基于肌电信号和关节应力的人机交互运动控制的方法技术

本发明专利技术实施例公开一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法。该控制方法包括步骤：建立外骨骼机器人的腿部运动学模型，所述腿部包括第一腿和第二腿；在所述腿部运动学模型的基础上，设计不同阶段的外骨骼机器人的运动控制器模型；在所述运动学模型的基础上，设计肌电信号预测人体运动意图的控制器模型；根据所述第一腿和第二腿所处阶段的不同，分别采用肌电信号预测人体运动意图的控制器模型相应地控制第一腿的运动或第二腿的运动。该控制方法的实现过程简单、控制过程中所需调整的参数个数较少且可以实现实现不同个体之间不同肌电信号的通用性。

【技术实现步骤摘要】
基于肌电信号和关节应力的人机交互运动控制的方法
本专利技术涉及康复工程的
，具体涉及一种基于肌电信号和关节应力的人机交互运动控制的方法。
技术介绍
外骨骼助行机器人是集人体信息检测、机器人自动控制、神经工程等多学科知识于一身的高科技成果。机器人设计与研发旨在采用机器运动辅助技术实现预定的人体运动功能，由“意图产生”、“意图识别”、“反馈刺激”三个关键节点实现其完整的功能。外骨骼助行机器人的控制过程可以描述为：首先由穿戴者产生运动意图；然后由机器人上的传感器捕捉到人的运动意图，并利用多种识别算法将人的运动意图进行分类量化；最后由机器人的关节控制器根据人体运动意图的识别结果对机器人各关节电机进行调节，实现辅助人体运动的功能。人与机器人外骨骼是两种不同的动态系统，在人穿戴外骨骼行走过程中，人与外骨骼之间需要相互协作才能达到共同的行走目的。所以，人机协作需要分成两部分：其中之一便是外骨骼机器人的控制方法，另一个是将人的运动意图传递给外骨骼。目前，针对外骨骼助行机器人关节控制的方法包括相位序列控制方法、基于预定步态的控制方法和灵敏度放大控制本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：/n建立外骨骼机器人的腿部运动学模型，所述腿部包括第一腿和第二腿；/n在所述腿部运动学模型的基础上，设计不同阶段的外骨骼机器人的运动控制器模型；/n在所述运动学模型的基础上，设计肌电信号预测人体运动意图的控制器模型；/n根据所述第一腿和第二腿所处阶段的不同，分别采用肌电信号预测人体运动意图的控制器模型相应地控制第一腿的运动或第二腿的运动。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
建立外骨骼机器人的腿部运动学模型，所述腿部包括第一腿和第二腿；
在所述腿部运动学模型的基础上，设计不同阶段的外骨骼机器人的运动控制器模型；
在所述运动学模型的基础上，设计肌电信号预测人体运动意图的控制器模型；
根据所述第一腿和第二腿所处阶段的不同，分别采用肌电信号预测人体运动意图的控制器模型相应地控制第一腿的运动或第二腿的运动。


2.根据权利要求1所述的一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，所述阶段包括支撑阶段和摆动阶段。


3.根据权利要求1所述的一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，所述第一腿的腿部运动学模型和第二腿的腿部运动学模型相同。


4.根据权利要求1所述的一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，所述腿部运动学模型为外骨骼机器人的踝关节末端速度与各关节角速度的关系，所述关系表达式如下式所示：



其中，Ay＝Lusin(θ1)+Ldsin(θ1-θ2)，Az＝-Lucos(θ1)-Ldcos(θ1-θ2)，Ay表示踝关节在Y轴上的坐标，Az表示踝关节在Z轴上的坐标，Lu为外骨骼机器人的大腿长度，Ld为外骨骼机器人的小腿长度，θ1为外骨骼机器人的髋关节向前抬腿的旋转角度，θ2为外骨骼机器人的膝关节弯曲的角度。


5.根据权利要求4所述的一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，根据所述腿部运动学模型可推导获得外骨骼机器人的腿部的雅克比矩阵，所述雅克比矩阵的表达式如下所示：



其中，J为雅克比矩阵，Lu为外骨骼机器人的大腿长度，Ld为外骨骼机器人的小腿长度，θ1为外骨骼机器人的髋关节向前抬腿的旋转角度，θ2为外骨骼机器人的膝关节弯曲的角度。


6.根据权利要求1所述的一种基于肌电信号和关节应力的人机交互控制方法，其特征在于，支撑阶段的运动控制器模型为在支撑阶段中外骨骼机器人的腿部关节的支撑期望角速度，所述支撑期望角速度的表达式如下式所示：



其中，为外骨骼机器人的腿部关节的支撑期望角速度；τh为外骨骼机器人的髋关节和膝关节所承受的人与外骨骼机器人...

【专利技术属性】
技术研发人员：曲道奎，王宏玉，邹风山，王晓峰，邸霈，李刚，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21