一種基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的下肢動力助行系統(tǒng)

一種基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的下肢動力助行系統(tǒng)引言下肢殘疾人在日常生活中常常需要借助助行工具來行走。傳統(tǒng)的助行工具定位不準(zhǔn)，行走不穩(wěn)定，而且無法提供足夠的力量和支撐，不能很好地滿足殘疾人的需求。因此，設(shè)計一種基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的下肢動力助行系統(tǒng)變得尤為重要。本文將介紹基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的下肢動力助行系統(tǒng)的實現(xiàn)，該系統(tǒng)包括了一個智能助行器和一個手機(jī)APP。本文主要介紹系統(tǒng)的設(shè)計原理、硬件和軟件架構(gòu)以及系統(tǒng)的最終實現(xiàn)結(jié)果。最后，我們將對系統(tǒng)的優(yōu)點和不足進(jìn)行探討，并提出未來進(jìn)一步改進(jìn)的想法。系統(tǒng)設(shè)計原理下肢助行器是智能助行系統(tǒng)的核心部件，它可以感知用戶的下肢運動和步態(tài)，實時調(diào)整助力策略，為用戶提供足夠的力量和支撐。下肢助行器的控制方法大致可以分為兩類：傳統(tǒng)的PID控制和基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制。為了提高控制的魯棒性和精度，我們選擇了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法，它可以通過學(xué)習(xí)來適應(yīng)用戶的步態(tài)，并根據(jù)用戶的意圖來調(diào)整助力策略。本系統(tǒng)采用了一種三合一的慣性測量模塊，包括加速度計、角速度計和磁力計。測量模塊的數(shù)據(jù)可以用于計算用戶的步態(tài)和運動軌跡。此外，系統(tǒng)還包括一個壓力傳感器，在用戶行走時測量腳面的壓力分布情況。這些數(shù)據(jù)將被傳輸?shù)绞謾C(jī)APP上，以便用戶和醫(yī)生分析和監(jiān)控用戶的運動和步態(tài)。硬件架構(gòu)本系統(tǒng)的硬件架構(gòu)主要包括下肢助行器、微控制器、慣性傳感器和壓力傳感器。下肢助行器包括一個電機(jī)驅(qū)動板和一個電機(jī)，它可以提供足夠的力量和支撐。微控制器采用了一顆基于ARMCortex-M4內(nèi)核的32位微控制器，它具有較高的計算能力和良好的實時性。慣性傳感器和壓力傳感器通過I2C總線連接到微控制器上，它們的數(shù)據(jù)將用于計算用戶的步態(tài)和壓力分布。最后，系統(tǒng)還包括了一個通訊模塊，用于傳輸數(shù)據(jù)到手機(jī)APP上。軟件架構(gòu)軟件架構(gòu)主要包括實時控制軟件和手機(jī)APP軟件。實時控制軟件運行在微控制器上，主要實現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法、測量模塊的讀取、數(shù)據(jù)處理和控制命令的執(zhí)行。其次，手機(jī)APP軟件主要分為兩部分：用戶APP和醫(yī)生APP。用戶APP主要為用戶提供實時的助行信息，如助行器功率、行走速度、累積距離、時間等。醫(yī)生APP則提供了更多的功能，如數(shù)據(jù)分析、用戶監(jiān)控、病歷記錄和控制命令等。系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)果下肢動力助行系統(tǒng)的實現(xiàn)主要包括硬件設(shè)計、軟件編程和測試驗證三個方面。硬件設(shè)計采用了PCB電路設(shè)計軟件進(jìn)行，包括電路圖設(shè)計、平面布局和布線。軟件編程采用了C語言進(jìn)行，主要包括實時控制軟件和手機(jī)APP軟件。測試驗證采用了一些代表性的下肢殘疾人樣本，通過測量和數(shù)據(jù)分析來驗證系統(tǒng)的有效性和可靠性。測試結(jié)果表明，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的下肢助行系統(tǒng)可以有效地監(jiān)測用戶的步態(tài)和狀態(tài)，精確地調(diào)整助力策略。此外，通過手機(jī)APP的功能，用戶和醫(yī)生都可以實時監(jiān)測用戶的運動狀態(tài)和步態(tài)，并及時調(diào)整助力策略，提高用戶的生活質(zhì)量。討論本系統(tǒng)的優(yōu)點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：-高精度和魯棒性，采用了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的控制算法，能夠適應(yīng)用戶的步態(tài)，并根據(jù)用戶的意圖來調(diào)整助力策略；-實時監(jiān)測用戶的狀態(tài)和數(shù)據(jù)，通過慣性測量模塊和壓力傳感器，可以實時監(jiān)測用戶的步態(tài)、速度和腳面壓力分布等信息；-APP功能豐富，不僅能夠提供實時的助行信息，還能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析、用戶監(jiān)控、病歷記錄和控制命令等功能。但是，該系統(tǒng)也存在一些不足之處，主要表現(xiàn)在以下幾方面：-高成本，由于采用了大量的傳感器和控制器，導(dǎo)致系統(tǒng)成本較高；-體積較大，由于需要裝載大量的傳感器和控制器，導(dǎo)致系統(tǒng)體積較大，不便于攜帶和使用；-能耗較高，由于需要處理大量的數(shù)據(jù)和控制命令，導(dǎo)致系統(tǒng)能耗較高，不便于長時間使用。未來工作為了改進(jìn)現(xiàn)有系統(tǒng)，我們將采取以下方案：-采用更先進(jìn)的傳感器和控制器，以縮小系統(tǒng)體積和降低能耗；-研究更有效的控制算法，以提高系統(tǒng)的性能和魯棒性；-開發(fā)更多的APP功能，以便于用戶和醫(yī)生進(jìn)行更深入的數(shù)據(jù)分析和控制命令；-加強(qiáng)系統(tǒng)的安全性和可靠性，以保證用戶和醫(yī)生的信息安全和數(shù)據(jù)可靠性。結(jié)論本文介紹了基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的下肢動力助行系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測用戶的步態(tài)和狀態(tài)，精確地調(diào)整助力策略。此外，通