本發(fā)明涉及矯形器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法。

背景技術(shù)：

人體下肢外骨骼矯形器是一款可穿戴的機(jī)械助力裝置，主要應(yīng)用在軍事和醫(yī)療領(lǐng)域，其中在軍事領(lǐng)域，是用來(lái)協(xié)助軍人攜帶超人體負(fù)荷的武器，而在醫(yī)療領(lǐng)域，主要作為醫(yī)療康復(fù)用具，輔助病人進(jìn)行康復(fù)。因此，基于上述應(yīng)用，人體下肢外骨骼矯形器需要具備穿戴靈活，穿著舒適，質(zhì)量輕便等特點(diǎn)，穿著外骨骼矯形器后，可以輔助人體行走，或者是人體能在超負(fù)荷下行走。

現(xiàn)有下肢外骨骼現(xiàn)有下肢外骨骼矯形器通常采用電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸進(jìn)行矯形器的調(diào)節(jié)控制，其中電機(jī)帶動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，進(jìn)而通過(guò)連桿推動(dòng)活塞在液壓缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而帶動(dòng)伸縮桿進(jìn)行伸縮運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)肢體運(yùn)動(dòng)范圍的控制調(diào)節(jié)。因此，這種結(jié)構(gòu)的矯形器需要采用過(guò)重的電源和電機(jī)，導(dǎo)致矯形器的整體尺寸和質(zhì)量較大，不便于用作戶(hù)外醫(yī)療康復(fù)，對(duì)于單下肢膝伸展肌肉組織完全癱瘓或部分癱瘓的佩戴者，這中結(jié)構(gòu)的矯形器過(guò)于冗余。同時(shí)這種結(jié)構(gòu)的矯形器，由于需要電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸進(jìn)行活塞運(yùn)動(dòng)，使得人體運(yùn)動(dòng)必須配合液壓缸伸縮桿的伸縮運(yùn)動(dòng)，在液壓缸的帶動(dòng)下強(qiáng)行帶動(dòng)人行走，而且無(wú)法自行調(diào)節(jié)和控制行走的速度，然而人體身高尺寸存在差異性，這種主動(dòng)調(diào)節(jié)控制方法無(wú)法適應(yīng)人體自身行走需求，容易造成重心不穩(wěn)，左路姿勢(shì)僵硬的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問(wèn)題

本發(fā)明的目的是提供一種單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，解決現(xiàn)有矯形器存在的尺寸和質(zhì)量較大，電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸進(jìn)行活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)強(qiáng)行帶動(dòng)人行走，容易造成重心不穩(wěn)，左路姿勢(shì)僵硬的問(wèn)題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種單下肢外骨骼矯形器，包括支撐機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)；

所述支撐機(jī)構(gòu)包括大腿支撐部、小腿支撐部和足底支撐部，其中所述大腿支撐部與所述小腿支撐部通過(guò)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸連接，所述小腿支撐部與所述足底支撐部通過(guò)可調(diào)節(jié)連接件連接；

所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括液壓阻尼器，所述液壓阻尼器的兩端分別連接所述大腿支撐部和所述小腿支撐部，所述液壓阻尼器包括活塞缸以及與所述活塞缸連接的比例閥，其中所述活塞缸內(nèi)設(shè)有第一油腔和第二油腔，所述第一油腔中設(shè)有第一活塞，所述第一活塞連接活塞桿的第一端，所述活塞桿的第二端伸出所述活塞缸的外部；所述第二油腔中設(shè)有第二活塞，所述第二活塞連接彈簧的第一端，所述彈簧的第二端連接所述第二油腔的內(nèi)壁；所述第一油腔的通油口連接第一油道，所述第二油腔的通油口連接第二油道，所述比例閥設(shè)置在所述第一油道與所述第二油道之間；

所述控制機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述足底支撐部的若干足底壓力傳感器、設(shè)置在所述膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸上的膝關(guān)節(jié)角度傳感器、設(shè)置在所述液壓阻尼器上的活塞桿推力傳感器、以及控制器，其中所述控制器分別連接所述足底壓力傳感器、所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器、所述活塞桿推力傳感器和所述比例閥。

進(jìn)一步地，所述大腿支撐部包括兩個(gè)平行設(shè)置的大腿支撐板，在兩個(gè)所述大腿支撐板之間連接有若干大腿箍板，所述大腿箍板為與大腿的形狀相適配的圓弧形結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)所述大腿支撐板上還設(shè)有若干大腿綁帶夾，所述大腿綁帶夾上可拆卸的連接有大腿綁帶，所述控制器安裝在所述大腿箍板的外側(cè)。

進(jìn)一步地，所述小腿支撐部包括兩個(gè)平行設(shè)置的小腿支撐板，在兩個(gè)所述小腿支撐板之間連接有若干小腿箍板，所述小腿箍板為與小腿的形狀相適配的圓弧形結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)所述小腿支撐板上還設(shè)有若干小腿綁帶夾，所述小腿綁帶夾上可拆卸的連接有小腿綁帶；所述大腿支撐板與所述小腿支撐板通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸連接。

進(jìn)一步地，所述足底支撐部包括足底支撐板，所述可調(diào)節(jié)連接件為連接支撐板，所述足底支撐板通過(guò)所述連接支撐板與所述小腿箍板連接；所述小腿箍板的外側(cè)設(shè)有卡裝所述連接支撐板的卡裝槽，所述卡裝槽設(shè)有鎖緊所述連接支撐板的鎖緊件。

具體地，所述連接支撐板采用碳纖維彈性板，所述連接支撐板上設(shè)有多個(gè)等間距布置的定位孔，所述鎖緊件穿過(guò)所述定位孔與所述卡裝槽鎖緊連接。

具體地，所述小腿支撐板上設(shè)有限制所述膝關(guān)節(jié)彎曲角度的膝關(guān)節(jié)限位擋板。

具體地，所述活塞缸的兩端分別設(shè)有端蓋和缸蓋，所述端蓋和所述缸蓋上分別設(shè)有若干通氣孔。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種單下肢外骨骼矯形器的矯形控制方法，該方法采用上述的單下肢外骨骼矯形器進(jìn)行矯形控制，該方法具體包括如下步驟：

所述足底壓力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)足底壓力數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的足底壓力數(shù)據(jù)傳輸至所述控制器；

所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)傳輸至所述控制器；

所述活塞桿推力傳感器實(shí)時(shí)檢測(cè)所述液壓阻尼器的活塞桿推力數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的活塞桿推力數(shù)據(jù)傳輸至所述控制器；

所述控制器實(shí)時(shí)接收并處理所述的足底壓力數(shù)據(jù)、膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)和活塞桿推力數(shù)據(jù)，根據(jù)處理結(jié)果獲得人體當(dāng)前行走狀態(tài)，將獲得的人體當(dāng)前行走狀態(tài)與預(yù)存在所述控制器中的人體行走步態(tài)規(guī)律曲線進(jìn)行擬合分析，獲得與所述人體當(dāng)前行走狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的流量控制信號(hào)；

所述控制器向所述液壓阻尼器的比例閥發(fā)送獲得的流量控制信號(hào)，根據(jù)所述流量控制信號(hào)控制所述比例閥。

進(jìn)一步地，所述控制器控制液壓阻尼器的比例閥，具體包括如下步驟：

所述控制器向所述比例閥中的驅(qū)動(dòng)放大器發(fā)送流量控制信號(hào)；

所述驅(qū)動(dòng)放大器接收到所述流量控制信號(hào)，將所述流量控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制電流，并將所述控制電流發(fā)送至所述比例閥中的電磁鐵；

所述電磁鐵接收到所述控制電流，通過(guò)所述電磁鐵控制磁芯動(dòng)作，通過(guò)所述磁芯的動(dòng)作控制所述第一油道與所述第二油道之間的閥口開(kāi)度。

具體地，所述控制器采用控制算法分別對(duì)所述的足底壓力數(shù)據(jù)、膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)和活塞桿推力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)計(jì)算結(jié)果做出動(dòng)作預(yù)判，獲得人體當(dāng)前行走狀態(tài)；其中所述控制算法為有限狀態(tài)機(jī)控制算法、迭代學(xué)習(xí)控制算法、模糊自適應(yīng)控制算法、或?qū)＜襊ID控制算法。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明提供的單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，通過(guò)大腿支撐部、小腿支撐部和足底支撐部將矯形器固定在人體下肢上，通過(guò)液壓阻尼器中活塞桿的伸縮運(yùn)動(dòng)配合人體行走狀態(tài)，通過(guò)足底壓力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量足底所受壓力，通過(guò)膝關(guān)節(jié)角度傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量膝關(guān)節(jié)彎曲角度，通過(guò)活塞桿推力傳感器實(shí)時(shí)測(cè)量阻尼器活塞桿的推力，通過(guò)控制器實(shí)時(shí)接收各個(gè)傳感器的測(cè)量值，并對(duì)測(cè)量值進(jìn)行分析做出動(dòng)作預(yù)判，并向液壓阻尼器的比例閥發(fā)送流量控制信號(hào)，所述比例閥根據(jù)接收的流量控制信號(hào)控制閥口的開(kāi)度大小來(lái)調(diào)節(jié)第一油道與第二油道之間液壓油的流量，進(jìn)而控制活塞桿的伸縮速率，使得人體行走時(shí)更加平穩(wěn)。

本發(fā)明提供的單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，能夠隨時(shí)感應(yīng)人體行走狀態(tài)，隨時(shí)調(diào)節(jié)液壓阻尼器的伸縮速率，讓使用者不再擔(dān)心自己的行走速度，使得液壓阻尼器的活塞運(yùn)動(dòng)能夠被動(dòng)的配合人體的行走狀態(tài)，根據(jù)使用者行走速度的快慢來(lái)進(jìn)行隨時(shí)調(diào)節(jié)，最大限度保持人體行走自如，保證穩(wěn)定性。

本發(fā)明提供的單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，與現(xiàn)有矯形器采用過(guò)重的電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式相比，省去了液壓阻尼器的驅(qū)動(dòng)原件，最大程度減輕重量，結(jié)構(gòu)輕巧，便于在戶(hù)外穿戴。

本發(fā)明提供的單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，在醫(yī)療領(lǐng)域主要用于截癱患者、中風(fēng)、脊髓損傷以及腦癱患者的矯形康復(fù)治療，通過(guò)本發(fā)明能夠徹底改變下肢癱瘓患者的康復(fù)治療和日常生活，幫助使用者盡快康復(fù)，實(shí)現(xiàn)自助行走。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一單下肢外骨骼矯形器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一單下肢外骨骼矯形器的立體結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一單下肢外骨骼矯形器中液壓阻尼器的伸展?fàn)顟B(tài)示意圖；

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一單下肢外骨骼矯形器中液壓阻尼器的壓縮狀態(tài)示意圖。

圖中：1：大腿支撐部；101：大腿支撐板；102：大腿箍板；103：大腿綁帶夾；104：第一安裝件；2：小腿支撐部；201：小腿支撐板；202：小腿箍板；203：小腿綁帶夾；204：卡裝槽；205：第二安裝件；3：足底支撐部；301：足底支撐板；302：連接支撐板；4：膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸；5：液壓阻尼器；501：活塞缸；502：比例閥；503：第一油腔；504：第二油腔；505：第一活塞；506：活塞桿；507：第二活塞；508：彈簧；509：第一油道；510：第二油道；511：端蓋；512：缸蓋；513：第一連接件；514：第二連接件；6：足底壓力傳感器；7：膝關(guān)節(jié)角度傳感器；8：活塞桿推力傳感器；9：控制器；10：膝關(guān)節(jié)限位擋板。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

實(shí)施例一

如圖1-4所示，本發(fā)明實(shí)施例提供的單下肢外骨骼矯形器，包括支撐機(jī)構(gòu)、調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和控制機(jī)構(gòu)。

所述支撐機(jī)構(gòu)包括大腿支撐部1、小腿支撐部2和足底支撐部3，其中所述大腿支撐部1與所述小腿支撐部2通過(guò)膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4連接，所述小腿支撐部2與所述足底支撐部3通過(guò)可調(diào)節(jié)連接件連接。

所述調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括液壓阻尼器5，所述液壓阻尼器5的兩端分別連接所述大腿支撐部1和所述小腿支撐部2。如圖3-4所示，所述液壓阻尼器5包括活塞缸501以及與所述活塞缸501連接的比例閥502，其中所述活塞缸501內(nèi)設(shè)有第一油腔503和第二油腔504，所述第一油腔503中設(shè)有第一活塞505，所述第一活塞505連接活塞桿506的第一端，所述活塞桿506的第二端伸出所述活塞缸501的外部。所述第二油腔504中設(shè)有第二活塞507，所述第二活塞507連接彈簧508的第一端，所述彈簧508的第二端連接所述第二油腔504的內(nèi)壁。所述第一油腔503的通油口連接第一油道509，所述第二油腔504的通油口連接第二油道510，所述比例閥502設(shè)置在所述第一油道509與所述第二油道510之間，所述第一油道509與所述第二油道510通過(guò)所述比例閥502相連通。

所述控制機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在所述足底支撐部3的若干足底壓力傳感器6、設(shè)置在所述膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4上的膝關(guān)節(jié)角度傳感器7、設(shè)置在所述液壓阻尼器5上的活塞桿推力傳感器8、以及控制器9，其中所述控制器9分別連接所述足底壓力傳感器6、所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器7、所述活塞桿推力傳感器8和所述比例閥502。其中所述的足底壓力傳感器6、膝關(guān)節(jié)角度傳感器7和活塞桿推力傳感器8將采集的測(cè)量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送至所述控制器9，通過(guò)控制器9進(jìn)行處理分析后，向所述比例閥502反饋?zhàn)枘峥刂菩盘?hào)。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)大腿支撐部1、小腿支撐部2和足底支撐部3將矯形器固定在人體下肢上，通過(guò)液壓阻尼器5中活塞桿506的伸縮運(yùn)動(dòng)配合人體行走狀態(tài)，通過(guò)足底壓力傳感器6實(shí)時(shí)測(cè)量足底所受壓力，通過(guò)膝關(guān)節(jié)角度傳感器7實(shí)時(shí)測(cè)量膝關(guān)節(jié)彎曲角度，通過(guò)活塞桿推力傳感器8實(shí)時(shí)測(cè)量阻尼器活塞桿的推力，通過(guò)控制器9實(shí)時(shí)接收各個(gè)傳感器的測(cè)量值，控制器9對(duì)各個(gè)測(cè)量值進(jìn)行實(shí)時(shí)分析做出動(dòng)作預(yù)判，并向液壓阻尼器5的比例閥502發(fā)送與預(yù)判動(dòng)作相對(duì)應(yīng)的流量控制信號(hào)，所述比例閥502根據(jù)接收的流量控制信號(hào)控制油口的大小來(lái)調(diào)節(jié)液壓油的流量，進(jìn)而控制活塞桿506的伸縮速率，使液壓阻尼器5能夠更好的配合人體行走，使人體行走時(shí)更加平穩(wěn)。

進(jìn)一步來(lái)說(shuō)，所述大腿支撐部1包括兩個(gè)平行設(shè)置的大腿支撐板101，在兩個(gè)所述大腿支撐板101之間連接有若干大腿箍板102，所述大腿箍板102為與大腿的形狀相適配的圓弧形結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)所述大腿支撐板101上還設(shè)有若干大腿綁帶夾103，所述大腿綁帶夾103上可拆卸的連接有大腿綁帶(圖中未示)，通過(guò)大腿綁帶對(duì)大腿進(jìn)行綁扎固定。

所述小腿支撐部2包括兩個(gè)平行設(shè)置的小腿支撐板201，所述大腿支撐板101與所述小腿支撐板201通過(guò)所述膝關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)軸4連接。在兩個(gè)所述小腿支撐板之間連接有若干小腿箍板202，所述小腿箍板202為與小腿的形狀相適配的圓弧形結(jié)構(gòu)，在兩個(gè)所述小腿支撐板201上還設(shè)有若干小腿綁帶夾203，所述小腿綁帶夾203上可拆卸的連接有小腿綁帶(圖中未示)，通過(guò)小腿綁帶對(duì)小腿進(jìn)行綁扎固定。

所述足底支撐部3包括足底支撐板301，所述可調(diào)節(jié)連接件采用連接支撐板302，所述足底支撐板301通過(guò)所述連接支撐板302與所述小腿箍板202連接。所述小腿箍板202的外側(cè)設(shè)有卡裝所述連接支撐板302的卡裝槽204，所述卡裝槽204設(shè)有鎖緊所述連接支撐板302的鎖緊件，由于使用者的身高存在差異，可以通過(guò)調(diào)整所述連接支撐板302在所述卡裝槽302中的卡裝位置來(lái)調(diào)整最佳固定位置，進(jìn)而通過(guò)鎖緊件進(jìn)行鎖緊固定。

具體來(lái)說(shuō)，所述連接支撐板302采用碳纖維彈性板，在足部落地過(guò)程中，通過(guò)碳纖維彈性板來(lái)儲(chǔ)存一部分能量，在離地時(shí)釋放能量，使人體行走省力，另外避免著地時(shí)的剛性接觸。

考慮到使用者身高不同，為了使矯形器能夠更好的適應(yīng)不同身高的使用者，進(jìn)而達(dá)到矯形目的，在所述連接支撐板302上設(shè)置多個(gè)等間距布置的定位孔，當(dāng)所述連接支撐板302與所述所述小腿箍板202進(jìn)行連接，根據(jù)使用者的身高需求，使所述鎖緊件穿過(guò)適當(dāng)?shù)亩ㄎ豢着c所述卡裝槽302進(jìn)行鎖緊固定。

考慮到人體在行走過(guò)程中膝關(guān)節(jié)的彎曲角度，在所述小腿支撐板201上設(shè)有限制所述膝關(guān)節(jié)彎曲角度的膝關(guān)節(jié)限位擋板10，從而避免膝關(guān)節(jié)彎曲過(guò)渡導(dǎo)致的行走不便。

在本發(fā)明實(shí)施例中，所述控制器9優(yōu)選安裝在所述大腿箍板101的外側(cè)，避免控制器9在人體行走過(guò)程中造成干擾。

具體來(lái)說(shuō)，所述液壓阻尼器5的活塞缸501兩端分別設(shè)有端蓋511和缸蓋512，所述端蓋511和所述缸蓋512上分別設(shè)有若干通氣孔，避免活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中壓縮空氣的影響。所述活塞桿506的第一端設(shè)有第一連接件513，所述缸蓋512上設(shè)有第二連接件514，相對(duì)應(yīng)的，在所述大腿支撐板101上設(shè)有第一安裝件104，所述小腿支撐板201上設(shè)有第二安裝件205，將所述第一連接件513與所述第一安裝件104相連，所述第二連接件514與所述第二安裝件205相連，從而實(shí)現(xiàn)液壓阻尼器在矯形器上的安裝操作。

特別地，所述第一油腔503和第二油腔504分別設(shè)置在所述比例閥502的左右兩側(cè)，所述第二油腔504的橫截面大于所述第一油腔503的橫截面。

更具體來(lái)說(shuō)，所述比例閥502包括信號(hào)輸入端和流量控制輸出端，其中所述信號(hào)輸入端設(shè)置在所述活塞缸501外部，所述信號(hào)輸入端包括驅(qū)動(dòng)放大器，所述驅(qū)動(dòng)放大器與外部控制器連接，用于接收所述控制器9發(fā)出的流量控制信號(hào)。所述流量控制輸出端設(shè)置在所述活塞缸501內(nèi)，所述第一油道509與所述第二油道510分別與所述流量控制輸出端相連通，所述流量控制輸出端包括電磁鐵以及與所述電磁鐵相配合的磁芯，所述驅(qū)動(dòng)放大器驅(qū)動(dòng)連接所述電磁鐵，所述電磁鐵控制所述磁芯進(jìn)行伸縮動(dòng)作，通過(guò)所述磁芯的伸縮動(dòng)作來(lái)控制所述第一油道509與所述第二油道510之間閥口的開(kāi)度。

實(shí)施例二

本發(fā)明還提供了一種采用上述實(shí)施例一所述的單下肢外骨骼矯形器進(jìn)行矯形控制的方法，通過(guò)大腿支撐部1、小腿支撐部2和足底支撐部3將單下肢外骨骼矯形器固定在人體下肢上，在人體行走過(guò)程中，所述液壓阻尼器5中活塞桿會(huì)配合人體行走狀態(tài)進(jìn)行相應(yīng)的伸縮運(yùn)動(dòng)。則所述控制方法具體包括如下步驟：

所述足底壓力傳感器6實(shí)時(shí)檢測(cè)足底壓力數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的足底壓力數(shù)據(jù)傳輸至所述控制器9。

所述膝關(guān)節(jié)角度傳感器7實(shí)時(shí)檢測(cè)膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)傳輸至所述控制器9。

所述活塞桿推力傳感器8實(shí)時(shí)檢測(cè)所述液壓阻尼器的活塞桿推力數(shù)據(jù)，并將檢測(cè)到的活塞桿推力數(shù)據(jù)傳輸至所述控制器9。

所述控制器9實(shí)時(shí)接收所述的足底壓力數(shù)據(jù)、膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)和活塞桿推力數(shù)據(jù)，并采用控制算法分別對(duì)所述的足底壓力數(shù)據(jù)、膝蓋彎曲角度數(shù)據(jù)和活塞桿推力數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，根據(jù)計(jì)算結(jié)果做出動(dòng)作預(yù)判，獲得人體當(dāng)前行走狀態(tài)，例如直立相、直立到擺動(dòng)相過(guò)渡、擺動(dòng)相、擺動(dòng)相到直立相過(guò)渡等。其中所述控制算法可以根據(jù)實(shí)際需求采用有限狀態(tài)機(jī)控制算法、迭代學(xué)習(xí)控制算法、模糊自適應(yīng)控制算法、或?qū)＜襊ID控制算法。

所述控制器9將計(jì)算獲得的人體當(dāng)前行走狀態(tài)與預(yù)存在控制器9中的人體行走步態(tài)規(guī)律曲線進(jìn)行擬合分析，獲得與人體當(dāng)前行走狀態(tài)相對(duì)應(yīng)的流量控制信號(hào)。

所述控制器9向所述液壓阻尼器5中的比例閥502發(fā)送流量控制信號(hào)，根據(jù)所述流量控制信號(hào)控制所述比例閥502。

在本發(fā)明實(shí)施例中，通過(guò)上述控制方法能夠不斷糾正人體下肢膝關(guān)節(jié)的行走狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)矯形器隨控的被動(dòng)控制，避免強(qiáng)行帶動(dòng)人體行走，造成重心不穩(wěn)，走路姿勢(shì)僵硬的問(wèn)題。

其中，通過(guò)所述控制器9進(jìn)行液壓阻尼器的比例閥控制時(shí)，包括如下步驟：

所述控制器9向所述比例閥502中的驅(qū)動(dòng)放大器發(fā)送流量控制信號(hào)。

所述驅(qū)動(dòng)放大器接收到所述流量控制信號(hào)，將所述流量控制信號(hào)轉(zhuǎn)化為控制電流，并將所述控制電流發(fā)送至所述比例閥中的電磁鐵。

所述電磁鐵接收到所述控制電流，所述磁芯在所述電磁鐵的磁力作用下進(jìn)行伸縮動(dòng)作，通過(guò)所述磁芯的動(dòng)作控制所述第一油道509與所述第二油道510之間的閥口開(kāi)度，從而控制所述第一油道509與所述第二油道510之間液壓油的流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓阻尼器5中活塞桿的伸縮速率的調(diào)整。

其中，液壓阻尼器5的具體控制過(guò)程如下：

當(dāng)人體行走狀態(tài)處于直立相時(shí)，液壓阻尼器處于如圖3所示的完全伸展?fàn)顟B(tài)，所述活塞桿506完全伸出在所述活塞缸501的外部，所述第一活塞505處于所述第一油腔503的最左端，所述第二活塞507也處于所述第二油腔504的最左端，所述彈簧508處于伸展?fàn)顟B(tài)。此時(shí)控制器9需要控制液壓阻尼器的比例閥502完全將油口鎖死，避免膝關(guān)節(jié)彎曲。

在人體行走狀態(tài)從直立相過(guò)渡到擺動(dòng)相時(shí)，人體足跟離地，人體行走過(guò)程中，大腿甩動(dòng)帶動(dòng)膝關(guān)節(jié)慣性彎曲，進(jìn)而向所述活塞桿506施加一定壓力，推動(dòng)活塞桿506進(jìn)行收縮，帶動(dòng)所述第一活塞505向右移動(dòng)，進(jìn)而壓縮所述第一油腔503中的液壓油向右流動(dòng)，液壓油從第一油道509經(jīng)過(guò)所述比例閥502的調(diào)節(jié)后流入所述第二油道510，液壓油從所述第二油道510進(jìn)入到所述第二油腔504，推動(dòng)所述第二活塞507向右移動(dòng)，進(jìn)而壓縮所述彈簧508，直至所述液壓阻尼器的狀體如圖4所示，在此過(guò)程中，通過(guò)控制器9控制所述比例閥502調(diào)節(jié)閥口的大小來(lái)調(diào)節(jié)液壓油的流量，進(jìn)而控制所述活塞桿506的收縮速率，用以擬合人體膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度，使得人體行走時(shí)更加平穩(wěn)。

同理，在人體行走狀態(tài)從擺動(dòng)相過(guò)渡到直立相時(shí)，也即在如圖4所示的液壓阻尼器的壓縮狀態(tài)基礎(chǔ)上，人體行走狀態(tài)發(fā)生變化，施加在所述活塞桿506上的壓力逐漸減小，則在所述彈簧508的彈力作用下，推動(dòng)所述第二活塞507向左移動(dòng)，進(jìn)而壓縮所述第二油腔504中的液壓油向左流動(dòng)，液壓油從所述第二油道510經(jīng)過(guò)所述比例閥502的調(diào)節(jié)后流入所述第一油道509，液壓油從所述第一油道509進(jìn)入到所述第一油腔503，推動(dòng)所述第一活塞505向左移動(dòng)，帶動(dòng)所述活塞桿506向左端伸出，直至所述液壓阻尼器的狀體如圖3所示，在此過(guò)程中，通過(guò)控制器9控制所述比例閥502調(diào)節(jié)閥口的大小來(lái)調(diào)節(jié)液壓油的流量，進(jìn)而控制所述活塞桿506的伸展速率，用以擬合人體膝關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)速度，使得人體行走時(shí)更加平穩(wěn)。當(dāng)彈簧釋放到完全伸展?fàn)顟B(tài)時(shí)，此時(shí)再次通過(guò)控制器9控制比例閥502將閥口鎖死，完成一次循環(huán)，整個(gè)循環(huán)過(guò)程中，各個(gè)傳感器不停檢測(cè)步態(tài)狀態(tài)，從而通過(guò)控制器實(shí)時(shí)控制液壓油的流速大小。

綜上所述，本發(fā)明實(shí)施例所述的單下肢外骨骼矯形器及矯形控制方法，具有如下優(yōu)點(diǎn)：

1、本發(fā)明能夠隨時(shí)感應(yīng)人體行走狀態(tài)，隨時(shí)調(diào)節(jié)液壓阻尼器的伸縮速率，讓使用者不再擔(dān)心自己的行走速度，使得液壓阻尼器的活塞運(yùn)動(dòng)能夠被動(dòng)的配合人體的行走狀態(tài)，根據(jù)使用者行走速度的快慢來(lái)進(jìn)行隨時(shí)調(diào)節(jié)，最大限度保持人體行走自如，保證穩(wěn)定性。

2、本發(fā)明與現(xiàn)有矯形器采用過(guò)重的電源和電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓缸的結(jié)構(gòu)形式相比，省去了液壓阻尼器的驅(qū)動(dòng)原件，最大程度減輕重量，結(jié)構(gòu)輕巧，便于在戶(hù)外穿戴行走。

3、本發(fā)明能夠用于醫(yī)療領(lǐng)域中截癱患者、中風(fēng)、脊髓損傷以及腦癱患者的矯形康復(fù)治療，通過(guò)本發(fā)明能夠徹底改變下肢癱瘓患者的康復(fù)治療和日常生活，幫助使用者盡快康復(fù)，實(shí)現(xiàn)自助行走。

在本發(fā)明的描述中，需要說(shuō)明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本發(fā)明中的具體含義。

在本發(fā)明的描述中，除非另有說(shuō)明，“若干”的含義是一個(gè)或多個(gè)；“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上；術(shù)語(yǔ)“上”、“下”、“左”、“右”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的機(jī)或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本發(fā)明的限制。

最后應(yīng)說(shuō)明的是：以上實(shí)施例僅用以說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制；盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技術(shù)方案的精神和范圍。