本發(fā)明涉及護(hù)膝，尤其涉及一種護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，本發(fā)明還涉及一種護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著運(yùn)動(dòng)和康復(fù)醫(yī)學(xué)的發(fā)展，護(hù)膝作為一種保護(hù)膝關(guān)節(jié)的重要裝備，廣泛應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)員、老年人及膝關(guān)節(jié)有問題的人群。傳統(tǒng)的護(hù)膝通常采用彈性材料或填充物來提供固定的支撐和壓力，然該方式具有以下等缺點(diǎn)：壓力固定不可調(diào)整，不能根據(jù)實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)型差；舒適性較差，壓力過大的護(hù)膝長(zhǎng)期佩戴會(huì)影響血液循環(huán)；不能提供有效的支撐，由于護(hù)膝壓力無法調(diào)整，某些情況下護(hù)膝可能會(huì)因壓力不足而滑落，出現(xiàn)滑脫問題，尤其是在進(jìn)行劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明旨在提供一種護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足。

2、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，護(hù)膝上設(shè)有控制器、壓力調(diào)節(jié)裝置，控制器控制壓力調(diào)節(jié)裝置實(shí)現(xiàn)護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)，壓力調(diào)節(jié)裝置為氣壓調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)；所述壓力調(diào)節(jié)方法包括以下步驟：

3、s1、建立數(shù)據(jù)庫(kù)，通過采集數(shù)據(jù)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定對(duì)應(yīng)各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最大允許壓力pmax、最小允許壓力pmin；

4、s2、通過壓力調(diào)節(jié)裝置的壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)獲取護(hù)膝施加給人體膝部的當(dāng)前壓力值pn，控制器識(shí)別護(hù)膝的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，并根據(jù)當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)從數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的最大運(yùn)行壓力、最小允許壓力；

5、s3、若pn>pmax，表示護(hù)膝施加給人體膝部的壓力超過了安全范圍，控制器控制壓力調(diào)節(jié)裝置的減壓機(jī)構(gòu)泄壓；若pn<pmin，表示護(hù)膝施加給人體膝部的壓力低于所需的最低安全壓力，控制器控制壓力調(diào)節(jié)裝置的增壓機(jī)構(gòu)增壓。

6、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，所述數(shù)據(jù)庫(kù)中還設(shè)定有對(duì)應(yīng)各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的期望壓力值pe，當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的當(dāng)前壓力值與期望壓力值之間的差值為氣壓誤差perr，氣壓誤差的變化速率為perrd，氣壓誤差perr、氣壓變化速率perrd的計(jì)算公式如下：

7、perr＝pn–pe

8、perrd＝1/perr

9、控制器采用柔順阻抗控制方法，基于氣壓誤差perr和氣壓變化速率perrd控制壓力調(diào)節(jié)裝置的調(diào)節(jié)速度。

10、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，當(dāng)氣壓誤差perr為正值時(shí)，即當(dāng)前氣壓pn大于期望壓力值pe時(shí)，控制器控制壓力調(diào)節(jié)裝置的增壓機(jī)構(gòu)關(guān)閉，并通過控制壓力調(diào)節(jié)裝置的減壓機(jī)構(gòu)的占空比調(diào)節(jié)減壓速度。

11、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，當(dāng)氣壓誤差perr為負(fù)值時(shí)，即當(dāng)前氣壓pn小于期望壓力值pe時(shí)，控制器控制壓力調(diào)節(jié)裝置的減壓機(jī)構(gòu)關(guān)閉，并通過控制壓力調(diào)節(jié)裝置的增壓機(jī)構(gòu)的的占空比調(diào)節(jié)增壓速度。

12、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，基于氣壓誤差perr和氣壓變化速率perrd控制器計(jì)算出減壓機(jī)構(gòu)和增壓機(jī)構(gòu)的占空比，計(jì)算公式如下：

13、outv＝kp×(perr)2+kd×perrd

14、其中，outv為占空比的輸出值，用于決定減壓機(jī)構(gòu)、增壓機(jī)構(gòu)的占空比，kp為剛度系數(shù)，反映系統(tǒng)響應(yīng)速度的調(diào)節(jié)能力，kd為阻尼系數(shù)，影響系統(tǒng)的柔順性；控制器將生成的占空比信號(hào)通過輸出引腳傳遞給減壓機(jī)構(gòu)控制電路與增壓機(jī)構(gòu)控制電路，最終使壓力調(diào)節(jié)裝置的氣壓柔順的增加或者減少。

15、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，kp取值范圍為0.5-1，kd取值范圍為0-0.1。

16、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，所述控制器識(shí)別護(hù)膝的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)方法為：

17、s21、護(hù)膝上的三軸加速度計(jì)以100hz的頻率實(shí)時(shí)獲取膝部的運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)，運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)為三軸加速度{gx,gy,gz}；采集的數(shù)據(jù)存入控制器緩存區(qū)，當(dāng)緩存區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)量達(dá)到指定的深度時(shí)，得到一個(gè)數(shù)據(jù)集，觸發(fā)一次模型運(yùn)算，模型包括對(duì)應(yīng)各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)，部署在控制器內(nèi)；

18、s22、控制器提取數(shù)據(jù)集中的三軸加速度的特征值，并將此特征值進(jìn)行歸一化處理，以標(biāo)準(zhǔn)化的形式輸入到模型中，模型使用集成的決策樹方法，計(jì)算出各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原始概率；

19、s23、控制器對(duì)計(jì)算出的各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原始概率進(jìn)行加權(quán)處理，得到最終的預(yù)測(cè)概率，概率最大的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)被識(shí)別為當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

20、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，所述三軸加速度的特征值包括三軸加速度的最大值、最小值、平均值、標(biāo)準(zhǔn)差；三軸加速度的特征值提取方法為：

21、對(duì)于x軸方向，先提取出一列數(shù)據(jù)中的最大值、最小值，分別記為xmax、xmin，然后求取一列數(shù)據(jù)的平均值xavg及該列數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差xstd，平均值xavg的計(jì)算公式如下：

22、

23、標(biāo)準(zhǔn)差xstd的計(jì)算公式如下：

24、

25、其中n為一列數(shù)據(jù)的深度；

26、然后以同樣方法提取y軸方向的ymax、ymin、yavg、ystd和z軸方向的zmax、zmin、zavg、zstd。

27、進(jìn)一步的，上述的護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)方法，所述加權(quán)處理方法包括以下步驟：

28、根據(jù)過去運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的概率關(guān)系設(shè)置加權(quán)系數(shù)表，表中包含代表過去運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)概率關(guān)系的三檔加權(quán)因子，三檔加權(quán)因子分別為w1、w2、w3，按從大到小排列；

29、根據(jù)過去運(yùn)動(dòng)狀態(tài)查加權(quán)系數(shù)表得到當(dāng)前項(xiàng)目運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的加權(quán)因子，然后計(jì)算到加權(quán)概率，加權(quán)概率計(jì)算公式如下：

30、p{＝p×w

31、其中，i為運(yùn)動(dòng)類別，pi為運(yùn)動(dòng)類別i的原始概率，wi為運(yùn)動(dòng)類別i的加權(quán)因子，pi′為運(yùn)動(dòng)類別i的加權(quán)概率；

32、然后對(duì)所有項(xiàng)目的加權(quán)概率進(jìn)行歸一化處理，歸一化計(jì)算公式如下：

33、

34、其中，pi”為歸一化后的運(yùn)動(dòng)類別i的最終概率，j為類別索引號(hào)，pj′為全部運(yùn)動(dòng)類別的加權(quán)概率之和，k為類別總數(shù)；歸一化處理后得到所有項(xiàng)目的最終概率，其中最高的概率結(jié)果為當(dāng)前的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

35、本發(fā)明還提供一種護(hù)膝的壓力調(diào)節(jié)裝置，包括保護(hù)機(jī)構(gòu)、壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)、增壓機(jī)構(gòu)、減壓機(jī)構(gòu)，所述保護(hù)機(jī)構(gòu)為氣囊，對(duì)膝部進(jìn)行保護(hù)，并支撐護(hù)膝；所述壓力檢測(cè)機(jī)構(gòu)為壓力傳感器，用于檢測(cè)氣囊內(nèi)部的氣壓，并將測(cè)量值反饋給控制器；所述增壓機(jī)構(gòu)為微型氣泵，用于向氣囊充氣；所述減壓機(jī)構(gòu)為電磁閥，用于控制氣囊氣體的泄放；控制器通過接收壓力傳感器的數(shù)據(jù)并分析當(dāng)前運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及當(dāng)前氣壓狀態(tài)，控制氣泵和電磁閥的工作，以維持氣囊的穩(wěn)定氣壓。

36、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)護(hù)膝內(nèi)部的壓力數(shù)據(jù)，基于各運(yùn)動(dòng)狀態(tài)預(yù)設(shè)的壓力范圍，自動(dòng)調(diào)整壓力調(diào)節(jié)裝置的工作狀態(tài)，確保護(hù)膝在任何情況下都能提供最適合的壓力和支撐，這不僅提高了護(hù)膝的舒適性和安全性，還增強(qiáng)了其對(duì)膝關(guān)節(jié)的保護(hù)作用。此外，還可以根據(jù)不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)調(diào)整壓力，并通過占空比控制調(diào)整速度，使壓力調(diào)節(jié)裝置的氣壓柔順的增加或者減少，實(shí)現(xiàn)了對(duì)壓力調(diào)節(jié)裝置的氣壓的精確控制，確保氣壓能夠根據(jù)需求智能調(diào)節(jié)，提供動(dòng)態(tài)、可調(diào)節(jié)的支撐和保護(hù)，以滿足不同場(chǎng)景下的使用需求，從而為用戶提供更好的運(yùn)動(dòng)體驗(yàn)和更高的安全保障。