[發(fā)明專利]下肢外骨骼機器人復雜地形的共融協(xié)調(diào)控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711397513.0
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108143594A
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 陳勇;李榮華;武力;張連東;張震宇;王選宇
• 申請（專利權(quán)）人: 大連厚德坤泰管理咨詢有限公司
• 主分類號: A61H3/00
• 分類號: A61H3/00
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 趙淑梅;李洪福

本發(fā)明公開了一種下肢外骨骼機器人復雜地形的共融協(xié)調(diào)控制方法，具有如下步驟：S1、實時采集下肢外骨骼機器人三維位姿的運動信號；S2、根據(jù)采集的下肢外骨骼機器人三維位姿的運動信號判斷是否進行運動模式的切換，若切換執(zhí)行步驟S3、若不切換執(zhí)行步驟S1；S3、判斷地形，在原有步態(tài)的基礎上，協(xié)調(diào)下肢外骨骼機器人的運動姿態(tài)；S4、根據(jù)下肢外骨骼機器人的正常運動模式，判斷是否需要結(jié)束步態(tài)分析，若需要結(jié)束，下肢外骨骼機器人進行姿態(tài)復原，回歸到最自然、最舒適的運動姿態(tài)，否則返回步驟S1。本發(fā)明提高穿戴者與下肢外骨骼機器人在復雜地形的動作靈活性、運動穩(wěn)定性和環(huán)境適應性，實現(xiàn)人機共融。

技術(shù)領域

本發(fā)明涉及康復機器人領域的控制方法，特別涉及下肢外骨骼機器人復雜地形的共融協(xié)調(diào)控制方法。

背景技術(shù)

衰老是不可抗拒的自然規(guī)律，中國是世界上老年人口最多的國家，占全球老年人口總量的五分之一，中國的人口老齡化不僅是中國自身的問題，而且關系到全球人口老齡化的進程，備受世界關注。2017年11月，國家統(tǒng)計局公布，60歲及以上的老年人達到2.23億，占全國總?cè)丝诘谋壤秊?5.9％，65歲及以上的老年人達到1.38億，占全國總?cè)丝诘谋壤秊?0.1％，65歲及以上的老年人達到1.51億，占全國總?cè)丝?0.58％。腦瘁中、帕金森、阿爾茲海默癥是老年人的常見病和多發(fā)病，喪失生活自理能力的老年人超過4000萬，每年新發(fā)病患者約為200萬人，80％的患者會導致下肢偏癱，身體機能逐漸衰退，不同程度地存在下肢運動障礙，導致行動不便，在生活上難以自理，不得不長期臥床或借助輪椅運動，經(jīng)常導致褥瘡、泌尿系統(tǒng)感染、骨質(zhì)疏松、靜脈血栓等并發(fā)癥，在身心方面長年忍受著常人體會不到的痛苦，給家庭和社會帶來了巨大的負擔。

下肢外骨骼機器人穿戴在老年人的腿上，充當人體的外骨骼，幫助老年人重新站立和行走，促進血液循環(huán)，防止肌肉萎縮，減少并發(fā)癥的發(fā)生，恢復運動能力和生活能力，重新回歸社會，滿足老年人的迫切需求，具有重要的社會價值和應用前景。

現(xiàn)有的下肢外骨骼機器人按照預先規(guī)定的動作序列和步態(tài)軌跡進行運動，適合結(jié)構(gòu)化的簡單環(huán)境，尚未充分考慮人機共融，相對人體的合理性和精巧性存在較大差異，沒有考慮穿戴者的運動協(xié)調(diào)能力，無法適應穿戴者實現(xiàn)精確的位姿調(diào)整，限制了穿戴者的靈活運動，導致步態(tài)僵硬，難以協(xié)調(diào)穿戴者與下肢外骨骼機器人在復雜地形的動作靈活性、運動穩(wěn)定性和環(huán)境適應性。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的上述不足，利用人體的運動反射機理，根據(jù)仿生學原理，提供下肢外骨骼機器人復雜地形的共融協(xié)調(diào)控制方法。將人體反射、環(huán)境信息融入下肢外骨骼機器人的運動模式，建立反射模型、環(huán)境變量與運動姿態(tài)的動態(tài)匹配關系，針對濕滑地形、障礙地形、斜坡地形、溝壑地形、臺階地形，分別建立姿態(tài)協(xié)調(diào)控制方法，以穿戴者為中心，構(gòu)建共融關系，實現(xiàn)運動共融、姿態(tài)共融、穩(wěn)定共融、環(huán)境共融，對外界地形的改變能夠做出快速準確的同步協(xié)調(diào)運動，實現(xiàn)穿戴者與下肢外骨骼機器人在復雜地形的動作靈活性、運動穩(wěn)定性和環(huán)境適應性。本發(fā)明采用的技術(shù)手段如下：

一種下肢外骨骼機器人復雜地形的共融協(xié)調(diào)控制方法，具有如下步驟：

S1、實時采集下肢外骨骼機器人三維位姿的運動信號；

S2、根據(jù)采集的下肢外骨骼機器人三維位姿的運動信號判斷是否進行運動模式的切換，若切換執(zhí)行步驟S3、若不切換執(zhí)行步驟S1；

S3、判斷地形，在原有步態(tài)的基礎上，協(xié)調(diào)下肢外骨骼機器人的運動姿態(tài)；

S4、根據(jù)下肢外骨骼機器人的正常運動模式，判斷是否需要結(jié)束步態(tài)分析(只步驟S3)，若需要結(jié)束，下肢外骨骼機器人進行姿態(tài)復原，回歸到最自然、最舒適的運動姿態(tài)，否則返回步驟S1。

所述步驟S1中下肢外骨骼機器人三維位姿的運動信號指的是下肢外骨骼機器人開始運動時，下肢外骨骼機器人腿部關節(jié)的慣性傳感器和足底的壓力傳感器實時采集的運動信號。