中国船舶重工集团公司第七一三研究所王凯源获国家专利权
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龙图腾网获悉中国船舶重工集团公司第七一三研究所申请的专利一种下肢外骨骼智能柔顺控制系统及方法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:CN116617054B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2026-02-10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:202211546473.2,技术领域涉及:A61H3/00;该发明授权一种下肢外骨骼智能柔顺控制系统及方法是由王凯源;汪永远;彭雪锋;刘华彬;戴宗妙设计研发完成,并于2022-12-01向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种下肢外骨骼智能柔顺控制系统及方法在说明书摘要公布了:一种下肢外骨骼智能柔顺控制系统及方法,所述系统包括活动连接的移动保护架、外骨骼机器人、肌电信息采集设备、脑电信息采集设备和工控机;所述外骨骼机器人包括腿仿生支撑结构,腿仿生支撑结构位于腰部机构的左右对称安装;所述腿仿生支撑结构包括依次连接的髋关节集成电机、大腿调节杆、膝关节集成电机、小腿调节杆和足部智能传感靴,所述智能传感靴的底部设有足部压力传感器;所述控制方法包括被动控制模式和主动控制模式。本发明引入了患者主动运动意图,通过脑电、肌电信息实时反馈患者的生理状态,实时显示和记录康复训练的步速、时间、关节轨迹、驱动力和人机作用力等信息,良好适配不同患者,提高患者参与康复训练的积极性。
本发明授权一种下肢外骨骼智能柔顺控制系统及方法在权利要求书中公布了:1.一种下肢外骨骼智能柔顺控制系统,其特征在于:所述系统包括活动连接的移动保护架、外骨骼机器人、肌电信息采集设备、脑电信息采集设备和工控机;所述外骨骼机器人包括腿仿生支撑结构,腿仿生支撑结构位于腰部机构的左右对称安装;所述腿仿生支撑结构包括依次连接的髋关节集成电机6、大腿调节杆、膝关节集成电机9、小腿调节杆和足部智能传感靴11,所述智能传感靴的底部设有足部压力传感器;所述大腿调节杆上设有大腿根部绑带7和大腿端部传感绑带8,所述小腿调节杆110上设有小腿传感绑带10;所述肌电信息采集设备、脑电信息采集设备、髋关节集成电机6、膝关节集成电机9、大腿端部传感绑带8、小腿传感绑带10均与工控机通信连接; 控制系统执行控制方法,所述控制方法包括被动控制模式和主动控制模式; 所述被动控制模式包括以下步骤: S1:从工控机输入标准步态轨迹数据的角度和角速度;通过所述大腿端部传感绑带8和所述小腿传感绑带10分别实时检测人体腿部与外骨骼腿部之间的接触力; S2:分别通过力位映射模型将检测的接触力转换为修正的角度和角速度; S3:将所述标准步态轨迹数据的角度和角速度与所述修正的角度和角速度做差得到期望的角度和角速度,即,实现上层的闭环控制; S4:工控机将所述期望的角度和角速度发送给关节电机驱动器,将所述髋关节集成电机、膝关节集成电机的实际运动轨迹的角度和角速度反馈给关节电机驱动器,两者做差得到控制量角度和角速度即,关节电机驱动器根据所述控制量角度和角速度输出驱动所述髋关节集成电机和膝关节集成电机,从而带动大腿调节杆和小腿调节杆运动,实现驱动器对电机的底层闭环控制; 所述主动控制模式包括以下步骤: S1:通过所述工控机建立并存储步态轨迹库,所述步态轨迹库包含肌电信号、脑电信号与人体髋关节、膝关节运动角度、角速度的映射关系; S2:在运行过程中,通过肌电信息采集设备和脑电信息采集设备实时采集信号,并由所述工控机将所述实时采集的信号与所述步态轨迹库中的信号对比,以判断运动意图,输出预测步态轨迹; S3:通过所述足部智能传感靴检测的当前足底压力信息以及所述髋关节集成电机、膝关节集成电机的当前关节角度,由所述工控机对所述预测步态轨迹进行判断;若判断正确,则进行S4中的步骤;若判断错误,则根据前一时刻运动状态从步态轨迹库中利用粒子群优化算法匹配最优数据,从而驱动当前时刻关节运动; S4:从工控机输入标准步态轨迹数据的角度和角速度;通过所述大腿端部传感绑带8和所述小腿传感绑带10分别实时检测人体腿部与外骨骼腿部之间的接触力; S5:分别通过力位映射模型将检测的接触力转换为修正的角度和角速度; S6:将所述标准步态轨迹数据的角度和角速度与所述修正的角度和角速度做差得到期望的角度和角速度,实现上层的闭环控制; S7:工控机将所述期望的角度和角速度发送给关节电机驱动器,将所述髋关节集成电机、膝关节集成电机的实际运动轨迹的角度和角速度反馈给关节电机驱动器,两者做差得到控制量角度和角速度,关节电机驱动器根据所述控制量角度和角速度输出驱动所述髋关节集成电机和膝关节集成电机,从而带动大腿调节杆和小腿调节杆运动,实现驱动器对电机的底层闭环控制。
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