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青岛理工大学郑义获国家专利权

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龙图腾网获悉青岛理工大学申请的专利自适应位置约束的外骨骼康复机器人按需辅助控制系统获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119344986B

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-08-12发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411255538.7,技术领域涉及:A61H1/02;该发明授权自适应位置约束的外骨骼康复机器人按需辅助控制系统是由郑义;李畅;刘坤华;王优强;王飞扬;王登泽;郭启欣;刘润昊设计研发完成,并于2024-09-09向国家知识产权局提交的专利申请。

自适应位置约束的外骨骼康复机器人按需辅助控制系统在说明书摘要公布了:本发明公开了自适应位置约束的外骨骼康复机器人按需辅助控制系统,本发明涉及康复机器人控制技术领域。包括以下步骤:收集患者的历史运动时序数据,并记录患者的对应运动意图;建立深度学习网络模型,将历史运动时序数据作为输入样本,并以对应运动意图作为标签,对模型进行训练;采集患者的实时运动时序数据,输入训练后的模型中,得到患者的实时运动意图数据,基于实时运动意图数据计算生成目标状态参数;建立状态参数自适应调整模型,采集当前状态参数,基于生成的目标状态参数,分析生成运动关节的控制输出;采集患者的实时心率数据,对控制输出中的数据进行修正,基于修正后的数据,对外骨骼康复机器人发出控制指令。

本发明授权自适应位置约束的外骨骼康复机器人按需辅助控制系统在权利要求书中公布了:1.自适应位置约束的外骨骼康复机器人按需辅助控制系统,其特征在于,具体包括: 历史数据采集模块,用于在外骨骼康复机器人运动关节设置综合监测单元,收集患者的历史运动时序数据,并记录患者的对应运动意图,所述综合监测单元由加速度传感器、肌电传感器、力传感器和视觉传感器组成,所述运动意图包括动作类型、运动方向和运动速度; 收集患者的历史运动时序数据,其中运动时序数据包括:三轴加速度数据、肌电信号、外骨骼对地面施加的垂直及水平力和图像数据;记录患者的对应运动意图,所述运动意图包括动作类型、运动方向和运动速度,其中动作类型包括走路、站立和下蹲,运动方向包括前进、后退和侧移,并对动作类型和运动方向进行编码,将站立、走路和下蹲分别编码为0、1和2,将前进、后退和侧移分别标定为3、4和5; 模型训练模块,用于建立深度学习网络模型,将综合监测单元采集的历史运动时序数据作为输入样本,并以患者的对应运动意图作为标签,对深度学习网络模型进行训练,得到运动意图判断模型; 基于卷积神经网络和循环神经网络的组合建立深度学习网络模型,所述深度学习网络模型具有6层网络结构,包括输入层、卷积层、池化层、循环层、全连接层和输出层,其中卷积层即为卷积神经网络层,循环层为循环神经网络层,最终得到输入为运动时序数据,输出为运动意图的运动意图判断模型;目标状态分析模块,用于采集患者的实时运动时序数据,将其输入完成训练的运动意图判断模型中,得到患者的实时运动意图数据,基于实时运动意图数据计算目标状态参数,所述目标状态参数包括目标关节角度、目标电机速度、目标关节力矩和目标施加力量; 其中计算生成目标状态参数所依据的逻辑为: 针对目标关节角度θt,计算目标关节角度θt所依据的公式为: θt=θ0+kθ*dtypet+ddirt+vdest 式中,θt为在t时刻的目标关节角度,θ0为初始关节角度,kθ为关节角度的缩放因子,dtypet为t时刻动作类型的编码,ddirt为t时刻运动方向的编码,vdest表示t时刻的运动速度; 针对目标电机速度Vt,计算目标电机速度Vt所依据的公式为: 式中,Vt表示在t时刻的目标电机速度,kV为电机速度的调整因子,Δt为时间步长,θpre表示上一个时间步的关节角度; 针对目标施加力量Ft,计算目标施加力量Ft所依据的公式为: Ft=kf*dtypet+vdest 式中,Ft表示在t时刻的施加力量,kf为施加力量的缩放因子; 针对目标关节力矩τt,计算目标关节力矩τt所依据的公式为: τt=JθtT*Ft-c*Vt 式中,τt表示在t时刻的目标关节力矩,Jθt表示雅可比矩阵,c表示阻尼系数,T表示矩阵的转置; 基于计算得到的目标状态参数,生成目的状态向量,所述目的状态向量Xreft={θt,Vt,Ft,τt}; 控制输出生成模块,用于建立状态参数自适应调整模型,采集当前状态参数,基于生成的目标状态参数,分析生成外骨骼康复机器人运动关节的控制输出,所述控制输出包括输出关节角度、输出电机速度、输出关节力矩和输出施加力量; 控制输出修正模块,用于采集患者的实时心率数据,根据运动关节的控制输出,对控制输出中的参数进行修正,得到控制自适应输出数据,基于控制自适应输出数据,对外骨骼康复机器人发出控制指令。

如需购买、转让、实施、许可或投资类似专利技术,可联系本专利的申请人或专利权人青岛理工大学,其通讯地址为:266000 山东省青岛市市北区抚顺路11号;或者联系龙图腾网官方客服,联系龙图腾网可拨打电话0551-65771310或微信搜索“龙图腾网”。

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