[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

说明书

一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，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，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。相比于现有的助力产品，本发明的助力装备在主动式助力的前提下保证较轻的重量；姿态捕获模块通过无线通信提高姿态捕获的便利性和实用性；足底压力测量模块在保证精度的前提下实现对足底压力的实时测量；辅以演示系统，实时提供助力系统与患者的状态信息，为患者和康复师提供运动反馈、及时纠正错误动作。

技术领域

本发明涉及可穿戴设备和演示系统，特别是一种面向偏瘫患者行走时的数据采集设备和助力设备，以及3D实时演示系统。

背景技术

在可穿戴设备和辅助医疗诊断的研究中，研究对象的姿态检测、足底压力分布测量和基础助力设备是非常重要的研究内容。随着人机交互技术的不断发展，对人类行为的准确检测越来越重要。准确的姿态检测和足底压力检测是实现精准人机交互，机器人鲁棒控制的基本前提。实时获取人体的运动姿态和足底受力情况对智能可穿戴设备的研发和整个系统的正常运行都有着至关重要的作用。以往姿态捕获的研究将人体姿态捕捉系统用于特定的环境中，在这种环境中摄像机需要固定在一个永久的地方，视野有限，难以适用于观察对象进行远距离运动的情况下。以往足底压力分布测量的压力传感器表面积较小，电路系统体积相对较大。随着传感器技术的进步和各个领域技术的发展，传感器的体积减小，覆盖足底面积更大，但实时性和准确度等仍需进行改进。助力装备是行走助力的基础。目前市面上的助力装备大多是刚性外骨骼助力，设备重量大，体积大，不方便穿戴且价格昂贵，同时刚性外骨骼人机相容性较差，对人体关节自由度会有较大的限制。受机械结构和穿戴误差影响，外骨骼的关节轴心容易偏离人体关节轴心，对于仍残留部分运动能力的患者以及老年人群，助力运动难以发挥理想作用，反而容易增加人体运动能量消耗，甚至损伤人体关节，对于偏瘫患者等的帮助较小，限制了产品的适用性。

通过对现有技术的调研可以发现，当前技术存在的缺点包括：

1)现有助力设备体积大、重量大，导致便携性差，不方便穿戴。且当前助力设备多为刚性外骨骼，受机械结构和穿戴误差影响，外骨骼的关节轴心容易偏离人体关节轴心，严重影响设备穿戴后的舒适性。

2)现有的姿态捕获大多将人体姿态捕捉系统用于特定的环境中，摄像机固定观察，视野有限，难以适用于观察对象进行远距离运动的情况下。

3)现有足底压力分布测量的压力传感器表面积较小，电路系统体积相对较大，影响到了便携性和实用性。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出了一套面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，质量轻，体积小，穿戴舒适性高，观察患者状态方便，人机相容性好。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种面向偏瘫患者的行走助力设备及其演示系统，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；