[發明專利]一種腳踝助力外骨骼的控制方法

有效

• 申請號: 202110514529.5
• 申請日: 2021-05-10
• 公開（公告）號: CN113081701B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發明（設計）人: 葉晶;陳功
• 申請（專利權）人: 深圳市邁步機器人科技有限公司
• 主分類號: G06F17/11
• 分類號: G06F17/11;A61H3/00;A61H1/02;B25J9/00;B25J9/12;B25J9/16;B25J13/00
• 代理公司: 深圳市智勝聯合知識產權代理有限公司 44368
• 代理人: 齊文劍

1.一種腳踝助力外骨骼的控制方法，其特征在于，所述腳踝助力外骨骼，包括：控制器、通訊設備、語音交互組件、電源組件、鞋底板組件、壓力傳感器、內/外翻自由度電機組件、背/跖屈自由度電機組件和小腿固定桿組件；

所述小腿固定桿組件包括小腿固定桿、小腿伸縮桿、伸縮調節旋鈕、小腿綁腿桿和小腿擋板；所述小腿伸縮桿的端部穿設在所述小腿固定桿內部，并且可以沿所述小腿固定桿軸向滑動；所述伸縮調節旋鈕設置在所述小腿固定桿側邊，用于調節所述小腿固定桿和所述小腿伸縮桿的相對位置；所述小腿綁腿桿的一端與所述小腿固定桿遠離所述小腿伸縮桿的端部固定連接，另一端與所述小腿擋板固定連接；所述電源組件設置在所述小腿固定桿的側邊；

所述鞋底板組件包括鞋底板、雙側擋板和后擋板；所述雙側擋板相對設置在所述鞋底板的側邊；所述后擋板設置在所述鞋底板的端部；所述壓力傳感器設置在所述鞋底板的底部；

所述內/外翻自由度電機組件包括內/外翻電機、安裝底座和轉動件；所述安裝底座固定在所述鞋底板側邊；所述內/外翻電機設置在所述安裝底座上；所述內/外翻電機的輸出軸平行于所述鞋底板的開設方向；所述轉動件套設在所述內/外翻電機的輸出軸上并且隨所述內/外翻電機的輸出軸轉動；所述控制器、所述通訊設備和所述語音交互組件均設置在所述轉動件的側邊；

所述背/跖屈自由度電機組件包括背/跖屈電機、安裝支架和轉動盤；所述安裝支架與所述轉動件的端部固定連接；所述轉動盤轉動設置在所述安裝支架上；所述背/跖屈電機設置在所述安裝支架側邊；所述背/跖屈電機的輸出軸垂直于所述鞋底板的開設方向；所述轉動盤套設在所述背/跖屈電機的輸出軸上并且隨所述背/跖屈電機的輸出軸轉動；所述小腿伸縮桿的端部與所述轉動盤的側邊固定連接；

所述控制器分別與所述通訊設備、所述語音交互組件、所述電源組件、所述壓力傳感器、所述背/跖屈自由度電機和所述內/外翻自由度電機電連接；

當穿戴者穿戴所述腳踝助力外骨骼時，所述小腿固定桿組件固定在所述穿戴者的小腿位置；所述鞋底板組件固定在所述穿戴者的腳部位置；所述內/外翻自由度電機組件和所述背/跖屈自由度電機組件對應于所述穿戴者的腳踝位置；

當所述腳踝助力外骨骼對所述穿戴者實施助力時，所述控制器驅動所述背/跖屈自由度電機組件和/或所述內/外翻自由度電機組件轉動，帶動所述穿戴者的腳部進行背屈、跖屈、外翻、內翻、背屈外翻、背屈內翻、跖屈外翻或跖屈內翻運動；

所述方法包括：

獲取第一交互信號，并依據所述第一交互信號確定所述腳踝助力外骨骼調用的第一目標電機，其中，所述第一目標電機為所述背/跖屈電機或所述內/外翻電機；

獲取裝配有所述腳踝助力外骨骼的所述穿戴者的腳踝的第一當前姿態，并依據所述第一交互信號和所述第一當前姿態確定第一期望力矩軌跡；具體地，依據所述第一交互信號確定所述腳踝期望達到的終點姿態以及與所述第一交互信號對應的完整力矩軌跡；獲取所述腳踝助力外骨骼的動態參數和靜態參數，并依據所述動態參數、所述靜態參數、所述第一當前姿態和所述完整力矩軌跡確定對所述腳踝助力外骨骼進行重力補償的力矩補償軌跡；其中，所述動態參數為非預設值，包括裝配有所述腳踝助力外骨骼的所述穿戴者的小腿和腳部的重量；所述靜態參數為預設值，包括所述腳踝助力外骨骼的長度、所述腳踝助力外骨骼的重心位置和所述腳踝助力外骨骼的重量；依據所述第一當前姿態、所述終點姿態、所述完整力矩軌跡和所述力矩補償軌跡確定所述第一期望力矩軌跡；

依據所述第一期望力矩軌跡確定所述第一目標電機的當前輸出功率。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述依據所述第一期望力矩軌跡確定所述第一目標電機的當前輸出功率的步驟，包括：

獲取第二交互信號，并依據所述第二交互信號確定所述腳踝助力外骨骼調用的第二目標電機，其中，所述第二目標電機為所述背/跖屈電機或所述內/外翻電機；

獲取所述腳踝的第二當前姿態，并依據所述第二交互信號和所述第二當前姿態確定第二期望力矩軌跡；

當所述第二目標電機與所述第一目標電機不同時，則依據所述第二期望力矩軌跡確定所述第二目標電機的當前輸出功率。

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，還包括：

當所述第二目標電機與所述第一目標電機相同，并且所述第二期望力矩軌跡與所述第一期望力矩軌跡不同時，則依據所述第二期望力矩軌跡確定所述第一目標電機的當前輸出功率。