[發(fā)明專利]基于外骨骼的穿戴式走步健身系統(tǒng)及控制方法與存儲介質(zhì)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110710185.5
• 申請日: 2021-06-25
• 公開（公告）號: CN113599781B
• 公開（公告）日: 2022-05-03
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張晟;曾俊彥;楊巍;夏慶超;楊燦軍;金波
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)
• 主分類號: A63B23/04
• 分類號: A63B23/04;A63B21/00;A63B21/005
• 代理公司: 杭州天勤知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33224
• 代理人: 何彬

本發(fā)明涉及一種基于外骨骼的穿戴式走步健身系統(tǒng)及控制方法與存儲介質(zhì)，屬于穿戴式機(jī)器人的具體應(yīng)用領(lǐng)域。該系統(tǒng)穿戴于走步健身人員身上，具體包括控制單元及自上而下依次連接的腰部穿戴單元、髖關(guān)節(jié)單元與大腿桿單元；髖關(guān)節(jié)單元包括用于連接大腿桿與腰部穿戴單元的關(guān)節(jié)電機(jī)，及用于獲取大腿桿的擺動角速度與擺動角度的監(jiān)測傳感器；關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)使大腿桿相對腰部穿戴單元擺動；控制單元用于依據(jù)監(jiān)測傳感器所輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)，控制關(guān)節(jié)電機(jī)對大腿桿施加擺動阻力，且擺動阻力與大腿桿的擺幅及擺動角速度變化率呈正相關(guān)。該能在有限的散步步數(shù)內(nèi)，提高運(yùn)動能量的消耗，以在確保運(yùn)動安全的前提下，提高運(yùn)動健身效果，可廣泛應(yīng)用于鍛煉輔助領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及穿戴式機(jī)器人的具體應(yīng)用領(lǐng)域，具體地說，涉及一種基于外骨骼的穿戴式走步健身系統(tǒng)及其控制方法與可讀計(jì)算機(jī)存儲介質(zhì)。

背景技術(shù)

行走散步作為一種較為有效且健康的鍛煉方式，越來越受到推崇，為此，人們通過開發(fā)出適于在室內(nèi)進(jìn)行走步健身的設(shè)備，以更好的滿足鍛煉人員的需求，例如在公開號為CN108066939A的專利文獻(xiàn)公開了一種全能原地散步機(jī)。

此外，還通過對散步機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以更好地保護(hù)鍛煉人員，例如在公開號為CN108057211A的專利文獻(xiàn)中公開了一種原地散步機(jī)支架，其通過設(shè)置支架而能有效的滿足大病初愈的人和老年人的室內(nèi)走步健身需求。也有產(chǎn)品通過對散步板的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，以達(dá)到更好的減震，而保護(hù)膝蓋、腳踝，而減少落地緩沖壓力。

如前述等的現(xiàn)有技術(shù)，雖然能有效地滿足走步健身人員的室內(nèi)散步需求，且容易讓鍛煉人員輕松地走出大量的散步數(shù)量，通常都會輕松過萬；但是走步太多容易對關(guān)節(jié)造成損傷，通常建議行走六千步至一萬步為佳，但是走步的步數(shù)太少，又難以達(dá)到一些減肥者的需求，且對腿部肌肉的鍛煉效果受到打折；此外，還存在散步姿勢不正確等問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的主要目的是提供一種基于外骨骼的穿戴式走步健身系統(tǒng)的控制方法，能在有限的散步步數(shù)內(nèi)，提高運(yùn)動能量的消耗，以在確保運(yùn)動安全的前提下，提高運(yùn)動健身效果；

本發(fā)明的另一目的是提供一種存有用于實(shí)現(xiàn)上述控制方法的計(jì)算機(jī)程序的計(jì)算機(jī)可讀存儲介質(zhì)；

本發(fā)明的再一目的是提供一種基于外骨骼的穿戴式走步健身系統(tǒng)，以使穿戴者能在有限的散步步數(shù)內(nèi)，提高運(yùn)動能量的消耗，以在確保運(yùn)動安全的前提下，提高運(yùn)動健身效果。

為了實(shí)現(xiàn)上述主要目的，本發(fā)明提供控制方法適用于穿戴在走步健身人員的身上的走步健身系統(tǒng)，且該走步健身系統(tǒng)基于穿戴式外骨骼，該外骨骼包括腰部穿戴單元、大腿桿單元及用于連接前述二者的髖關(guān)節(jié)單元；大腿桿單元包括大腿桿與大腿綁帶；髖關(guān)節(jié)單元包括關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)，關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)用于驅(qū)使大腿桿相對腰部穿戴單元擺動；該控制方法具體包括以下步驟：

監(jiān)測數(shù)據(jù)接收步驟，在走步健身人員的走步健身過程中，接收關(guān)節(jié)監(jiān)測傳感器所輸出的監(jiān)測數(shù)據(jù)，監(jiān)測數(shù)據(jù)包括大腿桿在走步健身過程中的髖關(guān)節(jié)角度θ(t)與髖關(guān)節(jié)角速度ω(t)；

數(shù)據(jù)預(yù)處理步驟，按下式將基于時(shí)間序列的髖關(guān)節(jié)角度θ(t)與髖關(guān)節(jié)角速度ω(t)變換成基于時(shí)間序列的相角占比基于該相角占比在[0,2π)范圍的周期變化特性，對不同步幅不同步速的髖關(guān)節(jié)角度與髖關(guān)節(jié)角速度數(shù)據(jù)進(jìn)行分割處理，以獲取大腿桿在步態(tài)各個(gè)周期內(nèi)的擺動相區(qū)間和支撐相區(qū)間；

走步阻力施加步驟，在擺動相區(qū)間內(nèi)，依據(jù)走步阻力與大腿桿的擺幅及擺動角速度變化率呈正相關(guān)的設(shè)定，按照對應(yīng)時(shí)間序列構(gòu)建走步阻力與相角占比的關(guān)系曲線；并按照關(guān)系曲線，控制關(guān)節(jié)驅(qū)動電機(jī)對處于擺動相區(qū)間內(nèi)的大腿桿的擺動過程施加反向的走步阻力。

在上述技術(shù)方案中，通過設(shè)置而區(qū)分出擺動相與支撐相之后，再對其阻力進(jìn)行設(shè)置，從而能夠在有限的散步步數(shù)內(nèi)，提高運(yùn)動能量的消耗，以在確保運(yùn)動安全的前提下，而提高運(yùn)動健身效果。