[發明專利]一種下肢康復外骨骼系統及其步行控制方法

有效

• 申請號: 201810036674.5
• 申請日: 2018-01-15
• 公開（公告）號: CN108379038B
• 公開（公告）日: 2019-07-09
• 發明（設計）人: 楊燦軍;王漢松;楊巍;馬張翼;魏謙笑;趙一冰
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G05B19/00
• 分類號: G05B19/00;A61H3/00
• 代理公司: 杭州天勤知識產權代理有限公司 33224
• 代理人: 何彬

1.一種下肢康復外骨骼系統，包括控制單元、向所述控制單元輸入檢測信號的檢測單元及受所述控制單元控制的外骨骼；

其特征在于，所述檢測單元包括足底壓力檢測器、上身傾角檢測器及下肢關節角度檢測器，所述控制單元包括處理器與存儲器，所述存儲器存儲有計算機程序，所述計算機程序被所述處理器執行時能實現以下步驟：

實時數據獲取步驟，實時獲取所述足底壓力檢測器輸出的足底壓力數據、所述上身傾角檢測器輸出的上身傾角數據及所述下肢關節角度檢測器輸出的下肢關節角度數據；

步態相位識別步驟，依據下肢關節角度參考數據，基于實時獲取的下肢關節角度數據，識別出外骨骼穿戴者的當前步態相位；

外骨骼控制步驟，在外骨骼的擺動腿將離地至所述擺動腿將著地的擺動過程中，控制其主支撐腿保持大致直立狀態；并在外骨骼處于擺動腿將離地的步態相位時，且在滿足重心轉移判據后，控制外骨骼的擺動腿進行離地擺動動作；所述重心轉移判據為外骨骼穿戴者的上身傾角處于第一預設區間內，且其足底壓力處于第二預設區間內；在外骨骼處于擺動腿將著地的步態相位時，且在滿足提前著地判據后，控制外骨骼的擺動腿的關節動作至其柔順著地，所述提前著地判據為外骨骼穿戴者的足底壓力處于第三預設區間內，所述柔順著地為擺動腿在著地過程的足底壓力小于第一預設值。

2.根據權利要求1所述的外骨骼系統，其特征在于，所述外骨骼控制步驟包括：

若外骨骼處于擺動腿將離地的步態相位時，且不滿足所述重心轉移判據，則語音提醒外骨骼穿戴者調整上身傾角。

3.根據權利要求1或2所述的外骨骼系統，其特征在于，獲取預設區間及下肢關節角度參考數據的步驟包括：

數據采集步驟，采集樣本人群在模擬預設重心轉移步態過程中的行走步態數據，所述行走步態數據包括下肢關節角度數據、上身傾角數據及腳底壓力數據；所述預設重心轉移步態為根據一個步態周期的支撐相和擺動相中足底壓力的變化情況，將所述步態周期劃分為八個步態相位，在所述八個步態相位中，且在擺動腿將離地至該擺動腿將著地的過程所包含的步態相位上，主支撐腿保持大致直立；

數據處理步驟，對所述行走步態數據進行濾波、放大、去噪及離散化處理，獲取獨立樣本在一周期內不同時刻的步態數據，集合所述樣本人群的步態數據構成步態數據庫；

數據統籌步驟，統籌所述步態數據庫中步態數據，獲取一個步態周期內不同時刻的下肢關節角度值對應的足底壓力值預設區間與上身傾角值預設區間，一個步態周期內不同時刻的下肢關節角度數據構成下肢關節角度參考數據。

4.根據權利要求3所述的外骨骼系統，其特征在于：

所述實時數據獲取步驟包括獲取人機交互力數據，所述人機交互力數據由內置于大小腿綁帶內的拉力傳感器輸出；

所述外骨骼控制步驟包括在控制外骨骼的下肢關節動作的過程中，保持人機交互力小于第二預設值。

5.根據權利要求1或2所述的外骨骼系統，其特征在于：

所述實時數據獲取步驟包括獲取人機交互力數據，所述人機交互力數據由內置于大小腿綁帶內的拉力傳感器輸出；

所述外骨骼控制步驟包括在控制外骨骼的下肢關節動作的過程中，保持人機交互力小于第二預設值。