【技术实现步骤摘要】
基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法
本专利技术属于辅助医疗器械康复治疗领域，具体针对下肢康复类外骨骼机器人的步态规划进行研究，主要涉及人体仿生学，机器人运动学，插补原理，多项式插值法，目的是给下肢运动障碍人群规划出正常人的步态曲线，帮助他们行走，实现辅助性的康复治疗。
技术介绍
随着世界人口老龄化问题加剧，一些由大脑损伤和脊髓损伤等中枢神经疾病引起的下肢运动功能障碍人数也急剧增加，使患者失去自理能力。另外，如地震，火灾，海啸，交通事故，高空坠落等一些自然灾害和人为事故造成的下肢残障也越来越多，不仅严重影响这些人的身体健康，还给家庭社会带来巨大负担。因此，下肢身体机能康复是当今社会的重要目标，用于康复和治疗的下肢外骨骼机器人技术也应运而生。对于下肢运动障碍人群来说，需要长期并且专业的康复治疗使其恢复一定的行走能力，但是当今社会中康复治疗医师数量严重不足且患者的康复治疗需要高额的医护费用，很多患者选择放弃治疗，从而造成残疾，失去行走能力。为了解决这一难题，用于康复治疗的下肢外骨骼技术得到了空前的发展，其中...
【技术保护点】
1.一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：/n步骤1、将人体正常行走状态简化为五连杆模型，对人体正常步态进行分析，给出单腿摆动周期过程；/n步骤2、给出多项式插值法的推导步骤，并计算出多项式系数；/n步骤3、选取正常行走状态下的关键插值时刻，对已知的相邻插值点第一次使用分段五次多项式插值法，得到每段的插值函数，根据插补法原理插值函数，在已知相邻的插值点之间作插补，进行数据点的密化，得到更多的插值点；/n步骤4、对插补后得到的插值点第二次使用分段五次多项式插值法，得到相邻插值点的插值函数，并使用MATLAB拟合得出髋关节和踝...
【技术特征摘要】
1.一种基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤1、将人体正常行走状态简化为五连杆模型，对人体正常步态进行分析，给出单腿摆动周期过程；
步骤2、给出多项式插值法的推导步骤，并计算出多项式系数；
步骤3、选取正常行走状态下的关键插值时刻，对已知的相邻插值点第一次使用分段五次多项式插值法，得到每段的插值函数，根据插补法原理插值函数，在已知相邻的插值点之间作插补，进行数据点的密化，得到更多的插值点；
步骤4、对插补后得到的插值点第二次使用分段五次多项式插值法，得到相邻插值点的插值函数，并使用MATLAB拟合得出髋关节和踝关节的步态曲线和具体的步态函数表达式。
2.根据权利要求1所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤1中，将人体看作一个五连杆模型，分别为上半身躯干和下半身左右两侧大腿以及小腿，在进行步态规划时只需要规划出患者的髋关节和踝关节行走曲线即可，且只考虑矢状面即人体前行方向的运动。对人体正常步态进行分析，可以看作是一个周期往复的活动，人体的步态周期是由支撑期和摆动期组成的，正常行走过程中，人的两只脚在支撑期和摆动期周期交替，给出单腿的摆动周期过程。
3.根据权利要求2所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤2中，根据插值法原理，在原有的五次插值多项式中加入插值因子tm，在计算插值函数时不用从初始点开始进行迭代运算，而是可以计算任意相邻插值点的插值函数，计算步骤如下：
设每一段的五次多项式F(t)为：
F(t)＝λ0+λ1(t-tm)+λ2(t-tm)2+λ3(t-tm)3+λ4(t-tm)4+λ5(t-tm)5(1)
其中，t是插值时刻点，F(t)代表t时刻对应的关节位置，λi(i＝0,1,…5)为未知的多项式系数，tm为插值因子，F(t)的一阶、二阶导数F′(t),F″(t)表达式如下：
为求得相邻点之间的五次多项式系数，使用以下端点处约束：
其中，pm和pn、vm和vn、am和an分别为插值因子tm和插值时刻点tn所对应的函数值、一阶导数函数值、二阶导数函数值，把约束条件代入(1)和(2)易得：
其中Δp＝pm-pn,Δt＝tm-tn。
4.根据权利要求3所述的基于插补法和双多项式插值的外骨骼机器人步态规划方法，其特征在于：所述步骤3中，对于摆动腿的踝关节，选取双脚支撑时刻即摆动...
【专利技术属性】
技术研发人员：王孟，刘毅，冯宇，杨有，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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