一种动力外骨骼及其控制方法技术

本发明专利技术公开了一种动力外骨骼及其控制方法，所述动力外骨骼包括第一连接部件、第二连接部件、第一关节部件、第二关节部件、第一固定结构、第二固定结构、第三固定结构、第一传感器以及第一控制器。本发明专利技术获取使用者的手臂的运动状态参数，根据所述运动状态参数控制第一连接部件和第二连接部件动作，从而实现运动控制，使得使用者能够自然方便的对自身的步速和步伐进行调控。本发明专利技术提供的技术方案结构简单，对使用者的操作能力要求较低，操作灵活性较高。另外，本发明专利技术提供的技术方案可以适用于下肢完全失去行动功能的使用者，只要求使用者的手臂功能正常，因此具有较宽的适用范围。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及人工智能
，尤其涉及。
技术介绍
动力外骨骼是一种能够增强人体体能的可穿戴机器，可以通过液压系统或者气压系统进行驱动。动力外骨骼用于扩充或者增强人体的生理机能，主要提高人体四肢运动的能力，特别是力量和耐力。它能够帮助人们跑得更快、跳得更高、能够携带更多更重的东西，并且帮助穿戴它的人们在战场、建筑工地或者其它危险地方生存下来。动力外骨骼具有两大方面的应用，一个是军用，士兵穿戴外骨骼能够负载更沉重的武器装备，也使其能够长时间的负载行走，从而提高士兵的作战能力。另一个是民用，特别用于残疾人或者老年人，帮助其拥有正常甚至超常的生理机能，特别是行走的能力。然而，现有的动力外骨骼结构复杂，对使用者的操作能力要求较高，导致现有的动力外骨骼的操作笨拙，适应范围较窄。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供，用于解决现有技术中动力外骨骼结构复杂，对使用者的操作能力要求较高，导致现有的动力外骨骼的操作笨拙，适应范围较窄的问题。为此，本专利技术提供一种动力外骨骼，包括第一连接部件、第二连接部件、第一关节部件、第二关节部件、第一固定结构、第二固定结构、第三固定结构、第一传感器以及第一控制器，所述第一连接部件与所述第二连接部件通过所述第二关节部件连接，所述第一固定结构与所述第一连接部件通过第一关节部件连接，所述第二固定结构与所述第一连接部件连接，所述第三固定结构与所述第二连接部件连接；所述第一固定结构用于固定在使用者的腰部，以将所述第一关节部件固定于使用者的腰部；所述第二固定结构用于固定在使用者的大腿，以将所述第一连接部件固定于使用者的大腿；所述第三固定结构用于固定在使用者的小腿，以将所述第二连接部件固定于使用者的小腿；所述第一传感器用于获取使用者的手臂的运动状态参数；所述第一控制器用于根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以带动大腿和小腿动作。可选的，所述运动状态参数包括手臂的摆动幅度以及大臂与小臂之间的肘关节角度。可选的，所述运动状态参数还包括手臂的摆动频率。可选的，所述第一连接部件包括大腿连接杆，所述第二连接部件包括小腿连接杆。可选的，所述第一关节部件包括第一驱动器和髋关节，所述第二关节部件包括第二驱动器和膝关节。可选的，还包括脚支撑部件、第三关节部件和第四固定结构，所述脚支撑部件与所述第二连接部件通过所述第三关节部件连接，所述第四固定结构与所述脚支撑部件连接；所述第四固定结构用于固定在使用者的脚部，以将所述脚支撑部件固定于使用者的脚部；所述第一控制器用于根据所述运动状态参数控制所述脚支撑部件动作，以带动脚部动作。可选的，所述第三关节部件包括第三驱动器和踝关节。可选的，所述第一传感器包括加速度测量器、数据处理器和角度测量器；所述加速度测量器用于测量大臂与人体中心轴之间的角加速度；所述数据处理器用于根据所述角加速度计算手臂的摆动幅度和摆动频率；所述角度测量器用于测量大臂与小臂之间的肘关节角度。可选的，所述第一传感器设置在使用者的肘关节。本专利技术还提供一种动力外骨骼的控制方法，所述动力外骨骼包括第一连接部件、第二连接部件、第一关节部件、第二关节部件、第一固定结构、第二固定结构、第三固定结构以及第一传感器，所述第一连接部件与所述第二连接部件通过所述第二关节部件连接，所述第一固定结构与所述第一连接部件通过第一关节部件连接，所述第二固定结构与所述第一连接部件连接，所述第三固定结构与所述第二连接部件连接；所述第一固定结构用于固定在使用者的腰部，以将所述第一关节部件固定于使用者的腰部；所述第二固定结构用于固定在使用者的大腿，以将所述第一连接部件固定于使用者的大腿；所述第三固定结构用于固定在使用者的小腿，以将所述第二连接部件固定于使用者的小腿；所述控制方法包括:所述第一传感器获取使用者的手臂的运动状态参数；所述第一控制器根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以带动大腿和小腿动作。可选的，使用者的手臂处于周期运动状态，所述第一控制器根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作的步骤包括:所述第一控制器根据使用者的手臂在至少一个运动周期之后的运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以使大腿和小腿的动作相对于手臂的动作延迟至少一个运动周期。可选的，所述第一传感器获取使用者的手臂的运动状态参数的步骤之前包括:使用者的手臂在预定时间之内保持自然下垂，以初始化动力外骨骼。可选的，所述第一传感器获取使用者的手臂的运动状态参数的步骤包括:所述第一传感器获取手臂的摆动幅度以及大臂与小臂之间的肘关节角度；所述第一控制器根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作的步骤包括:判断所述摆动幅度是否大于第一预定阈值；若所述摆动幅度大于第一预定阈值，判断所述肘关节角度是否大于第二预定阈值；若所述肘关节角度小于第二预定阈值，所述第一控制器控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以使使用者处于行走模式；若所述肘关节角度大于第二预定阈值，所述第一控制器控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以使使用者处于跑步模式。可选的，所述第一传感器获取使用者的手臂的运动状态参数的步骤包括:所述第一传感器获取左手手臂的第一摆动幅度、右手手臂的第二摆动幅度以及大臂与小臂之间的肘关节角度；所述第一控制器根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作的步骤包括:判断所述第一摆动幅度是否大于第一预定阈值、所述第二摆动幅度是否大于第一预定阈值以及双臂协调度是否小于第三预定阈值，所述双臂协调度为所述第一摆动幅度与所述第二摆动幅度之差的绝对值；若所述第一摆动幅度大于第一预定阈值、所述第二摆动幅度大于第一预定阈值以及双臂协调度小于第三预定阈值，判断所述肘关节角度是否大于第二预定阈值；若所述肘关节角度小于第二预定阈值，所述第一控制器控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以使使用者处于行走模式；若所述肘关节角度大于第二预定阈值，所述第一控制器控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以使使用者处于跑步模式。可选的，所述第一传感器获取使用者的手臂的运动状态参数的步骤包括:所述第一传感器获取左手手臂的第i_l个运动周期的第一摆动幅度a L{1 D和右手手臂的第i_l个运动周期的第二摆动幅度a R{1 1)；所述第一控制器根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作的步骤包括:所述第一控制器根据所述第一摆动幅度a L{1 υ和所述第二摆动幅度a R(l 控制第i个运动周期的下肢的步长为:STEPai=Ka ^TEP a M，其中比例系数 K a 1= (a L(i 1)+a R(i 1}) / (2 a M)，a M为预定的上肢最大摆动幅度，STEP a M为预定的下肢最大步长，当获得的比例系数K a工大于I时，设置所述比例系数Ka i等于1，以使所述比例系数Ka ,不大于I。可选的，所述第一传感器获取使用者的手臂的运动状态参数的步骤包括:所述第一传感器获取左手手臂的第i_l个运动周期的第一摆动频率Tm 1}和右手手臂的第i_l个运动周期的第二摆动频率yR(11)；所述第一控制器根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动力外骨骼，其特征在于，包括第一连接部件、第二连接部件、第一关节部件、第二关节部件、第一固定结构、第二固定结构、第三固定结构、第一传感器以及第一控制器，所述第一连接部件与所述第二连接部件通过所述第二关节部件连接，所述第一固定结构与所述第一连接部件通过第一关节部件连接，所述第二固定结构与所述第一连接部件连接，所述第三固定结构与所述第二连接部件连接；所述第一固定结构用于固定在使用者的腰部，以将所述第一关节部件固定于使用者的腰部；所述第二固定结构用于固定在使用者的大腿，以将所述第一连接部件固定于使用者的大腿；所述第三固定结构用于固定在使用者的小腿，以将所述第二连接部件固定于使用者的小腿；所述第一传感器用于获取使用者的手臂的运动状态参数；所述第一控制器用于根据所述运动状态参数控制所述第一连接部件和所述第二连接部件动作，以带动大腿和小腿动作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张莹，桂仲成，张忆非，赵凯，谷玉，丁洪利，
申请(专利权)人：京东方科技集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11