1.一种用于下肢康复恢复的训练系统,其特征在于,该系统包括上位机、主控单元、传感器模块和训练结构,所述主控单元通过无线传输模块读取传感器模块采集到的数据,并对获取的数据进行滤波、特征提取和姿态解算处理,然后识别出当前的运动姿态,所述主控单元基于当前的运动姿态通过训练结构实现对患者的运动轨迹的调整;所述主控单元包括信息采集模块、信息处理模块和矫正模块,所述信息处理模块将信息采集模块采集到的数据进行处理后识别出当前的运动姿态,并通过矫正模块对训练结构的运动轨迹进行调整;
所述传感器模块包括表面肌电信号传感器、九轴姿态仪传感器和压力传感器,所述传感器模块将从训练结构采集到的数据上传至主控单元的信息采集模块;
所述训练结构包括与下肢相适配的穿戴组件(1)和驱动穿戴组件(1)相应部位的驱动组件(2),所述驱动组件(2)通过分控单元连接至主控单元,所述分控单元负责驱动组件(2)在位置、速度和扭矩的控制,所述分控单元接收驱动组件(2)的内置编码器的信息并将信息上传至主控单元;
所述表面肌电信号传感器包括三个电极贴片和肌电仪,所述肌电仪通过无线传输模块连接至上位机进行数据存储;所述的三个电极贴片采用粘贴式Ag‑AgCl电极片,所述的三个电机贴片中的其中两个分别贴在对应的四块肌肉表面进行肌电信号采集,所述的四块肌肉分别为股直肌、股二头肌、股外侧肌和股内侧肌四个肌肉群,所述的四个肌肉群的每个肌肉群连接正负两个电极贴片,正负两个电极贴片的间距为3‑4cm,用于测取运动过程中肌肉表面产生的电势差值,所述三个电极贴片中另一个贴在下肢的膝盖处,以膝盖作为零电势点;
所述矫正模块包括轨迹规划模块和运动控制模块,所述轨迹规划模块包括设定期望轨迹层和在线轨迹规划层,所述运动控制模块包括调整期望轨迹层和调整规划的轨迹层;
所述矫正模块对训练结构的运动轨迹进行调整后,相应关节角度的预测是否符合训练要求,可通过求取平均平方误差M进行验证:n 2
M=∑ i‑1(y‑x) /n,其中x为训练集角度数据归一化的数据值,y为利用训练好的模型对训练集各通道表面肌电信号数据归一化后的数据值进行仿真后的结果,n为训练样本的采样点数,平均平方误差M的值越小则说明训练效果越好;
将采集到的实时表面肌电信号输入至角度预测模型,所得的角度的准确性由均方根误差RM、最大允许误差MP和相关系数ω进行判断,具体的:n 1/2
RM=[∑i‑1(η0‑ηi)/n] ;
n
MP=∑i‑1∣η0‑ηi∣/n;
n n 1/2 n 2 1/2
ω=[∑i‑1(η0‑Sη)(ηi‑Sηi)/n]/{[∑i‑1(η0‑Sη)2/n] ·[∑i‑1(ηi‑Sηi) /n] };
其中η0是角度估计值,ηi是角度实际测量值,n为测试样本的采样点数,Sη和Sηi分别是预测角度和实际预测角度的平均值,相关系数ω越接近于1,则说明角度预测结果的准确性越高;
所述主控单元的微处理器采用模糊PID算法为核心控制算法来确定训练装置的参数;
模糊PID算法的三个系数KP、KI、KD满足:
KP(t)=KP0+ΔKP(t);KI(t)=KI0+ΔKI(t);KD(t)=KD0+ΔKD(t);
其中KP0、KI0、KD0为三个系数的预设值,ΔKP(t)、ΔKI(t)、ΔKD(t)为三个系数的调整值,是经过模糊逻辑规则调整后的输出变量。
2.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复恢复的训练系统,其特征在于:所述九轴姿态仪传感器包括陀螺仪、加速度计和地磁场传感器,所述九轴姿态仪传感器对运动时的加速度、角速度和角度信号进行采集,并通过串口方式传输到上位机。
3.根据权利要求2所述的一种用于下肢康复恢复的训练系统,其特征在于:所述九轴姿态仪传感器的内部集成了x、y和z轴三个方向的角度、角速度和角加速度的解算器,使用卡尔曼滤波算法进行滤波,所述九轴姿态仪传感器设两个,所述的两个九轴姿态仪传感器分别绑在患者的大腿和小腿上,所述的两个九轴姿态仪传感器的固定方向都是y轴的方向垂直向下。
4.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复恢复的训练系统,其特征在于:所述压力传感器包括薄膜变阻器和模数转换模块,所述压力传感器将采集到的压力信号通过薄膜电阻阻值的变化、再使用模数转换模块传输到上位机进行显示和存储。
5.根据权利要求1所述的一种用于下肢康复恢复的训练系统,其特征在于:所述驱动组件(2)包括驱动电机(21)和连接驱动电机(21)输出轴的丝杠(23),所述丝杠(23)的输入端通过弹性联轴器(22)连接驱动电机(21)的输出轴,所述丝杠(23)的输出端连接有推头(24),所述推头(24)设于穿戴组件(1)上对应的大腿处和小腿处。