外骨骼机器人测量系统、行走步态建模分析方法和设备技术方案

一种外骨骼机器人测量系统、行走步态建模分析方法、设备和计算机可读存储介质，其中，所述方法包括：获取行走步态中髋关节转动角度的轨迹信号；根据所述轨迹信号和非线性振荡器模型确定建模误差；根据所述建模误差修正所述非线性振荡器模型的模型参数，所述模型参数包括非线性振荡器的幅值、相位和频率；根据修正后的所述模型参数更新所述非线性振荡器模型。本申请实施例根据髋关节转动角度的轨迹信号，即可实现步态轨迹的自适应同步，具备快速收敛特性、参数自适应性和噪声鲁棒性。

【技术实现步骤摘要】
外骨骼机器人测量系统、行走步态建模分析方法和设备
本文涉及信息处理领域，尤指一种外骨骼机器人测量系统、行走步态建模分析方法、设备和计算机可读存储介质。
技术介绍
行走运动是最重要的日常活动之一，步态的建模分析技术对步态诊断、健康评估、运动康复和辅助器具等具有重要的临床意义。步态数字化建模技术能够定量化分析步长、步频、步宽等步态参数及各种异常步态情况，为分析异常步态原理和矫正异常步态、制定治疗方法提供必要的依据，同时也为制定康复治疗计划和评定康复疗效提供客观依据。然而人体行走步态特征空间复杂，个体间差异性较大，且环境存在较强的耦合作用，难以直接进行数学建模和预测。目前步态建模方法大致可分为两类：(1)基于捕获的人体步态数据；(2)基于动力学建模方法；第一类是基于数据的方法，在捕获数据的基础上进行拟合预测，其模式较为固定，对环境变化、个体差异等适应性较差，第二类方法是基于动力学模型的方法，其可以精确还原解析行走步态下躯体运动学及动力学特征，但其依赖于一个精确的动力学模型，对于人体而言，各部位的惯量、阻尼和刚度等参数难以获取。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种行走步态建模分析方法，包括：/n获取行走步态中髋关节转动角度的轨迹信号；/n根据所述轨迹信号和非线性振荡器模型确定建模误差；/n根据所述建模误差修正所述非线性振荡器模型的模型参数，所述模型参数包括非线性振荡器的幅值、相位和频率；/n根据修正后的所述模型参数更新所述非线性振荡器模型。/n

【技术特征摘要】
1.一种行走步态建模分析方法，包括：
获取行走步态中髋关节转动角度的轨迹信号；
根据所述轨迹信号和非线性振荡器模型确定建模误差；
根据所述建模误差修正所述非线性振荡器模型的模型参数，所述模型参数包括非线性振荡器的幅值、相位和频率；
根据修正后的所述模型参数更新所述非线性振荡器模型。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述轨迹信号和非线性振荡器模型计算建模误差，包括：
将所述轨迹信号与所述非线性振荡器模型的输出信号进行比较，得到建模误差F，其中，所述非线性振荡器模型为：



其中，x，y为非线性振荡器的状态向量，为所述状态向量的长度，u为所述非线性振荡器的幅值，ω为所述非线性振荡器的频率，φ为所述非线性振荡器的相位，η为振荡器极限环的吸引系数，ε为学习因子系数。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述建模误差修正所述非线性振荡器模型的模型参数，包括：
按照下式根据所述建模误差F修正所述非线性振荡器模型中的幅值u、相位φ和频率ω：



其中，ku，kφ，kω分别为幅值的反馈增益、相位的反馈增益和频率的反馈增益，x，y为非线性振荡器的状态向量，为所述状态向量的长度。


4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述建模误差修正所述非线性振荡器模型的模型参数之后，还包括：
根据所述模型参数提取步态参数，其中，步态参数包括步长、步频和步态相位。


5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，
所述步频等于所述非线性振荡器的频率，所述步态相位等于所述非线性振荡器的相位，x，y为非线性振荡器的状态向量，所述步长等于所述状态向量的长度


6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据所述模型参数提取步态参数之后，还包括：
根据所述步态参数中的步态相位对步态阶段进行划分，其中，划分方式包括：





7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述建模误差修正所述非线性振荡器模型的模型参数之后，还包括：
根据所述模型参数和轨迹信号进行运动意图评估。


8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述根据所述模型参数和轨迹信号进行运动意图评估，包括：
根据所述轨迹信号和所述模型参数中的频率确定轨道能量；
根据所述轨道能量和预设的阈值确定运动意图。...

【专利技术属性】
技术研发人员：张涛，张萌，薛涛，
申请(专利权)人：清华大学，上海博灵机器人科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：北京;11