下肢外骨骼控制方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN110812127A(43)申请公布日2020.02.21(21)申请号201910981432.8(22)申请日2019.10.16(71)申请人深圳市迈步机器人科技有限公司地址518000广东省深圳市宝安区新桥街道新桥社区新玉路48号五层大宏科技园5楼505号(72)发明人吴诚叶晶陈功张旭胡广郭登极(74)专利代理机构广州嘉权专利商标事务所有限公司44205代理人洪铭福(51)Int.Cl.A61H3/00(2006.01)A61B5/103(2006.01)A61B5/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称下肢外骨骼控制方法及装置(57)摘要本发明公开了下肢外骨骼控制方法及装置。涉及机器人控制领域，其中，方法通过获取足底压力传感器采集的用户数据，用户数据包括：健侧脚足跟压力数值、患侧脚足跟压力数值、健侧脚足尖压力数值，根据用户数据判断用户意图得到用户运动状态，然后根据运动状态选择对应的控制模式，最后根据不同的控制模式发送控制信号到驱动器驱动电机进行外骨骼控制。通过运动意图识别，可针对不同运动状态提供不同的控制模式，针对不同运动状态给穿戴者提供不同的助力模式，从而实现根据用户步态实现健侧腿带动患侧腿，而且行走速度可由用户健侧腿运动状态自主调节，能够激发用户的训练主动性，以及消除人机不匹配导致的安全隐患，具有更好的康复效果及安全性。CN110812127ACN110812127A权利要求书1/2页1.一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，包括：获取足底压力传感器采集的用户数据，所述用户数据包括：健侧脚足跟压力数值、患侧脚足跟压力数值、健侧脚足尖压力数值；根据所述用户数据判断用户意图得到用户运动状态，所述用户运动状态包括：第一运动状态、第二运动状态、第三运动状态和第四运动状态；根据所述运动状态选择对应的控制模式，所述控制模式包括：助力模式和随动模式；根据不同的控制模式发送控制信号到驱动器驱动电机进行所述外骨骼控制。2.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，判断用户意图具体为：设定起始状态为第一运动状态；当状态持续时间大于第一阈值，且所述健侧脚足跟压力数据小于第二阈值时，切换当前用户运动状态为第二运动状态；当状态持续时间大于第三阈值，且所述健侧脚足跟压力数据大于第四阈值时，切换当前用户运动状态为第三运动状态；当状态持续时间大于第五阈值，且所述健侧脚足尖压力数据大于第六阈值时，切换当前用户运动状态为第四运动状态；当状态持续时间大于第七阈值，且所述患侧脚足跟压力数据大于第八阈值时，切换当前用户运动状态为第一运动状态。3.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，患侧腿始终选择所述助力模式；当处于所述第二运动状态时，健侧腿选择所述随动模式，当处于其他用户运动状态时，所述健侧腿选择所述助力模式。4.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，所述随动模式为力矩PID控制模式，具体为：根据关节期望力矩、关节实际力矩和进行重力补偿得到的关节补偿力矩计算力矩误差；结合所述力矩误差和PID控制系数计算得到驱动器控制量；利用所述驱动器控制量驱动电机进行所述外骨骼控制。5.根据权利要求1所述的一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，所述助力模式为阻抗控制模式，具体为：根据关节转动期望角度和关节实际转动角度计算关节转动角度误差；根据所述关节转动角度误差进行阻抗控制，计算得到关节期望力矩；根据关节期望力矩、关节实际力矩和进行重力补偿得到的关节补偿力矩计算力矩误差；结合所述力矩误差和PID控制系数计算得到驱动器控制量；利用所述驱动器控制量驱动电机进行所述外骨骼控制。6.根据权利要求4所述的一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，所述随动模式下所述关节期望力矩设置为零。7.根据权利要求4至6任一项所述的一种下肢外骨骼控制方法，其特征在于，所述重力补偿具体为：根据关节转动角度以及系统补偿系数计算得到关节补偿力矩。2CN110812127A权利要求书2/2页8.一种下肢外骨骼控制装置，其特征在于，包括：获取用户数据模块：用于获取足底压力传感器采集的用户数据，所述用户数据包括：健侧脚足跟压力数值、患侧脚足跟压力数值、健侧脚足尖压力数值；判断用户意图模块：用于根据所述用户数据判断用户意图得到用户运动状态，所述用户运动状态包括：第一运动状态、第二运动状态、第三运动状态和第四运动状态；选择控制模式模块：用于根据所述运动状态选择对应的控制模式，所述控制模式包括：助力模式和随动模式；外骨骼控制模块：用于根据不同的控制模式发送控制信号到驱动器驱动电机进行所述外骨骼控制。9.一种下肢外骨骼，其特征在于，利用如权利要求1至7任一项所述的