[发明专利]一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统

权利要求书

1.一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，其特征在于，所述系统包括行走姿态捕获模块、足底压力分布测量模块、基础助力装备、系统通信模块、姿态数据处理模块、足底数据处理模块和实时显示模块；

所述行走姿态捕获模块采用ESP8266处理器实现多姿态采集模块的组网，将惯性测量单元IMU的数据通过UDP协议的方式传送给主机，实现多路姿态信息的同时采集；

所述足底压力分布测量模块采用一种具有十六个压敏区域的鞋垫形阵列传感器，利用阵列式压敏元件将压力信号转换为电阻信号，通过设计合适的信号处理电路，实现了实时、准确的测量，控制了电路体积和制造成本；

所述基础助力装备利用S5160伺服电机，集成化电机驱动和鲍登线里的牵引钢绳等实现助力，通过电机转动牵引大腿向前向上抬起，给走路提供助力；

所述系统通信模块通过UDP协议和行走姿态捕获模块进行通信，通过串口和足底压力测量模块进行通信，采集行走姿态数据和足底压力数据；

所述姿态数据处理模块，调整采集数据的范围到(-180°，180°)，保证转动模块时，欧拉角的pitch角与真实下肢摆动角度一致；当需要分析姿态数据时，用曲线图表示下肢转动角度，为分析走路姿态提供依据；

所述足底数据处理模块，把足底分为16个受力区块，处理采集的电压值，将其转换为压力，受到压力越大显示颜色越深；当需要分析姿态数据时，用柱状图表示每个区块在一段时间里所受最大压力，为分析走路时足底压力提供依据；

所述实时显示模块，导入3D人体模型，将模型下肢与模块欧拉角绑定，满足实时显示人体行走姿态的要求；同时在模型前进时改变模型周围场景，使行走动作更加真实；对于足底数据，导入左右脚足底图片，将左右脚各划分为16个区域，区域颜色随着压力变化，受到压力越大实时显示颜色越深。

2.如权利要求1所述的一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，其特征在于，所述行走姿态捕获模块中，考虑到穿戴的方便性，选择小尺寸(15.24×15.24×2mm)JY61P惯性测量单元传感器，核心芯片MPU6050将陀螺仪、加速度计和地磁场传感器集成在一起，并采用卡尔曼滤波器等数字滤波器，降低测量中的噪声；考虑到无线传输没有太多线缆，能够避免干扰佩戴患者的运动，选择ESP8266嵌入式处理单元，用于创建符合IEEE 802.11b标准的无线通信，控制采样率、数据预处理、指示灯和数据传输；惯性测量单元和嵌入式处理单元焊接在印刷电路板上实现连接组成行走姿态捕获模块，应用时模块与观察对象的下肢绑定，将惯性测量单元测得的欧拉角速度通过UDP协议的方式传送给主机。

3.如权利要求1或2所述的一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，其特征在于，所述足底压力分布测量模块中，考虑到检测信号灵敏度和元件后期维护，采用鞋垫形阵列传感器，传感器有十六个压敏区域，每个区域的正面和反面用导电材料覆盖，中间填充压敏材料，相当于一个电阻值随压力变化的压敏电阻；结合电路体积、无线传输和ADC的分辨率，选择ADC通道为8的分辨率为14位的CC2530芯片提高电压测量的精度，并添加电压跟随器消除由ADC等效阻抗引起的测量噪声；将CC2530芯片、天线、电压跟随器、参考电阻和各种接口焊接到印刷电路板上，应用时用模数转换器获得固定电阻R0两端电压VOUT，通过串口通信将测得的电压传送给主机。

4.如权利要求1或2所述的一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，其特征在于，所述基础助力装备中，结合刚性材料与柔性材料，将硬质塑料作为主要腰部支撑结构，固定于人体腰部并在上面设置腰部锚点，保证助力装备的基本形态，S5160伺服电机、高度集成化的电机驱动和卷线轮固定在刚性支撑上，柔性材料附着在刚性材料上，确保穿戴的舒适性；左右腿环带用柔性材料制作，其上设置腿部锚点用于固定鲍登线；通过电机转动提供动力带动鲍登线里的牵引钢绳，柔性腿部环带带动大腿向上向前运动，给走路提供助力。