一种髋关节外骨骼的控制方法及装置制造方法及图纸

本申请提供一种髋关节外骨骼的控制方法，包括：获取穿戴者穿戴的左侧髋关节外骨骼的左侧当前转动角度轨迹和左侧当前转动角速度轨迹，以及右侧髋关节外骨骼的右侧当前转动角度轨迹和右侧当前转动角速度轨迹；依据左侧当前转动角度轨迹、左侧当前转动角速度轨迹、右侧当前转动角度轨迹和右侧当前转动角速度轨迹确定穿戴者的状态切换趋势；其中，状态切换趋势包括迈步和起立；依据状态切换趋势分别确定对应于左侧髋关节外骨骼和右侧髋关节外骨骼的助力力矩轨迹，并依据助力力矩轨迹驱动左侧髋关节外骨骼和右侧髋关节外骨骼辅助穿戴者进行相应的状态切换。本申请可以准确识别多种不同的下肢运动任务并提供对应的下肢助力，适用于不同场景下的使用。

【技术实现步骤摘要】
一种髋关节外骨骼的控制方法及装置
本申请涉及外骨骼
，特别是一种髋关节外骨骼的控制方法及装置。
技术介绍
老年人随着年龄增大，身体机能衰退，存在下肢肌力不足而导致的步速慢、步幅小和难以长时间行走等问题；脑卒中等疾病的患者容易出现肌肉萎缩、步态紊乱等下肢运动障碍等问题，需要进行大量的康复训练以恢复和维持肢体的基本功能，而他们在医院完成阶段性康复训练后，还需要在日常生活继续保持居家的下肢训练才能更好地恢复下肢运动能力。老年人辅助护理方面，传统的人工护理服务容易造成老年人的依赖性，且存在人力资源不足的问题；医疗康复方面，传统的人工康复手段存在人员消耗大、训练时间短、可重复性差、康复周期长、康复效果有限和专业康复医师资源紧缺等问题。近年来，外骨骼机器人技术的快速发展，结合康复治疗和人体生物力学等理论，逐渐引入人体辅助和康复医疗领域。髋关节外骨骼因其轻量化、成本低、使用方便等优点，在日常辅助和训练的场景相对于多关节外骨骼机器人更具优势。但是，目前国内的外骨骼产品产业化推进较慢，髋关节助力外骨骼机器人产品更是少之又少，而且大部分髋关节外骨骼产品的控制策略无法满足多种下肢活动任务，存在一定的局限性；此外，现有髋关节外骨骼产品的外形无法调节，助力体验较为生硬。
技术实现思路
鉴于所述问题，提出了本申请以便提供克服所述问题或者至少部分地解决所述问题的一种髋关节外骨骼的控制方法及装置，包括：一种髋关节外骨骼的控制方法，包括：获取穿戴者穿戴的左侧髋关节外骨骼的左侧当前转动角度轨迹和左侧当前转动角速度轨迹，以及右侧髋关节外骨骼的右侧当前转动角度轨迹和右侧当前转动角速度轨迹，并依据所述左侧当前转动角度轨迹、所述左侧当前转动角速度轨迹、所述右侧当前转动角度轨迹和所述右侧当前转动角速度轨迹确定所述穿戴者的状态切换趋势；其中，所述状态切换趋势包括迈步和起立；依据所述状态切换趋势分别确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的助力力矩轨迹，并依据所述助力力矩轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者进行相应的状态切换。优选地，所述依据所述左侧当前转动角度轨迹、所述左侧当前转动角速度轨迹、所述右侧当前转动角度轨迹和所述右侧当前转动角速度轨迹确定所述穿戴者的状态切换趋势的步骤包括：若所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹中存在与预设的标准角速度曲线相似度大于第一预设值的当前区段，则判定所述状态切换趋势为所述迈步；其中，所述标准角速度曲线为一个标准步态周期内所述穿戴者髋关节的转动角速度曲线；或；若所述左侧当前转动角度轨迹中包含的所述左侧当前前屈角度与所述右侧当前转动角度轨迹中包含的所述右侧当前前屈角度的差值小于或等于所述第二预设值，并且所述左侧当前转动角速度轨迹中包含的左侧当前后伸角速度和所述右侧当前转动角速度轨迹中包含的右侧后伸角速度均大于第四预设值，则判定所述状态切换趋势为所述起立。优选地，所述依据所述状态切换趋势分别确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的助力力矩轨迹，并依据所述助力力矩轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者进行相应的状态切换的步骤包括：若所述状态切换趋势为所述迈步，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹确定左侧迈步助力轨迹和右侧迈步助力轨迹；其中，所述左侧迈步助力轨迹为包括左侧助力起始时间的力矩轨迹；所述右侧迈步助力轨迹为包括右侧助力起始时间的力矩轨迹；依据所述左侧迈步助力轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者左侧下肢行走，以及依据所述右侧迈步助力轨迹驱动所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者右侧下肢行走；或；若所述状态切换趋势为所述起立，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹和/或所述右侧当前转动角速度轨迹确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的起立助力轨迹；其中，所述起立助力轨迹为包括起立助力起始时间和起立助力终止时间的力矩轨迹；依据所述起立助力轨迹同时驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者切换至站立状态。优选地，所述若所述状态切换趋势为所述迈步，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹确定左侧迈步助力轨迹和右侧迈步助力轨迹的步骤包括：若所述状态切换趋势为所述迈步，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹和预设的自适应振荡器模型确定对应于所述穿戴者的当前步态周期；依据所述当前步态周期和预设的标准迈步力矩曲线，确定所述左侧迈步助力轨迹和所述右侧迈步助力轨迹；其中，所述标准迈步力矩曲线为所述髋关节外骨骼辅助所述穿戴者完成一次标准迈步动作的力矩曲线；所述左侧迈步助力轨迹中包含的所述左侧助力起始时间与所述右侧迈步助力轨迹的包含的所述右侧助力起始时间相隔半个所述当前步态周期。优选地，所述若所述状态切换趋势为所述起立，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹和/或所述右侧当前转动角速度轨迹确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的起立助力轨迹的步骤包括：若所述状态切换趋势为所述起立，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹和/或所述右侧当前转动角速度轨迹确定对应于所述穿戴者的当前起立周期；依据所述当前起立周期和预设的标准起立力矩曲线确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的所述起立助力轨迹；其中，所述标准起立力矩曲线为所述髋关节外骨骼辅助所述穿戴者完成一次标准起立动作的力矩曲线。优选地，所述获取穿戴者穿戴的左侧髋关节外骨骼的左侧当前转动角度轨迹和左侧当前转动角速度轨迹，以及右侧髋关节外骨骼的右侧当前转动角度轨迹和右侧当前转动角速度轨迹的步骤之后还包括：若预设时段内的所述左侧当前转动角度轨迹中包含的所述左侧当前前屈角度与所述左侧当前转动角度轨迹中包含的所述右侧当前前屈角度的差值均小于或等于所述第二预设值，并且所述预设时段内的所述左侧当前前屈角度和所述右侧当前前屈角度均均小于所述第三预设值，则判定所述状态切换趋势为止步；将对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的止步助力轨迹设置为零，并依据所述止步助力轨迹同时驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者站立；或；若所述左侧当前转动角度轨迹中包含的左侧当前前屈角度与所述右侧当前转动角度轨迹中包含的右侧当前前屈角度的差值小于或等于第二预设值，并且所述左侧当前前屈角度和所述右侧当前前屈角度均大于第三预设值；则判定所述状态切换趋势为坐/蹲；将对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的坐/蹲助力轨迹设置为零，并依据所述坐/蹲助力轨迹同时驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者切换至坐/蹲状态。一种髋关节外骨骼的控制装置，包括：角度获取模块，用于获取穿戴者穿戴的左侧髋关节外骨骼的左侧当前转动角度轨迹和左侧当前转动角速度轨迹，以及右侧髋关节外骨骼的右本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种髋关节外骨骼的控制方法，其特征在于，包括：/n获取穿戴者穿戴的左侧髋关节外骨骼的左侧当前转动角度轨迹和左侧当前转动角速度轨迹，以及右侧髋关节外骨骼的右侧当前转动角度轨迹和右侧当前转动角速度轨迹，并依据所述左侧当前转动角度轨迹、所述左侧当前转动角速度轨迹、所述右侧当前转动角度轨迹和所述右侧当前转动角速度轨迹确定所述穿戴者的状态切换趋势；其中，所述状态切换趋势包括迈步和起立；/n依据所述状态切换趋势分别确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的助力力矩轨迹，并依据所述助力力矩轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者进行相应的状态切换。/n

【技术特征摘要】
1.一种髋关节外骨骼的控制方法，其特征在于，包括：
获取穿戴者穿戴的左侧髋关节外骨骼的左侧当前转动角度轨迹和左侧当前转动角速度轨迹，以及右侧髋关节外骨骼的右侧当前转动角度轨迹和右侧当前转动角速度轨迹，并依据所述左侧当前转动角度轨迹、所述左侧当前转动角速度轨迹、所述右侧当前转动角度轨迹和所述右侧当前转动角速度轨迹确定所述穿戴者的状态切换趋势；其中，所述状态切换趋势包括迈步和起立；
依据所述状态切换趋势分别确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的助力力矩轨迹，并依据所述助力力矩轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者进行相应的状态切换。


2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述左侧当前转动角度轨迹、所述左侧当前转动角速度轨迹、所述右侧当前转动角度轨迹和所述右侧当前转动角速度轨迹确定所述穿戴者的状态切换趋势的步骤包括：
若所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹中存在与预设的标准角速度曲线相似度大于第一预设值的当前区段，则判定所述状态切换趋势为所述迈步；其中，所述标准角速度曲线为一个标准步态周期内所述穿戴者髋关节的转动角速度曲线；
或；
若所述左侧当前转动角度轨迹中包含的所述左侧当前前屈角度与所述右侧当前转动角度轨迹中包含的所述右侧当前前屈角度的差值小于或等于所述第二预设值，并且所述左侧当前转动角速度轨迹中包含的左侧当前后伸角速度和所述右侧当前转动角速度轨迹中包含的右侧后伸角速度均大于第四预设值，则判定所述状态切换趋势为所述起立。


3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述依据所述状态切换趋势分别确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的助力力矩轨迹，并依据所述助力力矩轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者进行相应的状态切换的步骤包括：
若所述状态切换趋势为所述迈步，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹确定左侧迈步助力轨迹和右侧迈步助力轨迹；其中，所述左侧迈步助力轨迹为包括左侧助力起始时间的力矩轨迹；所述右侧迈步助力轨迹为包括右侧助力起始时间的力矩轨迹；
依据所述左侧迈步助力轨迹驱动所述左侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者左侧下肢行走，以及依据所述右侧迈步助力轨迹驱动所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者右侧下肢行走；
或；
若所述状态切换趋势为所述起立，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹和/或所述右侧当前转动角速度轨迹确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的起立助力轨迹；其中，所述起立助力轨迹为包括起立助力起始时间和起立助力终止时间的力矩轨迹；
依据所述起立助力轨迹同时驱动所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼辅助所述穿戴者切换至站立状态。


4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若所述状态切换趋势为所述迈步，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹确定左侧迈步助力轨迹和右侧迈步助力轨迹的步骤包括：
若所述状态切换趋势为所述迈步，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹或所述右侧当前转动角速度轨迹和预设的自适应振荡器模型确定对应于所述穿戴者的当前步态周期；
依据所述当前步态周期和预设的标准迈步力矩曲线，确定所述左侧迈步助力轨迹和所述右侧迈步助力轨迹；其中，所述标准迈步力矩曲线为所述髋关节外骨骼辅助所述穿戴者完成一次标准迈步动作的力矩曲线；所述左侧迈步助力轨迹中包含的所述左侧助力起始时间与所述右侧迈步助力轨迹的包含的所述右侧助力起始时间相隔半个所述当前步态周期。


5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述若所述状态切换趋势为所述起立，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹和/或所述右侧当前转动角速度轨迹确定对应于所述左侧髋关节外骨骼和所述右侧髋关节外骨骼的起立助力轨迹的步骤包括：
若所述状态切换趋势为所述起立，则依据所述左侧当前转动角速度轨迹和/或所述右侧当...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶晶，陈功，林颖，张玲，胡广，刘俊，叶志峰，周谟龙，刘立升，郭登极，
申请(专利权)人：深圳市迈步机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44