基于振动动觉的外骨骼装置及其工作方法

技术领域

本发明属于医疗康复器械技术领域，涉及一种基于振动动觉的外骨骼装置及其工作方法。

背景技术

在运动神经康复，如脑卒中后的运动康复中，外骨骼机器人是一种常用的辅助设备，它可以帮助患者进行被动或主动的运动训练，以恢复肢体功能。然而，外骨骼机器人通常只能在运动过程中提供短暂的动觉反馈,不利于患者对运动过程的感知和控制；且装置复杂，成本高。而持续的动觉反馈对于运动学习和神经可塑性是非常重要的，它可以增强患者对运动过程的感知和控制，提高运动质量和效率；增加持续的动觉反馈会对康复效果有更大的促进作用。因此，亟待开发一种能提供持续动觉反馈的康复训练装置。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中外骨骼机器人难以提供持续的动觉反馈，且结构复杂，成本高的技术问题，提供一种基于振动动觉的外骨骼装置及其工作方法。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

第一方面，本发明公开了一种基于振动动觉的外骨骼装置，包括：

肢体部件，所述肢体部件内嵌有震子；

上位机，所述上位机用于将信号转化为肢体运动指令并传递给微处理器；

微处理器，所述微处理器用于将肢体运动指令解析为震子振动指令。

进一步地，所述肢体部件包括上肢部件和下肢部件；上肢部件、下肢部件、上位机和微处理器之间的连接方式为通讯连接。

进一步地，所述通讯连接采用蓝牙或WiFi连接。

进一步地，所述上肢部件包括上臂部件和前臂部件；所述上臂部件包括能够穿戴的上臂套，上臂套内嵌有互相连接的上臂震子和上臂蓝牙模块；所述前臂部件包括能够穿戴的前臂套，前臂套内嵌有互相连接的前臂震子和前臂蓝牙模块；上臂蓝牙模块和前臂蓝牙模块用于接收微处理器的驱动指令，并基于指令驱动上臂震子和前臂震子振动以产生动觉。

进一步地，所述上肢部件还包括手部件；手部件包括能够穿戴的手指套，手指套内嵌有互相连接的手指震子和手蓝牙模块；手蓝牙模块用于接收微处理器的驱动指令，并基于指令驱动手指震子振动以产生动觉。

进一步地，所述手指震子包括穿戴后分别位于指腹和指背的若干震子。

进一步地，所述下肢部件包括大腿部件和小腿部件；所述大腿部件包括能够穿戴的大腿套，大腿套内嵌有互相连接的大腿震子和大腿蓝牙模块；所述小腿部件包括能够穿戴的小腿套，小腿套内嵌有互相连接的小腿震子和小腿蓝牙模块；大腿蓝牙模块和小腿蓝牙模块用于接收微处理器的驱动指令，并基于指令驱动大腿震子和小腿震子振动以产生动觉。

进一步地，所述上臂套、前臂套、手指套、大腿套和小腿套均为柔性材料制成。

进一步地，所述上臂震子包括关于上臂套轴线对称设置的若干震子；所述前臂震子包括关于前臂套轴线对称设置的若干震子；所述大腿震子包括关于大腿套轴线对称设置的若干震子；所述小腿震子包括关于小腿套轴线对称设置的若干震子。

第二方面，本发明公开了一种上述基于振动动觉的外骨骼装置的工作方法，包括以下步骤：

将采集到的用户脑电信号经过预处理、特征提取和模式识别，并转化为肢体运动指令后传递至微处理器；

通过微处理器将接受到的肢体运动指令解析为震子振动指令,并传递给相应的蓝牙模块；

蓝牙模块基于震子振动指令驱动相应震子振动，以产生动觉。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明公开了一种基于振动动觉的外骨骼装置及其工作方法，通过震子的振动来刺激感觉受体，使其产生类似于外骨骼机器人的力矩反馈，这种持续的动觉反馈能够增强患者对自身运动状态和环境信息的感知，并促进神经系统的重组和学习。且可通过振动的强度控制感知到的运动强度，还可以根据患者的运动状态和意图，实时调整振动刺激的参数，从而提供个性化和适应性的反馈；具有便携性和易用性。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明装置结构示意图；

图2为本发明上肢部件结构示意图；

图3为本发明下肢部件结构示意图。

其中：1-上臂部件；11-上臂套；12-上臂震子；13-上臂蓝牙模块；2-前臂部件；21-前臂套；22-前臂震子；23-前臂蓝牙模块；3-大腿部件；31-大腿套；32-大腿震子；33-大腿蓝牙模块；4-小腿部件；41-小腿套；42-小腿震子；43-小腿蓝牙模块；5-手部件；51-手指套；52-手指震子；53-手蓝牙模块；6-微处理器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“水平”、“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，若出现术语“水平”，并不表示要求部件绝对水平，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明实施例的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，若出现术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

参见图1，本发明实施例公开了一种基于振动动觉的外骨骼装置，包括：

肢体部件，所述肢体部件内嵌有震子；

上位机，所述上位机用于将用户信号转化为肢体运动指令并传递给微处理器6；

微处理器6，所述微处理器6用于将肢体运动指令解析为震子振动指令。

本发明肢体运动指令与震子振动指令关系，所述震子按震子振动指令振动时，产生的动觉与按肢体运动指令运动时的一致。

本发明通过上肢部件和下肢部件中的震子振动来刺激感觉受体，使其产生类似于外骨骼机器人的力矩反馈，这种持续的动觉反馈能够增强患者对自身运动状态和环境信息的感知，并促进神经系统的重组和学习。且可通过振动的强度控制感知到的运动强度，还可以根据患者的运动状态和意图，实时调整振动刺激的参数，从而提供个性化和适应性的反馈；具有便携性和易用性。

在本实施例中，所述上肢部件、下肢部件、上位机和微处理器6之间的连接方式为通讯连接。所述通讯连接采用蓝牙或WiFi连接。

参见图2，在本实施例中，所述上肢部件包括上臂部件1和前臂部件2；所述上臂部件1包括能够穿戴的上臂套11，上臂套11内嵌有互相连接的上臂震子12和上臂蓝牙模块13；所述前臂部件2包括能够穿戴的前臂套21，前臂套21内嵌有互相连接的前臂震子22和前臂蓝牙模块23；上臂蓝牙模块13和前臂蓝牙模块23用于接收微处理器的驱动指令，并基于指令驱动上臂震子12和前臂震子22振动以产生动觉。

参见图2，在本实施例中，所述上肢部件还包括手部件5；手部件5包括能够穿戴的手指套51，手指套51内嵌有互相连接的手指震子52和手蓝牙模块53；手蓝牙模块53用于接收微处理器的驱动指令，并基于指令驱动手指震子52振动以产生动觉。所述手指震子52包括穿戴后分别位于指腹和指背的若干震子。

参见图3，在本实施例中，所述下肢部件包括大腿部件3和小腿部件4；所述大腿部件3包括能够穿戴的大腿套31，大腿套31内嵌有互相连接的大腿震子32和大腿蓝牙模块33；所述小腿部件4包括能够穿戴的小腿套41，小腿套41内嵌有互相连接的小腿震子42和小腿蓝牙模块43；大腿蓝牙模块33和小腿蓝牙模块43用于接收微处理器的驱动指令，并基于指令驱动大腿震子32和小腿震子42振动以产生动觉。

在本实施例中，所述上臂套11、前臂套21、手指套51、大腿套31和小腿套41均为柔性材料制成。

在本实施例中，所述上臂震子12包括关于上臂套11轴线对称设置的若干震子；所述前臂震子22包括关于前臂套21轴线对称设置的若干震子；所述大腿震子32包括关于大腿套31轴线对称设置的若干震子；所述小腿震子42包括关于小腿套41轴线对称设置的若干震子。各蓝牙模块包含蓝牙接收模块及启动电路。

本发明实施例还提供一种上述基于振动动觉的外骨骼装置的工作方法，包括以下步骤：

将采集到的用户脑电信号经过预处理、特征提取和模式识别，并转化为肢体运动指令后传递至微处理器6；

通过微处理器6将接受到的肢体运动指令解析为震子振动指令,并传递给相应的蓝牙模块；

蓝牙模块基于震子振动指令驱动相应震子振动，以产生动觉。

在本实施例的实际应用中，本发明可以与脑机接口结合，构成脑机接口康复系统，用于神经康复。脑卒中患者佩戴脑电帽并进行肢体想象运动，脑电帽上布置有脑电电极，脑电电极与脑电放大器相连，放大后的脑电传入上位机，上位机将采集的脑电经过预处理、特征提取、模式识别等处理，转化为肢体运动或动觉指令，指令传递至微处理器6，处理器6将指令解析为震子振动指令，并驱动佩戴在患者肢体上的上肢部件或下肢部件振动，从而产生动觉。产生的动觉会沿着生物感觉神经通路，反馈给大脑，从而产生“运动意图产生-动觉反馈”闭环回路，促进患者实现神经重塑。下肢驱动部分按照上位机指令，依据步态顺序驱动腿部震子振动，以产生行走中的动觉。在以往，动觉反馈是以驱动外骨骼的形式完成的，然而外骨骼设计较为复杂，且经济性不高。

在本实施例的实际应用中，本发明可以与动力学传感器结合，构成脑卒中患者健侧带动患侧康复训练系统，用于健侧带动患侧的运动康复训练。患者健侧佩戴动力学传感器，传感器采集的信号实时传输到上位机，上位机经过预处理将传感器信号转化为肢体运动或动觉指令，指令传递至微处理器6，微处理器6将指令解析为震子振动指令，并驱动佩戴在患者患侧肢体上的上肢部件或下肢部件振动，从而产生动觉。产生的动觉会沿着生物感觉神经通路，反馈给大脑，促进患者实现神经重塑。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。