[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010425034.0
• 申請(qǐng)日: 2020-05-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111658246B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張騰翔;高佳圓;陳益強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院計(jì)算技術(shù)研究所
• 主分類(lèi)號(hào): A61F2/68
• 分類(lèi)號(hào): A61F2/68;A61F2/60;A61F2/70;A61F2/74
• 代理公司: 北京律誠(chéng)同業(yè)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11006
• 代理人: 祁建國(guó)

本發(fā)明提出一種基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法及系統(tǒng)，包括：通過(guò)傳感器獲取殘肢運(yùn)動(dòng)信息，以及與殘肢對(duì)稱的健肢運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)殘肢運(yùn)動(dòng)信息和健肢運(yùn)動(dòng)信息，分別得到殘肢運(yùn)動(dòng)軌跡和健肢運(yùn)動(dòng)軌跡，基于殘肢運(yùn)動(dòng)軌跡和健肢運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算殘肢和健肢間的對(duì)稱性因子；根據(jù)健肢上個(gè)行走周期對(duì)應(yīng)的健肢運(yùn)動(dòng)軌跡，得到殘肢目標(biāo)姿態(tài)，根據(jù)殘肢運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算殘肢的當(dāng)前姿態(tài)，通過(guò)將當(dāng)前姿態(tài)與目標(biāo)姿態(tài)輸入控制模型，得到位于殘肢的假肢關(guān)節(jié)電機(jī)的控制參數(shù)，使用控制參數(shù)調(diào)控假肢的關(guān)節(jié)運(yùn)作。本發(fā)明使用對(duì)稱性作為優(yōu)化目標(biāo)，進(jìn)行智能假肢控制參數(shù)調(diào)節(jié)，從而不需對(duì)地形進(jìn)行預(yù)先識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及義肢(假肢)仿生技術(shù)領(lǐng)域，并特別涉及一種基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

目前智能假肢主要有以下幾種技術(shù)：

被動(dòng)式關(guān)節(jié)的阻尼智能調(diào)控技術(shù)。其主要控制原理是能夠通過(guò)假肢關(guān)節(jié)內(nèi)部或健肢上佩戴的傳感器信息實(shí)時(shí)計(jì)算傳戴者當(dāng)前行走的步速，將步速分為若干個(gè)等級(jí)，根據(jù)步速快慢自動(dòng)控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)給予氣壓缸阻尼不同的參數(shù)設(shè)置，使擺動(dòng)相的擺動(dòng)速度符合穿戴者行走速度，從而使步態(tài)更加自然；

主動(dòng)式關(guān)節(jié)的仿生運(yùn)動(dòng)控制技術(shù)。能夠在復(fù)雜路況下的一些費(fèi)力動(dòng)作時(shí)提供主動(dòng)助力，使穿戴者行走更加省力；

基于人體生物信息的智能控制技術(shù)。收集腦肌電等能夠直觀的反映人的運(yùn)動(dòng)意圖的生物信號(hào)，然后通過(guò)微處理器來(lái)控制關(guān)節(jié)，達(dá)到相應(yīng)的屈伸阻尼。

然而現(xiàn)有技術(shù)存在以下缺陷：

1.被動(dòng)假肢在行走或者其他運(yùn)用到假肢關(guān)節(jié)的過(guò)程中阻尼不能隨時(shí)調(diào)節(jié)，因此速度變化適應(yīng)性差，患者容易疲勞；

2.主動(dòng)式主要采用電機(jī)作為驅(qū)動(dòng)裝置，由于關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電機(jī)需要持續(xù)運(yùn)行，因此耗電極高，電源問(wèn)題難以突破；

3.殘疾人肌電采集法的個(gè)體差異性較大、控制識(shí)別的準(zhǔn)確性較差，因此人體生物信息尚未得到大規(guī)模的使用。

4.對(duì)于地形等其他條件的轉(zhuǎn)變，現(xiàn)有假肢的自適應(yīng)性比較差，不能夠改變轉(zhuǎn)換策略。

5.現(xiàn)有發(fā)明并沒(méi)有考慮到對(duì)稱性這項(xiàng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。

6.現(xiàn)有技術(shù)并沒(méi)有對(duì)于人體動(dòng)作的預(yù)測(cè)機(jī)制。

因此本方案提出，基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)節(jié)機(jī)制。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明目的在于充分利用人體多種信息，包括并不限于物理信息、生理信息、對(duì)稱信息等，提出了這一種基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)節(jié)機(jī)制。

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種1.一種基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法，其中包括：

步驟1、通過(guò)傳感器獲取殘肢運(yùn)動(dòng)信息，以及與殘肢對(duì)稱的健肢運(yùn)動(dòng)信息，根據(jù)該殘肢運(yùn)動(dòng)信息和該健肢運(yùn)動(dòng)信息，分別得到殘肢運(yùn)動(dòng)軌跡和健肢運(yùn)動(dòng)軌跡，基于該殘肢運(yùn)動(dòng)軌跡和該健肢運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算殘肢和健肢間的對(duì)稱性因子；

步驟2、根據(jù)健肢上個(gè)行走周期對(duì)應(yīng)的健肢運(yùn)動(dòng)軌跡，得到殘肢目標(biāo)姿態(tài)，根據(jù)該殘肢運(yùn)動(dòng)軌跡計(jì)算殘肢的當(dāng)前姿態(tài)，通過(guò)將該當(dāng)前姿態(tài)與該目標(biāo)姿態(tài)輸入控制模型，得到位于殘肢的假肢關(guān)節(jié)電機(jī)的控制參數(shù)，使用該控制參數(shù)調(diào)控該假肢的關(guān)節(jié)運(yùn)作。

所述的基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法，其中該傳感器包括慣性傳感器和壓力傳感器，壓力傳感器用于校準(zhǔn)慣性傳感器的數(shù)據(jù)飄移。

所述的基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法，其中該控制參數(shù)包括該假肢的關(guān)節(jié)中氣缸的阻尼調(diào)節(jié)和電機(jī)的動(dòng)力調(diào)節(jié)。

所述的基于對(duì)稱性的智能關(guān)節(jié)假肢調(diào)控方法，其中以該對(duì)稱性因子作為損失函數(shù)訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，得到該控制模型。