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专利号: 2021108810971
申请人: 重庆理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-07-29
缴费截止日期: 暂无
联系人

摘要:

权利要求书:

1.一种外骨骼性能测试系统,其特征在于,包括:

分别用于采集穿戴者穿戴所述外骨骼在静止站立背负负重时的肌电信号、能量消耗数据、受压部位的压力数据的第一数据采集模块、第三数据采集模块和第二数据采集模块;其中,所述能量消耗数据包括:所述穿戴者静止站立背负负重时的耗氧量和二氧化碳呼出量;

分别与第一、二、三数据采集模块相连,用于获取所采集的所述肌电信号、所述压力数据和所述能量消耗数据的第一数据获取模块、第二数据获取模块和第三数据获取模块;

上位终端,与第一、二、三数据获取模块相连,用于根据第一、二、三数据获取模块获取的所述肌电信号、所述压力数据和所述能量消耗数据,结合预设的基准参数进行性能测试,得到外骨骼性能测试结果;

其中,所述测试结果包括:用于表征缓解肌肉疲劳性能的第一表征参数、用于表征减重性能的第二表征参数和用于表征减耗性能的第三表征参数;用于表征所述外骨骼综合性能的第四表征参数;所述基准参数包括:所述穿戴者未穿戴所述外骨骼站立负重状态时的基准肌电信号、基准压力数据和基准平均能量消耗功率;

具体地,所述上位终端包括:

第一计算模块,用于根据所述肌电信号和所述基准肌电信号计算所述第一表征参数;

第二计算模块,用于根据所述压力数据和所述基准压力数据计算所述第二表征参数;

第三计算模块,用于根据所述能量消耗数据和所述基准平均能量消耗功率计算所述第三表征参数;

第四计算模块,用于根据第一、二、三表征参数计算所述第四表征参数;其中,用于计算所述第四表征参数的数学模型如下:  ,其中,L为所述第四表征参数,A、B、C为权重, 为第一表征参数, 为第二表征参数,为第三表征参数;并且,当侧重考察所述外骨骼的缓解疲劳性能时,增大权重A,或降低权重B和权重C;

当侧重考察所述外骨骼的减重性能时,增大权重B,或降低权重A和权重C;

当侧重考察所述外骨骼的减耗性能时,增大权重C,或降低权重A和权重B;

其中,所述肌电信号包括:穿戴者静止站立背负负重时的斜方肌和竖脊肌的肌电信号,相应地,所述第一计算模块具体包括:第一肌电信号计算单元,用于根据所述斜方肌和竖脊肌的肌电信号计算所述肌电信号的时域特征积分肌电值;

第二肌电信号计算单元,用于根据所述时域特征积分肌电值和所述基准肌电信号计算所述第一表征参数;和/或,所述压力数据包括所述穿戴者静止站立背负负重时的左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据,相应地,所述第二计算模块具体包括:第一压力计算单元,用于根据所述左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据计算待评估压力数据;

第二压力计算单元,用于根据所述待评估压力数据和所述基准压力数据计算所述第二表征参数;和/或,所述第三计算模块具体包括:

第一能量消耗功率计算单元,用于根据穿戴者静止站立背负负重时的所述耗氧量和二氧化碳呼出量计算所述穿戴者静止站立背负负重时的单位质量体重的平均能量消耗功率;

第二能量消耗功率计算单元,用于根据所述平均能量消耗功率和所述基准平均能量消耗功率计算所述第三表征参数;

其中,所述第一表征参数、所述第二表征参数和所述第三表征参数的计算公式为:,且

当计算所述第一表征参数时, 表示所述第一表征参数, 为所述基准肌电信号,指穿外骨骼站立负重时的所述时域特征积分肌电值;

当计算所述第二表征参数时, 表示所述第二表征参数, 为所述基准压力数据,且指穿外骨骼站立负重时的所述待评估压力数据;

当计算所述第三表征参数时, 表示所述第三表征参数, 为所述基准平均能量消耗功率,且 指穿外骨骼站立负重时的平均能量消耗功率。

2.根据权利要求1所述的测试系统,其特征在于,所述第一数据采集模块包括:至少一个用于采集所述穿戴者斜方肌的肌电信号的第一肌电信号采集单元,与所述第一数据获取模块相连;以及至少一个用于采集所述穿戴者竖脊肌的肌电信号的第二肌电信号采集单元,与所述第一数据获取模块相连;和/或,所述第二数据采集模块包括:

至少一个用于采集所述穿戴者的左肩胸处的压力数据的第一压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的右肩胸处的压力数据的第二压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的左肩峰处的压力数据的第三压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的右肩峰处的压力数据的第四压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的左肩背处的压力数据的第五压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的右肩背处的压力数据的第六压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的左前肩处的压力数据的第七压力采集单元,与所述第二数据获取模块相连;

至少一个用于采集所述穿戴者的右前肩处的压力数据的第八压力采集单元,与所述第二数据采集模块相连。

3.根据权利要求2所述的测试系统,其特征在于,第一、二、三、四、五、六、七、八压力采集单元均以可拆卸的方式安装在所述穿戴者所穿戴的穿戴件上;其中,所述穿戴件为所述外骨骼的穿戴件,或/和,所述穿戴者所背负负重的穿戴件,且所述穿戴件可覆盖所述穿戴者的肩部、胸部和背部;和/或,第一、二、三、四、五、六、七、八压力采集单元均为薄膜压力传感器或者微型金属应变式压力传感器。

4.根据权利要求1所述的测试系统,其特征在于,所述基准肌电信号是当所述穿戴者未穿戴外骨骼负重状态时,根据采集到的所述穿戴者腰部和颈部的肌电信号进行数据分析得到的;

所述基准压力数据是当所述穿戴者未穿戴外骨骼负重状态时,根据采集到的施加于所述穿戴者肩部、胸部和背部的压力数据进行数据分析得到的;

所述基准平均能量消耗功率是当所述穿戴者未穿戴所述外骨骼负重状态时,根据所采集到在预设时间段内,所述穿戴者的能量消耗数据进行数据分析得到的;

所述肌电信号和所述压力数据为当所述外骨骼的负重机构处于最佳承载状态时采集到的。

5.根据权利要求1所述的测试系统,其特征在于,所述第二数据采集模块周期性地采集所述穿戴者在负重时受压部位的压力数据。

6.一种外骨骼性能测试方法,其特征在于,包括步骤:

采集穿戴者穿戴所述外骨骼静止站立背负负重时的肌电信号、能量消耗数据,以及受压部位的压力数据;

根据采集到的所述肌电信号、所述压力数据和所述能量消耗数据,与预设的基准参数进行性能测试,得到外骨骼性能测试结果;其中,所述测试结果包括:用于表征缓解肌肉疲劳性能的第一表征参数、用于表征减重性能的第二表征参数和用于表征减耗性能的第三表征参数;其中,所述基准参数包括:所述穿戴者未穿戴所述外骨骼站立负重状态时的基准肌电信号、基准压力数据和基准平均能量消耗功率;

根据第一、二、三表征参数对外骨骼进行综合性能测试,得到用于表征所述外骨骼综合性能的第四表征参数;

用于计算所述第四表征参数的数学模型如下:

其中,L为所述第四表征参数,A、B、C为权重, 为第一表征参数, 为第二表征参数,为第三表征参数;并且,当侧重考察所述外骨骼的缓解疲劳性能时,增大权重A,或降低权重B和权重C;

当侧重考察所述外骨骼的减重性能时,增大权重B,或降低权重A和权重C;

当侧重考察所述外骨骼的减耗性能时,增大权重C,或降低权重A和权重B;

其中,根据采集到的所述肌电信号、所述压力数据和所述能量消耗数据,与预设的基准参数进行性能测试,得到外骨骼性能测试结果,具体包括步骤:根据所述肌电信号,以及预设的所述基准肌电信号进行性能测试,得到所述第一表征参数;

根据所述压力数据,以及预设的所述基准压力数据进行性能测试,得到所述第二表征参数;

根据所述能量消耗数据,以及预设的所述基准平均能量消耗功率进行性能测试,得到所述第三表征参数;

其中,所述肌电信号包括:斜方肌和竖脊肌的肌电信号;相应地,根据所述肌电信号,以及预设的所述基准肌电信号进行性能测试,得到所述第一表征参数,具体包括步骤:根据所述斜方肌和竖脊肌的肌电信号计算所述肌电信号的时域特征积分肌电值;

根据所述时域特征积分肌电值和所述基准肌电信号计算所述第一表征参数;和/或,所述压力数据包括所述穿戴者的左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据;相应地,根据所述压力数据,以及预设的所述基准压力数据进行性能测试,得到所述第二表征参数,具体包括步骤:根据所述左肩胸、左前肩、左肩峰、左肩背、右肩胸、右前肩、右肩峰、右肩背的压力数据进行平均计算得到待评估压力数据,根据所述待评估压力数据和所述基准压力数据计算所述第二表征参数;和/或,所述能量消耗数据包括:耗氧量和二氧化碳呼出量;相应地,根据所述能量消耗数据,以及预设的所述基准平均能量消耗功率进行性能测试,得到所述第三表征参数,具体包括步骤:根据所述耗氧量和二氧化碳呼出量计算所述穿戴者静止站立背负负重时的单位质量体重的平均能量消耗功率;

根据所述平均能量消耗功率和所述基准平均能量消耗功率计算得到所述第三表征参数;其中,所述第一表征参数、所述第二表征参数和所述第三表征参数的计算公式为:,且

当计算所述第一表征参数时, 表示所述第一表征参数, 为所述基准肌电信号,指穿外骨骼站立负重时的所述时域特征积分肌电值;

当计算所述第二表征参数时, 表示所述第二表征参数, 为所述基准压力数据,且指穿外骨骼站立负重时的所述待评估压力数据;

当计算所述第三表征参数时, 表示所述第三表征参数, 为所述基准平均能量消耗功率,且 指穿外骨骼站立负重时的平均能量消耗功率。

7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述基准肌电信号是当所述穿戴者未穿戴外骨骼负重状态时,根据采集到的所述穿戴者腰部和颈部的肌电信号进行数据分析得到的;

所述基准压力数据是当所述穿戴者未穿戴外骨骼负重状态时,根据采集到的施加于所述穿戴者肩部、胸部和背部的压力数据进行数据分析得到的;

所述基准平均能量消耗功率是当所述穿戴者未穿戴所述外骨骼负重状态时,根据所采集到在预设时间段内,所述穿戴者的能量消耗数据进行数据分析得到的;和/或,所述肌电信号和所述压力数据为当所述外骨骼处于最佳承载状态时采集到的。