【技术实现步骤摘要】
适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划
本专利技术涉及康复医疗设备领域，具体涉及适用于一种下肢康复机器人被动训练的步态规划。
技术介绍
下肢康复机器人通过引导偏瘫患者进行定向功能训练，强化患者的外周深、浅感觉输入刺激，促进患者下肢的恢复，最终恢复步行。康复治疗过程中，合理的步态规划轨迹对患者的康复效果有重要影响。步态规划的目的是在特定的行走周期中实现特定的步态，即规划每个关节的运动轨迹。对于坐、卧式下肢康复机器人，步态规划常采用模型法，即通过建立下肢康复机器人运动学模型，根据腿部末端轨迹，逆运动学求解得到各关节角度。圆周步态模仿正常人骑自行车动作设计，训练时在周期衔接处易产生角加速度突变，使得下肢康复机器人运行时产生冲击，对患者康复训练效果造成不利影响，严重者甚至造成二次伤害。
技术实现思路
本文针对下肢康复机器人圆周步态在相邻2周期运动衔接处因角加速度冲击而可能导致的患者长时间训练形成关节损伤，提出一种可变类圆周步态规划算法，使用五次多项式对单周期步态的起始和结束进行加减速规划。为实现...
【技术保护点】
1.适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划，其特征在于：使用五次多项式对单周期步态的起始和结束进行加减速规划，使相邻2个周期衔接处的角速度和角加速度平稳过渡，进而降低周期衔接时角加速度突变带来的运动冲击，具体包含以下步骤：/n(1)将任意一种训练步态的单周期的髋关节和膝关节运动曲线分为起始段、中间段和结束段三段，确定起始段和中间段分界时间节点t
【技术特征摘要】
1.适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划，其特征在于：使用五次多项式对单周期步态的起始和结束进行加减速规划，使相邻2个周期衔接处的角速度和角加速度平稳过渡，进而降低周期衔接时角加速度突变带来的运动冲击，具体包含以下步骤：
(1)将任意一种训练步态的单周期的髋关节和膝关节运动曲线分为起始段、中间段和结束段三段，确定起始段和中间段分界时间节点ts、中间段和结束段分界时间节点te；
(2)所述单周期的中间段的髋关节角度θ1和膝关节角度θ2表达式采用圆周步态规划的关节角度表达式计算获取；
(3)计算时间节点ts和te处的角度、角速度、角加速度值；
(4)用五次多项式对髋关节和膝关节在起始段和结束段的关节角度规划。
2.根据权利要求1所述的适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划，其特征在于：所述步骤(1)中起始段和结束段的时间区间大小相同，且可通过更改参数ratio的值调整。
3.根据权利要求2所述的适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划，其特征在于：所述的通过更改参数ratio的值调整起始段和结束段的时间区间大小，参数ratio为时间区间大小占比最小正周期T的比例系数，ratio的取值范围为0＜ratio≤0.5。
4.根据权利要求1所述的适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划，其特征在于：所述步骤(1)中单周期关节运动曲线分为起始段、中间段和结束段三段，三段划分的具体步骤是：
(4.1)对训练步态单周期的关节运动曲线进行等时插补，设定插补点个数为i，则插补周期Δt为：
式中T为步态训练的最小正周期；
(4.2)求解起始段和中间段的分界时间节点ts，中间段和结束段的分界时间节点te：
式中ratio的取值范围为0＜ratio≤0.5；
(4.3)以ts、te时刻为分界时间节点将步态训练周期运动分为三段：起始段的时间段为0～ts，中间段的时间段为ts～te，结束段的时间段为te～T。
5.根据权利要求1所述的适用于下肢康复机器人被动训练的可变类圆周步态规划，其特征在于：所述步骤(2)中单周期的中间段的髋关节角度θ1和膝关节角度θ2表达式采用圆周步态规划的关节角度表达式计算获取的具体步骤是：
(5.1)以患者平躺时右侧视角为基准，设此时患者髋关节O为原点，患者矢状轴为y轴，患者垂直轴为x轴建立坐标系，末端踝关节B的轨迹坐标记为(x,y)；髋关节角度θ1和膝关节角度θ2关于末端踝关节B的轨迹(x,y)的逆运动学求解公式：
式(1)中l1为患者的大腿长，l2为患者的小腿长。
(5.2)当末端轨迹为圆周时，建立轨迹圆以时间t为参数的方程：
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