[发明专利]一种智能膝上假肢穿戴者骑行状态识别系统

说明书

本发明一种智能膝上假肢穿戴者骑行状态识别系统。该系统包括假肢主体结构和识别系统；所述的假肢主体结构包括假肢接受腔、假肢膝关节、假肢小腿管、假肢脚，其中，假肢接受腔底部连接假肢膝关节，假肢膝关节底部连接假肢小腿管上端，假肢小腿管下端连接假肢脚；所述的识别系统包括假肢接受腔角度模块、假肢小腿模块、脚尖压力传感器模块、脚心压力传感器模块、脚跟压力传感器模块、单片机模块和驱动电机模块。本发明对膝关节角度的判断的准确率及计算速度大大提高；通过多传感器进行判断，大大提高了骑行状态判断的准确性。

技术领域

本发明属于假肢技术领域，具体是一种膝上假肢运动状态识别系统，能够对假肢穿戴者的骑行运动状态进行识别，之后对假肢膝关节进行控制，提高了假肢穿戴者骑行时的流畅性、安全性和稳定性。

背景技术

由于自然灾害、交通事故等原因，下肢膝上截肢者越来越多，假肢成为了截肢者恢复正常运动状态的唯一装置，但是现在假肢市场中的被动假肢膝关节主要以气缸或液压假肢膝关节居多。但是被动型假肢不能够帮助残疾人主动运动，还会增加残疾人代谢能量，甚至会产生安全隐患。骑行作为一项下肢假肢者活动，在一项对500名下肢截肢者调查研究中表明，240人表示他们在截肢后更愿意进行骑行等运动，250人表示在截肢者截肢后就停止了骑行，这会对残疾人健康造成很大的影响。但是对于普通的气缸型假肢，在过量运动之后，会需要让残疾人进行“放气”，才能够使气缸型假肢稳定的运动，尤其是在骑行时，由于运动更加频繁，需要更加频繁的进行“放气”，这样十分的不安全，而且极不方便。随着计算机技术以及检测技术的发展，出现了能够主动配合运动的智能型假肢，专利号ZL201010589305.2公开了一种“建立下肢假肢自动训练专家知识库的方法”，所用硬件由假肢膝关节、接受腔、足底压力传感器和控制电路组成，该专利通过建立专家知识库，适应不同身体状态的假肢穿戴者，然后根据假肢穿戴者实现对假肢的控制量，提高了假肢穿戴者行走的稳定性；专利号ZL201410314216.5公开了“一种膝上假肢的路况识别系统”该装置由假脚脚尖光电传感器模块、假脚脚跟光电传感器模块、陀螺仪模块、单片机模块和驱动电机模块构成。通过单片机对传感器信息的处理，判断假肢穿戴者当前行走的路况，帮助了残疾人解决上楼体、爬坡等问题。但是虽然这些系统能够对步速以及不同的路况进行识别。但是对于假肢穿戴者骑行运动状态的识别并未提及。

发明内容

本发明的目的为针对现在有技术的不足，提供一种智能膝上假肢穿戴者骑行状态识别系统。该系统通过在假肢上安装多传感器信号，结合陀螺仪信号和加速度信号通过对信号处理判断出假肢穿戴者当前的运动状态，并把运动状态信息提供给智能假肢，使假肢穿戴者的运动更加省力和安全。

本发明的技术方案为：

一种智能膝上假肢穿戴者骑行状态识别系统，该系统包括假肢主体结构和识别系统；所述的假肢主体结构包括假肢接受腔、假肢膝关节、假肢小腿管、假肢脚，其中，假肢接受腔底部连接假肢膝关节，假肢膝关节底部连接假肢小腿管上端，假肢小腿管下端连接假肢脚；

所述的识别系统包括假肢接受腔角度模块、假肢小腿模块、脚尖压力传感器模块、脚心压力传感器模块、脚跟压力传感器模块、单片机模块和驱动电机模块；其中，假肢接受腔角度模块安装在假肢接受腔内，与假肢小腿模块在假肢伸展时在同一平行线上；假肢小腿模块安装在假肢脚上方假肢小腿管处；脚尖压力传感器模块安装在假肢脚前脚掌；脚心压力传感器模块安装在假肢脚脚心；脚跟压力传感器模块安装在假肢脚脚跟；单片机模块安装在假肢小腿模块上方假肢小腿管处；驱动电机模块安装在紧靠假肢膝关节下方且在单片机模块上方的假肢小腿管处；

所述的假肢接受腔角度模块包括假肢接受腔陀螺仪、假肢接受腔加速度计、假肢接受腔卡尔曼滤波信号放大电路；

所述的假肢小腿模块包括假肢小腿陀螺仪、假肢小腿加速度计、假肢小腿卡尔曼滤波信号放大电路；

所述的脚尖压力传感器模块包括脚尖压力传感器、脚尖压力信号放大电路；