济宁医学院王友权获国家专利权
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龙图腾网获悉济宁医学院申请的专利基于物联网的数字孪生康复机器人状态监测与控制系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN120585603B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-10-17发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202511099895.3,技术领域涉及:A61H1/02;该发明授权基于物联网的数字孪生康复机器人状态监测与控制系统是由王友权;张元民;张允峰;刘冰;孔刘洋;张晓远设计研发完成,并于2025-08-07向国家知识产权局提交的专利申请。
本基于物联网的数字孪生康复机器人状态监测与控制系统在说明书摘要公布了:本发明属于数字孪生技术领域,本发明公开了基于物联网的数字孪生康复机器人状态监测与控制系统;通过物联网传感器网络实时获取康复机器人的关节角度、力矩输出、肌电信号和环境温度等多维状态数据,构建数字孪生模型并基于自适应更新频率调整机制进行分层更新。系统根据状态参数变化率和预测响应向量的偏差趋势,动态调整高频更新层和低频更新层的更新周期,实现数字孪生模型与物理系统的精准同步。状态预测模块预测未来响应行为,误差补偿模块生成误差补偿向量调整模型更新和控制指令,控制模块生成满足多重约束的优化控制指令。本发明显著提高了康复机器人的控制精度和安全性,支持个性化精准康复,能有效应对快速变化和不规则运动。
本发明授权基于物联网的数字孪生康复机器人状态监测与控制系统在权利要求书中公布了:1.基于物联网的数字孪生康复机器人状态监测与控制系统,其特征在于,包括: 获取模块,用于通过物联网传感器网络实时获取康复机器人物理系统的多维状态数据,所述多维状态数据包括关节角度、力矩输出、肌电信号和环境温度; 数字孪生构建模块,用于根据所述多维状态数据构建康复机器人数字孪生模型,并基于自适应更新频率调整机制对所述数字孪生模型进行分层更新,所述分层更新包括高频更新层和低频更新层; 状态预测模块,用于根据所述数字孪生模型的当前状态和历史状态数据,预测康复机器人物理系统在未来预设时间段内的响应行为,获取预测响应向量; 误差补偿模块,用于根据所述预测响应向量与实时获取的所述多维状态数据之间的动态误差,生成误差补偿向量,并基于所述误差补偿向量调整所述数字孪生模型的更新频率和控制指令; 控制模块,用于根据调整后的所述数字孪生模型生成优化控制指令,并通过物联网通信网络下发至康复机器人物理系统; 所述自适应更新频率调整机制的实现方法,包括: 计算所述多维状态数据在预设分析时段内的变化率向量,所述变化率向量由关节角度变化率、力矩输出变化率、肌电信号变化率和环境温度变化率组成; 根据所述变化率向量的模长与预设变化阈值的比较结果,确定所述数字孪生模型的更新需求等级,所述更新需求等级包括高需求等级和低需求等级; 当所述更新需求等级为高需求等级时,增加所述高频更新层的更新周期比例,并缩短所述高频更新层的更新时间间隔;当所述更新需求等级为低需求等级时,增加所述低频更新层的更新周期比例,并延长所述低频更新层的更新时间间隔; 计算所述预测响应向量与实时获取的所述多维状态数据之间的偏差趋势值,所述偏差趋势值通过对连续多个时刻的偏差向量的加权平均得到; 根据所述偏差趋势值与预设偏差阈值的比较结果,进一步微调所述高频更新层和所述低频更新层的更新时间间隔; 所述误差补偿向量的生成方法,包括: 获取所述预测响应向量与实时获取的所述多维状态数据之间的偏差向量,所述偏差向量包括关节角度偏差、力矩输出偏差、肌电信号偏差和环境温度偏差; 对所述偏差向量进行时序分解,得到所述偏差向量的高频分量和低频分量; 根据所述高频分量和所述低频分量的权重比例,生成所述误差补偿向量,其中所述权重比例通过分析所述多维状态数据的变化率向量的周期性特征动态调整; 将所述误差补偿向量叠加至所述预测响应向量,得到修正预测响应向量,并基于所述修正预测响应向量调整所述数字孪生模型的更新频率和控制指令; 所述对所述数字孪生模型进行分层更新,包括: 将所述数字孪生模型划分为高频更新层和低频更新层; 对所述高频更新层采用实时流式更新策略,通过物联网传感器网络的边缘计算节点对所述多维状态数据进行预处理,并将预处理结果直接映射至所述高频更新层; 对所述低频更新层采用批量更新策略,通过物联网云端服务器对所述多维状态数据进行全局分析,并将分析结果周期性映射至所述低频更新层; 根据所述高频更新层和所述低频更新层的更新结果,动态调整所述数字孪生模型的全局状态。
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