基于腳部壓力傳感器的康復裝置的行走觸發控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種康復裝置的行走觸發控制方法，特別是設及一種基于腳部壓力傳 感器的可穿戴仿生外骨骼機械腿康復裝置的行走觸發控制方法，屬于康復工程技術領域。
【背景技術】
[0002] 近年來，由于經濟技術的快速發展，交通運輸工具越來越多，據相關調查數據顯 示，中國的交通事故率是發達國家的8倍，因交通事故而造成神經中樞損傷或者肢體損傷 的人數一直呈上升趨勢。同時，隨著人民生活水平的提高，目前患屯、腦血管疾病或神經系統 疾病的人越來越多，而且在年齡上也呈現年輕化趨勢，運類患者多數伴有偏擁癥狀。對完全 擁痕的患者而言，純粹的藥物治療和手術治療無法使患者徹底康復，因此，需要借助康復工 程的手段去改善或代替擁痕病人失去的功能。可穿戴仿生外骨骼機械腿康復裝置，穿戴在 使用者下肢及腰背部，為操作者提供諸如助力、保護、身體支撐等功能，同時又融合了傳感、 控制、信息獲取、移動計算等機器人技術，使得該康復裝置能在用戶的控制下完成一定的功 能和任務，是典型人機一體化系統。運種行走助力裝置可W減少截擁病人長期邸床或者坐 輪椅引起的壓瘡和肌肉萎縮等疾病，幫助他們站立和行走，提高其生活質量，并減輕患者家 庭和社會的經濟負擔，研究開發更符合用戶體驗的更安全可靠的可穿戴式康復機器人外骨 骼助力裝置具有十分重要的實際意義。

【發明內容】

[0003] 本發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械腿康復裝置的 行走觸發控制方法，使其從平行站立姿態向持續行走姿態轉換。
[0004] 本發明目的通過如下技術方案實現：
[0005] 基于腳部壓力傳感器的康復裝置的行走觸發控制方法，包括如下步驟：
[0006] 1)平行站立姿態的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數據，判斷是否同時 滿足W下4個條件：C1 :/巧=-日叫紫Z'邱=譚哨VC2;Zs=I現護1湖S，Z? = 17￡T1卽s;C3:|Fpi-FprI/ Fp<10% ;C4 :Fc〉0, |F" -Fj/Fc巧％ ;若控制模塊檢測到傳感器數據同時滿足條件Cl、C2、 C3、C4,則用戶處于平行站立姿態；若不滿足上述4個條件中的任一條件，則不是平行站立 姿態；
[0007] 2)行走觸發條件的判斷：控制模塊分析處理傳感器采集到的數據，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，Fci<F";若同時滿足條件巧^6、〔8，則滿足先邁右腿的觸發條件；若同時 滿足條件巧、C7、C9,則滿足先邁左腿的觸發條件；若未同時滿足條件巧、C6、C8或未同時 滿足條件巧、C7、C9,控制模塊持續檢測傳感器數據，判斷用戶姿態；
[0008] 3)行走觸發控制：若控制模塊檢測到用戶滿足邁右腿的觸發條件，控制模塊向右 髓電機和右膝電機發出指令，執行邁右腿動作：髓部電機開始W加速度a。從靜止勻加速至 速度V。，然后W速度V。轉動，帶動用戶軀干與大腿產生相對角度運動，使軀干支架與大腿支 架之間角度減小；同時膝部電機開始W加速度ai從靜止勻加速至速度V1，然后W速度Vi轉動，帶動大腿與小腿產生相對角度運動，使大腿支架與小腿支架之間的角度Z??減小， 直至控制模塊檢測到:.= 1459~14〇9,控制膝部電機W加速度-曰1勻減速至靜止；髓部電機 持續轉動，直至控制模塊檢測到^揣=控制膝部電機反向轉動，W加速度曰1勻加 速至速度至Vi,然后W速度Vi轉動，帶動大腿與小腿產生相對角度運動，使大腿支架與小 腿支架之間的角度增大；控制模塊持續檢測Z$||，直至檢測到。=16〇9~1559,控制 髓部電機W加速度-a。勻減速至靜止；膝部電機持續W速度V1轉動，直至控制模塊檢測到 Z觸a7〇9'"l759,控制膝部電機W加速度-a巧減速至靜止，邁步動作結束，用戶進入右腳前 左腳后姿態；
[0009] 若控制模塊檢測到用戶滿足邁左腿的觸發條件，控制模塊向左髓電機和左膝電機 發出指令，執行邁左腿動作，直至動作結束，進入左腳前右腳后狀態；執行邁左腿動作與邁 右腿動作相同為左右腿互換，控制方式相同；
[0010] 4)控制模塊繼續檢測判斷軀干傾角、腳底壓力和拐杖壓力傳感器的數據，進入步 態維持狀態；
[0011] 所述為軀干前后傾角；所述為軀干左右傾角；Fpi為左腳單獨壓力；Fh為 右腳單獨壓力；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 為左膝關節角度；為右膝關節角度；為左髓關節角度；^$11為右髓關節角度。
[0012] 為進一步實現本發明目的，優選地，所述為W軀干垂直地面為基準，軀干前后 傾斜的角度，前傾為正，后傾為負。所述Zt$為W軀干垂直地面為基準，軀干左右傾斜的角 度；左傾為正，右傾為負。
[0013] 優選地，若初始狀態不滿足平行站立姿態的條件，控制中屯、向語音模塊發出消息， 提醒用戶調整姿態，直至檢測到用戶為平行站立姿態；用戶根據語音提示中的具體操作指 引調整身體姿態；若條件Cl未滿足，語音模塊提示用戶"請保持軀干直立，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"請保持雙腿直立，調整左髓左膝或右 髓右膝關節角度";若條件C3未滿足，語音模塊示用戶"請使雙腳均勻受力";若條件C4未 滿足，語音模塊提示用戶"請使用拐杖，并使兩拐杖均勻受力"。
[0014] a。為髓部電機開始轉動的加速度，-a。為髓部電機結束轉動的加速度，Bi為膝部 電機開始轉動的加速度，-?為膝部電機結束轉動的加速度，V。為髓部電機的轉動速度， Vi為膝部電機的轉動速度，a。、ai、V。、Vi的數值均由測量下肢健全者行走過程中的關節轉 速所得，且與可穿戴仿生外骨骼機械腿康復裝置所使用的電機參數有關。優選地，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] 優選地，所述控制模塊分別與左腿髓部電機角度傳感器、右腿髓部電機角度傳感 器、左腿膝部電機角度傳感器、右腿膝部電機角度傳感器、左腳腳底壓力傳感器、右腳腳底 壓力傳感器、左腿髓部電機、軀干傾角傳感器、右腿髓部電機、左腿膝部電機和右腿膝部電 機連接。
[0016] 優選地，所述康復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；腳部支撐板設置在用戶腳底；軀干支架與大腿支架通過髓部 電機連接；髓部電機的定子與軀干支架固定，髓部電機的轉子與大腿支架固定；大腿支架 與小腿支架分別膝部電機的定子和轉子連接；膝部電機連接著大腿支架與小腿支架并控制 兩者相對角度運動；小腿支架與腳部支撐板活動連接。
[0017] 相對于現有技術，本發明具有如下優點：
[0018] 1)本發明采