tǒng)中; S7、通過電機驅(qū)動并聯(lián)髖關(guān)節(jié)外骨骼末端運動,從而可帶動下肢進行康復(fù)運動。
如需購買、轉(zhuǎn)讓、實施、許可或投資類似專利技術(shù),可聯(lián)系本專利的申請人或?qū)@麢?quán)人燕山大學(xué),其通訊地址為:066004 河北省秦皇島市海港區(qū)河北大街438號;或者聯(lián)系龍圖騰網(wǎng)官方客服,聯(lián)系龍圖騰網(wǎng)可撥打電話0551-65771310或微信搜索“龍圖騰網(wǎng)”。
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