基于軀干重心偏移的康復(fù)裝置行走觸發(fā)控制方法制造方法及圖紙

本發(fā)明專利技術(shù)公開了基于軀干重心偏移的康復(fù)裝置行走觸發(fā)控制方法。該方法包括1)平行站立姿態(tài)的判斷；2)行走觸發(fā)條件的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否滿足以下條件：若同時滿足條件C5、C7，則滿足先邁右腿的觸發(fā)條件；若同時滿足條件C6、C8，則滿足先邁左腿的觸發(fā)條件；若未同時滿足條件C5、C7或未同時滿足條件C6、C8，控制模塊持續(xù)檢測傳感器數(shù)據(jù)，判斷用戶姿態(tài)；3)行走觸發(fā)控制；4)控制模塊繼續(xù)檢測判斷軀干傾角、腳底壓力和拐杖壓力傳感器的數(shù)據(jù)，進入步態(tài)維持狀態(tài)；本發(fā)明專利技術(shù)采用軀干傾角傳感器，拐杖觸地壓力傳感器判斷用戶的重心，在保障用戶安全的前提下，實現(xiàn)從平行站立站狀態(tài)到行走狀態(tài)的觸發(fā)控制。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種康復(fù)裝置行走控制方法，特別是涉及一種基于軀干重心偏移的仿 生外骨骼康復(fù)裝置的行走觸發(fā)控制方法，屬于康復(fù)工程
可穿戴仿生外骨骼機械 腿康復(fù)裝置簡稱康復(fù)裝置。
技術(shù)介紹
近年來，由于經(jīng)濟技術(shù)的快速發(fā)展，交通運輸工具越來越多，據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯 示，中國的交通事故率是發(fā)達國家的8倍，因交通事故而造成神經(jīng)中樞損傷或者肢體損傷 的人數(shù)一直呈上升趨勢。同時，隨著人民生活水平的提高，目前患心腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng) 疾病的人越來越多，而且在年齡上也呈現(xiàn)年輕化趨勢，這類患者多數(shù)伴有偏癱癥狀。對完全 癱瘓的患者而言，純粹的藥物治療和手術(shù)治療無法使患者徹底康復(fù)，因此，需要借助康復(fù)工 程的手段去改善或代替癱瘓病人失去的功能。可穿戴仿生外骨骼機械腿康復(fù)裝置，穿戴在 使用者下肢及腰背部，為用戶提供諸如助力、保護、身體支撐等功能，同時又融合了傳感、控 制、信息獲取、移動計算等機器人技術(shù)，使得該康復(fù)裝置能在用戶的控制下完成一定的功能 和任務(wù)，是典型人機一體化系統(tǒng)。這種行走助力裝置可以減少截癱病人長期臥床或者坐輪 椅引起的壓瘡和肌肉萎縮等疾病，幫助他們站立和行走，提高其生活質(zhì)量，并減輕患者家庭 和社會的經(jīng)濟負擔，研究開發(fā)更符合用戶體驗的更安全可靠的可穿戴仿生外骨骼機械腿康 復(fù)裝置具有十分重要的實際意義。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于為保障使用者的安全，提供一種基于軀干重心偏移的仿生外骨 骼機械腿的行走觸發(fā)控制方法，對用戶平行站立姿態(tài)到行走狀態(tài)的轉(zhuǎn)換過程進行控制。 本專利技術(shù)的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的： ，包括如下步驟： 1)平行站立姿態(tài)的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否同時 滿足以下4個條件： 若 控制模塊檢測到傳感器數(shù)據(jù)滿足條件C1、C2、C3、C4則用戶處于平行站立姿態(tài)；若不滿足上 述4個條件中的任一條件，則不是平行站立姿態(tài)； 2)行走觸發(fā)條件的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否滿足 以下條件： 若同時滿足條件 C5、C7,則滿足先邁右腿的觸發(fā)條件；若同時滿足條件C6、C8,則滿足先邁左腿的觸發(fā)條件； 若未同時滿足條件C5、C7或未同時滿足條件C6、C8,控制模塊持續(xù)檢測傳感器數(shù)據(jù)，判斷用 戶姿態(tài)； 3)行走觸發(fā)控制：若控制模塊檢測到用戶滿足邁右腿的觸發(fā)條件，控制模塊向右 髖電機和右膝電機發(fā)出指令，執(zhí)行邁右腿動作：髖部電機開始以加速度a。從靜止勻加速至 速度％，然后以速度％轉(zhuǎn)動，帶動用戶軀干與大腿產(chǎn)生相對角度運動，使軀干支架與大腿支 架之間角度Zits減小；同時膝部電機開始以加速度從靜止勻加速至速度V i，然后以速度 V1轉(zhuǎn)動，帶動大腿與小腿產(chǎn)生相對角度運動，使大腿支架與小腿支架之間的角度Z 減小， 直至控制模塊檢測到.控制膝部電機以加速度_&1勻減速至靜止；髖部電機 持續(xù)轉(zhuǎn)動，直至控制模塊檢測到控制膝部電機反向轉(zhuǎn)動，以加速度S1勻加 速至速度至V1，然后以速度V1轉(zhuǎn)動，帶動大腿與小腿產(chǎn)生相對角度運動，使大腿支架與小 腿支架之間的角度Zi1ll增大；控制模塊持續(xù)檢測直至檢測到控制 髖部電機以加速度_a。勻減速至靜止；膝部電機持續(xù)以速度V i轉(zhuǎn)動，直至控制模塊檢測到控制膝部電機以加速度-?勻減速至靜止，邁步動作結(jié)束，用戶進入右腳前 左腳后姿態(tài)； 若控制模塊檢測到用戶滿足邁左腿的觸發(fā)條件，控制模塊向左髖電機和左膝電機 發(fā)出指令，執(zhí)行邁左腿動作，直至動作結(jié)束，進入左腳前右腳后狀態(tài)；執(zhí)行邁左腿動作與邁 右腿動作相同為左右腿互換，控制方式相同； 4)控制模塊繼續(xù)檢測判斷軀干傾角、腳底壓力和拐杖壓力傳感器的數(shù)據(jù)，進入步 態(tài)維持狀態(tài)； 所述Ztte為軀干前后傾角；所述Zfce為軀干左右傾角；F pl為左腳單獨壓力；Fpi^J 右腳單獨壓力；Fa為左拐杖壓力；F&.為右拐杖壓力；FC為去除拐杖自身重力后的兩拐杖壓 力和；2 1|?為大腿支架與小腿支架之間的夾角；Zts為大腿支架與軀干支架之間的夾角；Zs R為左膝關(guān)節(jié)角度；Z i1i為右膝關(guān)節(jié)角度；Zas為左髖關(guān)節(jié)角度；Zits為右髖關(guān)節(jié)角度。 為進一步實現(xiàn)本專利技術(shù)目的，優(yōu)選地，所述Zlte為以軀干垂直地面為基準，軀干前后 傾斜的角度，前傾為正，后傾為負。所述Zfce為以軀干垂直地面為基準，軀干左右傾斜的角 度；左傾為正，右傾為負。 優(yōu)選地，若初始狀態(tài)不滿足平行站立姿態(tài)的條件，控制中心向語音模塊發(fā)出消息， 提醒用戶調(diào)整姿態(tài)，直至檢測到用戶為平行站立姿態(tài)；用戶根據(jù)語音提示中的具體操作指 引調(diào)整身體姿態(tài)；若條件Cl未滿足，語音模塊提示用戶"請保持軀干直立，不要向左右傾斜 或向前后傾斜";若條件C2未滿足，語音模塊提示用戶"請保持雙腿直立，調(diào)整左髖左膝或右 髖右膝關(guān)節(jié)角度";若條件C3未滿足，語音模塊示用戶"請使雙腳均勻受力";若條件C4未 滿足，語音模塊提示用戶"請使用拐杖，并使兩拐杖均勻受力"。 a。為髖部電機開始轉(zhuǎn)動的加速度，-a。為髖部電機結(jié)束轉(zhuǎn)動的加速度，ai為膝部 電機開始轉(zhuǎn)動的加速度，-S1為膝部電機結(jié)束轉(zhuǎn)動的加速度，V。為髖部電機的轉(zhuǎn)動速度， V1為膝部電機的轉(zhuǎn)動速度，a。、ap v。、V1的數(shù)值均由測量下肢健全者行走過程中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn) 速所得，且與可穿戴仿生外骨骼機械腿康復(fù)裝置所使用的電機參數(shù)有關(guān)。優(yōu)選地，所述a。 的取值為取值為V。的取值為取值為 優(yōu)選地，所述控制模塊分別與左腿髖部電機角度傳感器、右腿髖部電機角度傳感 器、左腿膝部電機角度傳感器、右腿膝部電機角度傳感器、左腳腳底壓力傳感器、右腳腳底 壓力傳感器、左腿髖部電機、軀干傾角傳感器、右腿髖部電機、左腿膝部電機和右腿膝部電 機連接。 優(yōu)選地，所述康復(fù)裝置的軀干支架綁定在用戶上身；大腿支架綁定在用戶大腿上， 小腿支架綁定在用戶小腿上；腳部支撐板設(shè)置在用戶腳底；軀干支架與大腿支架通過髖部 電機連接；髖部電機的定子與軀干支架固定，髖部電機的轉(zhuǎn)子與大腿支架固定；大腿支架 與小腿支架分別膝部電機的定子和轉(zhuǎn)子連接；膝部電機連接著大腿支架與小腿支架并控制 兩者相對角度運動；小腿支架與腳部支撐板活動連接。 本專利技術(shù)康復(fù)裝置為可穿戴仿生外骨骼機械腿康復(fù)裝置，包括軀干支架、大腿支架、 小腿支架、髖部電機、髖部電機角度傳感器、膝部電機、膝部電機角度傳感器、腳底壓力傳感 器、軀干傾角傳感器、綁帶、控制模塊、腕表、拐杖、觸地壓力傳感器、腳部支撐板、語音提示 模塊。本專利技術(shù)根據(jù)當前運動模式，采集各種傳感器信號識別用戶當前姿態(tài)，并驅(qū)動電機執(zhí)行 一個符合用戶當前姿態(tài)的動作。 相對于現(xiàn)有技術(shù)，本專利技術(shù)具有如下優(yōu)點： 1)本專利技術(shù)運用軀干傾斜位置與重心偏移位置同步的原理觸發(fā)行走。本專利技術(shù)特別增 加了拐杖觸地壓力傳感器，該傳感器通過無線通信的方式向控制模塊傳輸數(shù)據(jù)。當控制模 塊檢測到軀干傾角傳感器的數(shù)據(jù)滿足重心偏移時，還必須判斷拐杖觸地壓力傳感器的數(shù)據(jù) 是否超過閾值，若拐杖觸地壓力傳感器的數(shù)據(jù)也超過閾值，則判斷用戶滿足觸發(fā)條件，才對 電機發(fā)出行走指令，否則繼續(xù)保持平行站立姿態(tài)。 2)本專利技術(shù)采用軀干傾角傳感器拐和杖觸地壓力傳感器協(xié)同配合對用戶的姿態(tài)進 行實時檢測，這種雙判斷條件觸發(fā)方法避免單一觸發(fā)方式的誤觸發(fā)風險，保障了用戶的安 全。 3)本專利技術(shù)對用戶從平行站立姿態(tài)到行走狀態(tài)的轉(zhuǎn)換進行本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
基于軀干重心偏移的康復(fù)裝置行走觸發(fā)控制方法，其特征在于包括如下步驟：1)平行站立姿態(tài)的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否同時滿足以下4個條件：C3：|Fpl‐Fpr|/Fp<10％；C4：FC>0,|FCl‐Fcr|/FC<5％；若控制模塊檢測到傳感器數(shù)據(jù)滿足條件C1、C2、C3、C4則用戶處于平行站立姿態(tài)；若不滿足上述4個條件中的任一條件，則不是平行站立姿態(tài)；2)行走觸發(fā)條件的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否滿足以下條件：C7：FC>0，F(xiàn)Cl>Fcr或C8：FC>0，F(xiàn)Cl<Fcr；若同時滿足條件C5、C7，則滿足先邁右腿的觸發(fā)條件；若同時滿足條件C6、C8，則滿足先邁左腿的觸發(fā)條件；若未同時滿足條件C5、C7或未同時滿足條件C6、C8，控制模塊持續(xù)檢測傳感器數(shù)據(jù)，判斷用戶姿態(tài)；3)行走觸發(fā)控制：若控制模塊檢測到用戶滿足邁右腿的觸發(fā)條件，控制模塊向右髖電機和右膝電機發(fā)出指令，執(zhí)行邁右腿動作：髖部電機開始以加速度a0從靜止勻加速至速度v0，然后以速度v0轉(zhuǎn)動，帶動用戶軀干與大腿產(chǎn)生相對角度運動，使軀干支架與大腿支架之間角度∠右髖減小；同時膝部電機開始以加速度a1從靜止勻加速至速度v1，然后以速度v1轉(zhuǎn)動，帶動大腿與小腿產(chǎn)生相對角度運動，使大腿支架與小腿支架之間的角度∠右膝減小，直至控制模塊檢測到控制膝部電機以加速度?a1勻減速至靜止；髖部電機持續(xù)轉(zhuǎn)動，直至控制模塊檢測到控制膝部電機反向轉(zhuǎn)動，以加速度a1勻加速至速度至v1，然后以速度v1轉(zhuǎn)動，帶動大腿與小腿產(chǎn)生相對角度運動，使大腿支架與小腿支架之間的角度∠右膝增大；控制模塊持續(xù)檢測∠右髖，直至檢測到控制髖部電機以加速度?a0勻減速至靜止；膝部電機持續(xù)以速度v1轉(zhuǎn)動，直至控制模塊檢測到控制膝部電機以加速度?a1勻減速至靜止，邁步動作結(jié)束，用戶進入右腳前左腳后姿態(tài)；若控制模塊檢測到用戶滿足邁左腿的觸發(fā)條件，控制模塊向左髖電機和左膝電機發(fā)出指令，執(zhí)行邁左腿動作，直至動作結(jié)束，進入左腳前右腳后狀態(tài)；執(zhí)行邁左腿動作與邁右腿動作相同為左右腿互換，控制方式相同；4)控制模塊繼續(xù)檢測判斷軀干傾角、腳底壓力和拐杖壓力傳感器的數(shù)據(jù)，進入步態(tài)維持狀態(tài)；所述∠前后為軀干前后傾角；所述∠左右為軀干左右傾角；FPl為左腳單獨壓力；FPr為右腳單獨壓力；FCl為左拐杖壓力；FCr.為右拐杖壓力；FC為去除拐杖自身重力后的兩拐杖壓力和；∠膝為大腿支架與小腿支架之間的夾角；∠髖為大腿支架與軀干支架之間的夾角；∠左膝為左膝關(guān)節(jié)角度；∠右膝為右膝關(guān)節(jié)角度；∠左髖為左髖關(guān)節(jié)角度；∠右髖為右髖關(guān)節(jié)角度。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：史景倫，王燕芳，黃懷，袁斌，
申請(專利權(quán))人：華南理工大學，
類型：發(fā)明
國別省市：廣東;44