下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备技术

本申请公开了一种下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备。本申请的下肢外骨骼步态规划方法，包括：获取下肢位姿信息、下肢形态信息；根据下肢位姿信息、下肢形态信息得到第一运动力学模型；根据第一运动力学模型、运动速度、运动周期、优化约束条件、优化目标函数对贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据贝塞尔曲线参数最优解得到步态集；根据运动速度、运动周期、步态集得到步态库；根据健侧运动参数对步态库进行步态调用处理得到患侧步态集。本申请通过预先建立离线的步态库，下肢外骨骼机器人可以依据患者健侧运动参数对步态集进行快速调用，以实时规划对应速度、对应周期下的患侧下肢运动轨迹。

【技术实现步骤摘要】
下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备
本申请涉及医疗辅助器械领域，尤其涉及一种下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备。
技术介绍
相关技术中，通过下肢外骨骼机器人对中风患者进行下肢康复训练，以使中风患者养成正确的行走模式。然而，一般的下肢外骨骼辅助方法只按照固定的轨迹进行辅助，无法做到实时修正，智能化辅助，且只对部分关节的轨迹进行单独规划，无法做到髋膝踝三关节联合运动。
技术实现思路
本申请旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本申请提出一种下肢外骨骼步态规划方法及计算机可读存储介质、设备，通过预先建立离线的步态库，下肢外骨骼机器人可以依据患者健侧运动参数对步态集进行快速调用，以实时规划对应速度、对应周期下的患侧下肢运动轨迹，从而为患者下肢康复训练提供智能辅助。本申请实施例第一方面提供一种下肢外骨骼步态规划方法，包括：获取下肢位姿信息、下肢形态信息；根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型；对运动速度、运动周期、贝塞尔曲线初始参数、优化约束条件进行预设定；根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集；根据所述运动速度、所述运动周期、所述步态集得到步态库；根据健侧运动参数对所述步态库进行步态调用处理得到患侧步态集。本申请实施例中下肢外骨骼步态规划方法包括如下技术效果：通过预先建立离线的步态库，下肢外骨骼机器人可以依据患者健侧运动参数对步态集进行快速调用，以实时规划对应速度、对应周期下的患侧下肢运动轨迹。在一些实施例中，所述获取下肢位姿信息、下肢形态信息，包括：获取身高信息、体重信息、腿部长度信息；根据所述身高信息、所述腿部长度信息得到所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息。在一些实施例中，所述第一运动力学模型包括第一规划方程、第二规划方程；所述根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型，还包括：根据所述下肢位姿信息得到关节角度；根据所述关节角度、惯性矩阵、加速度参数、驱动分配矩阵、雅克比矩阵、所述系统受力值得到第一规划方程；根据所述关节角度导数、所述优化目标函数得到第二规划方程。在一些实施例中，所述优化约束条件包括步速、步长、下肢抬高值，所述根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集，还包括：根据所述步速、所述步长、所述下肢抬高值对所述第一规划方程、所述第二规划方程进行求解得到所述系统状态参数；根据所述运动速度、所述运动周期、所述优化目标函数、所述系统状态参数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解；根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到关节角度解，根据所述关节角度解、与所述关节角度解对应的速度、周期得到所述步态集。在一些实施例中，所述根据所述运动速度、所述运动周期、所述步态集得到步态库，还包括：对所述运动周期进行划分得到至少两个运动子周期，对所述运动速度划分得到至少两个运动子速度；对所述运动子周期、所述运动子速度、所述步态集进行映射关系建立并得到所述步态库。在一些实施例中，所述健侧运动参数包括：健侧运动速度、健侧运动周期；所述根据健侧运动参数对所述步态库进行步态调用处理得到患侧步态集，包括：根据所述健侧运动速度、所述健侧运动周期对所述步态库中的步态集进行调用得到所述患侧步态集。在一些实施例中，所述根据所述健侧运动速度、所述健侧运动周期对所述步态库中的步态集进行调用得到所述患侧步态集，包括：根据所述健侧运动速度得到第一权值，根据所述健侧运动周期得到第二权值；根据所述步态集、所述第一权值、所述第二权值得到所述患侧步态集。在一些实施例中，所述第一规划方程：所述第二规划方程：其中，q为关节角度、D(q)为惯性矩阵、为加速度参数、B为驱动分配矩阵、u为控制输入信号、JT(q)是雅可比矩阵、F是系统受到的系统受力值。本申请实施例第二方面提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于：执行上述任一实施例中的下肢外骨骼步态规划方法。本申请实施例第三方面提供一种设备，包括：处理器；存储器，其上存储有可在所述处理器上运行的计算机程序；其中，所述计算机程序被所述处理器执行时实现上述任一实施例中的的下肢外骨骼步态规划方法的步骤。本申请的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显。附图说明下面结合附图和实施例对本申请做进一步的说明，其中：图1为本申请实施例一种下肢外骨骼步态规划方法的流程图；图2为本申请又一实施例一种下肢外骨骼步态规划的流程图；图3为本申请再一实施例一种下肢外骨骼步态规划的流程图；图4为本申请又一实施例一种下肢外骨骼步态规划的流程图。具体实施方式下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本申请的描述中，若干的含义是一个以上，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。本申请的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属
技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本申请中的具体含义。本申请的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。相关技术中，一般通过下肢外骨骼机器人对中风患者进行下肢康复训练，以使中风患者养成正确的行走模式。然而现有的下肢外骨骼机器人仅对部分关节的轨迹进行规划，并未考虑不同关节的康复速度不一致的问题。而由于不同关节的康复速度不一致，下肢外骨骼机器人中预设的下肢康复训练与中风患者的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.下肢外骨骼步态规划方法，其特征在于，包括：/n获取下肢位姿信息、下肢形态信息；/n根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型；/n对运动速度、运动周期、贝塞尔曲线初始参数、优化约束条件进行预设定；/n根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集；/n根据所述运动速度、所述运动周期、所述步态集得到步态库；/n根据健侧运动参数对所述步态库进行步态调用处理得到患侧步态集。/n

【技术特征摘要】
1.下肢外骨骼步态规划方法，其特征在于，包括：
获取下肢位姿信息、下肢形态信息；
根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型；
对运动速度、运动周期、贝塞尔曲线初始参数、优化约束条件进行预设定；
根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集；
根据所述运动速度、所述运动周期、所述步态集得到步态库；
根据健侧运动参数对所述步态库进行步态调用处理得到患侧步态集。


2.根据权利要求1所述的下肢外骨骼步态规划方法，其特征在于，所述获取下肢位姿信息、下肢形态信息，包括：
获取身高信息、体重信息、腿部长度信息；
根据所述身高信息、腿部长度信息得到所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息。


3.根据权利要求2所述的下肢外骨骼步态规划方法，其特征在于，所述第一运动力学模型包括第一规划方程、第二规划方程；
所述根据所述下肢位姿信息、所述下肢形态信息得到第一运动力学模型，还包括：
根据所述下肢位姿信息得到关节角度；
根据所述关节角度、惯性矩阵、加速度参数、驱动分配矩阵、雅克比矩阵、系统受力值得到第一规划方程；
根据所述关节角度导数、所述优化目标函数得到第二规划方程。


4.根据权利要求3所述的下肢外骨骼步态规划方法，其特征在于，所述优化约束条件包括步速、步长、下肢抬高值，所述根据所述第一运动力学模型、所述运动速度、所述运动周期、所述优化约束条件、优化目标函数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝塞尔曲线参数最优解，根据所述贝塞尔曲线参数最优解得到步态集，还包括：
根据所述步速、所述步长、所述下肢抬高值对所述第一规划方程、所述第二规划方程进行求解得到所述系统状态参数；
根据所述运动速度、所述运动周期、所述优化目标函数、所述系统状态参数对所述贝塞尔曲线初始参数进行优化得到贝...

【专利技术属性】
技术研发人员：谭高辉，吴坤坤，陈海平，
申请(专利权)人：深圳市丞辉威世智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44