一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统

著录项
  • CN201810524181.6
  • 20180528
  • CN108743248A
  • 20181106
  • 佛山市三水区希望火炬教育科技有限公司
  • A61/H300
  • A61/H300

  • 广东省佛山市三水区中心科技工业区B区21号(F2)综合楼C座自编C408号
  • 广东(44)
摘要
一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,包括机体、穿戴式套装、供电系统、蓄电池组、中央处理器、左、右臂动力驱动模块、左、右臂支架、左、右台板按钮、总动力驱动系统、左、右髋动力调节系统、左、右大腿动力电驱动系统、左、右膝关节转换机构、左、右小腿动力液至系统、左、右足旋转机构、左、右足行走式踏板、防脱带、头盔、左、右耳机、探障器、面罩,本发明主要由战残军人操作手腕下的左、右台板按钮来遥感探测肢体动作,使本系统带动战残军人自由控制行走速度,对于增强战残军人康复训练和恢复的生存能力,协助截瘫、失明、失聪或装假肢的战残军人能够站立和行走起到积极的理疗作用。
权利要求

1.一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,其特征在于:包括机体(1)、穿戴式套装(2)、供电系统(3)、蓄电池组(4)、中央处理器(5)、左臂动力驱动模块(6)、右臂动力驱动模块(7)、左臂支架(8)、右臂支架(9)、左台板按钮(10)、右台板按钮(11)、总动力驱动系统(12)、左髋动力调节系统(13)、右髋动力调节系统(14)、左大腿动力电驱动系统(15)、右大腿动力电驱动系统(16)、左膝关节转换机构(17)、右膝关节转换机构(18)、左小腿动力液至系统(19)、右小腿动力液至系统(20)、左足旋转机构(21)、右足旋转机构(22)、左足行走式踏板(23)、右足行走式踏板(24)、防脱带(25)、头盔(26)、左耳机(27)、右耳机(28)、探障器(29)、面罩(30);所述机体(1)的上端设有蓄电池组(4),所述机体(1)的后端设有供电系统(3),供电系统(3)的后端连接供中央处理器(5),所述机体(1)的左侧下端设有左髋动力调节系统(13),左髋动力调节系统(13)下端联接左大腿动力电驱动系统(15),左大腿动力电驱动系统(15)下端联接左膝关节转换机构(17),左膝关节转换机构(17)下端联接左小腿动力液至系统(19),左小腿动力液至系统(19)下端联接左足旋转机构(21),所述左足旋转机构(21)前端设有左足行走式踏板(23),所述机体(1)的右侧下端设有总动力驱动系统(12),总动力驱动系统(12)下端设有右髋动力调节系统(14),右髋动力调节系统(14)下端联接右大腿动力电驱动系统(16),右大腿动力电驱动系统(16)下端联接右膝关节转换机构(18),右膝关节转换机构(18)下端联接右小腿动力液至系统(20),右小腿动力液至系统(20)下端联接右足旋转机构(22),所述右足旋转机构(22)前端设有右足行走式踏板(24),所述机体(1)的前端左侧设有左臂动力驱动模块(6),左臂动力驱动模块(6)前端旋接左臂支架(8),左臂支架(8)前端设有左台板按钮(10),所述机体(1)的前端右侧设有右臂动力驱动模块(7),右臂动力驱动模块(7)前端旋接右臂支架(9),右臂支架(9)前端设有右台板按钮(11),所述机体(1)在使用时,其机体(1)的前端可配装在穿戴式套装(2)的背面,所述穿戴式套装(2)上端设有头盔(26),头盔(26)的左侧设有左耳机(27),头盔(26)的右侧设有右耳机(28),头盔(26)的前端设有面罩(30),所述面罩(30)上端与头盔(26)的连接处设有探障器(29),所述穿戴式套装(2)前胸还设有防脱带(25);所述机体(1)采用质量轻、材料牢固的钛合金材料制作,在机体(1)上端设置的蓄电池组(4)采用锂电作为动力源,并通过蓄电池组(4)外围接口和供电系统(3)、中央处理器(5)、总动力驱动系统(12)连接,实现电源输出及充电过程控制的信息交互,所述供电系统(3)的作用是通过自身串口上的控制电路实现对本发明辅助行走系统上各驱动动力系统的状态检测、通信命令执行及状态反馈的交互,并通过内置的检测芯片监测电压、电流、电量及温度等信息,实现对本发明辅助行走系统运行状态的实时监控,保护蓄电池组(4)和电路安全,所述供电系统(3)还对蓄电池组(4)过放、过充保护,过流、过压保护和电路短路、浪涌保护,当供电系统(3)内置的检测芯片检测到蓄电池组(4)电压过低时,供电系统(3)上的电源系统上传告警信息并自动切断蓄电池组(4)供电开关,从而防止蓄电池组(4)过放;当检测到蓄电池组的电池充电电量超过预定饱和值时,供电系统(3)的电源系统自动停止切断开关,停止蓄电池组(4)充电,从而防止电池过充,其综合功能保证蓄电池组(4)使用安全,延长蓄电池组(4)的电池使用寿命,供电系统(3)可控制蓄电池组(4)实现自动充电,通过供电系统(3)另内置的驱动电路控制继电器组实现对蓄电池组(4)充电、供电切换和设备电源单独控制,其功能还在于为后续检查本发明辅助行走系统运行状态,分析本发明辅助行走系统运行故障,以事项形式存储命令执行和异常发生时的电源状态,在供电系统(3)内还设有散热风扇和电加热板(未示出),其作用可控制本发明辅助行走系统内部温度达到蓄电池组(4)内的电池及设备工作的适宜温度,所述供电系统(3)还内置有电源模块,可根据本发明辅助行走系统的电压等级及功率要求,转换分配为各支路电源输出,在供电系统(3)的面板上(未示出)指示灯显示电源系统通信、电量及支路电源等状态;供电系统(3)通过采集本发明辅助行走系统各个耗电模块节点的电压、电流、和电池及测试点温度等信息通过计算得出本发明辅助行走系统剩余工作时间的估计值和其工作的状态,并通过供电系统(3)的接口与负责决策处理的中央处理器(5)进行通信,通过对每一路情况的分析,为中央处理器(5)提供决策,同时,通过总动力驱动系统(12)驱动电路控制继电器对每一路分别进行相应的供电控制,在行走系统出现问题时,中央处理器(5)内置的应急处理模块启动,对故障进行处理,保障本发明行走系统运行;所述的中央处理器(5)是—种高性能异构计算平台,是本发明辅助行走系统的大脑,其通用处理器在计算性能和能效上可满足本发明辅助行走系统多样化的数据处理需求,中央处理器(5)内置有GPU智能引擎处理器与CPU一起组成的异构计算平台来提升计算本发明辅助行走系统性能,能够根据每个计算子系统的结构特点为其分配不同的计算任务,在提高计算性能、能效比和实时性保障方面体现出传统架构所不具备的优势,本发明辅助行走系统是机电一体化智能装置,综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、探障器(29)与信息处理以及人工智能等多学科技术融合,使本发明辅助行走系统形成认知、感受和行动的能力,准确完成从坐到站、站到走、走到停、站到坐、上楼梯等模式操作任务,其搭载的计算平台需满足多种要求,包括:感知能力:具备丰富的I/O接口,支持USB3、UART、I2C等多种I/O协议,用以接收各类探障器(29)数据,其能够控制各个运动部位,如双足、双臂、双手、双腿和头部,完成多个维度的动作,实现康复训练行走,并且具备实时性和安全性方面的保障,其装置的中央处理器(5)既要应对数据的处理,又可满足各类智能计算需求,在功耗控制方面,供电系统(3)可满足降低功耗;所述机体(1)的右侧下端设置的总动力驱动系统(12),其内设有一个步进电机和1:250的齿轮箱,由于步进电机力矩不够大,没法直接带动轮子驱动双臂和双腿,所以需要加上一个减速箱来增加步进电机的输出力矩,在步进电机速度减小的同时,设置的1:250的齿轮箱使步进电机的输出力矩增大250倍,但速度降低到1/250。从而保证了本发明辅助行走系统的行走稳定性和协调性;总动力驱动系统(12)内设的步进电机和1:250的齿轮箱主要由总动力驱动系统(12)自带的控制卡和控制芯片来进行控制的,其控制步进电机的频率来获得对步进电机调速,当控制信号频率越高,步进电机转的越快,频率越低,步进电机转的越慢。其参数是步进电机的输出力矩、步进电机的功率决定的,作为总动力驱动系统(12)相关联控制驱动部件的左臂动力驱动模块(6)、右臂动力驱动模块(7)、左臂支架(8)、右臂支架(9)、左髋动力调节系统(13)、右髋动力调节系统(14)、左大腿动力电驱动系统(15)、右大腿动力电驱动系统(16)、左膝关节转换机构(17)、右膝关节转换机构(18)、左小腿动力液至系统(19)、右小腿动力液至系统(20)、左足旋转机构(21)、右足旋转机构(22)、左足行走式踏板(23)、右足行走式踏板(24)内均设有内置的小型步进电机和驱动齿轮与连杆组合联动;总动力驱动系统(12)主要作用和控制量就是控制本发明辅助行走系统的左臂动力驱动模块(6)、右臂动力驱动模块(7)、左臂支架(8)、右臂支架(9)、左髋动力调节系统(13)、右髋动力调节系统(14)、左大腿动力电驱动系统(15)、右大腿动力电驱动系统(16)、左膝关节转换机构(17)、右膝关节转换机构(18)、左小腿动力液至系统(19)、右小腿动力液至系统(20)、左足旋转机构(21)、右足旋转机构(22)、左足行走式踏板(23)、右足行走式踏板(24)内置的小型步进电机和驱动齿轮与连杆组合进行联动,来驱动本发明辅助行走系统的双足、双臂、双手、双腿和头部等关节的移动,其通过控制各步进电机的转速圈数来控制本发明辅助行走系统移动的距离和方向,并驱动机械双臂支架、双髋动力调节、双腿动力电驱动、双膝关节转换,以及双足旋转机构和足行走式踏板等关节的弯曲的程度或者移动的距离等,而解决让总动力驱动系统(12)及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮与连杆能根据战残军人的意图使用。就需要控制卡和控制芯片来进行控制的;有了这些控制卡和芯片,本发明将总动力驱动系统(12)内设的微控制器与总动力驱动系统(12)及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮与连杆连接起来,用程序来控制各步进电机和驱动齿轮与连杆,对于控制步进电机的速度,在本发明行走系统上的实际表现就是行走的实际运动速度,本发明行走系统走的快慢全靠步进电机的转速,因而通过控制卡对总动力驱动系统(12)及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮进行速度控制和调节;当所述的总动力驱动系统(12)驱动左上端的左臂动力驱动模块(6)时,左臂动力驱动模块(6)可同步联动左髋动力调节系统(13);对应的,在机体(1)的右端,总动力驱动系统(12)驱动右臂动力驱动模块(7),所述右臂动力驱动模块(7)同步联动右髋动力调节系统(14);所述的左臂动力驱动模块(6)可同步旋动左臂支架(8)在180度限角内根据康复训练要求带动左臂作举手、放下,前摆臂、后摆臂动作的,左臂支架(8)的前端设有左台板按钮(10),左台板按钮(10)是通过战残军人左手操控的,所述左台板按钮(10)还设有可操控左髋动力调节系统(13)的按钮,左髋动力调节系统(13)运行时可旋动下端左大腿动力电驱动系统(15),左大腿动力电驱动系统(15)旋动下端联接的左膝关节转换机构(17),左膝关节转换机构(17)再旋动下端联接的左小腿动力液至系统(19),左小腿动力液至系统(19)再同步旋动下端联接的左足旋转机构(21),所述的左足旋转机构(21)前端设有可行走的左足行走式踏板(23);当所述的总动力驱动系统(12)驱动右上端的右臂动力驱动模块(7)时,右臂动力驱动模块(7)可同步联动右髋动力调节系统(14),所述的右臂支架(9)可同步旋动右臂支架(9)在180度限角内根据康复训练要求带动右臂作举手、放下,前摆臂、后摆臂动作的,右臂支架(9)的前端设有右台板按钮(11),右台板按钮(11)是通过战残军人右手操控的,所述右台板按钮(11)还设有可操控右髋动力调节系统(14)的按钮,右髋动力调节系统(14)运行时可旋动下端右大腿动力电驱动系统(16),右大腿动力电驱动系统(16)旋动下端联接的右膝关节转换机构(18),右膝关节转换机构(18)再旋动下端联接的右小腿动力液至系统(20),右小腿动力液至系统(20)再同步旋动下端联接的右足旋转机构(22),所述右足旋转机构(22)前端设有可行走的右足行走式踏板(24)。

2.根据权利要求1所述的一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,其特征在于所述探障器(29)是本发明辅助行走系统的眼睛,是由光学探障器、红外探障器、声探障器、力探障器、压敏探障器、位置探障器组合成的一种多功能探障器。

3.根据权利要求1所述的一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,其特征在于所述防脱带(25)是绑定伤残军人防止穿戴在伤残军人身上的穿戴式套装(2)从机体(1)上滑落的。

说明书
技术领域

本发明涉及一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,属于人工智能领域。

现有战残军人康复需要大量的医护人员支撑服务和其自身通过艰苦的康复训练,才能做到像正常人那样行走,一般医护人员可能没有那样的体力和毅力去辅助战残军人长时间地完成康复训练,因为有些战残军人截瘫部位过高,是需要至少两名医护人员协助才能完成训练的,由于战残军人自身重量和康复训练的强度,需要通过一种能彻底摆脱轮椅和双拐辅助行走的系统来满足战残军人的多种需要,而现有的辅助康复器材由于结构简单,功能少,不能广泛地为战残军人提供人性化、智能化、便捷化的康复训练服务,导致很多战残军人丧失信心,放弃了传统的辅助设施,从而错过了最佳的康复期,有的终身瘫痪在床,给战残军人及其亲属带来沉重的精神和生活负担。

本发明针对上述不足提供了一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统。

本发明采用如下技术方案:

本发明所述的一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,包括机体、穿戴式套装、供电系统、蓄电池组、中央处理器、左臂动力驱动模块、右臂动力驱动模块、左臂支架、右臂支架、左台板按钮、右台板按钮、总动力驱动系统、左髋动力调节系统、右髋动力调节系统、左大腿动力电驱动系统、右大腿动力电驱动系统、左膝关节转换机构、右膝关节转换机构、左小腿动力液至系统、右小腿动力液至系统、左足旋转机构、右足旋转机构、左足行走式踏板、右足行走式踏板、防脱带、头盔、左耳机、右耳机、探障器、面罩;所述机体的上端设有蓄电池组,所述机体的后端设有供电系统,供电系统的后端连接供中央处理器,所述机体的左侧下端设有左髋动力调节系统,左髋动力调节系统下端联接左大腿动力电驱动系统,左大腿动力电驱动系统下端联接左膝关节转换机构,左膝关节转换机构下端联接左小腿动力液至系统,左小腿动力液至系统下端联接左足旋转机构,所述左足旋转机构前端设有左足行走式踏板,所述机体的右侧下端设有总动力驱动系统,总动力驱动系统下端设有右髋动力调节系统,右髋动力调节系统下端联接右大腿动力电驱动系统,右大腿动力电驱动系统下端联接右膝关节转换机构,右膝关节转换机构下端联接右小腿动力液至系统,右小腿动力液至系统下端联接右足旋转机构,所述右足旋转机构前端设有右足行走式踏板,所述机体的前端左侧设有左臂动力驱动模块,左臂动力驱动模块前端旋接左臂支架,左臂支架前端设有左台板按钮,所述机体的前端右侧设有右臂动力驱动模块,右臂动力驱动模块前端旋接右臂支架,右臂支架前端设有右台板按钮,所述机体在使用时,其机体的前端可配装在穿戴式套装的背面,所述穿戴式套装上端设有头盔,头盔的左侧设有左耳机,头盔的右侧设有右耳机,头盔的前端设有面罩,所述面罩上端与头盔的连接处设有探障器,所述穿戴式套装前胸还设有防脱带;所述机体采用质量轻、材料牢固的钛合金材料制作,在机体上端设置的蓄电池组采用锂电作为动力源,并通过蓄电池组外围接口和供电系统、中央处理器、总动力驱动系统连接,实现电源输出及充电过程控制的信息交互,所述供电系统的作用是通过自身串口上的控制电路实现对本发明辅助行走系统上各驱动动力系统的状态检测、通信命令执行及状态反馈的交互,并通过内置的检测芯片监测电压、电流、电量及温度等信息,实现对本发明辅助行走系统运行状态的实时监控,保护蓄电池组和电路安全,所述供电系统还对蓄电池组过放、过充保护,过流、过压保护和电路短路、浪涌保护,当供电系统内置的检测芯片检测到蓄电池组电压过低时,供电系统上的电源系统上传告警信息并自动切断蓄电池组供电开关,从而防止蓄电池组过放;当检测到蓄电池组的电池充电电量超过预定饱和值时,供电系统的电源系统自动停止切断开关,停止蓄电池组充电,从而防止电池过充,其综合功能保证蓄电池组使用安全,延长蓄电池组的电池使用寿命,供电系统可控制蓄电池组实现自动充电,通过供电系统另内置的驱动电路控制继电器组实现对蓄电池组充电、供电切换和设备电源单独控制,其功能还在于为后续检查本发明辅助行走系统运行状态,分析本发明辅助行走系统运行故障,以事项形式存储命令执行和异常发生时的电源状态,在供电系统内还设有散热风扇和电加热板(未示出),其作用可控制本发明辅助行走系统内部温度达到蓄电池组内的电池及设备工作的适宜温度,所述供电系统还内置有电源模块,可根据本发明辅助行走系统的电压等级及功率要求,转换分配为各支路电源输出,在供电系统的面板上(未示出)指示灯显示电源系统通信、电量及支路电源等状态;供电系统通过采集本发明辅助行走系统各个耗电模块节点的电压、电流、和电池及测试点温度等信息通过计算得出本发明辅助行走系统剩余工作时间的估计值和其工作的状态,并通过供电系统的接口与负责决策处理的中央处理器进行通信,通过对每一路情况的分析,为中央处理器提供决策,同时,通过总动力驱动系统驱动电路控制继电器对每一路分别进行相应的供电控制,在行走系统出现问题时,中央处理器内置的应急处理模块启动,对故障进行处理,保障本发明行走系统运行;所述的中央处理器是—种高性能异构计算平台,是本发明辅助行走系统的大脑,其通用处理器在计算性能和能效上可满足本发明辅助行走系统多样化的数据处理需求,中央处理器内置有GPU智能引擎处理器与CPU一起组成的异构计算平台来提升计算本发明辅助行走系统性能,能够根据每个计算子系统的结构特点为其分配不同的计算任务,在提高计算性能、能效比和实时性保障方面体现出传统架构所不具备的优势,本发明辅助行走系统是机电一体化智能装置,综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、探障器与信息处理以及人工智能等多学科技术融合,使本发明辅助行走系统形成认知、感受和行动的能力,准确完成从坐到站、站到走、走到停、站到坐、上楼梯等模式操作任务,其搭载的计算平台需满足多种要求,包括:感知能力:具备丰富的I/O接口,支持USB 3、UART、I2C等多种I/O协议,用以接收各类探障器数据,其能够控制各个运动部位,如双足、双臂、双手、双腿和头部,完成多个维度的动作,实现康复训练行走,并且具备实时性和安全性方面的保障,其装置的中央处理器既要应对数据的处理,又可满足各类智能计算需求,在功耗控制方面,供电系统可满足降低功耗;所述机体的右侧下端设置的总动力驱动系统,其内设有一个步进电机和1:250的齿轮箱,由于步进电机力矩不够大,没法直接带动轮子驱动双臂和双腿,所以需要加上一个减速箱来增加步进电机的输出力矩,在步进电机速度减小的同时,设置的1:250的齿轮箱使步进电机的输出力矩增大250倍,但速度降低到1/250。从而保证了本发明辅助行走系统的行走稳定性和协调性;总动力驱动系统内设的步进电机和1:250的齿轮箱主要由总动力驱动系统自带的控制卡和控制芯片来进行控制的,其控制步进电机的频率来获得对步进电机调速,当控制信号频率越高,步进电机转的越快,频率越低,步进电机转的越慢,其参数是步进电机的输出力矩、步进电机的功率决定的,作为总动力驱动系统相关联控制驱动部件的左臂动力驱动模块、右臂动力驱动模块、左臂支架、右臂支架、左髋动力调节系统、右髋动力调节系统、左大腿动力电驱动系统、右大腿动力电驱动系统、左膝关节转换机构、右膝关节转换机构、左小腿动力液至系统、右小腿动力液至系统、左足旋转机构、右足旋转机构、左足行走式踏板、右足行走式踏板内均设有内置的小型步进电机和驱动齿轮与连杆组合联动;总动力驱动系统主要作用和控制量就是控制本发明辅助行走系统的左臂动力驱动模块、右臂动力驱动模块、左臂支架、右臂支架、左髋动力调节系统、右髋动力调节系统、左大腿动力电驱动系统、右大腿动力电驱动系统、左膝关节转换机构、右膝关节转换机构、左小腿动力液至系统、右小腿动力液至系统、左足旋转机构、右足旋转机构、左足行走式踏板、右足行走式踏板内置的小型步进电机和驱动齿轮与连杆组合进行联动,来驱动本发明辅助行走系统的双足、双臂、双手、双腿和头部等关节的移动,其通过控制各步进电机的转速圈数来控制本发明辅助行走系统移动的距离和方向,并驱动机械双臂支架、双髋动力调节、双腿动力电驱动、双膝关节转换,以及双足旋转机构和足行走式踏板等关节的弯曲的程度或者移动的距离等,而解决让总动力驱动系统及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮与连杆能根据战残军人的意图使用。就需要控制卡和控制芯片来进行控制的;有了这些控制卡和芯片,本发明将总动力驱动系统内设的微控制器与总动力驱动系统及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮与连杆连接起来,用程序来控制各步进电机和驱动齿轮与连杆,对于控制步进电机的速度,在本发明行走系统上的实际表现就是行走的实际运动速度,本发明行走系统走的快慢全靠步进电机的转速,因而通过控制卡对总动力驱动系统及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮进行速度控制和调节;当所述的总动力驱动系统驱动左上端的左臂动力驱动模块时,左臂动力驱动模块可同步联动左髋动力调节系统;对应的,在机体的右端,总动力驱动系统驱动右臂动力驱动模块,所述右臂动力驱动模块同步联动右髋动力调节系统;所述的左臂动力驱动模块可同步旋动左臂支架在180度限角内根据康复训练要求带动左臂作举手、放下,前摆臂、后摆臂动作的,左臂支架的前端设有左台板按钮,左台板按钮是通过战残军人左手操控的,所述左台板按钮还设有可操控左髋动力调节系统的按钮,左髋动力调节系统运行时可旋动下端左大腿动力电驱动系统,左大腿动力电驱动系统旋动下端联接的左膝关节转换机构,左膝关节转换机构再旋动下端联接的左小腿动力液至系统,左小腿动力液至系统再同步旋动下端联接的左足旋转机构,所述的左足旋转机构前端设有可行走的左足行走式踏板;当所述的总动力驱动系统驱动右上端的右臂动力驱动模块时,右臂动力驱动模块可同步联动右髋动力调节系统,所述的右臂支架可同步旋动右臂支架在180度限角内根据康复训练要求带动右臂作举手、放下,前摆臂、后摆臂动作的,右臂支架的前端设有右台板按钮,右台板按钮是通过战残军人右手操控的,所述右台板按钮还设有可操控右髋动力调节系统的按钮,右髋动力调节系统运行时可旋动下端右大腿动力电驱动系统,右大腿动力电驱动系统旋动下端联接的右膝关节转换机构,右膝关节转换机构再旋动下端联接的右小腿动力液至系统,右小腿动力液至系统再同步旋动下端联接的右足旋转机构,所述右足旋转机构前端设有可行走的右足行走式踏板。

所述探障器是本发明辅助行走系统的眼睛,是由光学探障器、红外探障器、声探障器、力探障器、压敏探障器、位置探障器组合成的一种多功能探障器。

所述防脱带是绑定伤残军人防止穿戴在伤残军人身上的穿戴式套装从机体上滑落的。

本发明的有益效果和优特点在于:本发明提供的人工智能穿戴式行走系统,其在辅助战残军人行走时的舒适性较好,整体协调能动性较强,符合战残军人行走的姿态,提高战残军人恢复能力,其以仿生学为基础,采用高性能蓄电池为能源、液压杆传动用方式、钛合金为主要材料,主要用来特殊作战环境里增强战残军人康复训练和恢复的生存能力,并以电池动力模拟人体骨骼框架系统,为协助截瘫、或失明、或失聪、或装假肢的战残军人能够站立和行走,其行走模式是由战残军人操作手腕下的左台板按钮和右台板按钮来遥感探测肢体动作,再透过电脑系统和动态感应器模拟自然的步伐,可使本系统带动战残军人自由控制行走速度。

本发明人工智能穿戴式行走系统主要用于部队医院对战残军人的康复辅助训练,是专为战残军人设计,依照战残军人的脚长和身体各部分比例自由调节机体高度和机器脚的大小,是一款可让截瘫、或失明、或失聪、或装假肢的战残军人穿戴的模拟骨骼框架系统,其支撑范围包括双下肢到躯干的下半部,于两侧髋、膝关节装置动力提供髋、膝关节活动,再搭配左臂动力驱动模块、右臂动力驱动模块、左臂支架、右臂支架来配合外骨骼的活动,并通过左台板按钮和右台板按钮控制各类动作过程中的平衡稳定,其通过穿戴式支撑装置、电脑控制系统以及动态感应器,可模拟出如同常人走动的腿部动作,模拟骨骼框架系统,带动患者的大腿及小腿,可作出交替的自然行走动作。

本发明人工智能穿戴式行走系统可以让战残军人选择坐到站、站到走、走到停、站到坐等模式,甚至可以爬楼梯,除了革命性地协助截瘫、或失明、或失聪、或装假肢的战残军人站立和行走,还在使用人工智能穿戴式行走系统中使战残军人增加骨质密度,增强肠道和泌尿系统功能、增进坐姿、增加心肺功能、减少体脂和减少痉挛,并能实现更多的硬件加载和软件指令,以此满足医疗军事等多重用途。

本发明人工智能穿戴式行走系统是一种主要用于辅助在下肢行动不便战残军人使用、术后下肢康复训练、需要增加下肢功能强化的战残军人骨骼,行走、康复训练、功能强化,最终实现服务于战残军人的人工智能设备,提升战残军人生活质量。

本发明人工智能穿戴式行走系统对于青少年人工智能教育学习机器外骨骼、探障器、机电控制一体化相结合的开发路线,通过探障器的感知反馈控制,达到外骨骼助力的效果,采用铝美金作为支架基本结构。

其应用技术可使青少年在人工智能教育中,对于智能控制、机器学习、深度学习及运动学、动力学、生理学等跨界学科的学习实践。

本发明人工智能穿戴式行走系统功能及核心技术,综合领先于国际外军辅助医疗设备和竞争对手,国内尚属空白阶段,其应用于我国青少年人工智能教育中,对于培养我国青少年对机器学习、深度学习、探障器技术、综合探障器算法技术、学习算法技术、云技术等方面具有综合的技术领先优势,为培养我军后备医疗科研人才具有深远的战略意义。

本发明人工智能穿戴式行走系统,未来在军民融合产品功能开发方面,可更多的技术外延涉足军事机器人的战场救护领域及可迭代的空间;其除了以不同形态的外骨骼及辅助智能模块外,还可在云端为军队提供了各种增值服务及开源架构,可以为友军提供开放性的战残军人开发平台及民用自然灾害形成的各种伤残人的增值医疗辅助服务。

图 1 是本发明的一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统左视结构示意图。

图 2 是本发明的一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统右视结构示意图。

下面结合附图对发明进一步详细说明:

如图 1 、图2所示的一种战残军人康复理疗专用的人工智能穿戴式行走系统,包括机体1、穿戴式套装2、供电系统3、蓄电池组4、中央处理器5、左臂动力驱动模块6、右臂动力驱动模块7、左臂支架8、右臂支架9、左台板按钮10、右台板按钮11、总动力驱动系统12、左髋动力调节系统13、右髋动力调节系统14、左大腿动力电驱动系统15、右大腿动力电驱动系统16、左膝关节转换机构17、右膝关节转换机构18、左小腿动力液至系统19、右小腿动力液至系统20、左足旋转机构21、右足旋转机构22、左足行走式踏板23、右足行走式踏板24、防脱带25、头盔26、左耳机27、右耳机28、探障器29、面罩30;所述机体1的上端设有蓄电池组4,所述机体1的后端设有供电系统3,供电系统3的后端连接供中央处理器5,所述机体1的左侧下端设有左髋动力调节系统13,左髋动力调节系统13下端联接左大腿动力电驱动系统15,左大腿动力电驱动系统15下端联接左膝关节转换机构17,左膝关节转换机构17下端联接左小腿动力液至系统19,左小腿动力液至系统19下端联接左足旋转机构21,所述左足旋转机构21前端设有左足行走式踏板23,所述机体1的右侧下端设有总动力驱动系统12,总动力驱动系统12下端设有右髋动力调节系统14,右髋动力调节系统14下端联接右大腿动力电驱动系统16,右大腿动力电驱动系统16下端联接右膝关节转换机构18,右膝关节转换机构18下端联接右小腿动力液至系统20,右小腿动力液至系统20下端联接右足旋转机构22,所述右足旋转机构22前端设有右足行走式踏板24,所述机体1的前端左侧设有左臂动力驱动模块6,左臂动力驱动模块6前端旋接左臂支架8,左臂支架8前端设有左台板按钮10,所述机体1的前端右侧设有右臂动力驱动模块7,右臂动力驱动模块7前端旋接右臂支架9,右臂支架9前端设有右台板按钮11,所述机体1在使用时,其机体1的前端可配装在穿戴式套装2的背面,所述穿戴式套装2上端设有头盔26,头盔26的左侧设有左耳机27,头盔26的右侧设有右耳机28,头盔26的前端设有面罩30,所述面罩30上端与头盔26的连接处设有探障器29,所述穿戴式套装2前胸还设有防脱带25;所述机体1采用质量轻、材料牢固的钛合金材料制作,在机体1上端设置的蓄电池组4采用锂电作为动力源,并通过蓄电池组4外围接口和供电系统3、中央处理器5、总动力驱动系统12连接,实现电源输出及充电过程控制的信息交互,所述供电系统3的作用是通过自身串口上的控制电路实现对本发明辅助行走系统上各驱动动力系统的状态检测、通信命令执行及状态反馈的交互,并通过内置的检测芯片监测电压、电流、电量及温度等信息,实现对本发明辅助行走系统运行状态的实时监控,保护蓄电池组4和电路安全,所述供电系统3还对蓄电池组4过放、过充保护,过流、过压保护和电路短路、浪涌保护,当供电系统3内置的检测芯片检测到蓄电池组4电压过低时,供电系统3上的电源系统上传告警信息并自动切断蓄电池组4供电开关,从而防止蓄电池组4过放;当检测到蓄电池组的电池充电电量超过预定饱和值时,供电系统3的电源系统自动停止切断开关,停止蓄电池组4充电,从而防止电池过充,其综合功能保证蓄电池组4使用安全,延长蓄电池组4的电池使用寿命,供电系统3可控制蓄电池组4实现自动充电,通过供电系统3另内置的驱动电路控制继电器组实现对蓄电池组4充电、供电切换和设备电源单独控制,其功能还在于为后续检查本发明辅助行走系统运行状态,分析本发明辅助行走系统运行故障,以事项形式存储命令执行和异常发生时的电源状态,在供电系统3内还设有散热风扇和电加热板(未示出),其作用可控制本发明辅助行走系统内部温度达到蓄电池组4内的电池及设备工作的适宜温度,所述供电系统3还内置有电源模块,可根据本发明辅助行走系统的电压等级及功率要求,转换分配为各支路电源输出,在供电系统3的面板上(未示出)指示灯显示电源系统通信、电量及支路电源等状态;供电系统3通过采集本发明辅助行走系统各个耗电模块节点的电压、电流、和电池及测试点温度等信息通过计算得出本发明辅助行走系统剩余工作时间的估计值和其工作的状态,并通过供电系统3的接口与负责决策处理的中央处理器5进行通信,通过对每一路情况的分析,为中央处理器5提供决策,同时,通过总动力驱动系统12驱动电路控制继电器对每一路分别进行相应的供电控制,在行走系统出现问题时,中央处理器5内置的应急处理模块启动,对故障进行处理,保障本发明行走系统运行;所述的中央处理器5是—种高性能异构计算平台,是本发明辅助行走系统的大脑,其通用处理器在计算性能和能效上可满足本发明辅助行走系统多样化的数据处理需求,中央处理器5内置有GPU智能引擎处理器与CPU一起组成的异构计算平台来提升计算本发明辅助行走系统性能,能够根据每个计算子系统的结构特点为其分配不同的计算任务,在提高计算性能、能效比和实时性保障方面体现出传统架构所不具备的优势,本发明辅助行走系统是机电一体化智能装置,综合运用了机械与精密机械、微电子与计算机、自动控制与驱动、探障器29与信息处理以及人工智能等多学科技术融合,使本发明辅助行走系统形成认知、感受和行动的能力,准确完成从坐到站、站到走、走到停、站到坐、上楼梯等模式操作任务,其搭载的计算平台需满足多种要求,包括:感知能力:具备丰富的I/O接口,支持USB 3、UART、I2C等多种I/O协议,用以接收各类探障器29数据,其能够控制各个运动部位,如双足、双臂、双手、双腿和头部,完成多个维度的动作,实现康复训练行走,并且具备实时性和安全性方面的保障,其装置的中央处理器5既要应对数据的处理,又可满足各类智能计算需求,在功耗控制方面,供电系统3可满足降低功耗;所述机体1的右侧下端设置的总动力驱动系统12,其内设有一个步进电机和1:250的齿轮箱,由于步进电机力矩不够大,没法直接带动轮子驱动双臂和双腿,所以需要加上一个减速箱来增加步进电机的输出力矩,在步进电机速度减小的同时,设置的1:250的齿轮箱使步进电机的输出力矩增大250倍,但速度降低到1/250。从而保证了本发明辅助行走系统的行走稳定性和协调性;总动力驱动系统12内设的步进电机和1:250的齿轮箱主要由总动力驱动系统12自带的控制卡和控制芯片来进行控制的,其控制步进电机的频率来获得对步进电机调速,当控制信号频率越高,步进电机转的越快,频率越低,步进电机转的越慢。其参数是步进电机的输出力矩、步进电机的功率决定的,作为总动力驱动系统12相关联控制驱动部件的左臂动力驱动模块6、右臂动力驱动模块7、左臂支架8、右臂支架9、左髋动力调节系统13、右髋动力调节系统14、左大腿动力电驱动系统15、右大腿动力电驱动系统16、左膝关节转换机构17、右膝关节转换机构18、左小腿动力液至系统19、右小腿动力液至系统20、左足旋转机构21、右足旋转机构22、左足行走式踏板23、右足行走式踏板24内均设有内置的小型步进电机和驱动齿轮与连杆组合联动;总动力驱动系统12主要作用和控制量就是控制本发明辅助行走系统的左臂动力驱动模块6、右臂动力驱动模块7、左臂支架8、右臂支架9、左髋动力调节系统13、右髋动力调节系统14、左大腿动力电驱动系统15、右大腿动力电驱动系统16、左膝关节转换机构17、右膝关节转换机构18、左小腿动力液至系统19、右小腿动力液至系统20、左足旋转机构21、右足旋转机构22、左足行走式踏板23、右足行走式踏板24内置的小型步进电机和驱动齿轮与连杆组合进行联动,来驱动本发明辅助行走系统的双足、双臂、双手、双腿和头部等关节的移动,其通过控制各步进电机的转速圈数来控制本发明辅助行走系统移动的距离和方向,并驱动机械双臂支架、双髋动力调节、双腿动力电驱动、双膝关节转换,以及双足旋转机构和足行走式踏板等关节的弯曲的程度或者移动的距离等,而解决让总动力驱动系统12及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮与连杆能根据战残军人的意图使用。就需要控制卡和控制芯片来进行控制的;有了这些控制卡和芯片,本发明将总动力驱动系统12内设的微控制器与总动力驱动系统12及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮与连杆连接起来,用程序来控制各步进电机和驱动齿轮与连杆,对于控制步进电机的速度,在本发明行走系统上的实际表现就是行走的实际运动速度,本发明行走系统走的快慢全靠步进电机的转速,因而通过控制卡对总动力驱动系统12及其相关联的控制驱动的部件内置的各小型步进电机和驱动齿轮进行速度控制和调节;当所述的总动力驱动系统12驱动左上端的左臂动力驱动模块6时,左臂动力驱动模块6可同步联动左髋动力调节系统13;对应的,在机体1的右端,总动力驱动系统12驱动右臂动力驱动模块7,所述右臂动力驱动模块7同步联动右髋动力调节系统14;所述的左臂动力驱动模块6可同步旋动左臂支架8在180度限角内根据康复训练要求带动左臂作举手、放下,前摆臂、后摆臂动作的,左臂支架8的前端设有左台板按钮10,左台板按钮10是通过战残军人左手操控的,所述左台板按钮10还设有可操控左髋动力调节系统13的按钮,左髋动力调节系统13运行时可旋动下端左大腿动力电驱动系统15,左大腿动力电驱动系统15旋动下端联接的左膝关节转换机构17,左膝关节转换机构17再旋动下端联接的左小腿动力液至系统19,左小腿动力液至系统19再同步旋动下端联接的左足旋转机构21,所述的左足旋转机构21前端设有可行走的左足行走式踏板23;当所述的总动力驱动系统12驱动右上端的右臂动力驱动模块7时,右臂动力驱动模块7可同步联动右髋动力调节系统14,所述的右臂支架9可同步旋动右臂支架9在180度限角内根据康复训练要求带动右臂作举手、放下,前摆臂、后摆臂动作的,右臂支架9的前端设有右台板按钮11,右台板按钮11是通过战残军人右手操控的,所述右台板按钮11还设有可操控右髋动力调节系统14的按钮,右髋动力调节系统14运行时可旋动下端右大腿动力电驱动系统16,右大腿动力电驱动系统16旋动下端联接的右膝关节转换机构18,右膝关节转换机构18再旋动下端联接的右小腿动力液至系统20,右小腿动力液至系统20再同步旋动下端联接的右足旋转机构22,所述右足旋转机构22前端设有可行走的右足行走式踏板24。

上述探障器29是本发明辅助行走系统的眼睛,是由光学探障器、红外探障器、声探障器、力探障器、压敏探障器、位置探障器组合成的一种多功能探障器。

上述防脱带25是绑定伤残军人防止穿戴在伤残军人身上的穿戴式套装2从机体1上滑落的。

以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非是对本发明作其它形式的限制,任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型,仍属于本发明技术方案的保护范围。

本文发布于:2024-09-22 07:33:07,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/tex/1/73379.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议