外骨骼机器人的步态控制方法、控制系统及外骨骼机器人.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CN110812131A(43)申请公布日2020.02.21(21)申请号201911188754.3(22)申请日2019.11.28(71)申请人深圳市迈步机器人科技有限公司地址518000广东省深圳市南山区粤海街道高新区社区高新南七道20号深圳国家实验室大楼B502(72)发明人张旭叶晶陈功王宇谦吴诚张悦孙慧杰郭登极黄守仁薛林(74)专利代理机构深圳市恒申知识产权事务所(普通合伙)44312代理人鲍竹(51)Int.Cl.A61H3/00(2006.01)B25J9/00(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称外骨骼机器人的步态控制方法、控制系统及外骨骼机器人(57)摘要本发明提供了一种外骨骼机器人的步态控制方法、控制系统及外骨骼机器人，其中，步态控制方法包括：设置步长、步高；根据所述步长和所述步高，采用样条曲线拟合生成摆动腿的足底摆动轨迹，根据所述足底摆动轨迹，采用三角函数关系计算所述摆动腿的髋关节摆动角度和膝关节摆动角度，并控制摆动腿按照计算的角度执行步行动作。本发明规划的步态符合人体运动规律；并且能针对个体的不同，规划出相适应的足底步态轨迹，调整方便。CN110812131ACN110812131A权利要求书1/2页1.一种外骨骼机器人的步态控制方法，其特征在于，包括：设置步长、步高；根据所述步长和所述步高，采用样条曲线拟合生成摆动腿的足底摆动轨迹，根据所述足底摆动轨迹，采用三角函数关系计算所述摆动腿的髋关节摆动角度和膝关节摆动角度，并控制摆动腿按照计算的角度执行步行动作。2.如权利要求1所述的外骨骼机器人的步态控制方法，其特征在于，所述足底摆动轨迹包括如下四个相位：相位1，预摆动阶段：膝关节屈曲和髋关节过伸，脚尚未离起始地，设为A点；相位2，脚离地阶段：脚抬离所述A点，并摆动至最大高度处，设为B点；相位3，脚伸展阶段：脚向前伸展至膝关节的展开角度达到预设的阈值，设此时脚的位置为C点；相位4，脚落地阶段：脚由所述C点落至地面，设为D点；其中，所述A点至所述D点的距离为所述步长，所述B点的高度为所述步高；轨迹AB采用第一样条曲线拟合；轨迹BC采用第二样条曲线拟合；轨迹CD采用第三样条曲线拟合。3.如权利要求2所述的外骨骼机器人的步态控制方法，其特征在于，设置步频T，所述步频为完成一个完整的摆动步态所需的步行时间；所述控制摆动腿按照所述足底摆动轨迹执行步行动作，包括：设置初始态运动至相位1的时间T1；设置相位1运动至相位2的时间T2；设置相位2运动至相位3的时间T3；设置相位3运动至相位4的时间T4；按照上述时间控制所述摆动腿在所述足底摆动轨迹上运动；其中T1+T2+T3+T4＝T。4.如权利要求2所述的外骨骼机器人的步态控制方法，其特征在于，所述控制摆动腿按照计算的角度执行步行动作，包括：检测所述髋关节的摆动角度和所述膝关节的摆动角度，当髋关节摆动至第一髋关节预设角度值，并且膝关节摆动至第一膝关节预设角度值时，驱动摆动腿由相位1向相位2切换。5.如权利要求2所述的外骨骼机器人的步态控制方法，其特征在于，所述控制摆动腿按照计算的角度执行步行动作，包括：检测所述髋关节和膝关节的摆动角度，当所述髋关节摆动至与足尖的连线垂直于地面时，驱动摆动腿由相位2向相位3切换。6.如权利要求2所述的外骨骼机器人的步态控制方法，其特征在于，所述控制摆动腿按照计算的角度执行步行动作，包括：检测所述膝关节的摆动角度或当前步长，当所述膝关节摆动至第二膝关节预设角度值时，或当前步长已达到预设步长值时，驱动摆动腿由相位3向相位4切换。7.一种外骨骼机器人控制系统，其特征在于，包括设置模块，用于设置步长、步高；足底摆动轨迹计算模块，用于根据所述步长和所述步高，采用样条曲线拟合生成摆动腿的足底摆动轨迹；2CN110812131A权利要求书2/2页关节角度计算模块，用于根据所述足底摆动轨迹，采用三角函数关系计算所述摆动腿的髋关节摆动角度和膝关摆动角度；摆动腿摆动控制模块，用于按照髋关节摆动角度和膝关摆动角度控制外骨骼机器人执行步行动作。8.一种外骨骼机器人，其特征在于，包括腰部、通过髋关节与所述腰部连接的大腿部、通过膝关节与所述大腿部连接的小腿部，以及通过踝关节与所述小腿部连接的脚部；所述髋关节和所述膝关节设置有驱动机构，用于控制所述大腿部和所述小腿部的摆动；所述外骨骼机器人装载有如权利要求7所述的外骨骼机器人控制系统，用于控制所述驱动机构运动。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质包括一组计算机可执行指令，当所述指令被执行时用于执行权利要求1至6任一项所述的方法。3CN110812131A说明书1/6页外骨骼机器人的步态控制方法、控制系统