一种人体运动意图识别控制装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种人体运动意图识别控制装置，它包括：运动信息采集模块：绑缚在人体的手臂上，实现实时采集人体的运动信息并发送；下肢助行外骨骼机器人：穿戴在截瘫、偏瘫或者截肢病人的下半身上，与所述运动信息采集模块通信连接，接收所述运动信息采集模块发送的数据信息进行分析处理然后控制执行相应的动作。本发明专利技术的优点在于：通过算法提高了系统的准确度，在能准确捕获控制信号的同时有效减小了外骨骼机器人误触发的概率。能够适配所有的外骨骼机器人穿戴者，极大的降低了病人穿戴外骨骼机器人的训练周期。

A Control Device and Control Method for Human Motion Intention Recognition

The invention relates to a human motion intention recognition control device, which includes: a motion information acquisition module: tied to the arm of the human body to realize real-time acquisition and transmission of human motion information; a lower limb Walking-Assisted exoskeleton robot: worn on the lower half of a paraplegic, hemiplegic or amputated patient, and communicated with the motion information acquisition module to receive the motion information acquisition. The data information sent by the set module is analyzed and processed, and then the corresponding actions are controlled and executed. The advantages of the present invention are that the accuracy of the system is improved by the algorithm, and the probability of false triggering of the exoskeleton robot is effectively reduced while accurately capturing the control signal. It can be adapted to all the exoskeleton robot wearers and greatly reduces the training cycle of patients wearing exoskeleton robots.

【技术实现步骤摘要】
一种人体运动意图识别控制装置及控制方法
本专利技术涉及外骨骼机器人控制领域，尤其涉及一种人体运动意图识别控制装置及控制方法。
技术介绍
外骨骼机器人是一种可以让人戴的人机一体化机械装置，融合了人工智能，机器人学，仿生学，人机工程学等多领域技术于一体。其主要功能是扩充或增强一个人的生理机能，为人体提供助力、保护、支持等作用，目前主要应用于医疗康复和军事等领域。例如，截瘫患者可以借助截瘫助行外骨骼机器人重新站立，并且可以通过截瘫助行外骨骼机器人带动人体行走，而进行康复训练，减缓人体下肢肌肉的萎缩。目前的下肢外骨骼助行机器人控制指令基本都是通过按键给予的，无论是起立、行走、停止还是其他外骨骼机器人动作都是通过类似于按键的装置进行触发。类似于国外著名的rewalk外骨骼助行机器人，它的控制方式就是用的左右拐杖上的按钮，通过两个按钮控制外骨骼起立，行走，坐下。目前国内研究的外骨骼机器人大部分也是类似于这种控制方式。这种按键控制方式虽然安全，但是由于每进行一个动作都需要用按键触发，外骨骼机器人的步速很难达到常人的步速。除此之外，由于截瘫助行外骨骼机器人的运动受按键控制，这将会导致一个不可避免的问题，当外骨骼机器人功能增加时，按键数目将不可避免的增加，这将使控制方式变得复杂。而且由于下肢外骨骼助行机器人是用于截瘫患者康复训练以及满足日常生活要求的，所以上肢承担的任务十分严峻，除了要保证截瘫助行外骨骼机器人的平衡，还要用手去触发按键以控制外骨骼机器人运动。为了防止误触，基本是一只手控制一个按钮，根据这种按键设定，最多是能触发三个动作，起，坐，走。所以当截瘫助行外骨骼机器人添加新功能时，这种按键式的人机交互方式并不适应穿戴者，于是就需要使用一种新的控制方式进行控制。公开号为CN104188675A专利介绍了一种截瘫助行外骨骼机器人系统及控制方法，从人机交互控制方面来看，此专利并没有改善人机交互的方式，仅仅实现了可控，并不能有限解决多功能截瘫助行外骨骼机器人的控制方式的问题。公开号为CN107832686A专利介绍了一种融合表面肌电和加速度信号的下肢运动模式识别方法，根据获取的人体下肢表面肌电信号、加速度信号，通过算法进行数据分离，从而实现人体意图识别，但是对于完全性截瘫病人来说，下肢肌肉基本是没有任何肌力的，也就无从获取数据，此专利所应用的是表面肌电信号，受出汗和运动的影响较大，在人运动过程中数据十分不稳定，因此该算法的实用性不强。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种人体运动意图识别控制装置及控制方法，解决了现有技术中存在的缺陷，提供一种能够适配所有的截瘫助行外骨骼机器人的人体运动意图识别系统，使穿戴者和截瘫助行外骨骼机器人之间的交互显得更加自然。本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：一种人体运动意图识别控制装置，它包括：运动信息采集模块：绑缚在人体的手臂上，实现实时采集人体的运动信息并发送；下肢助行外骨骼机器人：穿戴在截瘫、偏瘫或者截肢病人的下半身上，与所述运动信息采集模块通信连接，接收所述运动信息采集模块发送的数据信息进行分析处理然后控制执行相应的动作。所述的运行信息采集模块包括弹性带、姿态仪芯片、无线传输芯片、供电模块、开关和盒子；所述的姿态仪芯片、无线传输芯片、供电模块和开关都集成到盒子内，所述的开关通过外接安装在所述弹性带上；所述的盒子通过弹性单绑缚在人体手臂上，并通过魔术贴进行固定。一种人体运动意图识别控制方法，包括以下步骤：S1、运动信息采集模块实时采集人体的运动信息并发送到下肢助行外骨骼机器人中；S2、下肢助行外骨骼机器中的主控芯片根据接收到的运行信息进行分析处理后触发控制下肢助行外骨骼机器人执行相应动作。所述的步骤S2的具体内容如下：S21、根据采集到的运动信息和穿戴者意图触发的动作进行聚类算法运算；S22、计算采集的运动信息和中心矩阵之间的高斯距离，根据计算结果和穿戴者当前的状态等待判断下一个触发动作。在过控制方法实现人体运行意图识别控制触发下肢助行外骨骼机器人执行相应动作之前还需要建立好所有触发动作的中心矩阵，具体包括以下步骤：判断设定录入触发动作是否结束；如果录入结束，则完成所有触发动作中心矩阵的建立；如果录入没有结束，则下肢助行外骨骼机器人主控芯片计算当前作用的中心矩阵，并将未完成建立的中心矩阵添加到中心矩阵列表中，然后重新获取和录入运动信息，直到完成中心矩阵的建立。在触发动作之前需要判断输入的运动信息与对应中心矩阵的触发动作相似度是否满足触发要求；包括以下步骤：如果满足触发要求，则触发对应中心矩阵中对应的动作；如果不满足触发要求，则需要继续获取运动信息数据。所述的设定录入触发动作的具体步骤如下：设置下肢助行外骨骼机器人进入调试模式；逐个输入每个触发动作，并保持每个触发动作一定时间；输入成功后与此动作相应的中心矩阵完成建立，继续输入下一个动作；在所有动作输入成功后，即完成所有触发动作中心矩阵的建立。本专利技术具有以下优点：1、在现有的下肢外骨骼助行机器人中，都是通过拐杖上的按键进行控制的，类似于这种个性化定制的触发方式从未使用过。2、相对于按键控制，这种通过识别人体意图建立模型的控制方式更加自然。按键控制会使外骨骼机器人控制周期变长，并且导致外骨骼机器人行走速度无法提升，使用人体意图控制可以有效解决这一问题，从更本上改变人机交互方式，从穿戴者去主动配合外骨骼机器人变为外骨骼机器人主动适用不同穿戴者。3、通过算法提高了系统的准确度，在能准确捕获控制信号的同时有效减小了外骨骼机器人误触发的概率。4、能够适配所有的外骨骼机器人穿戴者，极大的降低了病人穿戴外骨骼机器人的训练周期。附图说明图1为本专利技术装置穿戴时的结构示意图；图2为人体运动信息采集模块的内部模块图；图3为中心矩阵建立流程图；图4为触发判断流程图；图中：1-弹性带，2-姿态仪芯片，3-无线传输芯片，4-供电模块，5-开关，6-盒子，7-下肢助行外骨骼机器人。具体实施方式下面结合附图对本专利技术做进一步的描述，但本专利技术的保护范围不局限于以下所述。如图1和图2所示，一种人体运动意图识别控制装置，它包括：运动信息采集模块：绑缚在人体的手臂上，实现实时采集人体的运动信息并发送；下肢助行外骨骼机器人：穿戴在截瘫、偏瘫或者截肢病人的下半身上，与所述运动信息采集模块通信连接，接收所述运动信息采集模块发送的数据信息进行分析处理然后控制执行相应的动作。所述的运行信息采集模块包括弹性带1、姿态仪芯片2、无线传输芯片3、供电模块4、开关5和盒子6；所述的姿态仪芯片2、无线传输芯片3、供电模块4和开关5都集成到盒子6内，所述的开关5通过外接安装在所述弹性带1上；所述的盒子6通过弹性单1绑缚在人体手臂上，并通过魔术贴进行固定。优选地，姿态仪芯片2通过数字滤波技术，将噪声滤除，提高了采集数据的精度，通过内部集成姿态解算器，配合动态的卡尔曼滤波算法，能够在动态的环境下输出人体的运动信息，姿态测量的精度是0.05度。姿态仪芯片2主要是由九轴陀螺仪构成，能够输出三轴加速度，角速度和角度，波特率可选9600赫兹或115200赫兹。九轴陀螺仪相对于六轴陀螺仪多了三个轴的地磁角度数据，可以有效解决六轴陀螺仪z轴零漂（随着姿态仪的使用时间，会出现误差的积累，尤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人体运动意图识别控制装置，其特征在于：它包括：运动信息采集模块：绑缚在人体的手臂上，实现实时采集人体的运动信息并发送；下肢助行外骨骼机器人：穿戴在截瘫、偏瘫或者截肢病人的下半身上，与所述运动信息采集模块通信连接，接收所述运动信息采集模块发送的数据信息进行分析处理然后控制执行相应的动作。

【技术特征摘要】
1.一种人体运动意图识别控制装置，其特征在于：它包括：运动信息采集模块：绑缚在人体的手臂上，实现实时采集人体的运动信息并发送；下肢助行外骨骼机器人：穿戴在截瘫、偏瘫或者截肢病人的下半身上，与所述运动信息采集模块通信连接，接收所述运动信息采集模块发送的数据信息进行分析处理然后控制执行相应的动作。2.根据权利要求1所述的一种人体运动意图识别控制装置，其特征在于：所述的运行信息采集模块包括弹性带（1）、姿态仪芯片（2）、无线传输芯片（3）、供电模块（4）、开关（5）和盒子（6）；所述的姿态仪芯片（2）、无线传输芯片（3）、供电模块（4）和开关（5）都集成到盒子（6）内，所述的开关（5）通过外接安装在所述弹性带（1）上；所述的盒子（6）通过弹性单（1）绑缚在人体手臂上，并通过魔术贴进行固定。3.一种人体运动意图识别控制方法，其特征在于：包括以下步骤：S1、运动信息采集模块实时采集人体的运动信息并发送到下肢助行外骨骼机器人中；S2、下肢助行外骨骼机器中的主控芯片根据接收到的运行信息进行分析处理后触发控制下肢助行外骨骼机器人执行相应动作。4.根据权利要求3所述的一种人体运动意图识别控制方法，其特征在于：所述的步骤S2的具体内容如下：S21、根据采集到的运动信息和穿戴者意图触发的动作进行聚类算法运算；S22、...

【专利技术属性】
技术研发人员：侯磊，周玉凯，赵恩盛，邱静，程洪，黄璞玉，陈晨，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川,51