基于腳部壓力傳感器的康復(fù)裝置的行走觸發(fā)控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種康復(fù)裝置的行走觸發(fā)控制方法，特別是設(shè)及一種基于腳部壓力傳 感器的可穿戴仿生外骨骼機(jī)械腿康復(fù)裝置的行走觸發(fā)控制方法，屬于康復(fù)工程技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，由于經(jīng)濟(jì)技術(shù)的快速發(fā)展，交通運(yùn)輸工具越來越多，據(jù)相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯 示，中國的交通事故率是發(fā)達(dá)國家的8倍，因交通事故而造成神經(jīng)中樞損傷或者肢體損傷 的人數(shù)一直呈上升趨勢(shì)。同時(shí)，隨著人民生活水平的提高，目前患屯、腦血管疾病或神經(jīng)系統(tǒng) 疾病的人越來越多，而且在年齡上也呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì)，運(yùn)類患者多數(shù)伴有偏擁癥狀。對(duì)完全 擁痕的患者而言，純粹的藥物治療和手術(shù)治療無法使患者徹底康復(fù)，因此，需要借助康復(fù)工 程的手段去改善或代替擁痕病人失去的功能?？纱┐鞣律夤趋罊C(jī)械腿康復(fù)裝置，穿戴在 使用者下肢及腰背部，為操作者提供諸如助力、保護(hù)、身體支撐等功能，同時(shí)又融合了傳感、 控制、信息獲取、移動(dòng)計(jì)算等機(jī)器人技術(shù)，使得該康復(fù)裝置能在用戶的控制下完成一定的功 能和任務(wù)，是典型人機(jī)一體化系統(tǒng)。運(yùn)種行走助力裝置可W減少截?fù)聿∪碎L期邸床或者坐 輪椅引起的壓瘡和肌肉萎縮等疾病，幫助他們站立和行走，提高其生活質(zhì)量，并減輕患者家 庭和社會(huì)的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，研究開發(fā)更符合用戶體驗(yàn)的更安全可靠的可穿戴式康復(fù)機(jī)器人外骨 骼助力裝置具有十分重要的實(shí)際意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供了一種基于腳部壓力傳感器的可穿戴仿生外骨骼機(jī)械腿康復(fù)裝置的 行走觸發(fā)控制方法，使其從平行站立姿態(tài)向持續(xù)行走姿態(tài)轉(zhuǎn)換。
[0004] 本發(fā)明目的通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0005] 基于腳部壓力傳感器的康復(fù)裝置的行走觸發(fā)控制方法，包括如下步驟：
[0006] 1)平行站立姿態(tài)的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否同時(shí) 滿足W下4個(gè)條件：C1 :/巧=-日叫紫Z'邱=譚哨VC2;Zs=I現(xiàn)護(hù)1湖S，Z? = 17￡T1卽s;C3:|Fpi-FprI/ Fp<10% ;C4 :Fc〉0, |F" -Fj/Fc巧％ ;若控制模塊檢測(cè)到傳感器數(shù)據(jù)同時(shí)滿足條件Cl、C2、 C3、C4,則用戶處于平行站立姿態(tài)；若不滿足上述4個(gè)條件中的任一條件，則不是平行站立 姿態(tài)；
[0007] 2)行走觸發(fā)條件的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數(shù)據(jù)，判斷是否滿 足W下條件：C5 : . .=+59~+15S，/ =-1〇9~+1日9;C6 :Fpi〉〉Fpr或C7 :Fpi<O^Pr;C8 :Fc〉〇， Fci〉F"或C9 :Fc〉〇，F(xiàn)ci<F";若同時(shí)滿足條件巧^6、〔8，則滿足先邁右腿的觸發(fā)條件；若同時(shí) 滿足條件巧、C7、C9,則滿足先邁左腿的觸發(fā)條件；若未同時(shí)滿足條件巧、C6、C8或未同時(shí) 滿足條件巧、C7、C9,控制模塊持續(xù)檢測(cè)傳感器數(shù)據(jù)，判斷用戶姿態(tài)；
[0008] 3)行走觸發(fā)控制：若控制模塊檢測(cè)到用戶滿足邁右腿的觸發(fā)條件，控制模塊向右 髓電機(jī)和右膝電機(jī)發(fā)出指令，執(zhí)行邁右腿動(dòng)作：髓部電機(jī)開始W加速度a。從靜止勻加速至 速度V。，然后W速度V。轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)用戶軀干與大腿產(chǎn)生相對(duì)角度運(yùn)動(dòng)，使軀干支架與大腿支 架之間角度減?。煌瑫r(shí)膝部電機(jī)開始W加速度ai從靜止勻加速至速度V1，然后W速度Vi轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)大腿與小腿產(chǎn)生相對(duì)角度運(yùn)動(dòng)，使大腿支架與小腿支架之間的角度Z??減小， 直至控制模塊檢測(cè)到:.= 1459~14〇9,控制膝部電機(jī)W加速度-曰1勻減速至靜止；髓部電機(jī) 持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，直至控制模塊檢測(cè)到^揣=控制膝部電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)，W加速度曰1勻加 速至速度至Vi,然后W速度Vi轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)大腿與小腿產(chǎn)生相對(duì)角度運(yùn)動(dòng)，使大腿支架與小 腿支架之間的角度增大；控制模塊持續(xù)檢測(cè)Z$||，直至檢測(cè)到。=16〇9~1559,控制 髓部電機(jī)W加速度-a。勻減速至靜止；膝部電機(jī)持續(xù)W速度V1轉(zhuǎn)動(dòng)，直至控制模塊檢測(cè)到 Z觸a7〇9'"l759,控制膝部電機(jī)W加速度-a巧減速至靜止，邁步動(dòng)作結(jié)束，用戶進(jìn)入右腳前 左腳后姿態(tài)；
[0009] 若控制模塊檢測(cè)到用戶滿足邁左腿的觸發(fā)條件，控制模塊向左髓電機(jī)和左膝電機(jī) 發(fā)出指令，執(zhí)行邁左腿動(dòng)作，直至動(dòng)作結(jié)束，進(jìn)入左腳前右腳后狀態(tài)；執(zhí)行邁左腿動(dòng)作與邁 右腿動(dòng)作相同為左右腿互換，控制方式相同；
[0010] 4)控制模塊繼續(xù)檢測(cè)判斷軀干傾角、腳底壓力和拐杖壓力傳感器的數(shù)據(jù)，進(jìn)入步 態(tài)維持狀態(tài)；
[0011] 所述為軀干前后傾角；所述為軀干左右傾角；Fpi為左腳單獨(dú)壓力；Fh為 右腳單獨(dú)壓力；Fu為左拐杖壓力；F為右拐杖壓力；Fe為去除拐杖自身重力后的兩拐杖壓 力和；為大腿支架與小腿支架之間的夾角；Z?為大腿支架與軀干支架之間的夾角；Zt 為左膝關(guān)節(jié)角度；為右膝關(guān)節(jié)角度；為左髓關(guān)節(jié)角度；^$11為右髓關(guān)節(jié)角度。
[0012] 為進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的，優(yōu)選地，所述為W軀干垂直地面為基準(zhǔn)，軀干前后 傾斜的角度，前傾為正，后傾為負(fù)。所述Zt$為W軀干垂直地面為基準(zhǔn)，軀干左右傾斜的角 度；左傾為正，右傾為負(fù)。
[0013] 優(yōu)選地，若初始狀態(tài)不滿足平行站立姿態(tài)的條件，控制中屯、向語音模塊發(fā)出消息， 提醒用戶調(diào)整姿態(tài)，直至檢測(cè)到用戶為平行站立姿態(tài)；用戶根據(jù)語音提示中的具體操作指 引調(diào)整身體姿態(tài)；若條件Cl未滿足，語音模塊提示用戶"請(qǐng)保持軀干直立，不要向左右傾斜 或向前后傾斜";若條件C2未滿足，語音模塊提示用戶"請(qǐng)保持雙腿直立，調(diào)整左髓左膝或右 髓右膝關(guān)節(jié)角度";若條件C3未滿足，語音模塊示用戶"請(qǐng)使雙腳均勻受力";若條件C4未 滿足，語音模塊提示用戶"請(qǐng)使用拐杖，并使兩拐杖均勻受力"。
[0014] a。為髓部電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度，-a。為髓部電機(jī)結(jié)束轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度，Bi為膝部 電機(jī)開始轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度，-?為膝部電機(jī)結(jié)束轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度，V。為髓部電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度， Vi為膝部電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，a。、ai、V。、Vi的數(shù)值均由測(cè)量下肢健全者行走過程中的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn) 速所得，且與可穿戴仿生外骨骼機(jī)械腿康復(fù)裝置所使用的電機(jī)參數(shù)有關(guān)。優(yōu)選地，所述a。 的取值為:;〇9/s2…4〇9/s2,曰1的取值為1魄皆妒12觀恕，V。的取值為額9/s叫蹤備:，Vi的取值為 7〇9/s~8〇9/s,
[0015] 優(yōu)選地，所述控制模塊分別與左腿髓部電機(jī)角度傳感器、右腿髓部電機(jī)角度傳感 器、左腿膝部電機(jī)角度傳感器、右腿膝部電機(jī)角度傳感器、左腳腳底壓力傳感器、右腳腳底 壓力傳感器、左腿髓部電機(jī)、軀干傾角傳感器、右腿髓部電機(jī)、左腿膝部電機(jī)和右腿膝部電 機(jī)連接。
[0016] 優(yōu)選地，所述康復(fù)裝置的軀干支架綁定在用戶上身；大腿支架綁定在用戶大腿上， 小腿支架綁定在用戶小腿上；腳部支撐板設(shè)置在用戶腳底；軀干支架與大腿支架通過髓部 電機(jī)連接；髓部電機(jī)的定子與軀干支架固定，髓部電機(jī)的轉(zhuǎn)子與大腿支架固定；大腿支架 與小腿支架分別膝部電機(jī)的定子和轉(zhuǎn)子連接；膝部電機(jī)連接著大腿支架與小腿支架并控制 兩者相對(duì)角度運(yùn)動(dòng)；小腿支架與腳部支撐板活動(dòng)連接。
[0017] 相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0018] 1)本發(fā)明采