[發明專利]負載機動型外骨骼人體運動意圖識別方法及外骨骼系統

有效

• 申請號: 202110188446.1
• 申請日: 2021-02-19
• 公開（公告）號: CN113011458B
• 公開（公告）日: 2022-12-16
• 發明（設計）人: 屈盛官;尹鵬;楊靚;曲希帥;曾德政;姜笑天
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06K9/62
• 分類號: G06K9/62;G06N5/04;A61H1/02;A61B5/11;A61B5/00;B25J9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 鄭浦娟

1.一種負載機動型外骨骼人體運動意圖識別方法，其特征在于，所述方法采用智能模糊推理算法識別人體運動意圖，包括如下步驟：

S1、通過外骨骼的傳感系統獲取足部GCF信號、IMU信號；

S2、通過信號特征的周期性判定，將坐姿與站立分為一類，該類為非周期性活動，將跑步、走路與上下樓梯分為另一類，該類為周期性活動；

S3、對于非周期活動，根據IMU信號計算兩腿膝關節角度，根據坐姿的兩腿膝關節角度大于站立的兩腿膝關節角度來區分坐姿與站立；

對于周期性活動，根據足部GCF信號判斷雙腳是否均有支撐來區分跑步與其他活動，然后采用模糊推理系統，根據足部GCF信號中腳跟撞擊或腳趾撞擊時刻的膝關節角度來識別出走路、上樓梯或者下樓梯的行走狀態；

所述模糊推理系統分為獨立的左、右模糊推理系統，左、右腳跟撞擊和左、右腳趾撞擊事件均采用這兩個模糊推理系統進行模糊推理；

所述模糊推理系統的模糊推理過程如下：

S31、以已知人體活動狀態的足部GCF信號和IMU信號作為輸入，基于隸屬度函數對輸入進行模糊化，建立模糊數據庫；

模糊數據庫如下：

周期性	腳趾壓力	腳掌壓力	足跟壓力	膝關節角度	隸屬度
否	低	中	低	高	坐姿→1]]>
否	低	高	低	低	站立→1]]>
是	低	低	高	中	步行→1]]>
是	高	高	低	中	步行→0.5]]>
是	低	低	高	高	上樓梯→1]]>
是	高	高	低	高	上樓梯→0.5]]>
是	高	低	低	低	下樓梯→1]]>
是	高	中	低	低	下樓梯→0.5]]>

其中，隸屬度表示膝關節角度與人體實際活動狀態的從屬狀態，用于判斷屬于某一種人體實際活動狀態的可能性，隸屬度為1表示膝關節角度完全屬于某一種人體實際活動狀態；

S32、對于每個模糊推理系統，建立模糊規則庫；

左、右模糊推理系統的模糊規則庫如下：

其中，L1代表當前時刻下左膝關節角度，R1代表當前時刻下右膝關節角度，推理系統輸出的是相應的某項人體活動的確定度；

S33、對于步驟S1獲取的足部GCF信號和IMU信號，先利用模糊數據庫的模糊邏輯進行初步判斷人體活動類型，在無法直接確定的情況下再利用模糊規則庫的模糊規則執行推理，求得模糊規則的輸出，即推理出人體活動類型；

S34、將兩個系統的模糊規則輸出結果結合在一起，形成一個單一的模糊集，然后對該模糊集進行反模糊化以求得一個具體數值，以便外骨骼系統根據該數值輔助人體活動。